JPH0122478B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はポンプの吐き出し圧力を一定に保つた
め可変速駆動手段を備える給水装置に関し、特に
制御の応答性を高めることができる改良した給水
装置を提供するものである。

〔従来技術〕

従来から可変速モートルで駆動する給水装置の
給水管路に、圧力センサーを設けて吐き出し圧力
を測定し、この吐き出し圧力が吐き出し目標圧力
に保たれるよう常時両圧力を比較することによ
り、両圧力の偏差に応じた大きさの制御信号を取
り出し、これを基にポンプを連続的に可変速運転
する方法がある。また、従来からこのようなアナ
ログ制御によるフイードバツク制御に対し、近年
ではマイクロコンピユータを利用したデジタル制
御による給水装置が考えられている。

このようなデジタル制御を行なう給水装置とし
て、例えば次のようなものが考えられる。すなわ
ち、圧力センサーにより吐き出し圧力を検出し、
この検出した圧力が吐き出し目標圧力より低けれ
ばポンプの運転速度を一定幅だけ増速し、逆に高
ければ一定幅だけ減速してゆく給水装置が考えら
れる。このような構成を取ると、ポンプは一定時
間毎に、常に増速あるいは減速を繰り返すことに
なるが、極めて簡単な構成で、ポンプの吐き出し
圧力をこれの目標圧力付近に保つてゆくことがで
きる。しかし、このような方法によると、ポンプ
の可変速範囲はあらかじめ定めた一定幅に決まつ
てしまうことから、使用水量が急変した場合、目
標圧力に対する吐き出し圧力の回復が遅れる恐れ
があり、これが給水管路内の圧力変動の要因とな
り、使用器具に悪影響を及ぼす心配があつた。

〔発明の目的〕

そこで本発明は、使用水量が急変しても圧力回
復が早く、給水管路内の圧力変動が起き難い、応
答性の良い給水装置を提供してゆくものである。

〔発明の概要〕

そこで本発明は、ポンプと、このポンプの吐出
側に連結した圧力あるいは流量などの負荷状態検
出手段と、ポンプの吐き出し側圧力が吐き出し目
標圧力と等しくなるようポンプの可変速運転を行
なう可変速駆動手段とを有する給水装置におい
て、ポンプの吐き出し圧力あるいは流量の変化率
を測定する負荷状態変化率測定手段と、ポンプの
吐き出し圧力を吐き出し目標圧力に保つため負荷
状態の変化率に応じたポンプの運転速度の補正量
を記憶する補正量記憶手段と、負荷状態変化率測
定手段により検出した変化率に対応する補正量を
補正量記憶手段より読み出し、この補正量を基に
制御量を定める可変速駆動手段の変速制御手段と
を備えた給水装置を提供してゆくものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を詳しく説明する。すな
わち、第１図は給水装置の機械的な構成を示す構
成図であり、１は受水槽、４はポンプ、２はポン
プ４と受水槽１を連結する吸い込み管、７はポン
プに連結した給水管、３，６，５はそれぞれ吸い
込み管２および給水管７に取り付けた仕切弁と逆
止め弁、９はポンプ４に連結した可変速モート
ル、８は給水管７に取り付けポンプ４の吐き出し
側の圧力を検出するための圧力センサー、１０は
圧力センサー８の検出信号を入力し、可変速モー
トル９を可変速運転するための制御装置である。
第２図は給水装置のポンプ４を可変速運転した場
合の運転特性図であり、横転に水量Ｑ、縦転に圧
力Ｈを取つて示す。図中曲線ｘはポンプ４の運転
速度が任意の運転速度Nxの場合のＱ−Ｈ性能を
示し、曲線ｃはポンプ４の運転速度が最高速度
Nc（100％）で運転している場合のポンプ４のＱ
−Ｈ性能を示し、同様に、曲線ｆはポンプ４の運
転速度が最低速度で運転している場合のＱ−Ｈ性
能を示す。

