JP6030384B2 - ポンプ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数台のモータポンプを駆動する複数のインバータ装置を備えたポンプ制御装置に関し、特に複数のインバータ装置のうちの１つがマスタ機として機能し、他のインバータ装置がスレーブ機として機能し、マスタ機が故障したときにスレーブ機がマスタ機として機能するポンプ制御装置に関する。

従来から、複数のインバータ装置を使用して複数のモータポンプ（電動機付ポンプ）を連携運転することが実施されている。このような連携運転を実現する方法としては、一般に、インバータ装置とは別の上位コントローラを使用して、複数のインバータ装置を交互運転や並列運転させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図１は、このような上位コントローラを使用した自律分散給水制御システムを示す図である。図１に示すように、複数のモータポンプＭＰ１〜ＭＰ５が給水配管３に設けられている。上位コントローラとしてのインターフェイス基板１００は複数のインバータ装置１０１〜１０５に接続されている。より具体的には、各インバータ装置のポンプ制御部ＣＯＭ１〜ＣＯＭ５は第１の信号線Ｃ１を介してインターフェイス基板１００に接続されており、各インバータ装置のインバータ部ＩＮＶ１〜ＩＮＶ５は第２の信号線Ｃ２を介して互いに接続されている。図１に示すように、５台のインバータ装置１０１〜１０５に対して、１台のインターフェイス基板１００が設けられている。

インターフェイス基板１００はマスタ機として機能し、ポンプ制御部ＣＯＭ１〜ＣＯＭ５はスレーブ機として機能する。すなわち、インターフェイス基板１００は、複数のポンプ制御部ＣＯＭ１〜ＣＯＭ５の起動停止を指令し、ポンプ制御部ＣＯＭ１〜ＣＯＭ５は、インターフェイス基板１００からの指令を受けて起動および停止する。ポンプ制御部ＣＯＭ１〜ＣＯＭ５は、吐出し側圧力センサＤＰ１によって測定された吐出し圧力値に基づいて、対応するインバータ部ＩＮＶ１〜ＩＮＶ５を制御してモータポンプＭＰ１〜ＭＰ５の吐出し圧力を制御する。

図２は、上位コントローラを使用せず、２台のインバータ装置２０１，２０２により対応する２台のモータポンプＭＰ１，ＭＰ２を連携運転させるポンプの自動交互並列運転システムを示す図である。このシステムでは、２台のインバータ装置２０１，２０２が相互に直接接続されており、運転情報を相互に送信および受信することにより２台のモータポンプＭＰ１，ＭＰ２を交互運転または並列運転させるようになっている。図１とは異なり、インバータ装置２０１，２０２はマスタ機またはスレーブ機としての役割は持たず、対応するモータポンプＭＰ１，ＭＰ２を独立に制御するように構成されている。図２に示すように、第１のインバータ装置２０１には第１の吐出し側圧力センサＤＰ１が接続されており、第２のインバータ装置２０２には第２の吐出し側圧力センサＤＰ２が接続されている。これらインバータ装置２０１，２０２は、圧力センサＤＰ１，ＤＰ２からの圧力測定値に基づいて対応するモータポンプＭＰ１，ＭＰ２の運転を独立に制御する。このような制御システムは、多重制御システムと呼ばれている。

上位コントローラを使用しないポンプシステムの他の例として、図３に示すものも知られている。このポンプシステムでは、吸込側圧力センサＳＰ１および吐出し側圧力センサＤＰ１が２台のインバータ装置３０１，３０２に接続されている。吸込側圧力センサＳＰ１の圧力測定値は２台のインバータ装置３０１，３０２の両方に送信され、同様に、吐出し側圧力センサＤＰ１の圧力測定値は２台のインバータ装置３０１，３０２の両方に送信される。図２に示す運転システムと同様に、このポンプシステムも、２台のインバータ装置３０１，３０２が圧力センサＳＰ１，ＤＰ１からの圧力測定値を監視しながら、対応するモータポンプＭＰ１，ＭＰ２をそれぞれ独立に制御する多重制御システムである。

特開２００９−２２８６４９号公報 特開平０２−８６９７４号公報 特開平１０−２２７２９３号公報

しかしながら、上述した従来のポンプシステムには、次のような問題点がある。図１に示すポンプシステムでは、複数のインバータ装置１０１〜１０５を連携運転させるための上位コントローラ（インターフェイス基板）１００が必要となり、コストが高くなる。また、上位コントローラ１００が故障すると、すべてのインバータ装置１０１〜１０５の運転が不可能となる。

図２および図３に示すポンプシステムは上位コントローラを使用しないものであるが、図２のポンプシステムでは、各インバータ装置２０１，２０２は対応する圧力センサＤＰ１，ＤＰ２からの圧力測定値に基づいて、対応するモータポンプＭＰ１，ＭＰ２を独立に制御するため、インバータ装置を増設する際には、それに伴って圧力センサも増設しなければならず、コストが高くなる。図３に示す構成では、１つの圧力センサＳＰ１またはＤＰ１の圧力測定値が２台のインバータ装置３０１，３０２に共通して使用されているため、この圧力センサが故障した場合には、すべてのインバータ装置３０１，３０２の運転継続ができなくなる。

