JP7426085B2 - 給水装置 - Google Patents

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本開示は、複数の給水ユニットを備える給水装置に関する。
例えば、特許文献1に記載の給水装置では、複数の給水ユニット、並びに少なくとも第1制御基板及び第2制御基板を備えている。各給水ユニットは、ポンプ及び電動モータ等を有して構成されている。
第1制御基板及び第2制御基板は、複数の給水ユニットを制御するための制御部である。そして、通常時は、第1制御基板のみで全ての給水ユニットを制御し、当該第1制御基板が故障した場合には、第2制御基板にて全ての給水ユニットを制御する。
つまり、特許文献1に記載の給水装置は、故障時に備えたバックアップ用制御部を設けることにより給水装置の信頼性を高めた発明である。
特許第5568113号公報
出願人は、複数の給水ユニット毎に制御部を有することにより給水装置の信頼性を高めた発明を考案した。
本開示は、複数の給水ユニット毎に制御部を有する給水装置において、いずれかの給水ユニットに異常が発生した場合に対応可能な給水装置の一例を開示する。
給水装置は、ポンプ(P)、電動モータ(M)及び当該電動モータ(M)を制御する制御部(CTL)を有する複数の給水ユニット(Ws)と、複数の制御部(CTL)それぞれと通信可能な監視部(SCT)とを備え、複数の制御部(CTL)それぞれは、対応する給水ユニット(Ws)の運転状態を示す運転状態信号を監視部(SCT)に送信する状態送信機能を発揮可能であり、監視部(SCT)は、運転状態信号に利用して複数の給水ユニット(Ws)のいずれかに異常が発生したか否かを監視する監視機能、監視機能により異常が発生したと判断された給水ユニット(以下、異常ユニットという。)の作動を停止又は禁止する作動禁止機能、及び少なくとも次回の給水開始時には、異常ユニット以外の他の給水ユニットが起動可能とする先発変更機能を発揮可能であることが望ましい。
これにより、当該給水装置では、次回の給水開始時に異常ユニットが起動することなく、他の給水ユニットが起動する。したがって、給水装置の信頼性がより向上し得る。
因みに、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的構成等との対応関係を示す一例であり、本開示は上記括弧内の符号に示された具体的構成等に限定されない。
第1実施形態に係る給水装置を示す図である。 第1実施形態に係る制御部の作動を示すフローチャートである。 Aは第1実施形態に係る電力供給部を示す図である。Bは第1実施形態に係る電力供給部における真理表図である。 第1実施形態に係る監視部の作動を示すフローチャートである。
以下の「発明の実施形態」は、本開示の技術的範囲に属する実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的構成や構造等に限定されない。
少なくとも符号が付されて説明された部材又は部位は、「1つの」等の断りがされた場合を除き、少なくとも1つ設けられている。つまり、「1つの」等の断りがない場合には、当該部材は2以上設けられていてもよい。本開示に示された給水装置は、少なくとも符号が付されて説明された部材又は部位等の構成要素、並びに図示された構造部位を備える。
(第1実施形態)
<1.給水装置の概要>
<1.1 給水装置の構成>
本実施形態は、例えば、マンションや商業ビル等の建物に適用される給水装置に本開示に係る給水装置の一例が適用されたものである。図1に示されるように、給水装置1は、複数(例えば、4つ)の給水ユニットWs1~Ws4を備える。
各給水ユニットWs1~Ws4は同一な構成である。具体的には、各給水ユニットWs1~Ws4は、ポンプP1~P4、電動モータM1~M4及び当該電動モータM1~M4を制御する制御部CTL1~CTL4等を少なくとも有する。
以下、給水ユニットWs1~Ws4のうち任意の給水ユニットWsを意図する場合は給水ユニットWsと記す。ポンプP1~P4のうち任意のポンプを意図する場合はポンプPと記す。電動モータM1~M4のうち任意の電動モータを意図する場合は電動モータMと記す。制御部CTL1~CTL4のうち任意の制御部を意図する場合は制御部CTLと記す。
制御部CTLは、電動モータMの駆動回路(本実施形態では、インバータ方式の駆動回路)及び当該駆動回路を制御する制御回路等を少なくとも有する。そして、本実施形態に係る制御部CTLは、電動モータMを駆動する駆動周波数を制御することにより、ポンプPの回転速度、つまりポンプPの吐出し流量や吐出し圧力等を制御する。
