JP5171013B2 - 給水装置のポンプ運転制御方法およびその装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のポンプをローテーションさせながら運転する給水装置のポンプ運転制御装置およびその装置に関する。

ビルや集合住宅などでは、ランニングコストの低減や故障代替を目的として複数台のポンプを並列に接続した給水装置を用いて給水することが行なわれている。このような給水装置の運転では、使用水量に応じて、ポンプの運転台数を減少させたり増加させたりする制御が用いられている。

複数台のポンプを用いた給水装置では、従来より、先発するポンプ号機の負担を軽減させるために、先発したポンプ号機が停止すると、該先発ポンプを飛ばして、先発ポンプの次のポンプ号機から順にローテーションさせて運転することが行なわれている。

ところで、各ポンプの寿命の偏りを抑えるため、各ポンプの運転時間は、均一化することが求められる。ところが、ポンプ号機を順にローテーションさせた場合でも、各ポンプ号機が運転する時期など関係から、各ポンプ号機は運転時間が大きくばらつく（偏り）。

こうした大きな運転時間のばらつきを抑えるために、特許文献１に開示されているように、次回のローテーション時には、ローテンションの運転を行なわずに、積算運転時間の少ないポンプを先発させる制御が提案されている。
特開２０００−４５９８２号公報

ところが、同制御は、給水装置の基本原則として用いられるローテーション運転の制御に、それとは全く異なる制御内容を組み込むために、ソフト的に複雑となりやすく、バグなどの不具合が発生しやすい。

そこで、本発明の目的は、ポンプ号機のローテーション運転を踏襲しながら各ポンプの積算運転時間の均一化させることが可能な給水装置のポンプ運転制御方法およびその装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、複数台のポンプを、先発したポンプが停止すると、該先発ポンプの次のポンプ号機から順にローテーションさせて、給水運転を行なう給水装置のポンプ運転制御方法において、前記各ポンプ号機のそれぞれの運転時間を積算して、前記各ポンプ号機それぞれの積算運転時間、及び、前記各ポンプ号機の積算運転時間を積算した総積算運転時間を求め、前記総積算運転時間で前記各ポンプ号機の前記積算運転時間のそれぞれを除算することで、前記各ポンプ号機のばらつき度値を算出し、前記ポンプ号機の前記ばらつき度値のそれぞれを、前記各ポンプ号機の前記ばらつき度値の平均値に、ばらつきを抑える重み付けである任意の値が加えられた、予め設定された比較値と比較し、比較した前記ばらつき度値が前記比較値よりも大きい値となった前記ポンプを、次回の給水運転のローテーション時にスキップさせるようにした。

請求項２に記載の発明は、前記ポンプのスキップは、前記各ポンプ号機の総積算運転時間が前記ポンプの設置から所定の運転時間を越えるときに実行されるようにした。

請求項３に記載の発明は、複数台のポンプを、先発したポンプが停止すると、該先発ポンプの次のポンプ号機から順にローテーションさせて、給水運転を行なうローテーション運転制御手段と、前記各ポンプ号機のそれぞれの運転時間を積算して、前記各ポンプ号機それぞれの積算運転時間を算出するとともに、前記各ポンプ号機の積算運転時間を積算した総積算運転時間を求める積算手段と、前記総積算運転時間で前記各ポンプ号機の前記積算運転時間のそれぞれを除算することで、前記各ポンプ号機のばらつき度値を算出するばらつき度判定手段と、前記各ポンプ号機の前記ばらつき度値のそれぞれを、前記各ポンプ号機の前記ばらつき度値の平均値に、ばらつきを抑える重み付けである任意の値が加えられた、予め設定された比較値と比較する比較手段と、比較した前記ばらつき度値が前記比較値よりも大きい値となった前記ポンプを、次回の給水運転のローテーション時にスキップさせるスキップ手段と、を具備する構成を採用した。

請求項１に記載の発明によれば、ポンプ号機のローテーション運転を流用しながら、ポンプ号機間の積算運転時間のばらつきを抑えることができる、
したがって、ローテーション運転の制御を踏襲して、各ポンプの積算運転時間が均一化できる。これにより、ソフト的な複雑さやバグなどの不具合の発生を避けることができ、ポンプの制御装置に携わる労力を抑えることができる。
また、比較値の設定により、必要以上にポンプがスキップするのを抑えることができる。