本発明は、上述した従来の問題点を解決するためになされたもので、低いコストでインバータ装置を容易に増設することができ、さらに圧力センサなどの状態量測定器が故障したときもポンプ運転を継続することができるポンプ制御装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、複数のモータポンプの運転を制御するポンプ制御装置であって、第１のインバータ装置および第２のインバータ装置と、前記第１のインバータ装置に接続され、流体の状態量を測定する第１の状態量測定器と、前記第２のインバータ装置に接続され、前記流体の前記状態量を測定する第２の状態量測定器とを備え、前記第１のインバータ装置は、前記第１の状態量測定器によって測定された前記状態量に基づいて前記複数のモータポンプの運転を制御するための制御信号を生成し、該制御信号を前記第２のインバータ装置に送信するマスタ機として機能し、前記第２のインバータ装置は、前記制御信号を受けて、該第２のインバータ装置に接続されたモータポンプを駆動するスレーブ機として機能し、前記第１のインバータ装置および前記第１の状態量測定器のうちの少なくとも１つに異常が発生したときは、前記第１のインバータ装置が前記第２のインバータ装置にマスタ機交代の指令を出し、前記第２のインバータ装置は、前記第２の状態量測定器によって測定された前記状態量に基づいて前記複数のモータポンプの運転を制御するための制御信号を生成し、該生成した制御信号を前記第１のインバータ装置に送信するマスタ機として機能する一方で、前記第１のインバータ装置は、前記第２のインバータ装置により生成された前記制御信号を受けて、該第１のインバータ装置に接続されたモータポンプを駆動するスレーブ機として機能することを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記第１のインバータ装置がマスタ機からスレーブ機に切り換わるとき、前記第１のインバータ装置は、マスタ機として必要な運転設定情報を前記第２のインバータ装置に送信することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１のインバータ装置がマスタ機として必要な運転設定情報を前記第２のインバータ装置に送信できない場合、前記第２のインバータ装置が自ら新たにマスタ機として必要な運転設定情報を設定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１のインバータ装置および前記第１の状態量測定器のうちの少なくとも１つに異常が発生したときは、前記第２のインバータ装置は、スレーブ機からマスタ機に自動的に切り換わるとともに、前記第１のインバータ装置は、マスタ機からスレーブ機に自動的に切り換わることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記第１のインバータ装置および前記第２のインバータ装置は、それぞれ、前記複数のモータポンプのうちの対応するモータポンプを駆動するドライバ部と、該ドライバ部の運転を制御するポンプ制御部とを備え、前記第１のインバータ装置の前記ドライバ部に異常が発生した場合には、該第１のインバータ装置はマスタ機としての機能を継続し、前記第１のインバータ装置で生成した前記制御信号を前記第２のインバータ装置に送信することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１のインバータ装置および前記第２のインバータ装置は、それぞれスイッチを有し、前記スイッチの操作により、前記第１のインバータ装置および前記第２のインバータ装置は、単独運転機、マスタ機、またはスレーブ機のいずれかに設定されることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記ポンプ制御装置は、前記第１の状態量測定器に接続された少なくとも１台のインバータ装置をさらに備え、前記少なくとも１台のインバータ装置は、マスタ機およびスレーブ機として機能することができるように構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１のインバータ装置、前記第２のインバータ装置、および前記少なくとも１台のインバータ装置からなる複数のインバータ装置は、予め定められた順序でマスタ機として機能することを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記ポンプ制御装置は、前記第２の状態量測定器に接続された少なくとも１台のインバータ装置をさらに備え、前記少なくとも１台のインバータ装置は、マスタ機およびスレーブ機として機能することができるように構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１のインバータ装置、前記第２のインバータ装置、および前記少なくとも１台のインバータ装置からなる複数のインバータ装置は、予め定められた順序でマスタ機として機能することを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記第１の状態量測定器および前記第２の状態量測定器のいずれにも接続されていない、スレーブ機としてのみ機能するインバータ装置をさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記スレーブ機に異常が発生すると、前記マスタ機は、異常発生の表示、外部への警報出力、および異常発生の記録のうちの少なくとも１つを実行することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１のインバータ装置および前記第２のインバータ装置は、それぞれ表示部を有しており、スレーブ機の運転情報を、マスタ機として機能している前記第１のインバータ装置または前記第２のインバータ装置の前記表示部に表示することを特徴とする。

本発明によれば、マスタ機およびスレーブ機として機能する第１のインバータ装置および第２のインバータ装置は、一重制御システムを構成する。すなわち、流体の状態量（例えば、吐出し側圧力、吸込側圧力など）の測定値に基づいてモータポンプの制御信号を生成するのはマスタ機であり、スレーブ機はその制御信号を受けて動作する。したがって、新たに状態量測定器を付加することなく、追加のインバータ装置をスレーブ機として容易に増設することができる。さらに、第１のインバータ装置および第２のインバータ装置は、マスタ機およびスレーブ機として動作しうる機能を備えているので、第１のインバータ装置またはこれに接続されている状態量測定器（例えば圧力センサ）が故障した場合には、第１のインバータ装置に代えて第２のインバータ装置がマスタ機として複数のモータポンプを制御することができる。

従来の自律分散給水制御システムを示す図である。 従来のポンプシステムの一例を示す図である。 従来のポンプシステムの他の例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るポンプ制御装置を備えたポンプシステム示す図である。 第１および第２のインバータ装置を示す図である。 インバータ装置の表示操作部を示す図である。 ポンプ制御部の一例を示す図である。 ディップスイッチのＯＮまたはＯＦＦの状態と設定される号機番号との関係を示す図である。 ディップスイッチによりインバータ装置の号機番号が指定される工程を説明するフローチャートである。 状態量測定器が故障したときに一のインバータ装置がマスタ機からスレーブ機に切り換えられ、他のインバータ装置がスレーブ機からマスタ機に切り換えられた状態を示す図である。 第１のインバータ装置がマスタ機からスレーブ機に切り替わり、第２のインバータ装置がスレーブ機からマスタ機に切り換わる工程の流れを説明する図である。 ３台のインバータ装置を備えたポンプ制御装置を示す図である。 ５台のインバータ装置を備えたポンプ制御装置を示す図である。 図１３に示すインバータ装置がサブマスタ機として機能する順序を示すテーブルである。 状態量測定器が故障したときに一のインバータ装置がマスタ機からスレーブ機に切り換えられ、他のインバータ装置がスレーブ機からマスタ機に切り換えられた状態を示す図である。 スレーブ機としてのみ機能しうるインバータ装置を含むポンプ制御装置を示す図である。 図１６に示すインバータ装置がサブマスタ機として機能する順序を示すテーブルである。 第１および第２の吸込側圧力センサ、第１および第２の吐出し側圧力センサに加えて、第３の吸込側圧力センサおよび第３の吐出し側圧力センサが設けられた実施形態を示す図である。 図１８に示すインバータ装置がサブマスタ機として機能する順序を示すテーブルである。 状態量測定器が故障したときに一のインバータ装置がマスタ機からスレーブ機に切り換えられ、他のインバータ装置がスレーブ機からマスタ機に切り換えられた状態を示す図である。 第１の状態量測定器として第１の吐出し側圧力センサのみを備え、第２の状態量測定器として第２の吐出し側圧力センサのみを備えた実施形態を示す図である。 図２１に示すインバータ装置がサブマスタ機として機能する順序を示すテーブルである。 状態量測定器が故障したときに一のインバータ装置がマスタ機からスレーブ機に切り換えられ、他のインバータ装置がスレーブ機からマスタ機に切り換えられた状態を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図４は、本発明の一実施形態に係るポンプ制御装置を備えたポンプシステム示す図である。図４に示すように、ポンプシステムは、複数台のモータポンプＭＰ１，ＭＰ２と、これらモータポンプＭＰ１，ＭＰ２の運転を制御するためのポンプ制御装置１とを備えている。モータポンプＭＰ１，ＭＰ２は給水配管３に設けられている。