制御部CTL1~CTL4それぞれは、互いに情報を送受信可能であり、かつ、受信した情報を記憶する記憶部Me1~Me4を有している。以下、記憶部Me1~Me4のうち任意の記憶部を意図する場合は記憶部Meと記す。
制御部CTL1~CTL4それぞれには、流量センサFS1~FS4それぞれの検出値が入力されている。各流量センサFS1~FS4は、対応するポンプPの吐出し流量を検出する。以下、流量センサFS1~FS4のうち任意の流量センサを意図する場合は流量センサFSと記す。
圧力センサPSは、給水装置1の吐出し圧力を検出する。圧力センサPSの検出信号は、各制御部CTLに送信される。つまり、各制御部CTLには、通信回線を介して給水装置1の吐出し圧力が入力されている。
各制御部CTL間の通信方法は不問である。本実施形態に係る各制御部CTLは、シリアル通信方法にて互いに情報を送受信する。各制御部CTLは、上記の通信回線を介して監視部SCTとも通信可能である。
そして、複数の制御部CTLそれぞれは、状態送信機能を発揮可能である。状態送信機能は運転状態信号を監視部SCTに送信する機能である。運転状態信号は、対応する給水ユニットWsの運転状態を示す信号である。なお、本実施形態に係る各制御部CTLは、監視部SCTからの指令を受けたときに運転状態信号を送信する。
本実施形態に係る監視部SCTは操作基板に設けられている。操作基板は、運転モード操作部(図示せず。)を有する。運転モード操作部は、管理者や作業者のメンテナンスを行う者が給水装置1の運転モードを選択・設定する際に操作するものである。
<2.各制御部の制御概要>
制御部CTL1~CTL4、つまり、各制御部CTLの制御回路は、例えば、CPU、ROM及びRAM等を有するマイクロコンピュータ等にて構成されている。各制御部CTLは、ROM等の不揮発性記憶部に予め記憶された制御用プログラムに従って駆動回路等を制御する。
各制御部CTLは、圧力センサPSにより検出された圧力(以下、検出圧力という。)が、予め決められた所定の圧力範囲となるようにポンプP、つまり電動モータMの回転速度を制御する。以下、当該制御を目標圧力制御という。
目標圧力制御は、電動モータMの稼働開始と共に実行され、電動モータMの停止と共に停止する。そして、各制御部CTLは、先発起動機能、増台機能及び流量停止機能も実行可能である。
<先発起動機能>
先発起動機能は、全ての給水ユニットWs1~Ws4が停止状態にある場合において、検出圧力が上記圧力範囲の下限値未満となったときに実行される機能の1つである。
具体的には、先発起動機能の実行時には、制御部CTLは、給水開始時に、当該制御部CTLの記憶部Meに先発信号を受信したことを示す情報(以下、先発フラグという。)が記憶されているか否かを判断する。
そして、制御部CTLは、当該情報が記憶されていると判断した場合に、当該制御部CTLが制御する電動モータMを起動する。このため、先発フラグが記憶されている給水ユニットWsのみが起動し、先発フラグが記憶されていない給水ユニットWsは停止状態を維持する。
なお、本実施形態は、後述するように、1台の給水ユニットWsのみに先発フラグが記憶される。このため、本実施形態では、最初に給水を開始する給水ユニットWsは1台のみである。
<増台機能>
増台機能は、現在稼働している給水ユニットWsの給水能力が予め決められた給水能力となった時、つまり電動モータMの回転速度が予め決められた上限回転速度に到達した時に実行される機能である。
具体的には、増台機能は、電動モータMの回転速度が予め決められた上限回転速度に到達した時に、当該稼働中の給水ユニットWsの制御部CTLから停止中の給水ユニットWsの制御部CTLに給水開始を指令する機能である。
例えば、第1の給水ユニットWs1のみで給水している際に、電動モータMの回転速度が予め決められた上限回転速度に到達すると、制御部CTL1は、例えば制御部CTL2に対して給水開始を指令する。これにより、第2の給水ユニットWs2からも給水が開始される。
同様に、第1の給水ユニットWs1及び第2の給水ユニットWs2のみで給水している際に、電動モータMの回転速度が予め決められた上限回転速度に到達すると、制御部CTL2は、例えば制御部CTL3に対して給水開始を指令する。これにより、第3の給水ユニットWs3からも給水が開始される。
なお、本実施形態では、複数の電動モータMが稼働している状態においては、それら複数の電動モータMの回転速度それぞれが略同一回転速度となるように、給水装置1の給水量が制御される。
つまり、稼働中の各ポンプPの吐出し流量が略同一に維持され、かつ、各検出圧力が上記圧力範囲に維持されるように、各電動モータMの回転速度が制御される。このため、本実施形態では、各電動モータMの回転速度は連動して変化する。
<流量停止機能>
