JP6285880B2 - ポンプ装置 - Google Patents
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Description
第一には、本発明は、複数のノズルの中から選択されたノズルから噴射するポンプ装置の吐出し圧力又は吐出し流量を、選択されたノズル毎に設定した値に保つことを課題とする。
第二には、本発明は、ノズルの摩耗状況を確認し、ノズル交換の適期を報知することを課題とする。
上記構成によれば、吐出し特性をフィードバックしてポンプの回転速度を制御し、ポンプの吐出し圧力又は吐出し流量をノズル毎に設定された目標値に一致させることができる。
上記構成によれば、排出弁が開弁するとき、又は選択装置によるノズルの選択がないときに、容積式ポンプが揚圧した流体を排出弁から排出し、その間における容積式ポンプの回転速度をアイドリング回転速度にする。このアイドリング回転速度として、ノズルを選択したときの回転速度より低い回転速度を選択しておけば、ノズルから流体を噴出しないときのポンプの消費電力を低減できる。
上記構成によれば、簡便な構成で応答性の良いフィードバック制御を実現できる。
上記構成によれば、永久磁石型同期電動機は、電源の周波数に対して回転速度の追従性が良いため、より応答性の高いポンプ装置を得ることができる。また、永久磁石型同期電動機は、エネルギ効率が高いため、より機械効率の高いポンプ装置を得ることができる。
上記構成によれば、ノズルの摩耗量に応じて適宜警告を発し、又はノズルの交換を促すことができる。すなわち、ノズルの摩耗状況を確認し、ノズル交換の適期を報知することができる。ここで、警告装置は、警報発生器、警報表示装置、外部への警報信号発振器その他の警告手段を備える装置をいう。
上記構成によれば、流体の噴出に伴ってノズルが摩耗し、徐々にノズルの孔径が拡大するところ、ユーザは現在のノズルの孔径の推定値を確認することができる。すなわち、ノズルの摩耗状況を確認し、ノズル交換の適期を報知することができる。そのため、ユーザは、ノズルを交換する計画を予め策定し、洗浄等の作業品質の低下を予防することができる。
上記構成によれば、フィードフォワード制御は、操作初期での吐出し特性の応答遅れの解消を行う。また、フィードフォワード制御は、例えば容積式ポンプの起動時や使用するノズルの切替え時における過渡状態において、吐出し特性を目標値に一致させるように補償する。
上記構成によれば、例えば数値制御プログラムにプログラムされた洗浄の順序に応じて、目標値を適宜変更した場合においても、追従性の良い吐出し特性の調整が可能である。
上記構成によれば、選択装置の各出口に接続するノズルの種別や孔径を変更した場合であっても、ノズルの種別、ノズルの基準孔径、目標値を設定するだけで制御可能なポンプ装置を提供することができる。
(構成)
図1は、本発明の実施形態のポンプ装置10を示す。
図1に示すように、ポンプ装置10は、流体Fを加圧し、複数のノズル27の中から選択されたノズル27から噴出する。流体Fはタンク装置11に貯留されている。ここで、流体Fは水又は洗浄剤、防腐剤、防錆剤その他の添加物を含む水溶液である。タンク装置11は2槽式のろ過装置を備えたタンク装置である。タンク装置11は洗浄機、切削装置に慣用されているため、その詳細な説明を省略する。
なお、洗浄弁24は、設置されることが望ましいが、必ずしも必須ではない。
また、インバータ17が圧力POUTの入力に応じて周波数fを出力することに替えて、制御装置43のCPU45は、圧力POUTを一旦電流値iに変換し、インバータ17は電流値iの入力に応じて周波数fを出力できる。
列64の特定の文字(例えばx)の入力に替えて、ツール番号nに対してノズル27が取り付けられているかどうかを示す列を別途設けても良い。このとき、その列には、例えば、ノズル27が取り付けられている場合には1が、ノズル27が取り付けられていない場合には0が入力される。
更に、列69、列61、又は列63を適宜省いても良い。列63が設けられている場合、警告装置47は、換算孔径dに基づいて警告を発することができるため、周波数fの正常範囲を規定する列61、69は不要である。また、ノズル27の孔は使用に従って拡大するため、周波数fはそれに伴い上昇する。このため、列61は通常の場合省いても良い。また、周波数fに対して警告を発しない構成とする場合、列61、列69は設けることを要しない。
なお、ポンプ装置10が洗浄弁24を備えている場合、ステップS2は、洗浄弁24が開弁しているか否かの判断に置換えても良い。
ここで、ポンプ装置10が洗浄弁24を備えている場合、制御装置43のCPU45は、洗浄弁24の閉弁に先立って、排出弁22を開弁する。
ステップS4において、選択したツール番号nにノズルが設けられていないと判断された場合も(S4でNo)、CPU45は、同様にステップS12を実行する。
また、ポンプ装置10に備えられる容積式ポンプはピストンポンプ13であり、ピストンポンプ13を駆動する駆動装置は永久磁石型同期電動機16である。
本実施形態のポンプ装置10は、ノズル27が使用に伴い摩耗した場合にも、ノズル27の摩耗量に関わらず、吐出し圧力Pを一定に保つことができる。フィードバック制御にPID制御を利用するため、ピストンポンプ13の吐出し圧力Pが目標圧力P0に収束する時間が短くなる効果を有する。そして、PID制御を使用するため、複雑系であり関数化が困難なポンプ装置10の圧力応答に対して、簡便で収束性の高いフィードバック制御が可能となる。
本変形例は、ツール番号nに取付けられるノズルの種類、ノズルの基準孔径d0が決まっている点で前記した実施形態と同様であるが、その圧力を洗浄プログラム中で自由に変更できる場合の制御パラメータの構成を提供する点で前記した実施形態と相違する。
