JP4689794B2

JP4689794B2 - 給水装置及び給水装置制御方法

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Publication number: JP4689794B2
Application number: JP2000214094A
Authority: JP
Inventors: 徹也伊東
Original assignee: Teral Inc
Current assignee: Teral Inc
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2020-07-14
Also published as: JP2002031078A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給水装置及び給水装置制御方法に関し、特にポンプの能力の範囲内でポンプの仕様範囲（使用許容範囲）を拡大可能にした技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ビルや居住用中高層の建物などに給水する給水装置は、ポンプ、ポンプ駆動モータ、圧力タンク、吐出圧検出手段、ポンプの回転数（つまり、モータ回転数）を制御する制御装置を備えている。前記ビルや建物の各々毎に高さが一定であるため、給水装置の必要な吐出圧はほぼ一定で大きくは変動しない。この種の従来の給水装置では、ポンプが定格流量時に定格出力となるポンプ回転数を最高回転数と定義し、その最高回転数以下の領域で必要な流量を発生させるようにポンプ回転数を時々刻々制御している。
【０００３】
例えば、図６に示すように、回転数Ｎ＝Ｎmax （最高回転数）のライン１００と実際に使用可能なポンプの最大能力ライン１０２との交点において、モータ駆動電流が定格電流Ｉｃとなり、ライン１００の下の領域（つまり、ポンプ仕様範囲）でポンプを使用している。このように、従来は通常、ある型式の給水装置におけるポンプの最高回転数は、その機種の全部の給水装置に共通に例えば３，６００ｒｐｍのように設定されることになる。
【０００４】
一方、特開平１１−２８７１９５号公報には、ターボ形ポンプ、ポンプ駆動用の交流モータ、このモータの回転数を調整するインバータとを有するポンプユニットにおいて、ポンプの流量と発生揚程の関係がモータの定格出力内において任意の特性となるように、インバータの出力周波数（ｆ）に対する出力電圧（Ｖ）の関係を予め設定し、モータの電流を一定に制御しながら、前記設定した特性を発揮させるポンプの特性制御装置が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示すライン１００の下のポンプ仕様範囲１０１（使用許容範囲）でのみポンプを運転する場合は、各ポンプ回転数毎にモータ電流が定格電流値Ｉｃとなる最大能力ライン１０２とライン１００とで囲まれる領域１０３は、ポンプを運転可能であるにもかかわらず、全く利用しない領域であるから、ポンプの能力をフル活用してないことになる。その結果、給水装置の汎用性を高めにくく、常にビルや建物の給水要求に対して過剰能力の給水装置を採用することになり、設備経済的に不利で、ランニングコスト面でも不利である。
【０００６】
前記公報の制御技術では、モータの電流を一定（例えば、定格電流）に制御しながらポンプを運転するため、ポンプやモータの能力をフルに活用できるけれども、給水装置などのように給水流量（つまり、負荷）が常時変動する装置に適した制御技術とは言い難い。本発明の目的は、ポンプの最高回転数の設定技術を変更し、ポンプを最高能力まで使用可能にする給水装置と給水装置制御方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の給水装置は、ポンプと、ポンプ駆動モータと、圧力タンクと、吐出圧検出手段と、ポンプ回転数が目標ポンプ回転数になるようポンプ駆動モータを制御する制御手段とを備えた給水装置において、ポンプ運転時のモータ電流値が定格電流値となる複数のポンプ回転数とこれらに対応する複数の吐出圧の関係を表した圧力回転数特性を前記制御手段に予め設定して記憶させ、前記制御手段は、別途設定される吐出圧の圧力設定値と前記圧力回転数特性に基づいて、使用可能なポンプ最高回転数を決定すると共に前記吐出圧検出手段により検出された吐出圧に基づきポンプ回転数を目標ポンプ回転数に調整する制御信号を作成し、前記目標ポンプ回転数が前記ポンプ最高回転数を越えたとき、目標ポンプ回転数を前記ポンプ最高回転数に制限する制御信号を作成することを特徴とするものである。
