JP7252117B2 - ポンプ装置及びポンプシステム - Google Patents

Description

本発明は、ポンプ装置及びポンプシステムに関する。

ポンプ装置の故障が生じた場合には、作業員がポンプ装置の設置場所に赴いて、復旧作業（故障部位の特定、故障部位の部品交換等）を行うのが一般的である。このため、例えば、ポンプ装置の一種である給水装置が故障して給水を行うことができなくなった場合には、ポンプ装置が故障してから復旧作業が終了するまでは給水が停止されることになる。

ここで、給水が停止されている時間は極力短いことが望ましい。しかしながら、現状では、ポンプ装置の故障が生じて異常が通知されてから、作業者が復旧作業に向かうことが多いため、給水が停止されている状態が長時間に亘ることが多い。ポンプ装置の異常が通知される前に、ポンプ装置の診断結果に基づいて事前対策（例えば、部品交換等）を行うことができれば、給水が停止されている時間を短くすることができると考えられる。

以下の特許文献１，２には、ポンプ装置の診断に関するものではないが、プラントの故障診断を行う技術が開示されている。以下の特許文献１には、プラント機器の１つである回転機器の軸受部に生ずる振動の計測結果に対し、複数の基準値（閾値）を用いて回転機器の軸受部の異常を診断する技術が開示されている。以下の特許文献２には、プラントの運転状態に関するパラメータの計測値である監視データを取得し、監視データをプラントの出力データに対してプロットした診断対象パターンを作成し、診断対象パターンに基づいてプラントを診断する技術が開示されている。

特開２０１７－１６６９６０号公報 特開２０１８－１３３０３３号公報

ところで、ポンプ装置の診断に用いる状態値（例えば、振動値や温度値）は、ポンプ装置の設置環境や使用環境によって異なる。また、ポンプ装置が、同じ場所に設置されていて、設置環境や使用環境が変わらない状況であっても、ポンプ装置の診断に用いる状態値は、ポンプ装置の経年劣化により変化する。このような事情によって、ポンプ装置の診断に用いる閾値を決めることが難しく、ポンプ装置の診断を適切に行うことができない。すると、ポンプの診断結果に応じた適切な事前対策を行うことが難しいことから、ポンプ装置が停止されている時間を最小限化することは困難であるという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、診断に用いる適切な閾値を自動的に設定することで、停止時間を最小限化することが可能なポンプ装置及びポンプシステムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様によるポンプ装置は、少なくとも１つのポンプ（１０）を備えるポンプ装置（１）において、前記ポンプ装置の診断に用いる状態値を検出する検出部（１９）と、前記検出部で検出された前記状態値が予め規定された第１閾値（ＴＨ２）を超えた場合に、前記ポンプの回転を抑制する抑制制御を行う制御部（２１）と、前記検出部で検出された前記状態値に基づいて、前記第１閾値を調整する閾値調整部（２２）と、を備える。

また、本発明の一態様によるポンプ装置は、前記検出部が、前記ポンプ装置の振動を検出する振動検出器（１９ａ）と、前記ポンプ装置の温度を検出する温度検出器（１９ｂ）との少なくとも一方を備える。

また、本発明の一態様によるポンプ装置は、前記閾値調整部が、前記検出部で検出された前記状態値が、前記第１閾値を超えてから、予め規定された基準期間（Ｔ）内に、予め前記第１閾値よりも大きな値に規定された第２閾値（ＴＨ３）を超えた場合には、前記第１閾値を低下させる。

また、本発明の一態様によるポンプ装置は、前記閾値調整部が、前記検出部で検出された前記状態値が、前記第１閾値を超えてから前記第２閾値を超えるまでの時間に応じて、前記第１閾値を低下させる割合を変える。

また、本発明の一態様によるポンプ装置は、前記制御部が、前記検出部で検出された前記状態値が、前記第１閾値を超えてから前記基準期間内に前記第２閾値を超えた場合には、前記抑制制御の制御量を調整する。

また、本発明の一態様によるポンプ装置は、前記制御部が、前記検出部で検出された前記状態値が、前記第１閾値を超えてから前記第２閾値を超えるまでの時間に応じて、前記抑制制御の制御量の大きさを変える。

また、本発明の一態様によるポンプ装置は、前記制御部が、前記検出部で検出された前記状態値が、前記第２閾値を超えた場合には、警告を外部に通知する。

また、本発明の一態様によるポンプ装置は、前記制御部が、前記検出部で検出された前記状態値が、前記第１閾値を下回った場合には、制御の安定性を確保した上で前記抑制制御を終了する。

本発明の一態様によるポンプシステムは、少なくとも１つのポンプ（１０）を備えるポンプ装置（１）とサーバ装置（２）とを備えるポンプシステム（ＰＳ）であって、前記ポンプ装置が、前記ポンプ装置の診断に用いる状態値を検出する検出部（１９）と、前記検出部で検出された前記状態値が予め規定された第１閾値（ＴＨ２）を超えた場合に、前記ポンプの回転を抑制する抑制制御を行う制御部（２１）と、前記検出部で検出された前記状態値の送信及び前記第１閾値の受信を行う通信部（２３、２４）と、を備え、前記サーバ装置が、前記ポンプ装置から得られる前記状態値に基づいて、前記第１閾値を調整する閾値調整部（３１）と、前記閾値調整部で調整された前記第１閾値を前記ポンプ装置に設定されるべき第１閾値として提供する提供部（３２）と、を備える。