ポンプ制御装置１は、モータポンプＭＰ１，ＭＰ２の電動機Ｍ１，Ｍ２に電力線Ｗ１，Ｗ２を介してそれぞれ接続された２台のインバータ装置ＶＦＤ１，ＶＦＤ２と、モータポンプＭＰ１，ＭＰ２の吸込側圧力を測定する第１の吸込側圧力センサＳＰ１および第２の吸込側圧力センサＳＰ２と、モータポンプＭＰ１，ＭＰ２の吐出し側圧力を測定する第１の吐出し側圧力センサＤＰ１および第２の吐出し側圧力センサＤＰ２とを備えている。

２台のインバータ装置ＶＦＤ１，ＶＦＤ２は信号線Ｃ１により互いに接続されている。第１の吸込側圧力センサＳＰ１および第１の吐出し側圧力センサＤＰ１は、第１のインバータ装置ＶＦＤ１に接続され、第２の吸込側圧力センサＳＰ２および第２の吐出し側圧力センサＤＰ２は、第２のインバータ装置ＶＦＤ２に接続されている。第１のインバータ装置ＶＦＤ１と第１のモータポンプＭＰ１とは、一体に組み付けられて１台のポンプ装置として構成されてもよい。同様に、第２のインバータ装置ＶＦＤ２と第２のモータポンプＭＰ２とは、一体に組み付けられて１台のポンプ装置として構成されてもよい。

吸込側圧力センサＳＰ１，ＳＰ２および吐出し側圧力センサＤＰ１，ＤＰ２は、モータポンプＭＰ１，ＭＰ２によって移送される液体の状態量を測定する状態量測定器である。この例では、液体の状態量は、吸込側圧力および吐出し側圧力である。液体の状態量の他の例としては、液体の温度や流量が挙げられる。図４に示す例では、第１の吐出し側圧力センサＤＰ１および第２の吐出し側圧力センサＤＰ２は、それぞれ、液体の状態量である吐出し側圧力を測定する第１の状態量測定器および第２の状態量測定器である。同様に、第１の吸込側圧力センサＳＰ１および第２の吸込側圧力センサＳＰ２は、それぞれ、液体の他の状態量である吸込側圧力を測定する別の第１の状態量測定器および第２の状態量測定器である。

図５は、第１および第２のインバータ装置ＶＦＤ１，ＶＦＤ２を示す図である。インバータ装置ＶＦＤ１，ＶＦＤ２は同一の構成を有しているので、以下、第１のインバータ装置ＶＦＤ１について説明する。インバータ装置ＶＦＤ１は、電動機Ｍ１を駆動するドライバ部１０と、ドライバ部１０の出力電力を制御するポンプ制御部１１と、各インバータ装置の運転情報を表示する表示操作部１２とを備えている。ポンプ制御部１１は、記憶部としてのメモリ１１ａを備えており、インバータ装置ＶＦＤ１，ＶＦＤ２の運転情報（ポンプ速度、電流値、電圧値、電力値、異常の発生など）をメモリ１１ａに記憶可能となっている。ポンプ制御部１１とドライバ部１０とは信号線Ｓ１で接続されている。表示操作部１２はポンプ制御部１１に接続されている。

ポンプ制御部１１は第１の吸込側圧力センサＳＰ１および第１の吐出し側圧力センサＤＰ１から送られてくる圧力測定値に基づいてドライバ部１０の運転を制御する。例えば、ポンプ制御部１１は、吐出し側圧力センサＤＰ１から送られてくる圧力測定値が所定の目標値に維持されるように吐出圧力一定制御を行う。ポンプ制御部１１は、モータポンプＭＰ１の速度指令、モータポンプＭＰ１の始動指令および停止指令などの制御信号を信号線Ｓ１を介してドライバ部１０に送り、ドライバ部１０は、現在のモータポンプＭＰ１の速度、電流値、電圧値等の各種運転情報を信号線Ｓ１を介してポンプ制御部１１に送る。これらの運転情報は、表示操作部１２に表示されるようになっている。

ドライバ部１０は、その内部にＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などのスイッチング素子を備えたインバータ回路を有しており、ポンプ制御部１１からの速度指令（周波数指令）に従った周波数を持つ電力を生成し、これを電力線Ｗ１を通じてモータポンプＭＰ１の電動機Ｍ１に供給する。

第１の吸込側圧力センサＳＰ１および第１の吐出し側圧力センサＤＰ１は、第１のインバータ装置ＶＦＤ１のポンプ制御部１１に接続され、第２の吸込側圧力センサＳＰ２および第２の吐出し側圧力センサＤＰ２は、第２のインバータ装置ＶＦＤ２のポンプ制御部１１に接続されている。第２のインバータ装置ＶＦＤ２でも、同様に、ポンプ制御部１１は第２の吸込側圧力センサＳＰ２および第２の吐出し側圧力センサＤＰ２から送られてくる圧力測定値に基づいてドライバ部１０の出力電力を制御する。