【０００８】
前記圧力回転数特性は、ポンプ運転時のモータ電流値が定格電流値となる複数のポンプ回転数とこれらに対応する複数の吐出圧の関係を表したもので、これは予め実験などに基づいて決定され、給水装置の製作段階においてその圧力回転数特性が制御手段に予め設定して記憶される。吐出圧の圧力設定値は、例えば給水装置の据え付け時や、その後適宜の時に、制御手段に対して別途入力設定される。この制御手段は、例えばポンプの電源投入時や圧力設定値の変更時などに、前記圧力設定値と前記圧力回転数特性に基づいて、使用可能なポンプ最高回転数を決定してモメリに記憶保持する。その後、ポンプ運転中にはそのポンプ最高回転数以下の回転数でポンプを運転する。そして、前記吐出圧検出手段の出力に基づいて、ポンプ吐出圧が圧力設定値となるように、ポンプ最高回転数以下の回転数でポンプ回転数を制御する。このとき、モータ電流値が定格電流以下に維持される。
【０００９】
請求項２の給水装置制御方法は、ポンプと、ポンプ駆動モータと、圧力タンクと、吐出圧検出手段と、ポンプ回転数が目標ポンプ回転数になるようポンプ駆動モータを制御する制御手段とを備えた給水装置を制御する方法において、ポンプ運転時のモータ電流値が定格電流値となる複数のポンプ回転数とこれらに対応する複数の吐出圧の関係を表した圧力回転数特性を前記制御手段に予め設定して記憶させる第１工程と、前記制御手段に対して吐出圧の圧力設定値を設定する第２工程と、前記圧力設定値と前記圧力回転数特性に基づいて、使用可能なポンプ最高回転数を決定する第３工程と、前記吐出圧検出手段により検出された吐出圧に基づきポンプ回転数を目標ポンプ回転数に調整する制御信号を作成する第４工程と、前記目標ポンプ回転数が前記ポンプ最高回転数を越えたとき、目標ポンプ回転数を前記ポンプ最高回転数に制限する制御信号を作成する第５工程とを備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
この給水装置制御方法では、第１工程において、ポンプ運転時のモータ電流値が定格電流値となる複数のポンプ回転数とこれらに対応する複数の吐出圧の関係を表した圧力回転数特性を前記制御手段に予め設定して記憶させ、次に第２工程において、制御手段に対して吐出圧の圧力設定値を設定し、次に第３工程において、圧力設定値と圧力回転数特性に基づいて、使用可能なポンプ最高回転数を決定し、制御手段に記憶保持させる。
次に第４工程において、吐出圧検出手段により検出された吐出圧に基づきポンプ回転数を目標ポンプ回転数に調整する制御信号を作成し、次に第５工程において、目標ポンプ回転数がポンプ最高回転数を越えたとき、目標ポンプ回転数をポンプ最高回転数に制限する制御信号を作成する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態は、ビルや中高層の居住用の建物に装備されて、ビルや建物内の各階に給水する給水装置に本発明を適用した場合の一例である。尚、以下の説明は、給水装置の説明と、給水装置制御方法の説明と含むものである。
【００１２】
図１に示すように、この給水装置１は、水道本管に接続された吸入管１１に並列接続されたターボ形多段ポンプ１２，１３、これらポンプ１２，１３を夫々駆動する３相交流電動機からなるポンプ駆動モータ１４，１５、ポンプ１２，１３の吐出管１６，１７に夫々接続された逆止弁１８，１９および仕切弁２０，２１、これら吐出管１６，１７に接続されビルや建物の給水系に接続される給水管２２、この給水管２２に接続され吐出圧を検出する圧力発信器２３および圧力タンク２４（給水用アキュムレータ）、モータ１４，１５を制御する制御ユニット３０、この制御ユニット３０に接続された操作パネル３１などを有し、この給水装置１は図示外のキャビネット内に組み込まれたキャビネット型給水装置に構成される場合もある。