また、本発明の一態様によるポンプシステムは、前記ポンプ装置の前記閾値調整部が、前記ポンプ装置の流体供給量を制約条件とし、前記状態値の経時変化を示す経時データを用いて、前記抑制制御における所要時間と前記第１閾値との関係を学習する学習部（３１ａ）と、前記学習部の学習結果と、前記ポンプ装置から新たに得られた前記経時データとに基づいて、前記第１閾値を新たに決定する決定部（３１ｂ）と、を備える。

本発明によれば、診断に用いる適切な閾値を自動的に設定することで、停止時間を最小限化することが可能である、という効果がある。

本発明の実施形態によるポンプ装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態によるポンプ装置で用いられる閾値を説明するための図である。 本発明の実施形態において、抑制制御が行われた場合のポンプ装置の状態値の理想的な経時変化の例を示す図である。 本発明の実施形態において、閾値調整部が閾値の調整を行う条件を説明するための図である。 本発明の実施形態において、閾値調整部が閾値の調整を行う条件を説明するための図である。 本発明の実施形態において、閾値調整部が閾値の調整を行う割合を示す図である。 本発明の実施形態によるポンプ装置の動作例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態によるポンプシステムの要部構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態によるポンプシステムで行われる機械学習で与られる報酬を説明するための図である。 本発明の実施形態によるポンプシステムの変形例の要部構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態によるポンプ装置及びポンプシステムについて詳細に説明する。

〔ポンプ装置〕
〈ポンプ装置の構成〉
図１は、本発明の実施形態によるポンプ装置の要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、ポンプ装置１は、吸込側が水道管Ｐ０に接続されており、吐出側が給水管Ｐ１に接続されている。給水管Ｐ１は、図示しない給水先（例えば、建物の各階の給水器具（蛇口等））に連通している。ポンプ装置１は、水道管Ｐ０の水を増圧して給水先に水を供給する。つまり、ポンプ装置１は、水道管Ｐ０に直接接続される直結給水方式のもののうち、水道管Ｐ０から供給される水の圧力を増圧して給水先に給水する増圧給水方式の給水装置である。

ポンプ装置１は、ポンプ１０、モータ１１、インバータ１２、逆流防止装置１３、逆止弁１４、フロースイッチ１５、逆止弁１６、圧力タンク１７、圧力センサ１８ａ，１８ｂ、検出部１９、及び制御装置２０を備える。これらは、キャビネットＣＢ内に収容されている。尚、キャビネットＣＢを備えないものもある。

図１に示すポンプ装置１は、ポンプ１０、モータ１１、インバータ１２、逆止弁１４、及びフロースイッチ１５が２組設けられ、これらは並列に設けられている。このように設けるのは、何れか一方の組の故障が生じた場合であっても運転を継続可能にするため、或いは給水量に応じてポンプ１０を効率的に運転することで省エネルギーを実現するため等の理由による。尚、ポンプ１０、モータ１１、インバータ１２、逆止弁１４、及びフロースイッチ１５は、１組のみ設けられていても良く、３組以上設けられていても良い。

ポンプ１０は、モータ１１によって駆動され、吸込口から吸い込んだ水を加圧（増圧）して吐出口から吐き出す。ポンプ１０の吸込口は給水管Ｐ１１に接続されており、吐出口は吐出管Ｐ１２に接続されている。モータ１１は、インバータ１２によって駆動されることで、ポンプ１０を回転駆動する。インバータ１２は、制御装置２０の制御の下で、モータ１１を可変速駆動する。逆流防止装置１３は、給水管Ｐ１１に取り付けられており、給水管Ｐ１１を流れる水が逆流する（水道管Ｐ０に向かって流れる）のを防止する。

逆止弁１４は、吐出管Ｐ１２に設けられており、ポンプ１０が停止したときの水の逆流を防止する。フロースイッチ１５は、吐出管Ｐ１２を流れる水の流量が予め規定された流量まで低下した状態である小水量状態を検出する流量検出器である。フロースイッチ１５は、制御装置２０に接続されており、その検出結果が制御装置２０に入力されるようになっている。

また、ポンプ装置１には、上述したポンプ１０、逆止弁１４、及びフロースイッチ１５をバイパスするためのバイパス管Ｐ１３が設けられている。このバイパス管Ｐ１３は、水道管Ｐ０から供給される水の圧力を増圧せずに、水道管Ｐ０から供給される水の圧力のみで給水を可能とするために設けられる。このバイパス管Ｐ１３には、逆止弁１６が設けられている。

圧力タンク１７は、ポンプ１０が停止している間の吐出側圧力を保持するための圧力保持器である。圧力センサ１８ａは、逆流防止装置１３の吸入側に配置されており、ポンプ装置１の吸込側の圧力を測定するセンサである。圧力センサ１８ｂは、ポンプ装置１の吐出側の圧力（即ち、ポンプ装置１に加わる背圧）を測定するセンサである。これら圧力センサ１８ａ，１８ｂは、制御装置２０に接続されており、その測定結果が制御装置２０に入力されるようになっている。