ポンプ４の運転速度は無段変速であるが、便宜
上、途中段階の任意の運転速度でのポンプ４の
QH性能を示すと曲線ｂ、ｄ、ｅとなる。また、
H₀は給水装置の全揚程に相当する吐き出し目標
圧力（以下目標圧力と略す）を示す。次に、この
第２図により使用水量の変化に伴う給水圧力の変
化率と運転速度の変化値との関係を説明する。
今、使用水量がQ₀でポンプ４の運転速度が任意
の運転速度Nxで、性能曲線ｘ上の０点で給水装
置を運転しているものとする。このとき使用水量
が単位時間△ｔの間にQ₀よりQAに変化した場合
の圧力の変化は−△HA、この状態でポンプ４の
吐き出し圧力の回復のため運転速度が単位時間△
ｔの間にNxよりNAに変化した場合の運転速度
の変化値は＋NAとなる。同様に単位時間△ｔの
間の使用水量の変化と圧力の変化と速度の変化値
の関係は次のように求めることができる。すなわ
ち、使用水量がQ₀よりQBに変化した時の圧力の
変化値は−△HB、これによる吐出し圧力の回復
のため運転速度がNxよりNBに変化した時の運
転速度の変化値は＋△NB、使用水量がQ₀より
Qcに変化時の圧力の変化値は−△Hc、これによ
る吐出し圧力の回復のため運転速度がNxよりNc
に変化した時の運転速度の変化値は＋△Nc、使
用水量がQoよりQdに変化した時の圧力の変化値
は＋△HD、これによる吐出し圧力の回復のため
運転速度がNxよりNDに変化した時の圧力の変
化値は−△ND、使用水量がQoよりQeに変化し
た時の圧力の変化値は△He、これによる吐出し
圧力の回復のため運転速度がNxよりNeに変化し
た時の圧力の変化値は−△Neである。さらに第
３図は、横軸に単位時間△ｔの間の圧力の変化率
△Ｈ／△ｔを、縦軸に単位時間△ｔの間の運転速
度の変化値△Ｎを取り、前述の関係をプロツトし
て、△Ｎと△Ｈ／△ｔとの関係を直線近似したも
のである。これにより △Ｎ＝Ｋ・△Ｈ／△ｔ の関係が得られる。なお、Ｋは比例定数である。

第４図は本実施例の給水装置の制御装置１０の
制御回路を示し、MCBは主回路用のしや断器、
MCは電磁接触器のコイル、MCaはその接点、
INVは可変速モートル９の運転速度を変えるた
めの可変周波インバータ装置、４９，４９ｂはサ
ーマルリレーの検出部と接点、μconは中央演算
処理装置CPU（以下CPUと称す）、メモリＭ、電
源端子Ｅ、入力ポートINA、出力ポートOUTA，
OUTBより構成されるマイクロコンピユータ、
F₁は圧力センサー９より発するアナログ信号を
デジタル信号に変換し、マイクロコンピユータ
μconの入力ポートINAへ送るＡ／Ｄ変換器、F₂
はマイクロコンピユータμconの出力ポート
OUTBより出力される変速指令制御信号をデジ
タル信号からアナログ信号に変換してインバータ
装置INVへ送るＤ／Ａ変換器である。また、
CTLはトランスＴ、電源ユニツトＺ、始動・停
止スイツチSS、電磁接触器MC、トランジスター
Tr、リレーＸから成るリレー回路を示す。リレ
ー回路CTLにおいて、しや断器MCBを投入し、
始動・停止スイツチSSを閉じるとトランスＴを
介して電源ユニツトＺから整流平滑され安定した
電力がマイクロコンピユータμconの電源端子Ｅ
に送られ運転準備が完了する。