このように構成すれば、ノズル毎の目標圧力P0は、入力装置46又は入力ポート49からの入力に替えて、数値制御装置の数値制御プログラムからの入力が利用できる。ノズル27毎の制御パラメータ、及び正常周波数範囲を備えているため、ツール番号nに対して適切なパラメータが採択できる。ツール番号nに設けられているノズル27が定められている場合には、そのノズル27毎に、目標圧力P0に応じた制御パラメータを選択できるため、応答性の高い圧力制御を得ることができる。したがって、数値制御プログラムにプログラムされた洗浄の順序に応じて、目標圧力P0を適宜変更した場合においても、追従性の良い圧力調整が可能である。制御方法等は前述の実施形態と同じであるため、その詳細な説明を省略する。
第2変形例では、制御パラメータは、ノズル27の種別、ノズル27の基準孔径d0、及び目標圧力P0に基づいて取得されて、記憶装置51に記憶される。
第2変形例は、ツール番号nに対して、ノズル27の種別や孔径を変更した場合にも、ノズル27の種別、ノズル27の基準孔径d0、目標圧力P0を設定するだけで制御可能なポンプ装置10を提供する。なお、上記の実施形態と同一の構成については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
13 ピストンポンプ(容積式ポンプ)
15 吐出し口
16 永久磁石型同期電動機(駆動装置)
17 インバータ(周波数変換装置)
18 出口
19 吐出し配管
21 圧力センサ
22 排出弁
25 タレット装置(選択装置)
26 入口
27 ノズル
43 制御装置
45 CPU(制御部)
47 警告装置
48 表示装置
51 記憶装置
F 流体
d 換算孔径
f 周波数
n ノズル番号
P 吐出し圧力
KP 比例係数
TI 積分時間
TD 微分時間
Claims (9)
- 流体を加圧し、複数のノズルの中から選択された前記ノズルから噴出するポンプ装置であって、
前記流体を吐き出す吐出し口を有する容積式ポンプと、
前記容積式ポンプを駆動する回転速度可変の駆動装置と、
前記流体の入口と複数の出口とを有し前記入口と複数の前記出口のうちのいずれか一つとを連通させる選択装置と、
前記吐出し口と前記入口とを連通する吐出し配管と、
前記出口に連通する前記ノズルと、
前記駆動装置の前記回転速度を制御する制御部と、
前記回転速度の制御に用いられる制御パラメータ、及び前記容積式ポンプの吐出し圧力又は吐出し流量である吐出し特性の目標値を、複数の前記ノズルの各々に対応して記憶する記憶装置と、
前記吐出し配管に備えられ、前記容積式ポンプの前記吐出し特性を計測するセンサと、を備え、
前記制御部は、前記選択装置によって選択された前記ノズルに対応する前記制御パラメータを用いて、前記吐出し特性が前記目標値に一致するように前記吐出し特性をフィードバックして前記駆動装置の前記回転速度を制御することを特徴とするポンプ装置。 - 請求項1に記載のポンプ装置であって、
前記吐出し配管から分岐する配管に設けられる排出弁を備え、
前記制御部は、前記排出弁が開弁するとき、又は前記選択装置による前記ノズルの選択がないときに、前記駆動装置の前記回転速度を予め設定されたアイドリング回転速度に保つことを特徴とするポンプ装置。 - 請求項1または請求項2に記載のポンプ装置であって、
前記駆動装置へ供給する交流電力の周波数を変換する周波数変換装置を備え、
前記駆動装置は交流電動機であり、
前記制御部は、前記吐出し特性と前記目標値との偏差に基づき、前記周波数変換装置が供給する前記交流電力の前記周波数をPID制御することを特徴とするポンプ装置。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のポンプ装置であって、
前記容積式ポンプは歯車ポンプ又はピストンポンプであり、
前記駆動装置は永久磁石型同期電動機であることを特徴とするポンプ装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のポンプ装置であって、
前記ノズルに関する警告を発する警告装置を備え、
前記駆動装置の前記回転速度が、前記選択装置によって選択された前記ノズルに対して予め設定された上限回転速度を超えるか又は前記上限回転速度以上のときに、前記警告装置は、前記選択装置によって選択された前記ノズルに関する前記警告を発することを特徴とするポンプ装置。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のポンプ装置であって、
情報を表示する表示装置を備え、
前記記憶装置は、前記駆動装置の前記回転速度と前記ノズルの孔径とを関係付ける関係情報を前記ノズル毎に記憶し、
前記制御部は、前記駆動装置の前記回転速度を取得し、取得した回転速度に相当する前記ノズルの前記孔径を前記関係情報に基づいて推定し、前記表示装置に表示させることを特徴とするポンプ装置。 - 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のポンプ装置であって、
前記制御部は、前記吐出し特性が前記目標値に一致するように前記吐出し特性をフィードバックして前記駆動装置の前記回転速度を制御するフィードバック制御とともに、前記目標値に応じて前記駆動装置の前記回転速度を制御するフィードフォワード制御を行うことを特徴とするポンプ装置。 - 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のポンプ装置であって、
前記目標値は、予め設定された洗浄の順序に応じて変化することを特徴とするポンプ装置。 - 請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のポンプ装置であって、
前記制御パラメータは、前記ノズルの種別、前記ノズルの基準孔径、及び前記目標値に基づいて取得されて、前記記憶装置に記憶されることを特徴とするポンプ装置。
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