検出部１９は、ポンプ装置１の診断に用いる状態値を検出する。検出部１９は、例えば、加速度センサ１９ａ（振動検出器）や温度センサ１９ｂ（温度検出器）を備えており、上記の状態値として、ポンプ装置１の振動値や温度値を検出する。尚、検出部１９は、加速度センサ１９ａと温度センサ１９ｂとの双方を備えている必要は必ずしも無く、何れか一方のみを備えていても良い。また、検出部１９は、ポンプ装置１の振動値や温度値以外の物理量を検出するセンサを備えていても良い。検出部１９は、制御装置２０に接続されており、その検出結果が制御装置２０に入力されるようになっている。

制御装置２０は、ポンプ装置１の動作を統括して制御する。例えば、制御装置２０は、インバータ１２に指令信号を出力して、抑制制御、小水量停止制御、始動制御、吐出圧力一定制御等の各種制御を行う。ここで、上記の抑制制御は、ポンプ装置１の状態値（例えば、検出部１９で検出された振動値や温度値）が、予め規定された閾値ＴＨ２（第１閾値：図２参照）を超えた場合に、ポンプ１０の回転を抑制する制御である。

具体的に、制御装置２０は、ポンプ装置１の運転初期の正常時に検出された状態値と現在検出された状態値との差が極力小さくなるように、ポンプ１０の回転数の目標値を低下させる制御（抑制制御）を行う。尚、制御装置２０は、抑制制御を行っている間は、ポンプ装置１で抑制制御が行われている旨を示す情報を、表示する（又は、音で発する）ことで外部に通知する。

制御装置２０によって抑制制御が行われることで、例えば、振動発生が原因で故障に至るまでの時間を延ばすことや、異音の発生を緩和することができる。ポンプ装置１の状態値が上記の閾値ＴＨ２を下回った場合には、制御装置２０は、制御の安定性を確保した上で抑制制御を終了する。尚、抑制制御以外の制御（小水量停止制御、始動制御、吐出圧力一定制御等）の詳細な説明は省略する。

制御装置２０は、図１に示す通り、制御部２１及び閾値調整部２２を備える。制御部２１は、フロースイッチ１５の検出結果、圧力センサ１８ａ，１８ｂの測定結果、及び検出部１９の検出結果を用いて、上述した各種制御（抑制制御、小水量停止制御、始動制御、吐出圧力一定制御等）を行う。例えば、制御部２１は、検出部１９で検出された状態値が上記の閾値ＴＨ２を超えた場合に、上記の抑制制御を行う。また、制御部２１は、検出部１９で検出された状態値を用いてポンプ装置１の診断を行う。閾値調整部２２は、検出部１９で検出された状態値に基づいて、上記の閾値ＴＨ２の調整を行う。

〈ポンプ装置で用いられる閾値〉
図２は、本発明の実施形態によるポンプ装置で用いられる閾値を説明するための図である。尚、図２では、ポンプ装置１における状態値の経時変化の代表例を示すグラフも図示している。図２に示すグラフは、横軸にポンプ装置１の運転時間をとり、縦軸にポンプ装置１の状態値（振動値又は温度値）をとってある。図２に示す通り、ポンプ装置１の状態値は、ポンプ装置１の運転時間が長くなるにつれて指数関数的に増加することが分かる。

本実施形態では、このような変化を示す状態値に対し、４つの閾値ＴＨ１，ＴＨ２（第１閾値），ＴＨ３（第２閾値），ＴＨ４が規定されている。閾値ＴＨ１は、ポンプ装置１内で用いられる各種データ（制御データ、検出データを含む）の蓄積を、制御装置２０に開始又は停止させるための閾値である。閾値ＴＨ２は、前述した抑制制御を制御装置２０に開始又は停止させるための閾値である。閾値ＴＨ３は、外部への警告の通知を、制御装置２０に行わせるための閾値である。閾値ＴＨ４は、外部への警報の通知、及びポンプ装置１の運転停止を、制御装置２０に行わせるための閾値である。

ここで、図２に示す通り、故障が生じていない状態におけるポンプ装置１の通常運転時の状態値を正常値ＮＶとする。正常値ＮＶは、例えば、ポンプ装置１の運転が開始された運転初期における振動値や温度値の実効値、積算値、平均値等である。尚、状態値が振動値である場合には、状態値の周波数解析を行って得られる特定周波数成分の大きさの実効値、積算値、平均値等を正常値ＮＶとすることができる。

閾値ＴＨ１，ＴＨ２，ＴＨ３，ＴＨ４は、上記の正常値ＮＶを基準として規定される。具体的に、閾値ＴＨ１，ＴＨ２，ＴＨ３，ＴＨ４は、上記の正常値ＮＶを所定倍した値が規定される。閾値ＴＨ１は、例えば、正常値ＮＶを１．５倍した値が規定される。閾値ＴＨ２は、例えば、正常値ＮＶを２～３倍した値が初期値として規定される。尚、詳細は後述するが、閾値ＴＨ２の調整は、閾値ＴＨ２が低下するように行われることから、閾値ＴＨ２は、閾値ＴＨ３に近い値が規定される。閾値ＴＨ３は、例えば、正常値ＮＶを３．５倍した値が規定される。閾値ＴＨ４は、例えば、正常値ＮＶを４～６倍した値が規定される。