図６は表示操作部１２を示す図である。図６に示すように、表示操作部１２は、複数のスイッチ１４ａ〜１４ｄと、ＬＥＤから構成される表示部１５とを備えている。表示部１５には、上述したように、各種運転情報が表示されるようになっている。スイッチ１４ａ〜１４ｄは、インバータ装置の運転または停止を行ったり、インバータ装置の運転に関する情報や設定値の表示を切り替えたり、設定値の変更を行うためのスイッチとして使用される。さらに、表示操作部１２は、複数のインバータ装置の号機番号を設定したり表示することもできる。なお、スイッチ１４ａ〜１４ｄと表示部１５は、表示操作部１２として一体ではなく、別々の部品として設けてもよい。

図７はポンプ制御部１１の一例を示す図である。図７に示す符号１６は、ディップスイッチを表している。この例では、８つのディップスイッチＮｏ．１〜８がポンプ制御部１１に設けられている。以下の説明では、これらディップスイッチＮｏ．１〜８を総称してディップスイッチ１６という。ディップスイッチ１６は、号機番号を設定値として指定するためのスイッチとして上述の表示操作部１２のスイッチ１４ａ〜１４ｄに代えて使用することができる。ディップスイッチ１６を採用することにより回路基板に搭載することが容易になる。図７に示す符号１７は、モータポンプの速度指令、モータポンプの始動指令および停止指令などの各種制御信号を生成する処理部としてのＣＰＵを表している。

ディップスイッチＮｏ．１〜８のすべてまたはそのうちのいくつかは、号機番号の設定に使用することができる。以下、ディップスイッチＮｏ．１〜３を号機番号の設定に使用する例について説明する。ディップスイッチＮｏ．１〜３のすべてがＯＦＦである場合、そのインバータ装置は０号機である。この場合は、そのインバータ装置は単独で運転され、他のインバータ装置は起動されない。ディップスイッチＮｏ．１またはディップスイッチＮｏ．２のみがＯＮである場合、そのインバータ装置は１または２号機に指定される。さらに、後述のようにインバータ装置が３台以上ある場合で、ディップスイッチＮｏ．１およびディップスイッチＮｏ．２がＯＮである場合、そのインバータ装置は３号機に指定される。ディップスイッチＮｏ．３がＯＮである場合、そのインバータ装置は４号機に指定され、ディップスイッチＮｏ．３および１がＯＮである場合、そのインバータ装置は５号機に指定される。図８は、以上説明したディップスイッチのＯＮまたはＯＦＦの状態と設定される号機番号との関係を示す図である。

複数のインバータ装置のうちのいずれか１台はマスタ機として機能し、他のインバータ装置はすべてスレーブ機として機能する。通常は、最も小さい号機（通常は、１号機）のインバータ装置がマスタ機として選択される。マスタ機は、複数のモータポンプの運転およびポンプ制御装置全体の運転を制御する制御信号を生成し、その制御信号を信号線Ｃ１を通じてスレーブ機に送信する。スレーブ機は、マスタ機からの制御信号を受けて動作する。より具体的には、マスタ機は、吸込側圧力センサおよび吐出し側圧力センサからの圧力測定値に基づいて、吐出圧力一定制御や末端圧力一定制御などの所定のポンプ運転制御プログラムに従ってモータポンプの速度およびモータポンプの起動停止を決定し、スレーブ機は、マスタ機によって決定された指令に従ってモータポンプを駆動する。スレーブ機は、吸込側圧力センサおよび吐出し側圧力センサに接続されているが、これら圧力センサからの圧力測定値に基づいたポンプ運転制御は行わない。このように、本発明に係るポンプ制御装置は、マスタ機のみがポンプ制御を行い、スレーブ機はマスタ機の指令に従う一重制御システムである。このような一重制御システムは、新たな状態量測定器を付加することなく、追加のインバータ装置を容易に増設することが可能である。

マスタ機として選択されたインバータ装置のポンプ制御部１１は、マスタ機およびスレーブ機を含むすべてのインバータ装置の運転情報（ポンプ速度、電流値、電圧値、電力値、異常の発生など）をメモリ１１ａに記録するようになっている。インバータ装置は、自身の故障またはそのインバータ装置に接続された状態量測定器の故障を検知することができるように構成されている。スレーブ機またはこれに接続された状態量測定器に異常が発生したことをスレーブ機が検知すると、その異常発生の情報がマスタ機に信号線を介して送信され、マスタ機のメモリ１１ａに記録される。マスタ機の操作表示部１２は、そのメモリ１１ａに記録されているスレーブ機の各種運転情報を表示可能となっている。スレーブ機またはこれに接続された状態量測定器に異常が発生すると、マスタ機は、異常発生の表示、外部への警報出力、および異常発生の記録を実行する。

図９は、ポンプ制御部１１に搭載するディップスイッチ１６によりインバータ装置の号機番号が指定される工程を説明するフローチャートである。図９に示すように、ポンプ制御部１１のＣＰＵ１７は、ディップスイッチＮｏ．１〜３の状態（ＯＮまたはＯＦＦ）を読み出す。ディップスイッチＮｏ．１〜３のすべてがＯＦＦである場合は、そのインバータ装置は単独運転モードに設定され、そのインバータ装置は単独運転機として運転される。この場合、そのインバータ装置はマスタ機およびスレーブ機のいずれとしても機能しない。ディップスイッチＮｏ．１〜３の少なくとも１つがＯＮである場合は、そのインバータ装置は複数台運転モードに設定される。さらに、ディップスイッチＮｏ．１〜３のＯＮ−ＯＦＦパターンに従ってそのインバータ装置の号機番号が決定される。決定された号機番号がマスタ機の番号である場合、そのインバータ装置は複数台運転時におけるマスタ機として機能する。通常、マスタ機は１号機である。一方、決定された号機番号がマスタ機の号機番号でない場合、そのインバータ装置は複数台運転時におけるスレーブ機として機能する。

図５に示す例では、第１のインバータ装置ＶＦＤ１がマスタ機に指定され、第２のインバータ装置ＶＦＤ２がスレーブ機に指定されている。もし、マスタ機として機能する第１のインバータ装置ＶＦＤ１が故障した場合には、第１のインバータ装置ＶＦＤ１はマスタ機からスレーブ機に自動的に切り換わるとともに、第２のインバータ装置ＶＦＤ２はスレーブ機からマスタ機に自動的に切り換わる。この場合、マスタ機として機能する第２のインバータ装置ＶＦＤ２は、吸込側圧力センサＳＰ２および吐出し側圧力センサＤＰ２から送られてくる圧力測定値に基づいて、吐出圧力一定制御または末端圧力一定制御などの所定のポンプ運転制御プログラムに従ってポンプ制御装置全体を制御するための制御信号を生成し、これをスレーブ機である第１のインバータ装置ＶＦＤ１に信号線Ｃ１を通じて送信する。