請求項２に記載の発明によれば、スキップ制御の規制により、給水装置の設置初期における偏りが発生しやすい状況下を避けることができ、一層、各ポンプの積算運転時間の均一化を図ることができる。

請求項３に係る発明によれば、ローテーション運転を流用して、各ポンプの積算運転時間の均一化が行なえる制御装置が提供できる。

以下、本発明を図１および図２に示す一実施形態にもとづいて説明する。

図１は給水装置を示し、図中１ａ〜１ｃは複数、例えば３台の電動式のポンプである。なお、ポンプ１ａ〜１ｃは、例えば左側からｎ機号のポンプ、ｎ＋１機号のポンプ、ｎ＋２機号のポンプとしてある。これらポンプ１ａ〜１ｃの吸込部は、例えば開閉弁２ａ〜２ｃが介装された吸込管３ａ〜３ｃを介して、給水源、例えば受水槽などから延びる給水管４に接続されている。またポンプ１ａ〜１ｃの吐出部は、例えば逆止弁５ａ〜５ｃや開閉弁６ａ〜６ｃが介装された吐出管７ａ〜７ｃを介して、需要側、例えばビルや集合住宅などから延びる需要管８に接続されている。これにより、３台のポンプ１ａ〜１ｃが並列に接続されたポンプユニット９を構成している。但し、ポンプ１ａ〜１ｃの吐出側には、アキュームレータ１０や流量センサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃや圧力センサ１２が接続されている。なお、１３は、ポンプ１ａ〜１ｃの電源周波数を可変可能に制御するインバータを示す。

インバータ１３、流量センサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃおよび圧力センサ１２などは、ポンプ運転装置を構成する、例えばマイクロコンピュータで構成される制御部１５に接続されていて、予め設定されている揚水マップにしたがい、流量センサ１１ａ、１１ｂ，１１ｃの流量信号、圧力センサ１２の圧力信号で検出される需要具合に応じて、ポンプ１ａ〜１ｃが運転、例えば１台運転、２台、３台運転されるようにしてある。また制御部１５には、各ポンプ１ａ〜１ｃの積算運転時間の均一化を図るために、ポンプ１ａ〜１ｃをローテーション運転させる制御が設定されている（本願のローテーション運転制御手段に相当）。同ローテーション運転は、先発したポンプの運転が停止すると、次のポンプ運転のときは、先発したポンプを飛ばして、先に進み次の号機のポンプから順に運転させるというパターンで、ローテーションを行なう制御である。

この他、制御部１５は、このローテーション運転を踏襲しながら、さらに各ポンプ１ａ〜１ｃの積算運転時間の均一化を促進させるスキップ制御が設定されている。

すなわち、スキップ制御として制御部１５には、
・ポンプ１ａ〜１ｃの各号機の運転時間ｔ１〜ｔ３を積算する機能（本願の積算手段に相当）、
・ポンプ１ａ〜１ｃの総積算運転時間Ｔ１を演算する機能
・積算運転時間ｔ１〜ｔ３と総積算運転時間Ｔ１とから、具体的には例えば「積算運転時間ｔ１〜ｔ３／総積算運転時間Ｔ１」なる式から、ポンプ１ａ〜１ｃの各号機の積算運転時間のばらつき度（ｎ１，ｎ２，ｎ３）を求める機能（本願のばらつき度判定手段に相当）、
・得られた各ポンプ号機のばらつき度値と、予め設定された比較値となるスキップ判定値βとを比較する比較する機能（本願の比較手段に相当）、
・ばらつき度値が比較値以上のとき、次回の給水運転のローテーション時、該当するポンプ号機をスキップさせてローテーションさせるスキップ機能（本願のスキップ手段に相当）、
などが設定されている。

また不安定要素となる必要以上のポンプ号機のスキップを避けるための工夫として、制御部１５には、この他、
・スキップ制御の実行は、各ポンプ号機の総積算運転時間Ｔ１が、所定の運転時間であるポンプ号機の積算運転時間が偏りやすい時期に相当するポンプ設置初期の積算運転時間である設定初期時間αを越えたときだけとする機能が設定されている（その際は通常のローテーション運転）。

さらに同じ目的の工夫として、スキップ判定値βには、ばらつき度の平均値を下限値とした、同平均値を越える値［例えば（ｎ１＋ｎ２＋ｎ３／ポンプ台数）＋Ｋ（ばらつきを抑える重みづけをなす定数）］が用いてある。