【００１３】
前記制御ユニット３０は、ＣＰＵ３２とＲＯＭ３３とＲＡＭ３４を含むマイクロコンピュータ、入出力インターフェース３５、インバータを含むモータ駆動回路３６，３７などを有し、圧力発信器２３と操作パネル３１は入出力インターフェース３５に接続されている。操作パネル３１には、電源スイッチ、１号ポンプ１２と２号ポンプ１３を夫々選択するスイッチ、自動運転スイッチ、手動運転スイッチ、停止スイッチ、ディスプレイ、圧力設定スイッチ、及びその他の種々のスイッチなどが設けられている。
【００１４】
前記マイクロコンピュータのＲＯＭ３３には、後述するポンプ１２，１３の圧力回転数特性である圧力回転数テーブル３８（図３参照）と、図４のフローチャートに示す最高回転数設定制御のフローチャートと、図５のフローチャートに示す現在のポンプ回転数が目標ポンプ回転数になるようポンプ駆動モータ１４，１５を制御するためのポンプ回転数制御のフローチャートなどが予め入力格納されている。前記マイクロコンピュータのＲＡＭ３４には、ＣＰＵ３２により最高回転数設定制御やポンプ回転数制御を実施する際に必要な種々のワークメモリが設けられている。
【００１５】
最初に、圧力回転数テーブル３８について説明する。図２は圧力回転数テーブル３８の内容を説明する説明図であり、図３は圧力回転数テーブル３８を示す図表である。図２に示すように、ポンプ回転数ＮをＮ１としてモータ駆動電流が定格電流Ｉｃとなる点Ａ１、ポンプ回転数ＮをＮ２としてモータ駆動電流が定格電流Ｉｃとなる点Ａ２、・・・・ポンプ回転数ＮをＮｎとしてモータ駆動電流が定格電流Ｉｃとなる点Ａｎを結ぶラインが最大能力ライン３９である。
【００１６】
点Ａ１の吐出圧をＰ１、点Ａ２の吐出圧をＰ２、・・・・点Ａｎの吐出圧をＰｎとする。このポンプ回転数Ｎ１，Ｎ２，・・・・Ｎｎと吐出圧Ｐ１，Ｐ２，・・・・Ｐｎの関係は予め実験などで求められ、これら回転数Ｎ１，Ｎ２，・・・・Ｎｎと吐出圧Ｐ１，Ｐ２，・・・・Ｐｎとの関係が、図３に示す圧力回転数テーブル３８としてＲＯＭ３３に予め入力して記憶されている。前記の最大能力ライン３９の下側の運転領域は、ポンプ運転が可能な範囲であり、この範囲内でポンプ１２，１３を夫々運転する限り定格電流以下の運転となる。
【００１７】
この給水装置１においては、給水装置１の使用条件に応じて吐出圧を予め設定し、その圧力設定値（例えば、吐出圧Ｐ３）と、圧力回転数テーブル３８に基づいて、ポンプ１２，１３の最高回転数Ｎmax （例えば、Ｎ３）を求め、この最高回転数Ｎmax 以下の回転数でポンプ１２，１３を夫々運転する。
【００１８】
次に、その最高回転数Ｎmax を設定する最高回転数設定制御について図４のフローチャートに基づいて説明する。但し、図中の符号Ｓｉ（ｉ＝１，２，・・）は各ステップを示す。この制御は、給水装置１の据え付け完了時、圧力設定値を変更した時、或いは、電源投入時などに実行される。制御の開始後、ＲＡＭ３４の種々のワークメモリをクリアする等の必要な初期設定が実行され（Ｓ１）、次に圧力設定値Ｐｓの設定処理が実行される（Ｓ２）。この場合、操作パネル３１の圧力設定スイッチとディスプレイを介して圧力設定値Ｐｓが設定されてＲＡＭ３４のメモリに格納される。この圧力設定値Ｐｓは、給水装置１の設置場所や使用条件に適合するように設定される。但し、圧力設定値Ｐｓが設定済みで変更を要しない場合などは必要に応じてこのＳ２のステップはスキップされる。
【００１９】
次に、ＲＡＭ３４のメモリから圧力設定値Ｐｓが読み込まれ（Ｓ３）、次にその圧力設定値Ｐｓに対応するポンプ回転数Ｎｍを図３の圧力回転数テーブル３８のデータに基づいて演算する（Ｓ４）。この場合、必要に応じて補完演算などを併用してポンプ回転数Ｎｍを求める。次に、ポンプ最高回転数Ｎmax として前記の回転数Ｎｍを設定し、そのポンプ最高回転数Ｎmax をＲＡＭ３４のメモリに記憶する（Ｓ５）。その後この制御は終了する。例えば、圧力設定値ＰｓがＰ３の場合には、ポンプ回転数Ｎ３が最高回転数Ｎmax として記憶保持される。