さらに、図１０に示すように、第１のインバータ装置ＶＦＤ１自体は正常であるが、第１の吸込側圧力センサＳＰ１および／または第１の吐出し側圧力センサＤＰ１が故障した場合にも、第１のインバータ装置ＶＦＤ１はマスタ機からスレーブ機に自動的に切り換わるとともに、第２のインバータ装置ＶＦＤ２はスレーブ機からマスタ機に自動的に切り換わるようになっている。このように、インバータ装置および／または圧力センサ（状態量測定器）に異常が発生した場合には、別のインバータ装置がマスタ機として機能する。

図１１は、第１のインバータ装置ＶＦＤ１がマスタ機からスレーブ機に切り替わり、第２のインバータ装置ＶＦＤ２がスレーブ機からマスタ機に切り換わる工程の流れを説明する図である。マスタ機として機能している第１のインバータ装置ＶＦＤ１が、自身の故障または状態量測定器ＳＰ１またはＤＰ１の故障を検出すると、第１のインバータ装置ＶＦＤ１はサブマスタ機である第２のインバータ装置ＶＦＤ２にマスタ機として動作するための必要な運転設定情報を送信する。この運転設定情報としては、目標圧力、各インバータの上下限速度、制御方式（例えば、圧力一定制御または推定末端圧一定制御など）、ポンプシステム全体としての運転状態、ポンプシステム全体の管理警報、全スレーブ機の設定及び運転情報、などが挙げられる。さらに、第１のインバータ装置ＶＦＤ１が第２のインバータ装置ＶＦＤ２に対してマスタ機交代の指令を出し、そして、第２のインバータ装置ＶＦＤ２がマスタ機としての動作を開始し、第１のインバータ装置ＶＦＤ１はスレーブ機として動作する。

一方、第１のインバータ装置ＶＦＤ１がマスタ機としての必要なポンプ速度、電流値、電圧値、電力値、異常の発生などの運転設定情報を第２のインバータ装置ＶＦＤ２に送信できない場合、第２のインバータ装置が自ら新たにマスタ機になるべき運転設定情報を設定してもよい。第２のインバータ装置ＶＦＤ２が自ら運転設定情報の設定を行うべき場合としては、例えば、マスタ機から送信されるべき情報がないと判断したときである。

複数台運転時でのマスタ機の機能としては、次のようなものが挙げられる。
（ａ）複数のインバータ装置を連携運転するための各種設定値（目標圧力、速度（周波数）の上下限値など）の表示および変更
（ｂ）スレーブ機の試運転実施
（ｃ）スレーブ機の各種設定値の変更
（ｄ）スレーブ機の運転情報（速度または周波数、電流値、電圧値、電力値など）の表示および運転記録値（累積運転時間、起動回数など）の表示
（ｅ）マスタ機異常時の代替機指定、および代替機への切り替え
（ｆ）マスタ機の全設定値をスレーブ機に移行
（ｇ）全スレーブ機への運転指令
（ｈ）ポンプシステム全体の警報管理
（ｉ）ポンプシステム全体の運転および停止
（ｊ）ポンプシステム全体の運転情報および警報の表示、出力

複数台運転時でのスレーブ機の機能としては、次のようなものが挙げられる。
（ｋ）スレーブ機の緊急停止
（ｌ）マスタ機からの運転指令受付
（ｍ）マスタ機の異常発生時の代替機としての動作

上述したように、マスタ機として機能しているインバータ装置自身に異常が発生した場合、および／またはそのインバータ装置に接続されている圧力センサ（状態量測定器）に異常が発生した場合に、インバータ装置はマスタ機からスレーブ機に切り換わり、これに接続されたモータポンプを駆動する。このような切り換えの要因としては、次のようなものが挙げられる。
（１）状態量測定器からマスタ機として選択されたインバータ装置への測定値の送信停止、または測定値の異常
（２）マスタ機として選択されたインバータ装置の表示操作部１２の故障
（３）マスタ機からスレーブ機への運転指令などの信号伝達遮断
（４）マスタ機として選択されたインバータ装置のポンプ制御部１１または電源部（図示せず）の故障
（５）マスタ機として選択されたインバータ装置のＣＰＵの故障

上記項目（４）に示すように、ドライバ部１０のみに異常が発生した場合には、インバータ装置はそのままマスタ機としての機能を継続する。この場合は、そのインバータ装置は、これに接続されたモータポンプを駆動せず、スレーブ機として作動している他のインバータ装置に信号線を介して制御信号を送り、これらスレーブ機の運転を制御してこれに接続されたモータポンプを駆動するのみである。

図１２は、３台のインバータ装置を備えたポンプ制御装置を示す図である。第３のインバータ装置ＶＦＤ３は、上述した第１および第２のインバータ装置ＶＦＤ１，ＶＦＤ２と同じ構成を有している。第２の吸込側圧力センサＳＰ２および第２の吐出し側圧力センサＤＰ２は、第２のインバータ装置ＶＦＤ２のポンプ制御部１１のみならず、第３のインバータ装置ＶＦＤ３のポンプ制御部１１にも接続されている。

第１のインバータ装置ＶＦＤ１と第２のインバータ装置ＶＦＤ２は信号線Ｃ１を介して接続されており、第２のインバータ装置ＶＦＤ２と第３のインバータ装置ＶＦＤ３は信号線Ｃ２を介して接続されている。マスタ機である第１のインバータ装置ＶＦＤ１は、第１の吸込側圧力センサＳＰ１および第１の吐出し側圧力センサＤＰ１からの圧力測定値に基づいて速度指令を含む制御信号を生成し、対応するモータポンプＭＰ１を駆動する。さらに、第１のインバータ装置ＶＦＤ１は制御信号を信号線Ｃ１，Ｃ２を通じて第２のインバータ装置ＶＦＤ２および第３のインバータ装置ＶＦＤ３に伝達する。第２および第３のインバータ装置ＶＦＤ２，ＶＦＤ３は、この制御信号を受けて、それぞれ対応するモータポンプＭＰ２，ＭＰ３を駆動する。