流量停止機能は、吐出し流量、つまり流量センサFSの検出流量が予め決められた流量(以下、停止流量という。)以下となったときに電動モータM、つまりポンプPを停止させる機能である。
本実施形態では、給水装置1の稼働状態に応じて制御部CTLが予め決められた規則に従って停止流量を決定する。なお、全ての給水ユニットWsが停止し、給水装置1が停止した場合には、アキュムレータ(図示せず。)により給水圧が保持される。
<制御部の制御例>
各制御部CTLは、例えば図2に示される制御フローを実行する。図2は、全ての給水ユニットWs1~Ws4が停止状態にある場合において、検出圧力が上記圧力範囲の下限値未満となったときに各制御部CTLで実行される制御フローの一例である。
当該制御フローを実行するためのプログラムは、各制御部CTLに設けられたROM等の不揮発性記憶部に予め記憶されている。なお、以下の説明における括弧内に記載された「S1」等は、フローチャートに示された符号である。
すなわち、検出圧力が上記圧力範囲の下限値未満になると、制御部CTLは、先発フラグが記憶部Meに記憶されているか否かを判断する(S1)。先発フラグが記憶部Meに記憶されてない場合には(S1:NO)、制御部CTLは、本制御フローを停止させる。
先発フラグが記憶部Meに記憶されている場合には(S1:YES)、制御部CTLは、ポンプPを起動させる(S3)。つまり、先発フラグが記憶部Meに記憶されている給水ユニットWs(以下、先発ユニットという。)のみが給水を開始し、他の給水ユニットWsは停止状態が維持される。
次に、制御部CTLは、吐出し流量が停止流量以下となったか否かを判断する(S5)。吐出し流量が停止流量より大きい場合には(S5:NO)、制御部CTLは、検出圧力が上記圧力範囲となるように電動モータMを制御するとともに、必要があれば、増台機能を実行する。そして、吐出し流量が停止流量以下の場合には(S5:YES)、制御部CTLはポンプPを停止させる小水量停止(S7)を実行した後、本制御を終了させる。
なお、監視部SCTからの指令を受けたときに運転状態信号を送信する機能、つまり状態送信機能は、本制御とは独立して制御部CTLにて実行される。つまり、本制御が停止している場合であっても、状態送信機能は実行される。
<3.監視部>
<3.1 監視部の構成>
監視部SCTの制御回路は、例えば、CPU、ROM及びRAM等を有するマイクロコンピュータ等にて構成されている。当該監視部SCTは、制御回路に加えて、電力供給部PS1~PS4及び記憶部Mes等を少なくとも有する。
<電力供給部>
電力供給部PS1~PS4それぞれは、対応する制御部CTLに電力を供給する。各電力供給部PS1~PS4は同一構成である。以下、電力供給部PS1~PS4のうち任意の電力供給部を意図する場合は電力供給部PSと記す。
電力供給部PSそれぞれは、図3Aに示されるように、論理積演算回路を有し、かつ、当該論理積演算回路の出力が真となる場合のみ、制御部CTLへの電力供給を遮断するように構成されている(図3B参照)。
つまり、監視部SCTは、いずれかの制御部CTLへの電力供給を遮断する場合には、当該制御部CTLに電力を供給する電力供給部PSの論理積演算回路に、「真値」となる電圧(例えば、所定電圧以上の電圧出力)を入力させる。
<記憶部>
記憶部Mesは、複数の制御部CTLのうちいずれの制御部CTLの記憶部Meに先発フラグが記憶されているかを記憶可能である。これにより、監視部SCTは、いずれの給水ユニットWsが先発ユニットであるかを把握可能である。
<3.2 監視部の制御>
監視部SCTは、監視機能、作動禁止機能、及び先発変更機能等を少なくとも実行可能である。
<監視機能>
監視機能は、各制御部CTLから送信される運転状態信号を利用して複数の給水ユニットWsのいずれかに異常が発生したか否かを監視する機能である。
なお、本実施形態では、監視部SCTは、各制御部CTLに対して運転状態信号の送信を指令(以下、送信指令という。)する。そして、監視部SCTは、送信指令の対象から運転状態信号を受信できなかった場合に、当該対象の給水ユニットWsに異常が発生したとみなす。
<作動禁止機能>
作動禁止機能は、監視機能により異常が発生したと判断された給水ユニット(以下、異常ユニットという。)の作動を停止又は禁止する機能である。具体的には、監視部SCTは、異常ユニットへの電力供給を遮断する。
なお、本実施形態に係る監視部SCTは、電力供給部PSを利用して異常ユニットの制御部CTLへ電力供給を遮断する。つまり、本実施形態では、電動モータMの駆動電力を遮断するのではなく、当該電動モータMを制御する制御部CTLへ電力供給を遮断する。
<先発変更機能>