【００２０】
次に、ポンプ回転数制御について図５のフローチャートに基づいて説明する。この制御は、現時点のポンプ回転数が目標ポンプ回転数になるようポンプ駆動モータ１４，１５を制御するものであり、ポンプの運転中は常時実行される制御である。以下は一方のポンプ１２を作動させる場合を例にして説明する。尚、以下のフローチャートにおいて、目標ポンプ回転数をポンプ回転数Ｎとして示している。制御の開始後、最初に圧力発信器２３の検出信号などの各種信号と、圧力設定値Ｐｓが読み込まれ（Ｓ１０）、次に圧力発信器２３の検出信号から検出圧力Ｐｄが演算される（Ｓ１１）。
【００２１】
次に、Ｐｄ＜Ｐｓか否か判定し（Ｓ１２）、その判定がＹｅｓのときは、現時点のポンプ回転数Ｎが小さな増分ΔＮだけ増加側へ調整され、次の目標ポンプ回転数となるポンプ回転数Ｎ（Ｎ＋ΔＮ）が演算される（Ｓ１３）。この場合、モータ駆動回路３６のインバータの出力周波数を増分ΔＮに対応する増分だけ増加する制御信号が作成される。
他方、Ｓ１２の判定がＮｏのときは、現時点のポンプ回転数Ｎが小さな減少分ΔＮだけ減少側へ調整され、次の目標ポンプ回転数となるポンプ回転数Ｎ（Ｎ−ΔＮ）が演算される（Ｓ１４）。この場合、モータ駆動回路３６のインバータの出力周波数を減少分ΔＮに対応する減少分だけ減少させる制御信号が作成される。但し、Ｐｄ＝Ｐｓの場合は、ポンプ回転数Ｎは変更しないものとする。
【００２２】
次に、ポンプ回転数Ｎ≦最高回転数Ｎmax か否かの判定を行い（Ｓ１５）、Ｎ≦Ｎmax である場合は、次の目標ポンプ回転数となるポンプ回転数Ｎを変更することなく、Ｓ１７へ移行する。ポンプ回転数Ｎ≦Ｎmax でない場合は、ポンプ回転数Ｎとして記憶されている最高回転数Ｎmax が設定され（Ｓ１６）、Ｓ１７へ移行する。この場合、次の目標ポンプ回転数となるポンプ回転数Ｎを、増加側へ調整されたポンプ回転数Ｎではなく、最高回転数Ｎmax に制限されたインバータ出力周波数を設定する制御信号が作成される。次に、Ｓ１７においては、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１６の何れかで作成したモータ制御信号がモータ駆動回路３６へ出力され、その後Ｓ１０へ戻ってＳ１０以降が繰り返し実行される。
【００２３】
以上説明したように、ポンプ運転時のモータ電流値が定格電流値Ｉｃとなる複数のポンプ回転数Ｎ１，Ｎ２，・・・Ｎｎとこれらに対応する複数の吐出圧Ｐ１，Ｐ２，・・・・の関係を表した圧力回転数特性（圧力回転数テーブル３８）を制御ユニット３０のＲＯＭ３３に予め設定して記憶させ、制御ユニット３０に対して吐出圧の圧力設定値Ｐｓを設定し、この圧力設定値Ｐｓと圧力回転数特性（圧力回転数テーブル３８）に基づいて、使用可能なポンプ最高回転数Ｎmax を決定するので、次の効果を奏する。
【００２４】
給水装置１の使用条件に応じて、ポンプ１２，１３の能力の範囲内で、ポンプ最高回転数Ｎmax を高く或いは低く設定してポンプ吐出圧Ｐｄが設定された圧力設定値Ｐｓとなるようにポンプの回転数を制御しながらポンプ１２，１３を運転することができる。その結果、ポンプ１２，１３の仕様範囲（使用許容範囲）を大幅に拡大することができるから、給水装置１の汎用性を高め、設備経済性を高め、ランニングコストの低減を図ることができる。
【００２５】