インバータ装置は、状態量測定器としての吸込側圧力センサおよび吐出し側圧力センサに接続されている限り、マスタ機になりうる。言い換えれば、状態量測定器に接続されていないインバータ装置は、マスタ機にはなれず、スレーブ機としてのみ機能する。図１２に示す例では、３台のインバータ装置ＶＦＤ１，ＶＦＤ２，ＶＦＤ３は、いずれも吸込側圧力センサＳＰ１，ＳＰ２および吐出し側圧力センサＤＰ１，ＤＰ２に接続されている。したがって、第１乃至第３のインバータ装置ＶＦＤ１，ＶＦＤ２，ＶＦＤ３はすべてマスタ機として機能することができる。

図１２の例では、第１のインバータ装置ＶＦＤ１がマスタ機として選択されている。第３のインバータ装置ＶＦＤ３は、マスタ機として選択された第１のインバータ装置ＶＦＤ１の代替機（以下、サブマスタ機という）として選択されている。さらに、第２のインバータ装置ＶＦＤ２は、次のマスタ機として選択された第３のインバータ装置ＶＦＤ３のサブマスタ機として選択されている。サブマスタ機は、マスタ機が正常である限りスレーブ機として機能するが、マスタ機が故障した場合は次のマスタ機として機能するインバータ装置である。第３のインバータ装置ＶＦＤ３がマスタ機として機能する場合、第３のインバータ装置ＶＦＤ３は、第２の吸込側圧力センサＳＰ２および第２の吐出し側圧力センサＤＰ２からの圧力測定値に基づいて速度指令などを含む制御信号を生成し、第３のインバータ装置ＶＦＤ３に接続されたモータＭ３を駆動するとともに、生成された制御信号を第１のインバータ装置ＶＦＤ１および第２のインバータ装置ＶＦＤ２に信号線Ｃ１，Ｃ２を通じて送信する。この場合、第１のインバータ装置ＶＦＤ１および第２のインバータ装置ＶＦＤ２はスレーブ機として機能する。

マスタ機に接続されている圧力センサ（状態量測定器）が故障すると、そのインバータ装置は上記制御信号を生成することができなくなり、マスタ機として機能できなくなる。したがって、この場合も、サブマスタ機として指定されているインバータ装置がマスタ機に切り換わる。例えば、第１の吐出し側圧力センサＤＰ１が故障した場合、第２の吐出し側圧力センサＤＰ２に接続されている第３のインバータ装置ＶＦＤ３がマスタ機となる。この場合も、第１のインバータ装置ＶＦＤ１および第２のインバータ装置ＶＦＤ２はスレーブ機として機能する。さらに、第３のインバータ装置ＶＦＤ３自体に異常が発生した場合は、次に第２のインバータ装置ＶＦＤ２がマスタ機として機能する。このように、複数のインバータ装置は、予め定められた順序に従ってマスタ機として機能する。例えば、予め割り振られた号機番号の小さい順にマスタ機として作動するようにすることができる。インバータ装置に接続された圧力センサ（状態量測定器）が故障した場合やインバータ装置自身が故障した場合は、そのインバータ装置はスレーブ機となる。このスレーブ機は、これに接続されたモータポンプを新たにマスタ機から生成された制御信号に基づいて駆動するので、スレーブ機となったインバータ装置はこれに接続された圧力センサの監視を行わない。

図１３は、５台のインバータ装置を備えたポンプ制御装置を示す図である。この例では、第１および第２のインバータ装置ＶＦＤ１，ＶＦＤ２は、第１の吸込側圧力センサＳＰ１および第１の吐出し側圧力センサＤＰ１に接続され、第３乃至第５のインバータ装置ＶＦＤ３，ＶＦＤ４，ＶＦＤ５は、第２の吸込側圧力センサＳＰ２および第２の吐出し側圧力センサＤＰ２に接続されている。第１乃至第５のインバータ装置ＶＦＤ１〜ＶＦＤ５は同じ構成を有し、信号線Ｃ１〜Ｃ４により直列に接続されている。

マスタ機として動作するインバータ装置の順序は予め定められており、現在のマスタ機またはこれに接続された状態量測定器に異常が発生すると、その順序に従ってインバータ装置が順次スレーブ機からマスタ機に切り換わる。図１４は、図１３に示すインバータ装置がサブマスタ機として機能する順序を示すテーブルである。第１のインバータ装置ＶＦＤ１が最初のマスタ機に指定されている場合において、第５のインバータ装置ＶＦＤ５、第２のインバータ装置ＶＦＤ２、第３のインバータ装置ＶＦＤ３、および第４のインバータ装置ＶＦＤ４は、この順序でマスタ機に切り換わる。このようなインバータ装置の切り換え順序は、最初のマスタ機である第１のインバータ装置ＶＦＤ１において表示操作部１２を通じて設定される。

図１３に示す例では、すべてのインバータ装置ＶＦＤ１〜ＶＦＤ５は吸込側圧力センサＳＰ１，ＳＰ２および吐出し側圧力センサＤＰ１，ＤＰ２に接続されているが、マスタ機としての第１のインバータ装置ＶＦＤ１以外のインバータ装置ＶＦＤ２〜ＶＦＤ５は、これら圧力センサから送られてくる圧力測定値を使用しない。すなわち、流体の状態量である圧力測定値を監視し、これをポンプ制御に使用するのはマスタ機のみであり、スレーブ機は圧力測定値を監視しない。スレーブ機は、マスタ機から生成された制御信号に基づいて動作するからである。