第５図は実施例の制御の流れを簡単に説明する
ためのフローチヤートであり、予じめ、この流れ
に従つてマイクロコンピユータμconのメモリＭ
にプログラムが記憶されているものである。これ
を説明すると、給水装置は初期値の設定が行なわ
れた後、あらかじめ定めた運転速度で始動され
る。ポンプ４の運転を始めた後、ポンプの吐き出
し圧力の変化率を圧力変化率測定手段により測定
する。具体的には一定時間を挾んだ吐き出し圧力
の変化を圧力センサー８を介して測定し、マイク
ロコンピユータμcon内で△Ｈ／△ｔを算出する
ことにより吐き出し圧力の変化率を求める。次の
ステツプでは変化率の大きさが判断され、次のス
テツプであらかじめ定めた一定幅だけポンプ４の
運転速度を増減し、吐き出し圧力が目標圧力に近
づくよう給水装置の運転が行なわれる。一方、変
化率が大きいと判断された場合は、第３図に示し
たポンプの吐き出し圧力を吐き出し目標圧力に保
つため吐き出し圧力の変化率に応じたポンプ４の
運転速度の補正量をあらかじめ記憶したメモリＭ
を参照し、変化率に応じて必要な運転速度の補正
量を読み出す。次のステツプでは、先に運転して
いる運転速度に補正量を加えた、新たな運転速度
で給水装置の運転を始め、さらに次のステツプで
吐き出し圧力が目標圧力となるよう運転速度が調
整される。すなわち、ループＯを実行している場
合は、運転速度の微調整が行なわれ、ループＰを
実行している場合は、需要水量の変化に応じて比
較的大幅な運転速度の増減が行なわれるものであ
る。