尚、前記実施形態を部分的に変更して実施可能であり、例えば、圧力回転数テーブル３８は、必ずしもテーブルの形で格納しておく必要はなく、マップや演算式の形で格納しておくことも可能である。また、給水装置はキャビネット型給水装置以外の給水装置でもよい。その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、種々の変更を付加した形態で実施可能である。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１の給水装置によれば、ポンプ運転時のモータ電流値が定格電流値となる複数のポンプ回転数とこれらに対応する複数の吐出圧の関係を表した圧力回転数特性を前記制御手段に予め設定して記憶させ、制御手段は、別途設定される吐出圧の圧力設定値と圧力回転数特性に基づいて使用可能なポンプ最高回転数を決定すると共に前記吐出圧検出手段により検出された吐出圧に基づきポンプ回転数を目標ポンプ回転数に調整する制御信号を作成し、前記目標ポンプ回転数が前記ポンプ最高回転数を越えたとき、目標ポンプ回転数を前記ポンプ最高回転数に制限する制御信号を作成するので、給水装置の使用条件に応じて、ポンプの能力の範囲内で、ポンプ最高回転数を高く或いは低く設定してポンプ吐出圧が設定された圧力設定値となるようにポンプを運転することができる。その結果、ポンプの仕様範囲（使用許容範囲）を大幅に拡大することができるから、給水装置の汎用性を高め、設備経済性を高め、ランニングコストの低減を図ることができる。
【００２７】
請求項２の給水装置制御方法によれば、ポンプ運転時のモータ電流値が定格電流値となる複数のポンプ回転数とこれらに対応する複数の吐出圧の関係を表した圧力回転数特性を前記制御手段に予め設定して記憶させる第１工程と、制御手段に対して吐出圧の圧力設定値を設定する第２工程と、圧力設定値と圧力回転数特性に基づいて、使用可能なポンプ最高回転数を決定する第３工程と、吐出圧検出手段により検出された吐出圧に基づきポンプ回転数を目標ポンプ回転数に調整する制御信号を作成する第４工程と、目標ポンプ回転数がポンプ最高回転数を越えたとき、目標ポンプ回転数をポンプ最高回転数に制限する制御信号を作成する第５工程とを備えているため、基本的に請求項１と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る給水装置の全体構成図である。
【図２】圧力回転数特性を説明する説明図である。
【図３】圧力回転数テーブルの図表である。
【図４】最高回転数設定制御のフローチャートである。
【図５】ポンプ回転数制御のフローチャートである。
【図６】従来の給水装置のポンプ仕様範囲と最大能力ライン等の説明図である。
【符号の説明】
１給水装置
１２，１３ポンプ
１４，１５ポンプ駆動モータ
２３圧力発信器
２４圧力タンク
３０制御ユニット
３１操作パネル

Claims

ポンプと、ポンプ駆動モータと、圧力タンクと、吐出圧検出手段と、ポンプ回転数が目標ポンプ回転数になるようポンプ駆動モータを制御する制御手段とを備えた給水装置において、
ポンプ運転時のモータ電流値が定格電流値となる複数のポンプ回転数とこれらに対応する複数の吐出圧の関係を表した圧力回転数特性を前記制御手段に予め設定して記憶させ、
前記制御手段は、別途設定される吐出圧の圧力設定値と前記圧力回転数特性に基づいて、使用可能なポンプ最高回転数を決定すると共に前記吐出圧検出手段により検出された吐出圧に基づきポンプ回転数を目標ポンプ回転数に調整する制御信号を作成し、
前記目標ポンプ回転数が前記ポンプ最高回転数を越えたとき、目標ポンプ回転数を前記ポンプ最高回転数に制限する制御信号を作成する
ことを特徴とする給水装置。
ポンプと、ポンプ駆動モータと、圧力タンクと、吐出圧検出手段と、ポンプ回転数が目標ポンプ回転数になるようポンプ駆動モータを制御する制御手段とを備えた給水装置を制御する方法において、
ポンプ運転時のモータ電流値が定格電流値となる複数のポンプ回転数とこれらに対応する複数の吐出圧の関係を表した圧力回転数特性を前記制御手段に予め設定して記憶させる第１工程と、
前記制御手段に対して吐出圧の圧力設定値を設定する第２工程と、
前記圧力設定値と前記圧力回転数特性に基づいて、使用可能なポンプ最高回転数を決定する第３工程と、
前記吐出圧検出手段により検出された吐出圧に基づきポンプ回転数を目標ポンプ回転数に調整する制御信号を作成する第４工程と、
前記目標ポンプ回転数が前記ポンプ最高回転数を越えたとき、目標ポンプ回転数を前記ポンプ最高回転数に制限する制御信号を作成する第５工程と、
を備えたことを特徴とする給水装置制御方法。