図１５に示すように、第１の吸込側圧力センサＳＰ１が故障した場合、第５のインバータ装置ＶＦＤ５がマスタ機として機能し、これと同時に第１のインバータ装置ＶＦＤ１はマスタ機からスレーブ機に切り換わる。第５のインバータ装置ＶＦＤ５は、第２の吸込側圧力センサＳＰ２および第２の吐出し側圧力センサＤＰ２からの圧力測定値を取り込み、これらの圧力測定値に基づいてモータポンプＭＰ１〜ＭＰ５およびポンプ制御装置１全体を制御するための制御信号を生成し、これを第１乃至第４のインバータ装置ＶＦＤ１〜ＶＦＤ４に信号線Ｃ１〜Ｃ４を介して送信する。

図１３に示す例では、すべてのインバータ装置は圧力センサに接続されているので、すべてのインバータ装置はマスタ機として機能することができる。これに対して、図１６に示す例は、スレーブ機としてのみ機能しうるインバータ装置を含むポンプ制御装置を示している。図１６に示すように、第３のインバータ装置ＶＦＤ３は、吸込側圧力センサＳＰ１，ＳＰ２および吐出し側圧力センサＤＰ１，ＤＰ２のいずれにも接続されていない。このようなインバータ装置は、圧力測定値に基づいた制御信号を生成することができず、マスタ機としては機能できない。図１６に示す第３のインバータ装置ＶＦＤ３は、信号線Ｃ１〜Ｃ４により他のインバータ装置に接続されており、信号線Ｃ１〜Ｃ４を介してマスタ機から送られてくる制御信号に従って運転する。

図１７は、図１６に示すインバータ装置がサブマスタ機として機能する順序を示すテーブルである。第１のインバータ装置ＶＦＤ１が最初のマスタ機に指定されている場合において、第５のインバータ装置ＶＦＤ５、第２のインバータ装置ＶＦＤ２、および第４のインバータ装置ＶＦＤ４は、この順序でマスタ機に切り換わる。第３のインバータ装置ＶＦＤ３は、スレーブ機としてのみ機能する。

図１８は、第１および第２の吸込側圧力センサＳＰ１，ＳＰ２、第１および第２の吐出し側圧力センサＤＰ１，ＤＰ２に加えて、第３の吸込側圧力センサＳＰ３および第３の吐出し側圧力センサＤＰ３が設けられた実施形態を示す図である。第１のインバータ装置ＶＦＤ１は、第１の吸込側圧力センサＳＰ１および第１の吐出し側圧力センサＤＰ１に接続され、第２および第３のインバータ装置ＶＦＤ２，ＶＦＤ３は、第３の吸込側圧力センサＳＰ３および第３の吐出し側圧力センサＤＰ３に接続され、第４および第５のインバータ装置ＶＦＤ４，ＶＦＤ５は、第２の吸込側圧力センサＳＰ２および第２の吐出し側圧力センサＤＰ２に接続されている。第１乃至第５のインバータ装置ＶＦＤ１〜ＶＦＤ５は同じ構成を有し、信号線Ｃ１〜Ｃ４により直列に接続されている。

第１のインバータ装置ＶＦＤ１はマスタ機として設定され、第２のインバータ装置ＶＦＤ２が次のマスタ機（サブマスタ機）として設定されている。図１９は、図１８に示すインバータ装置がサブマスタ機として機能する順序を示すテーブルである。第１のインバータ装置ＶＦＤ１が最初のマスタ機に指定されている場合において、第２のインバータ装置ＶＦＤ２、第５のインバータ装置ＶＦＤ５、第３のインバータ装置ＶＦＤ３、および第４のインバータ装置ＶＦＤ４は、この順序でマスタ機に切り換わる。

図２０に示すように、例えば、第１の吸込側圧力センサＳＰ１が故障した場合、第２のインバータ装置ＶＦＤ２がマスタ機に切り替わる。マスタ機としての第２のインバータ装置ＶＦＤ２は、第３の吸込側圧力センサＳＰ３および第３の吐出し側圧力センサＤＰ３からの圧力測定値に基づいて制御信号を生成し、その制御信号をスレーブ機として動作している他のインバータ装置に送信する。

モータポンプＭＰ１〜ＭＰ５の吸込側圧力を測定する必要がない場合には、吸込側圧力センサを省略することができる。図２１は、第１の状態量測定器として第１の吐出し側圧力センサＤＰ１のみを備え、第２の状態量測定器として第２の吐出し側圧力センサＤＰ２のみを備えた実施形態を示す図である。図２１に示すように、第１および第２のインバータ装置ＶＦＤ１，ＶＦＤ２は第１の吐出し側圧力センサＤＰ１に接続され、第３乃至第５のインバータ装置ＶＦＤ３〜ＶＦＤ５は第２の吐出し側圧力センサＤＰ２に接続されている。第１乃至第５のインバータ装置ＶＦＤ１〜ＶＦＤ５は同じ構成を有し、信号線Ｃ１〜Ｃ４により直列に接続されている。第１のインバータ装置ＶＦＤ１がマスタ機であり、第５のインバータ装置ＶＦＤ５がサブマスタ機として指定されている。

図２２は、図２１に示すインバータ装置がサブマスタ機として機能する順序を示すテーブルである。第１のインバータ装置ＶＦＤ１が最初のマスタ機に指定されている場合において、第５のインバータ装置ＶＦＤ５、第２のインバータ装置ＶＦＤ２、第３のインバータ装置ＶＦＤ３、および第４のインバータ装置ＶＦＤ４は、この順序でマスタ機に切り換わる。

図２３に示すように、第１の吐出し側圧力センサＤＰ１が故障した場合、第５のインバータ装置ＶＦＤ５がマスタ機として機能し、これと同時に第１のインバータ装置ＶＦＤ１はマスタ機からスレーブ機に切り換わる。第５のインバータ装置ＶＦＤ５は、第２の吐出し側圧力センサＤＰ２からの圧力測定値を取り込み、その圧力測定値に基づいてモータポンプおよびポンプ制御装置全体を制御するための制御信号を生成し、対応するモータポンプＭＰ５を運転するとともに、これを第１乃至第４のインバータ装置ＶＦＤ４に信号線Ｃ１〜Ｃ４を介して送信する。