次に第６図、第７図により実施例をさらに詳し
く説明してゆく。第６図は実施例の速度制御動作
を説明するための運転特性図で、横軸に水量Ｑ、
縦軸に圧力Ｈを取つて示す。同様に第７図は制御
の流れを示すフローチヤートであり、予じめ、こ
の流れに従つてマイクロコンピユータμconのメ
モリＭにプログラムが記憶されているものであ
る。また、メモリＭはさらに、第３図で示す圧力
の変化率△Ｈ／△ｔと、圧力回復に必要な運転速
度の加減速量△Ｎを求めるためのデーターを記憶
しておく。今、第６図において、使用水量Qoで
ポンプ４は運転速度Nxで、特性曲線ａ上のOo点
で運転しているものとする。また、第７図におい
て、最初のステツプとして、初期値の設定を行な
いメモリＭ内に、次のようなデータを格納するエ
リアを確保する。すなわち、エリアM₁に目標圧
力Hoのデータ、エリアM₂に最低速度Nminのデ
ータ、エリアM₃に初期速度Ninのデータ、エリ
アM₄に最高速度Nmaxのデータ、エリアM₅に電
磁接触器McONのデータ、エリアM₆に△min／
△ｔのデータ、エリアM₇に比例定数Ｋのデータ、
エリアM₈に△Ｈ／△ｔを測定して演算したデー
タ、エリアM₉に速度変化値△Ｎのデータをそれ
ぞれ格納してゆくものである。さて、第７図の
３、４、５ステツプでエリアM₅（電磁接触器Mc
の開閉状態を示すデータ）のデータをCPU内の
Ａレジスターに転送し、出力ポートOUTAより
出力して、トランジスターTrを導通させ、リレ
ーＸ、電磁接触器MCを付勢させ、その接点MCa
を閉じる。これと同時に出力ポートOUTBより
初期速度NinのデータをＤ／Ａ変換器F₂を介して
出力する。このため可変インバータ装置JNVは
初期速度Ninに対応する周波数の電力を可変速モ
ートル９に供給し、ポンプ４は初期運転速度Nin
で運転を始める。ここで説明を簡単にするため、
初期運転速度NinがNxであるものとする。次の
６ステツプでは単位時間△ｔに相当するタイムデ
イレイを実行する。（このタイムデイレイはフロ
ーチヤート上、ソフトタイマーのサブルーチンを
実行することにより行なわれる）この時、使用水
量が第６図に示すようにQoよりQrに急変する
と、給水管７内の圧力はH₀より−△H₂だけ低下
する。このタイムデイレイを実行した後、７ステ
ツプで入力ポートINAを介して圧力センサー８
が検出した吐き出し側の圧力値をCPUのＡレジ
スターにロードする。さらに、８ステツプでエリ
アM₁から読み出した目標圧力値HoをCPUのＢレ
ジスターにロードし、次の９ステツプで単位時間
△ｔ間に変化した圧力信号値H₃（具体的にはH₀
−△H₂の値）を算出し、再びこの算出値H₂を
CPUのＡレジスターに格納する。10ステツプで
は算出により求めた圧力信号値H₂（この圧力信号
値H₂は単位時間△ｔの吐き出し圧力の変化率△
Ｈ／△ｔに対応する）をエリアM₉に格納する。
次に11ステツプでエリアM₇（△Hmin／△ｔのデ
ーター）のデーターをCPUのＢレジスターに転
送する。そして、12ステツプでＡレジスターとＢ
レジスターの内容を比較し、圧力センサー８を介
して測定した単位時間の吐き出し圧力の変化率△
Ｈ／△ｔが圧力の変化率の基準値である△
Hmin／△ｔより小さい場合は16ステツプへジヤ
ンプし、これ以降の処理を実行する。また、圧力
センサー８より入力した単位時間の圧力の変化率
△Ｈ／△ｔが△Hmin／△ｔより大きい場合には
次の13ステツプへ進み、ここでエリアM₉の内容
（−H₂／△ｔ）にエリアM₈（比例定数Ｋ）を乗
じ、この結果（△H₂＝Ｋ・△H₂／△ｔ）を次の
14ステツプでＡレジスターおよびエリアM₁₀格納
する。次に14ステツプでＡレジスター（△H₂）
の内容とエリアM₈（初期速度Nx）の内容を加算
してＡレジスターに格納し、また、この加算結果
を新しい初期速度のデーターとしてエリアM₈に
格納する。そして15ステツプでＡレジスター
（Nx＋△H₂）の内容を出力ポートOUTBより出
力する。この結果はインバータ装置INVに入力
され、ポンプ４は△H₂だけ増速して、ポンプの
運転点はO₀′点より特性曲線ｉ上のO₄点へ移動す
る。最終的な目標値は運転速度Nrで特性曲線Ｋ
上の06点であるが、前にも述べた通り、給水管路
内の圧力の変化率△Ｈ／△ｔと速度変化値△Ｎと
の関係を直線近似したこと、測定誤差、タイムデ
イレイ実行後にさらに使用水量が変化するなどに
より、目標値に一致しないことが多い。当然、目
標値を越えてしまうことも考えられるが、実施例
では速度指令信号Nx＋△Ｎを目標速度より小さ
くした例で説明する。さらに、16ステツプで給水
管路７内の圧力を測定し、次の18ステツプで目標
圧力Hoと比較する。今、運転点はO₄点であるの
で測定値は目標圧力Hoより低いものであるから、
次の処理は19ステツプに移る。したがつて、次の
19、20、21ステツプで最高速度Nmaxと今運転し
ている速度のデーターをエリアM₄、M₈から、そ
れぞれＡレジスター、Ｂレジスターにロードし、
両データーを比較する。この比較結果により、ポ
ンプ４が最高速度Nmaxに達していたら、これ以
上の増速を避けるよう６ステツプ以下の処理が再
度実行される。また、最高速度Nmaxに達してい
なければ、次の22、23ステツプで、Ｂレジスター
の値（今運転している速度Nxのデーターとエリ
アM₆（変速制御幅dNのデーター）の値を加算し、
これを新しい初期速度Nxのデーターとしてエリ
アM₈に格納する。そして、24ステツプで出力ポ
ートOUTBより加算結果を出力し、ポンプ４の
運転速度をNx＋dNとし、ポンプ４の運転点は
O₄より特性曲線上のO₅点へ変化する。この後、
16ステツプへ戻り、再度16ステツプ以降の処理を
実行し、18ステツプでの判定結果が圧力センサー
８の検出した圧力と目標圧力とが一致するまで繰
り返えす。実施例では、圧力センサー８の検出し
圧力が目標圧力より低く、もう一度、変速制御幅
dNだけ加算し、運転速度をNx＋dN（最初から考
えるとNx＋△H₂＋2dN）として運転速度NRに
加速し、ポンプ４の運転点を05点から運転特性Ｋ
上の06に移動することにより目標圧力Hoが得ら
れる。こうして、18ステツプの判定により、目標
圧力と圧力センサー８の検出した圧力値が一致す
ると、再び６ステツプ以下の処理が実行される。