上記の閾値ＴＨ１，ＴＨ２，ＴＨ３，ＴＨ４のうち、閾値調整部２２によって調整されるのは、閾値ＴＨ２（前述した抑制制御を制御装置２０に開始又は停止させるための閾値）のみである。閾値ＴＨ２以外の他の閾値ＴＨ１，ＴＨ３，ＴＨ４は、閾値調整部２２によって調整されることはない。

〈閾値の調整方法〉
図３は、本発明の実施形態において、抑制制御が行われた場合のポンプ装置の状態値の理想的な経時変化の例を示す図である。尚、図３に示すグラフは、横軸に時間をとり、縦軸にポンプ装置１の状態値（振動値又は温度値）をとってある。また、図３においては、ポンプ装置１の状態値が、時刻ｔ１で閾値ＴＨ１を超え、時刻ｔ２で閾値ＴＨ２を超えるとしている。

図３示す例において、ポンプ装置１の状態値は、時刻ｔ２で閾値ＴＨ２を超えた後に、閾値ＴＨ３に達することなく時刻ｔ３で閾値ＴＨ２を下回っている。このため、ポンプ装置１では、時刻ｔ２～ｔ３の間に抑制制御が行われ、時刻ｔ３において抑制制御が停止されて通常制御に移行されることになる。このように、抑制制御が行われることで、ポンプ装置１の状態値が閾値ＴＨ３に達することなく閾値ＴＨ２を下回ることが理想的である。ポンプ装置１の状態値が、このような理想的な経時変化を示す場合には、閾値ＴＨ２の調整を行う必要は無い。

ところで、抑制制御が行われてもポンプ装置１の状態値が閾値ＴＨ３を超えてしまうことがある。その原因は、閾値ＴＨ２が高い値に設定されていて、抑制制御の開始が遅すぎることにあると考えられる。このため、閾値調整部２２は、抑制制御が行われても状態値が閾値ＴＨ３を超えてしまう場合には、閾値ＴＨ２の調整として、閾値ＴＨ２を低下させる。

図４，図５は、本発明の実施形態において、閾値調整部が閾値の調整を行う条件を説明するための図である。尚、図４，図５に示すグラフは、図３に示すグラフと同様に、横軸に時間をとり、縦軸にポンプ装置１の状態値（振動値又は温度値）をとってある。図４に示す通り、閾値調整部２２は、ポンプ装置１の状態値が、閾値ＴＨ２を超えてから、予め規定された基準期間Ｔ内に閾値ＴＨ３を超えた場合に、閾値ＴＨ２を低下させる。これに対し、図５に示す通り、閾値調整部２２は、ポンプ装置１の状態値が、閾値ＴＨ２を超えた後に閾値ＴＨ３を超えたとしても、閾値ＴＨ３を超えたのが基準期間Ｔ内でない場合には、閾値ＴＨ２の調整を行わない。

ここで、基準期間Ｔの開始時刻ｔ１１（即ち、ポンプ装置１の状態値が閾値ＴＨ２を超えた時刻ｔ２から開始時刻ｔ１１までの時間Δｔ）は、例えば、ノイズの影響等を考慮して設定される。時間Δｔは、例えば、数十分程度以下の短時間に設定される。基準期間Ｔの終了時刻ｔ１２（即ち、基準期間Ｔの長さ）は、例えば、ポンプ装置１で抑制制御が行われている間に、故障対応することを想定した場合の日数を考慮して設定される。例えば、基準期間Ｔは、数日程度に設定される。

図５（ａ）に示す通り、ポンプ装置１の状態値が、閾値ＴＨ２を超えてから、ノイズの影響等で一時的に閾値ＴＨ３を超えたとしても直ちに閾値ＴＨ３を下回るような場合（閾値ＴＨ３を超えたのが基準期間Ｔの前である場合）には、閾値調整部２２は、閾値ＴＨ２の調整を行わない。また、図５（ｂ）に示す通り、ポンプ装置１の状態値が、閾値ＴＨ３を超えたとしても、閾値ＴＨ３を超えたのが基準期間Ｔの経過後である場合には、閾値調整部２２は、閾値ＴＨ２の調整を行わない。

図６は、本発明の実施形態において、閾値調整部が閾値の調整を行う割合を示す図である。図６に示す通り、閾値調整部２２は、ポンプ装置１の状態値（検出部１９で検出された状態値）が、閾値ＴＨ２を超えてから閾値ＴＨ３を超えるまでに要する時間（所要時間）に応じて、閾値ＴＨ２を低下させる割合を変える。例えば、閾値調整部２２は、所要時間が短い場合には、所要時間が長い場合よりも、閾値ＴＨ２を低下させる割合を大きくする。言い換えると、閾値調整部２２は、所要時間が長い場合には、所要時間が短い場合よりも、閾値ＴＨ２を低下させる割合を小さくする。閾値調整部２２が閾値ＴＨ２を変える割合は、図６（ａ）に示す通り、所要時間が長くなるにつれて線形的に小さくなるようにしても良く、図６（ａ）に示す通り、所要時間が長くなるにつれて指数関数的に小さくなるようにしても良い。