上述した各実施形態では、信号線を介した状態量の測定値のインバータ装置間での送受信は行われない。しかしながら、状態量測定器（例えば、吸込側圧力センサおよび／または吐出し側圧力センサ）の異常を検出するために、状態量の測定値を信号線を通じてインバータ装置間で送受信してもよい。例えば、図４に示す実施形態において、マスタ機として選択された第１のインバータ装置ＶＦＤ１は、第１の吐出し側圧力センサＤＰ１の圧力測定値と、信号線Ｃ１を通じて第２のインバータ装置ＶＦＤ２から送られてきた第２の吐出し側圧力センサＤＰ２の圧力測定値とを比較し、これら２つの圧力測定値が大きく異なっているときは（例えば、２つの圧力測定値間の差が所定のしきい値を上回っているときは）、第１の吐出し側圧力センサＤＰ１または第２の吐出し側圧力センサＤＰ２が故障していると判断するようにしてもよい。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

１ ポンプ制御装置
３ 給水配管
１０ ドライバ部
１１ ポンプ制御部
１１ａ メモリ（記憶部）
１２ 表示操作部
１４ａ〜１４ｄ スイッチ
１５ 表示部
１６ ディップスイッチ
１７ ＣＰＵ
ＶＦＤ１〜ＶＦＤ５ インバータ装置
Ｃ１〜Ｃ４ 信号線
ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３ 吸込側圧力センサ
ＤＰ１，ＤＰ２，ＤＰ３ 吐出し側圧力センサ

Claims (13)

1. 複数のモータポンプの運転を制御するポンプ制御装置であって、
   第１のインバータ装置および第２のインバータ装置と、
   前記第１のインバータ装置に接続され、流体の状態量を測定する第１の状態量測定器と、
   前記第２のインバータ装置に接続され、前記流体の前記状態量を測定する第２の状態量測定器とを備え、
   前記第１のインバータ装置は、前記第１の状態量測定器によって測定された前記状態量に基づいて前記複数のモータポンプの運転を制御するための制御信号を生成し、該制御信号を前記第２のインバータ装置に送信するマスタ機として機能し、
   前記第２のインバータ装置は、前記制御信号を受けて、該第２のインバータ装置に接続されたモータポンプを駆動するスレーブ機として機能し、
   前記第１のインバータ装置および前記第１の状態量測定器のうちの少なくとも１つに異常が発生したときは、前記第１のインバータ装置が前記第２のインバータ装置にマスタ機交代の指令を出し、
   前記第２のインバータ装置は、前記第２の状態量測定器によって測定された前記状態量に基づいて前記複数のモータポンプの運転を制御するための制御信号を生成し、該生成した制御信号を前記第１のインバータ装置に送信するマスタ機として機能する一方で、前記第１のインバータ装置は、前記第２のインバータ装置により生成された前記制御信号を受けて、該第１のインバータ装置に接続されたモータポンプを駆動するスレーブ機として機能することを特徴とするポンプ制御装置。
2. 前記第１のインバータ装置がマスタ機からスレーブ機に切り換わるとき、前記第１のインバータ装置は、マスタ機として必要な運転設定情報を前記第２のインバータ装置に送信することを特徴とする請求項１に記載のポンプ制御装置。
3. 前記第１のインバータ装置がマスタ機として必要な運転設定情報を前記第２のインバータ装置に送信できない場合、前記第２のインバータ装置が自ら新たにマスタ機として必要な運転設定情報を設定することを特徴とする請求項１に記載のポンプ制御装置。
4. 前記第１のインバータ装置および前記第１の状態量測定器のうちの少なくとも１つに異常が発生したときは、前記第２のインバータ装置は、スレーブ機からマスタ機に自動的に切り換わるとともに、前記第１のインバータ装置は、マスタ機からスレーブ機に自動的に切り換わることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のポンプ制御装置。
5. 前記第１のインバータ装置および前記第２のインバータ装置は、それぞれ、前記複数のモータポンプのうちの対応するモータポンプを駆動するドライバ部と、該ドライバ部の運転を制御するポンプ制御部とを備え、
   前記第１のインバータ装置の前記ドライバ部に異常が発生した場合には、該第１のインバータ装置はマスタ機としての機能を継続し、前記第１のインバータ装置で生成した前記制御信号を前記第２のインバータ装置に送信することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のポンプ制御装置。
6. 前記第１のインバータ装置および前記第２のインバータ装置は、それぞれスイッチを有し、前記スイッチの操作により、前記第１のインバータ装置および前記第２のインバータ装置は、単独運転機、マスタ機、またはスレーブ機のいずれかに設定されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のポンプ制御装置。
7. 前記ポンプ制御装置は、前記第１の状態量測定器に接続された少なくとも１台のインバータ装置をさらに備え、
   前記少なくとも１台のインバータ装置は、マスタ機およびスレーブ機として機能することができるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のポンプ制御装置。
8. 前記第１のインバータ装置、前記第２のインバータ装置、および前記少なくとも１台のインバータ装置からなる複数のインバータ装置は、予め定められた順序でマスタ機として機能することを特徴とする請求項７に記載のポンプ制御装置。
9. 前記ポンプ制御装置は、前記第２の状態量測定器に接続された少なくとも１台のインバータ装置をさらに備え、
   前記少なくとも１台のインバータ装置は、マスタ機およびスレーブ機として機能することができるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のポンプ制御装置。
10. 前記第１のインバータ装置、前記第２のインバータ装置、および前記少なくとも１台のインバータ装置からなる複数のインバータ装置は、予め定められた順序でマスタ機として機能することを特徴とする請求項９に記載のポンプ制御装置。
11. 前記第１の状態量測定器および前記第２の状態量測定器のいずれにも接続されていない、スレーブ機としてのみ機能するインバータ装置をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のポンプ制御装置。
12. 前記スレーブ機に異常が発生すると、前記マスタ機は、異常発生の表示、外部への警報出力、および異常発生の記録のうちの少なくとも１つを実行することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のポンプ制御装置。
13. 前記第１のインバータ装置および前記第２のインバータ装置は、それぞれ表示部を有しており、スレーブ機の運転情報を、マスタ機として機能している前記第１のインバータ装置または前記第２のインバータ装置の前記表示部に表示することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のポンプ制御装置。

Images