つぎに、給水装置の作用を図２に示すフローチャートにしたがい説明する。

今、使用水の需要により、給水装置が、当該装置の設置を終えた初期から、給水運転が開始されたとする。このとき、ポンプ１ａ〜１ｃの総積算運転時間Ｔ１（今までの各ポンプ号機１ａ〜１ｃ）は、未だ設定初期時間αに到達していないから、ステップ１のように各ポンプ号機を通常のローテーションで運転させる。これにより、先発ポンプがポンプ１ａであると、要求される水量や圧力により、まず、ポンプ１ａが運転し、さらに能力が必要である状況になる場合、次の号機のポンプ１ｂが稼動し、さらにそれでも能力が求められる場合、次の号機のポンプ１ｃが稼動するという、使用水量の状況に応じたパターンで運転が行なわれる。

この間、制御部１５は、ステップ２，３に示されるように各ポンプ号機（１ａ〜１ｃ）の運転時間ｔ１、ｔ２、ｔ３を積算、さらにポンプ１ａ〜１ｃの総積算運転時間Ｔ１を求めている。

設定初期時間αは、特にポンプ積算運転時間ｔ１、ｔ２、ｔ３の偏りが大きく発生しやすい傾向のある装置初期の積算時間値から定められている。制御部１５は、この設定初期時間αを、総積算運転時間Ｔ１が越えるまでは、ステップ５に示されるようにポンプ１ａ〜１ｃを通常のローテーションで運転させる。ここでは、必要以上にスキップ運転を行なう回数が増えることがないようにする配慮から、ポンプ積算運転時間ｔ１、ｔ２、ｔ３の偏りが大きく発生しやすい傾向のときは、スキップ制御に至らずに、通常のローテーション運転を行なわせる。通常のローテーション運転は、先発するポンプ号機の負担を軽減させるために、先発したポンプ号機が停止すると、先発ポンプから次のポンプ号機を先発させて運転することをいう。

設定初期時間αの間は、先発ポンプの停止の度、こうした先発ポンプが順番に代わるローテーション運転が行なわれる。

総積算運転時間Ｔ１が設定初期時間αを越えると、制御部１５は、ステップＳ６に示されるように各ポンプ１ａ〜１ｃの運転時間のばらつき度ｎ１，ｎ２，ｎ３を求める。ｎ１，ｎ２，ｎ３は、例えば「各号機の積算運転時間／総積算運転時間」なる与式の演算で求まる。つまり、総積算時間に対する各号機の積算運転時間の占める割合で算出される。

さらに制御部１５は、各号機の積算運転時間に基づいて、同積算運転時間に見合った所定のスキップ判定値βを設定していく。例えば「（ｎ１＋ｎ２＋ｎ３／ポンプ台数）＋Ｋ」なる与式の演算で定まる。つまり、必要以上にスキップ運転を行なう回数が増えることがないようにする配慮から、スキップ判定値βは、（ｎ１＋ｎ２＋ｎ３／ポンプ台数）で得られる平均値にＫ値を加えて、スキップ判定値βを平均値以上の値としている。

続いて制御部１５により、ステップＳ８に示されるようにばらつき度ｎ１，ｎ２，ｎ３とスキップ判定値βとをそれぞれ対比する処理が行われ（「ｎ１−β」、「ｎ２−β」、「ｎ３−β」）、スキップする号機を判定する。

対比した結果、スキップ判定値βより大きい数値と演算された号機のポンプは（＞β）、ステップＳ９に示されるように、次回のローテーション運転のとき、スキップする対象の号機のポンプと判別される。そして、その号機のポンプをスキップするというローテンション運転が行なわれる。例えば次回、ポンプ１ｂが先発ポンプをとしたローテーションである場合、例えばスキップされる号機のポンプが先発ポンプ１ｂであると判定ときは、先発ポンプ１ｂを飛ばして、ポンプ１ｃから始まるローテーション運転が行なわれる。