〈ポンプ装置の動作〉
図７は、本発明の実施形態によるポンプ装置の動作例を示すフローチャートである。尚、図７に示すフローチャートの処理は、例えば、ポンプ装置１の状態値（以下では、検出部１９で検出される振動値とする）が閾値ＴＨ１を超えると、一定の時間間隔をもって繰り返し開始される。尚、ポンプ装置１の振動値が、閾値ＴＨ１を超えると、ポンプ装置１内で用いられる各種データ（制御データ、検出データを含む）を蓄積する処理が、制御装置２０で開始される。

図７に示すフローチャートの処理が開始されると、まず、ポンプ装置１の振動値（検出部１９で検出される振動値）が、閾値ＴＨ２を超えたか否かが制御装置２０で判断される（ステップＳ１１）。ポンプ装置１の振動値が閾値ＴＨ２を超えていないと制御装置２０によって判断された場合（ステップＳ１１の判断結果が「ＮＯ」の場合）には、図７に示すフローチャートの処理は終了する。

これに対し、ポンプ装置１の振動値が閾値ＴＨ２を超えたと制御装置２０によって判断された場合（ステップＳ１１の判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、制御部２１によって抑制制御が実施される（ステップＳ１２）。具体的には、ポンプ装置１の運転初期の正常時に検出された振動値と現在検出された振動値との差が極力小さくなるように、ポンプ１０の回転数の目標値を低下させる制御が、制御部２１によって行われる。また、所要時間（閾値ＴＨ２を超えてから閾値ＴＨ３を超えるまでに要する時間）を計測する処理が制御装置２０で行われる（ステップＳ１３）。

続いて、ポンプ装置１の振動値が、閾値ＴＨ３を超えたか否かが制御装置２０で判断される（ステップＳ１４）。ポンプ装置１の振動値が閾値ＴＨ３を超えていないと制御装置２０によって判断された場合（ステップＳ１４の判断結果が「ＮＯ」の場合）には、図７に示すフローチャートの処理は終了する。これに対し、ポンプ装置１の振動値が閾値ＴＨ３を超えたと制御装置２０によって判断された場合（ステップＳ１４の判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、計測を行っている所要時間が、基準期間Ｔ内であるか否かが閾値調整部２２で判断される（ステップＳ１５）。

計測を行っている所要時間が、基準期間Ｔ内ではないと閾値調整部２２で判断された場合（ステップＳ１５の判断結果が「ＮＯ」の場合）には、図７に示すフローチャートの処理は終了する。これに対し、所要時間が基準期間Ｔ内であると閾値調整部２２で判断された場合（ステップＳ１５の判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、閾値ＴＨ２を所定割合だけ低下させる処理が閾値調整部２２によって行われる（ステップＳ１６）。例えば、図６に示す通り、所要時間の長さに応じた割合だけ、閾値ＴＨ２を低下させる処理が閾値調整部２２によって行われる。このようにして、閾値ＴＨ２の調整が行われる。

〈変形例〉
《第１変形例》
ポンプ装置１の状態値が基準期間Ｔ内に閾値ＴＨ３を超えた場合には、閾値調整部２２が閾値ＴＨ２を低下させるとともに、制御部２１が記抑制制御の制御量を調整するようにしても良い。例えば、制御部２１は、ポンプ装置１の状態値が基準期間Ｔ内に閾値ＴＨ３を超えた場合に、ＰＩＤ制御におけるゲイン、積分時間、及び微分時間の少なくとも１つの大きさを変えるようにしても良い。これら抑制制御の制御量の調整は、抑制制御の強さを弱める方向へ行っても良く、抑制制御の強さを強める方向へ行っても良い。

このとき、制御部２１は、ポンプ装置１の状態値が、閾値ＴＨ２を超えてから閾値ＴＨ３を超えるまでに要する時間（所要時間）に応じて、抑制制御の制御量の大きさを変えるようにしても良い。例えば、図６に示す例と同様に、制御部２１は、所要時間が短い場合には、所要時間が長い場合よりも、抑制制御の制御量の大きさを大きくしても良い。言い換えると、制御部２１は、所要時間が長い場合には、所要時間が短い場合よりも、抑制制御の制御量を小さくしても良い。このように、制御部２１が抑制制御の制御量を調整することで、ポンプ装置１の状態値をより小さくできる（例えば、閾値ＴＨ３を下回るように小さくできる）可能性がある。

《第２変形例》
検出部１９で検出された状態値に加えて、検出部１９以外で検出された状態値を用いてポンプ装置１の診断を行っても良い。例えば、前述した閾値ＴＨ１を超えた場合に蓄積された各種データを制御装置２０が解析し、正常時とは異なる変化が現れる状態値をも用いてポンプ装置１の診断を行っても良い。このような状態値としては、例えば、ポンプ１０の回転数、インバータ１２に流れる電流値、圧力センサ１８ａ，１８ｂの測定結果等が挙げられる。