先発変更機能は、少なくとも次回の給水開始時には、異常ユニット以外の他の給水ユニットが起動可能とする機能である。例えば、給水中の給水ユニットWsが流量停止機能による停止前に異常ユニットとなった場合には、次回の給水開始時には、当該異常ユニット以外の他の給水ユニットが起動する。
なお、図4は、先発変更機能の制御フローの一例を示すフローチャートである。当該制御フローは、給水装置1の主電源(図示せず。)が投入された時に起動する。制御フローを実行するためのプログラムは、監視部SCTに設けられたROM等の不揮発性記憶部に予め記憶されている。
監視部SCTは、予め決められたタイミングで異常ユニットの有無を判断する(S20)。なお、本実施形態係る制御部CTLは、複数の給水ユニットWsそれぞれに、予め決められた時間間隔で順次、送信指令を発信することにより、いずれかの給水ユニットWsに異常が発生しているか否かを判断する。
異常ユニットがあると判断された場合には(S20:YES)、当該異常ユニットに対応する電力供給部PSを利用して当該異常ユニットへの電力供給を遮断する(S21)。次に、監視部SCTは、異常ユニットに先発フラグが記憶されているかを判断する(S22)。
このとき、監視部SCTは、監視部SCTの記憶部Mesに記憶されている情報を利用してS22の判断を行う。異常ユニットに先発フラグが記憶されていない場合には(S22:NO)、監視部SCTは、再び、S20を実行する。
異常ユニットに先発フラグが記憶されている場合には(S22:YES)、監視部SCTは、次順位の給水ユニットWsの制御部CTLに先発信号を送信する(S23)。次順位とは、予め決められた優先順位に従って決まる順位である。優先順位は、監視部SCTの不揮発性記憶部に予め記憶されている。
<4.本実施形態に係る給水装置の特徴>
監視部SCTは、監視機能により異常が発生したと判断された給水ユニットの作動を停止又は禁止する作動禁止機能、及び少なくとも次回の給水開始時には、異常ユニット以外の他の給水ユニットが起動可能とする先発変更機能を発揮可能である。
これにより、本実施形態に係る給水装置1では、次回の給水開始時に異常ユニットが起動することなく、他の給水ユニットWsが起動する。したがって、給水装置1の信頼性がより向上し得る。
各電力供給部PSぞれぞれは、論理積演算回路を有し、かつ、当該論理積演算回路の出力が真となる場合のみ、制御部CTLへの電力供給を遮断するように構成されている。これにより、監視部SCTの誤作動により給水ユニットWsへの電力供給が遮断されてしまうことが抑制され得る。
つまり、図3Bに示されるように、本実施形態では、論理積演算回路の出力が真となる場合のみ制御部CTLへの電力供給が遮断され、他の場合には電力供給が遮断されない。したがって、1つの信号のみで電力供給を遮断する構成に比べて信頼性が向上する。
監視部SCTは、運転モード操作部を有する操作基板に設けられている。これにより、監視部SCTの専用基板を設ける必要がなく、給水装置1の製造原価上昇が抑制され得る。
すなわち、操作基板は、手動モード、停止モード及び自動モードのうちいずれかの運転モードの切替設定を実行する機能、並びに給水装置1の目標吐出し圧力の設定を実行する機能等を備えている。このため、操作基板には、それらの機能を実行するためのマイクロコンピュータが搭載されている。
そして、本実施形態では、監視部SCTが操作基板に設けられているので、操作基板のマイクロコンピュータを利用して監視部SCTの機能を実行させることが可能となり得る。延いては、監視部SCT専用のマイクロコンピュータを設ける必要がないので、給水装置1の製造原価上昇が抑制され得る。
本実施形態に係る監視部SCTは、制御部CTLへの電力供給を遮断することにより異常ユニットへの電力供給を遮断する。これにより、例えば、駆動回路への駆動電力の供給を遮断する構成に比べて容易に電力供給を遮断でき得る。
(その他の実施形態)
上述の実施形態では、操作基板のマイクロコンピュータを利用して監視部SCTの機能を実行させた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、監視部SCT専用のマイクロコンピュータを設けた構成、又は複数の制御部CTLのうちいずれかの制御部CTLが監視部SCTの機能を備える構成であってよい。
上述の実施形態では、複数の記憶部Meのうちいずれの記憶部に先発フラグが記憶されているかを記憶する記憶部Mesが監視部SCTに設けられ、監視部SCTは、記憶部Mesに記憶されている情報を利用してS22を実行した。
しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、監視部SCTが各制御部CTLに先発フラグが記憶されているか否かを問い合わせ、その応答信号を利用して異常ユニットに先発フラグがあるか否かを判断してもよい。