こうしたスキップ制御が行なわれると、ローテーション運転だけでは、ばらつきの多い各号機の積算運転時間は、一層、ばらつきが抑えられる。

したがって、スキップ制御により、各号機の積算運転時間ｔ１，ｔ２，ｔ３が均一化でき、各ポンプ１ａ〜１ｃの寿命を均一化することができる。しかも、スキップ制御は、既存のローテーション運転の制御を一部変更するという、既存のローテーションを踏襲して行なわれるので、新たに別体な制御を用いるのに比べ、ソフト的な複雑さやバグの発生は避けられる。そのため、給水装置における最適な制御ができる。しかも、スキップ制御は、既存のローテーションを流用するから、ポンプの制御装置に携わる労力を抑えることができる。

特にスキップ制御は、総積算運転時間Ｔ１が、設定初期時間α（所定運転時間）を越えるときのみ実行させると、給水装置の設置初期における偏りが発生しやすい状況下を避けることができ、一層、各号機の積算運転時間ｔ１，ｔ２，ｔ３の均一化を図ることができる。そのうえ、スキップ判定値β（比較値）として、各号機の積算運転時間のばらつき度の平均値を下限値とし、同値にばらつきを抑える重みづけを施した値を用いたことにより、必要以上にポンプをスキップする回数を抑えながら、各号機の積算運転時間ｔ１，ｔ２，ｔ３の均一化を図ることができる。

なお、以上は、ローテーション運転やスキップ制御について述べたが、制御部１５の設定により、ポンプ故障時は、スキップ制御よりも代替運転するポンプを優先させる。また並列（同時）運転及び３台以上の同時運転の場合についても、スキップ制御よりも、両運転を優先させたりする制御が実行され、良好な給水運転が継続できる。

但し、本発明は上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施しても構わない。一実施形態では、３台のポンプを並列に接続したポンプユニットを用いた例を挙げたが、これに限らず、４台以上のポンプを並列に接続したポンプユニットに適用しても構わない。

本発明の一実施形態に係る給水装置を、制御装置と共に示す図。 同制御装置で行なわれるローテーション運転を説明するフローチャート。

符号の説明

１ａ〜１ｃ…ポンプ、１５…制御部（ローテーション制御手段，積算手段，ばらつき度判定手段，比較手段，スキップ手段）。

Claims (3)

1. 複数台のポンプを、先発したポンプが停止すると、該先発ポンプの次のポンプ号機から順にローテーションさせて、給水運転を行なう給水装置のポンプ運転制御方法において、
   前記各ポンプ号機のそれぞれの運転時間を積算して、前記各ポンプ号機それぞれの積算運転時間、及び、前記各ポンプ号機の積算運転時間を積算した総積算運転時間を求め、
   前記総積算運転時間で前記各ポンプ号機の前記積算運転時間のそれぞれを除算することで、前記各ポンプ号機のばらつき度値を算出し、
   前記ポンプ号機の前記ばらつき度値のそれぞれを、前記各ポンプ号機の前記ばらつき度値の平均値に、ばらつきを抑える重み付けである任意の値が加えられた、予め設定された比較値と比較し、
   比較した前記ばらつき度値が前記比較値よりも大きい値となった前記ポンプを、次回の給水運転のローテーション時にスキップさせる、
   ことを特徴とする給水装置のポンプ運転制御方法。
2. 前記ポンプのスキップは、前記各ポンプ号機の総積算運転時間が前記ポンプの設置から所定の運転時間を越えるときに実行されることを特徴とする請求項１に記載の給水装置のポンプ運転制御方法
3. 複数台のポンプを、先発したポンプが停止すると、該先発ポンプの次のポンプ号機から順にローテーションさせて、給水運転を行なうローテーション運転制御手段と、
   前記各ポンプ号機のそれぞれの運転時間を積算して、前記各ポンプ号機それぞれの積算運転時間を算出するとともに、前記各ポンプ号機の積算運転時間を積算した総積算運転時間を求める積算手段と、
   前記総積算運転時間で前記各ポンプ号機の前記積算運転時間のそれぞれを除算することで、前記各ポンプ号機のばらつき度値を算出するばらつき度判定手段と、
   前記各ポンプ号機の前記ばらつき度値のそれぞれを、前記各ポンプ号機の前記ばらつき度値の平均値に、ばらつきを抑える重み付けである任意の値が加えられた、予め設定された比較値と比較する比較手段と、
   比較した前記ばらつき度値が前記比較値よりも大きい値となった前記ポンプを、次回の給水運転のローテーション時にスキップさせるスキップ手段と、
   を具備することを特徴とする給水装置のポンプ運転制御装置。

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