このような検出部１９以外で検出された状態値を用いる場合には、検出部１９で検出された状態値に設定される閾値ＴＨ１～ＴＨ４と同様の閾値を新たに設定することができる。また、新たに設定した閾値を、上述した閾値ＴＨ２と同様に、適宜、調整するようにしても良い。検出部１９で検出された状態値に加えて、検出部１９以外で検出された状態値を用いてポンプ装置１の診断を行うことで、次回からのポンプ装置１の診断精度を高めることができる。

以上の通り、本実施形態では、検出部１９が、ポンプ装置１の診断に用いる状態値を検出し、制御部２１が、検出部１９で検出された状態値が閾値ＴＨ２を超えた場合に、ポンプ１０の回転を抑制する抑制制御を行い、閾値調整部２２が、検出部１９で検出された状態値に基づいて、上記の抑制制御を行わせるための閾値ＴＨ２を調整するようにしている。これにより、ポンプ装置１の診断に用いる閾値の一種である閾値ＴＨ２が自動的に設定され、ポンプ装置１の異常が通報される前に、上記の抑制制御が適切に行われることになる。その結果として、ポンプ装置１の停止時間を最小限化することができる。

〔ポンプシステム〕
〈ポンプシステムの構成〉
図８は、本発明の実施形態によるポンプシステムの要部構成を示すブロック図である。尚、図８では、図１に示す構成と同様の構成については、同一の符号を付してある。図８に示す通り、本実施形態のポンプシステムＰＳは、ネットワークＮを介して通信可能に接続されたポンプ装置１とサーバ装置２とを備える。

ネットワークＮは、ポンプ装置１とサーバ装置２とを通信可能に接続できるのであれば、有線ネットワークであっても良く、無線ネットワークであっても良く、有線ネットワークと無線ネットワークとが混在するネットワークであっても良い。ネットワークＮが無線ネットワークである場合には、例えば、低消費電力長距離無線通信が可能なネットワーク（ＬＰＷＡＮ：Low Power Wide Area Network）を用いることができる。

図８示すポンプ装置１は、図１に示すポンプ装置１と概ね同様の構成であるが、制御装置２０の内部構成が異なる。具体的に、図８に示すポンプ装置１の制御装置２０は、図１に示すポンプ装置１の制御装置２０に設けられていた閾値調整部２２が省略され、通信部２３が追加された構成である。通信部２３は、ネットワークＮを介してサーバ装置２と通信を行う。通信部２３は、例えば、上述したＬＰＷＡＮに準拠した無線通信を行う。

サーバ装置２は、閾値調整部３１と提供部３２とを備える。閾値調整部３１は、ポンプ装置１から得られる状態値に基づいて、ポンプ装置１で用いられる閾値ＴＨ２を調整する。提供部３２は、閾値調整部３１で調整された閾値ＴＨ２を、ネットワークＮを介してポンプ装置１に提供する。

閾値調整部３１は、学習部３１ａ及び決定部３１ｂを備える。学習部３１ａは、ポンプ装置１から得られる状態値の経時変化を示す経時データを用いて、抑制制御における所要時間とポンプ装置１で用いられる閾値ＴＨ２との関係を学習する。学習部３１ａは、上記の学習を行う際に、ポンプ装置１の流体供給量（給水量）を制約条件とする。これは、抑制制御の開始が早まることで、ポンプ装置１から供給される流体の供給量が減少し、利用者に不便が生ずるためである。このように、学習部３１ａは、「ポンプ装置１の流体供給量」を制約条件とし、「抑制制御における所要時間」を入力パラメータとし、「閾値の減少率」を出力パラメータとした機械学習を行う。

学習部３１ａは、例えば、入力と出力の関係を多層構造のニューラルネットワークでモデルを生成するディープラーニングにより機械学習を行っても良く、教師データに基づきパターン認識モデルを生成するサポートベクターマシンにより機械学習を行っても良い。また、学習部３１ａが行う機械学習は、「教師あり学習」、「教師なし学習」、「強化学習」の何れでも良いが、「強化学習」であることが望ましい。これは、ポンプ装置１の診断に用いる状態値が、ポンプ装置の設置環境や使用環境によって異なるためである。「強化学習」を行う場合のアルゴリズムは、Ｑ学習、Ｓａｒｓａ、モンテカルロ法等を用いることができる。

学習部３１ａが行う機械学習が「強化学習」である場合には、抑制制御における所要時間（閾値ＴＨ２を超えてから閾値ＴＨ３を超えるまでに要する時間）に応じた報酬を与え、報酬が最大となるように学習するのが望ましい。図９は、本発明の実施形態によるポンプシステムで行われる機械学習で与られる報酬を説明するための図である。図９に例示する報酬は、基準期間Ｔを基準として設定されている。具体的に、基準期間Ｔの開始時刻ｔ１１では０％であり、開始時刻ｔ１１からの経過時間に応じて線形的に増加し、基準期間Ｔの終了時刻ｔ１２では１００％になる報酬が設定されている。抑制制御における所要時間がＴｒ（０≦Ｔｒ≦Ｔ）である場合には、１００×Ｔｒ／Ｔ％なる報酬が与えられる。