具体的には、異常ユニット以外の給水ユニットWsから先発フラグが無い旨の返信があった場合には、監視部SCTは、異常ユニットに先発フラグがある判断可能である。異常ユニット以外の給水ユニットWsから先発フラグが有る旨の返信があった場合には、監視部SCTは、当該給水ユニットWsに先発フラグが有ると判断可能である。
上述の実施形態に係る監視部SCTは、異常ユニットへの電力供給を遮断することにより作動禁止機能を実行した。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、異常ユニットの制御部CTLに作動禁止指令を送信することにより、作動禁止機能を実行する構成であってもよい。
上述の実施形態に係る監視部SCTは、制御部CTLへの電力供給を遮断することに異常ユニットへの電力供給を遮断した。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、駆動回路への電力供給を遮断する構成であってもよい。
上述の実施形態に係る電力供給部PSは、論理積演算回路の出力が真となる場合のみ、制御部CTLへの電力供給を遮断するように構成されていた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、1つの信号のみで電力供給を遮断する構成であってもよい。
上述の実施形態では、圧力センサPSが1つであった。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、当該圧力センサPSの故障に備えたバックアップ用の圧力センサPSが設けられた構成であってもよい。
上述の実施形態に係る給水装置1は、4台の給水ユニットWsを備える構成であった。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、少なくとも2台の給水ユニットWsを備える給水装置1にも適用可能である。
さらに、本開示は、上述の実施形態に記載された開示の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されない。したがって、上述した複数の実施形態のうち少なくとも2つの実施形態が組み合わせられた構成、又は上述の実施形態において、図示された構成要件もしくは符号を付して説明された構成要件のうちいずれかが廃止された構成であってもよい。
1… 給水装置
Ws… 給水ユニット
P… ポンプ
M… 電動モータ
CTL… 制御部
Me… 記憶部
FS… 流量センサ
PS… 圧力センサ
SCT… 監視部

Claims (5)

  1. ポンプ、電動モータ及び当該電動モータを制御する制御部を有する複数の給水ユニットと、
    複数の前記制御部それぞれと通信可能な監視部とを備え、
    複数の前記制御部それぞれは、対応する前記給水ユニットの運転状態を示す運転状態信号を前記監視部に送信する状態送信機能を発揮可能であり、
    前記監視部は、
    前記運転状態信号を利用して複数の前記給水ユニットのいずれかに異常が発生したか否かを監視する監視機能、
    前記監視機能により異常が発生したと判断された給水ユニット(以下、異常ユニットという。)の作動を停止又は禁止する作動禁止機能、及び
    少なくとも次回の給水開始時には、前記異常ユニット以外の他の前記給水ユニットが起動可能とする先発変更機能
    を発揮可能である給水装置。
  2. 前記監視部は、前記異常ユニットへの電力供給を遮断することにより前記作動禁止機能を実行する請求項1に記載の給水装置。
  3. 前記監視部は、運転モード操作部を有する操作基板に設けられている請求項1又は2に記載の給水装置。
  4. 複数の前記制御部それぞれは、
    先発信号の有無を示す情報を記憶可能な記憶部を有しているとともに、当該記憶部に前記先発信号を受信したことを示す情報が記憶されている場合に前記電動モータを起動させる先発起動機能を発揮可能であり、
    さらに、前記先発変更機能の実行時においては、
    前記監視部は、前記異常ユニットの前記記憶部に前記先発信号が有ることを示す情報が記憶されているか否かを判断し、当該情報が記憶されていると判断した場合には、前記他の給水ユニットの前記記憶部に前記情報を記憶させる
    請求項1ないしのいずれか1項に記載の給水装置。
  5. 前記監視部は、複数の前記記憶部のうちいずれの記憶部に前記情報が記憶されているかを記憶可能な第2の記憶部を有する請求項に記載の給水装置。
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