なお、18ステツプにおいて、目標圧力Hoより
圧力センサー８の測定した圧力が高いと判定され
た場合には、逆に25ステツプ以下の処理が実行さ
れ、ポンプ４の運転速度Nxを同様な方法により
変速制御幅dNだけ段階的に減速処理を行なう。

また、使用水量が大きく変化し、単位時間△ｔ
当りの圧力変化率△Ｈ／△ｔが大きな場合は、圧
力の変化率△Ｈ／△ｔと変度変化△Ｎとの関係に
より、これに比例して大きくポンプ４の増減速指
令を行ない、この後、目標圧力Hoと圧力センサ
ー８の測定する吐き出し側の圧力が一致するまで
変速制御幅dNによりポンプの運転速度を小幅に
増減速しポンプ４の運転速度を微調整してゆく。
したがつて、当然△Ｎ＞dNである。使用水量の
変化がそれ程大きくなく、これの変化率△Ｈ／△
ｔが小さい場合には、勿論、目標圧力Hoと圧力
センサー８の検出した圧力値が一致するまで、変
速制御幅dNの運転速度の増減を繰り返し、吐き
出し圧力を目標圧力Ho付近に保つてゆく。

また、同様に第６図において、使用水量がQ₀
よりQpに急変した場合にも、運転点がQ₀より
Q″₀に移り、給水管路７の圧力変化率と運転速度
の変化値との関係により、運転速度をNxより△
N₁だけ大きく感じ、ポンプ４の運転点をO″₀点よ
り特性曲線ｌ上のO₁点へ移し、以下、運転速度
をdNだけ段階的に減速し、最終的にポンプ４の
特性曲線ｍ上の運転点O₂が、特性曲線ｎ上の運
転点O₃に移り、吐き出し圧力は目標圧力Ho付近
でほぼ一定に保たれる。

このような実施例によれば、マイクロコンピユ
ータを使用することで、簡単な構成で、しかも安
価な給水装置を得ることができる。また、このよ
うな構成を取ると、目標圧力の変更、圧力の測定
時間の変更などが、給水装置の使用条件、あるい
は機種により簡単に調整してゆくことができる。