決定部３１ｂは、学習部３１ａの学習結果（学習モデル）と、ポンプ装置１から新たに得られた経時データとに基づいて、閾値ＴＨ２を新たに決定する。具体的に、決定部３１ｂは、ポンプ装置１から新たに得られた経時データを解析して抑制制御における所要時間を算出し、算出した所要時間を学習部３１ａの学習結果（学習モデル）に入力して、新たな閾値ＴＨ２を求める。

〈ポンプシステムの動作〉
次に、ポンプシステムＰＳの動作について説明する。以下では、説明を簡単にするために、サーバ装置２の学習部３１ａにおける学習は既に行われているものとする。つまり、抑制制御における所要時間とポンプ装置１で用いられる閾値ＴＨ２（閾値ＴＨ２の減少率）との関係を示す学習モデルが既に生成されているものとする。

ポンプ装置１の状態値（例えば、振動値）が、閾値ＴＨ１（図２参照）を超えると、ポンプ装置１内で用いられる各種データ（制御データ、検出データを含む）を蓄積する処理が、制御装置２０で開始される。また、ポンプ装置１の状態値が、閾値ＴＨ２を超えると、制御装置２０の制御部２１によって抑制制御が行われる。尚、抑制制御が行われている間も、各種データを蓄積する処理は制御装置２０で行われる。

ここで、ポンプ装置１の状態値が閾値ＴＨ３を超えたとする。すると、予め規定されたタイミングで、制御装置２０に蓄積された各種データが、ネットワークＮを介してサーバ装置２に送信される。尚、各種データがサーバ装置２に送信されるタイミングは、任意のタイミングであって良い。例えば、ポンプ装置１の状態値が閾値ＴＨ３を超えた直後であっても良い。

サーバ装置２の決定部３１ｂは、ポンプ装置１から新たに得られた経時データを解析して抑制制御における所要時間を算出し、算出した所要時間を学習部３１ａの学習結果（学習モデル）に入力して、新たな閾値ＴＨ２を求める。決定部３１ｂで求められた新たな閾値ＴＨ２は、提供部３２からネットワークＮを介してポンプ装置１に提供される。そして、ポンプ装置１の制御装置２０において、閾値ＴＨ２が、サーバ装置２から提供された新たな閾値ＴＨ２に更新される。

尚、サーバ装置２の学習部３１ａは、ポンプ装置１から送信されてきた新たな経時データを用いて機械学習を行うようにしても良い。つまり、サーバ装置２の学習部３１ａは、ポンプ装置１から経時データが送信されてくる度に、既に作成されている学習モデルの更新を行うようにしても良い。

〈変形例〉
図１０は、本発明の実施形態によるポンプシステムの変形例の要部構成を示すブロック図である。尚、図１０では、図８に示す構成と同様の構成については、同一の符号を付してある。

図８に示すポンプシステムＰＳは、ポンプ装置１がネットワークＮに接続されていて、ポンプ装置１がサーバ装置２と通信可能にされていた。これに対し、本変形例に係るポンプシステムＰＳ（図１０参照）は、ポンプ装置１がネットワークＮに接続されておらず、ポンプ装置１とサーバ装置２とが通信することはできない。このため、本変形例では、ポンプ装置１とサーバ装置２との間で送受信されるべきデータを、端末装置ＴＭを用いて送受信するようにしたものである。

図１０に示すポンプ装置１は、図８に示すポンプ装置１とほぼ同様の構成であるが、制御装置２０の内部構成が異なる。具体的に、図１０に示すポンプ装置１の制御装置２０は、図８に示すポンプ装置１の制御装置２０の通信部２３を近距離無線通信部２４に代えた構成である。近距離無線通信部２４は、通信距離が数［ｃｍ］～百［ｍ］程度の近距離無線通信を行う。このような近距離無線通信としては、例えば、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＮＦＣ（Near Field Communication）等が挙げられる。

端末装置ＴＭは、上記の近距離無線通信に加えて、３Ｇ方式、４Ｇ方式、ＬＴＥ（登録商標）方式等の移動体通信方式の通信規格に準拠した無線通信を行うことができる。尚、本変形例では、上記の移動体通信方式の通信規格に準拠したネットワークが、ネットワークＮに含まれることとなる。このような端末装置ＴＭとしては、例えば、スマートフォンやタブレット等を用いることができる。

端末装置ＴＭのユーザが、端末装置ＴＭに対し、ポンプ装置１に蓄積された各種データの取得指示を行うと、端末装置ＴＭとポンプ装置１との間で近距離無線通信が行われ、ポンプ装置１の制御装置２０に蓄積された各種データが端末装置ＴＭに取得される。また、端末装置ＴＭのユーザが、端末装置ＴＭに対し、各種データの送信指示を行うと、ポンプ装置１から取得した各種データがサーバ装置２に向けて送信される。

また、端末装置ＴＭからサーバ装置２への各種データの送信が行われると、サーバ装置２から端末装置ＴＭに対して新たな閾値ＴＨ２が送信されてくる。端末装置ＴＭのユーザが、端末装置ＴＭに対し、新たな閾値ＴＨ２の送信指示を行うと、端末装置ＴＭとポンプ装置１との間で近距離無線通信が行われ、新たな閾値ＴＨ２がポンプ装置１に送信される。これにより、ポンプ装置１の制御装置２０では、閾値ＴＨ２が、サーバ装置２から提供された新たな閾値ＴＨ２に更新される。