前記の実施例においては、第３図に示す圧力の
変化率△Ｈ／△ｔと圧力回復に必要な運転速度
Nxの加減速量△Ｎを求めるための作業を、マイ
クロコンピユータを利用し、近似式△Ｎ＝Ｋ・△
Ｈ／△ｔを演算することにより求めたが、これ
は、例えば、変化率△Ｈ／△ｔと加減速量△Ｎの
関係をメモリＭ上に、マトリクス状のデーターテ
ーブルとして、あらかじめ記憶しておくこともで
きる。また、実施例においてはインバータ装置
INVを利用してポンプ４の可変速運転を行なつ
たが、これは、可変速モートル９の入力電圧を調
整する。あるいは渦電流継手などを利用すること
により行なうこともできる。さらに、実施例にお
いては第５図に示したループ０を繰り返している
間に、使用水量が急変することが考えられるの
で、ポンプ４の変速操作を行なつた後（または適
当な時間毎に）に圧力の変化率の測定を行ない。
変化率が大と判断された場合、ループＰを割込み
処理するよう処理フローを構成することも良い。
また、実施例においては圧力検出器として、アナ
ログ信号が得られる圧力センサー８を用いたが、
これは適当な圧力で開閉を行なう複数個の圧力ス
イツチを組み合わせることにより、吐き出し圧力
の変化量を検出してゆくこともできる。さらにま
た、実施例の給水装置では一台のポンプを可変速
運動してゆく例について説明したが、本発明は複
数の可変速ポンプ、あるいは、可変速ポンプと定
速ポンプの組み合わせによる給水装置にも利用し
てゆくことができる。

このような場合は、例えば第７図上のステツプ
21あるいはステツプ27を実行した後に、ポンプの
追加運動のための制御ステツプを設ければ良いも
のである。

さらに実施例においては、吐き出し圧力がほぼ
一定となるよう制御する給水装置について説明を
行なつたが、本発明はこれに限るものではなく、
未端圧を一定に制御してゆくような運転を行なう
給水装置についても本発明を実施してゆくことが
できる。すなわちこの場合は、使用水量に応じた
給水管路７の流路損失を加えた吐き出し側の圧力
を、例えば第７図で説明した目標圧力Hoとして
随時代入してゆけば良いものである。さらに実施
例においては圧力の変化率により制御を進めた
が、本発明では吐き出し流量を測定し、これの変
化率を基に制御を進めることも可能である。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように本発明は、ポン
プの可変速運動を行なう給水装置において、ポン
プの負荷状態の変化率を測定する負荷状態変化率
測定手段と、ポンプの吐き出し圧力を吐き出し目
標圧力に保つため、負荷状態の変化率に応じたポ
ンプの運転速度の補正量を記憶する補正量記憶手
段と、負荷状態変化率測定手段により検出した変
化率に対応する補正量を補正量記憶手段より読み
出し、この補正量を基に制御量を定める可変速駆
動手段の変速制御手段とを備えた給水装置を提案
するものである。したがつて、本発明によれば使
用水量が急変しても、圧力回復が早く、給水管路
内の圧力変動が起き難い、応答性の良い給水装置
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は給水装置の機械的な構成を示す構造
図、第２図はポンプの運転特性図、第３図は圧力
の変化率と運転速度の変化値の関係を示す図、第
４図は実施例の給水装置の変速制御手段を構成す
る制御装置を示すブロツク図、第５図は実施例の
制御の流れを簡単に説明するためのフローチヤー
ト、第６図は実施例の制御動作を説明するための
運転特性図、第７図は実施例の制御の流れを詳し
く説明するためのフローチヤートである。 ４……ポンプ、７……給水管、８……圧力検出
器、９……可変速駆動手段、１０……変速制御手
段、△Ｈ／△ｔ……変化率、H₀……目標圧力、
△Ｎ……運転速度の補正量。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ポンプと、このポンプの吐出側に連結した負
   荷状態検出手段と、前記ポンプの吐き出し側圧力
   が吐き出し目標圧力に等しくなるよう前記ポンプ
   の可変速運転を行なう可変速駆動手段とを有する
   給水装置において、前記ポンプの負荷状態の変化
   率を測定する負荷状態変化率測定手段と、前記ポ
   ンプの吐き出し圧力を吐き出し目標圧力に保つた
   め負荷状態の変化率に応じた前記ポンプの運転速
   度の補正量を記憶する補正量記憶手段と、前記負
   荷状態変化率測定手段により検出した変化率に対
   応する補正量を前記補正量記憶手段より読み出
   し、この補正量を基に前記可変速駆動手段を制御
   する制御量を定める変速制御手段とを備えた給水
   装置。