以上の通り、本実施形態及び変形例では、サーバ装置２の学習部３１ａが、ポンプ装置１から得られる状態値の経時変化を示す経時データを用いて、抑制制御における所要時間とポンプ装置１で用いられる閾値ＴＨ２との関係を学習している。そして、サーバ装置２の決定部３１ｂが、学習部３１ａの学習結果と、ポンプ装置１から新たに得られた経時データとに基づいて、ポンプ装置１で用いられる新たな閾値ＴＨ２を決定している。そして、サーバ装置２の提供部３２が、新たな閾値ＴＨ２をポンプ装置１に提供するようにしている。

これにより、ポンプシステムＰＳをなすポンプ装置１の診断に用いる閾値の一種である閾値ＴＨ２が自動的に設定され、ポンプ装置１の異常が通報される前に、上記の抑制制御が適切に行われることになる。その結果として、ポンプ装置１の停止時間を最小限化することができる。

以上、本発明の実施形態によるポンプ装置及びポンプシステムについて説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、ポンプ装置１が、直結給水方式のもののうちの増圧給水方式の給水装置である例について説明したが、貯水槽方式のものであっても良い。また、ポンプ装置１は、給水装置以外に、産業用ポンプや大型ポンプであっても良い。

１ ポンプ装置
２ サーバ装置
１０ ポンプ
１９ 検出部
１９ａ 加速度センサ
１９ｂ 温度センサ
２１ 制御部
２２ 閾値調整部
２３ 通信部
２４ 近距離無線通信部
３１ 閾値調整部
３１ａ 学習部
３１ｂ 決定部
３２ 提供部
ＰＳ ポンプシステム
Ｔ 基準期間
ＴＨ２，ＴＨ３ 閾値

Claims (8)

1. 少なくとも１つのポンプを備えるポンプ装置において、
   前記ポンプ装置の診断に用いる状態値を検出する検出部と、
   前記検出部で検出された前記状態値が予め規定された第１閾値を超えた場合に、前記ポンプの回転を抑制する抑制制御を行う制御部と、
   前記検出部で検出された前記状態値に基づいて、前記第１閾値を調整する閾値調整部と、
   を備え、
   前記閾値調整部は、前記検出部で検出された前記状態値が、前記第１閾値を超えてから、予め規定された基準期間内に、予め前記第１閾値よりも大きな値に規定された第２閾値を超えた場合には、前記第１閾値を低下させる、
   ポンプ装置。
2. 前記検出部は、前記ポンプ装置の振動を検出する振動検出器と、前記ポンプ装置の温度を検出する温度検出器との少なくとも一方を備える、請求項１記載のポンプ装置。
3. 前記閾値調整部は、前記検出部で検出された前記状態値が、前記第１閾値を超えてから前記第２閾値を超えるまでの時間に応じて、前記第１閾値を低下させる割合を変える、請求項１又は請求項２記載のポンプ装置。
4. 前記制御部は、前記検出部で検出された前記状態値が、前記第１閾値を超えてから前記基準期間内に前記第２閾値を超えた場合には、前記抑制制御の制御量を調整する、請求項２又は請求項３記載のポンプ装置。
5. 前記制御部は、前記検出部で検出された前記状態値が、前記第１閾値を超えてから前記第２閾値を超えるまでの時間に応じて、前記抑制制御の制御量の大きさを変える、請求項４記載のポンプ装置。
6. 前記制御部は、前記検出部で検出された前記状態値が、前記第２閾値を超えた場合には、警告を外部に通知する、請求項１から請求項５の何れか一項に記載のポンプ装置。
7. 前記制御部は、前記検出部で検出された前記状態値が、前記第１閾値を下回った場合には、制御の安定性を確保した上で前記抑制制御を終了する、請求項１から請求項６の何れか一項に記載のポンプ装置。
8. 少なくとも１つのポンプを備えるポンプ装置とサーバ装置とを備えるポンプシステムであって、
   前記ポンプ装置は、前記ポンプ装置の診断に用いる状態値を検出する検出部と、
   前記検出部で検出された前記状態値が予め規定された第１閾値を超えた場合に、前記ポンプの回転を抑制する抑制制御を行う制御部と、
   前記検出部で検出された前記状態値の送信及び前記第１閾値の受信を行う通信部と、を備え、
   前記サーバ装置は、前記ポンプ装置から得られる前記状態値に基づいて、前記第１閾値を調整する閾値調整部と、
   前記閾値調整部で調整された前記第１閾値を前記ポンプ装置に設定されるべき第１閾値として提供する提供部と、を備え、
   前記サーバ装置の前記閾値調整部は、前記ポンプ装置の流体供給量を制約条件とし、前記状態値の経時変化を示す経時データを用いて、前記抑制制御における所要時間と前記第１閾値との関係を学習する学習部と、
   前記学習部の学習結果と、前記ポンプ装置から新たに得られた前記経時データとに基づいて、前記第１閾値を新たに決定する決定部と、
   を備える、
   ポンプシステム。

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