JPH059639B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はポンプを可変速運転する給水装置にお
けるポンプの速度制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来から変速ポンプを使用した給水装置の圧力
制御方法として、吐出し出力一定制御、及び推定
末端圧力一定制御がある。前者の制御方法をブロ
ツク図である第１図と運転特性図である第２図に
より説明する。第１図に於いて１はポンプ、２は
変速原動機、３は変速発電機、４は圧力検出器で
あり、圧力検出器４はポンプ１の吐出し口付近に
設置してある。５は速度制御装置を示す。第２図
は横軸に吐出し水量Ｑを、縦軸に吐出し圧力Ｈを
とつたポンプの特性曲線図で、曲線Ａは変速原動
機２が回転速度N₀（100％）で運転している場合
の変速ポンプ１のＱ−Ｈ性能曲線を示す。以下、
曲線Ｂ、Ｃはそれぞれ回転速度がN₁、N₂で運転
している場合のポンプ１のＱ−Ｈ性能曲線を示
す。圧力H₀は給水系に必要な所要最低圧力であ
り、予め定めた目標圧力である。今、使用水量が
Q₀で変速原動機２の回転速度はN₀で、変速ポン
プ１がＱ−Ｈ性能曲線Ａ上のａ点で運転されてい
るものとする。この状態で、使用水量が少なくな
りQ₁になると、ポンプ１の吐出し口付近の圧力
は上昇し、H₁となり、これを圧力検出器４が検
出する。圧力検出器４により検出した圧力H₁と
目標圧力H₀との偏差｜H₀−H₁｜が０となるよう
に速度制御装置５により制御され、変速原動機２
の回転速度はN₁となり、ポンプ１のＱ−Ｈ性能
曲線は曲線Ｂとなり、運転点はａ点からｂ点へ移
り、目標圧力H₀が得られる。以下、使用水量の
変化に応じて、変速原動機２、すなわち、これに
連結したポンプ１が速度制御されるものである。

次に、後者の制御方法をブロツク図である第３
図と運転特性図である第４図により説明する。第
３図に於いて、第１図と同一符号で示す部品は同
一部品を示し、６は流量検出器、７は流量伝送
器、８は演算器を示す。運転特性図第４図も第２
図と同様にポンプのＱ−Ｈ性能曲線を示したもの
である。ｈは実揚程、曲線Ｆは送水管路の負荷抵
抗曲線を示し、この負荷抵抗曲線Ｆは流量変化に
つれて変化する。夫々、吐出し流量Ｑに対応する
負荷抵抗曲線Ｆ上の点ａ、ｂ、ｃ、ｄに対応した
吐出し圧力が目標圧力であり、この目標圧力を
H₀で示せば(1)式で与えられる。

H₀＝kQⁿ＋ｈ ……(1) 前述した吐出し圧力一定制御と異なる点は、前
者が目標圧力（給水に必要な所要最低圧力）を流
量変化に無関係に一定に定めるのに対して後者は
管路の抵抗が流量変化に伴つて変化することか
ら、流量変化（すなわち管路抵抗の変化）に応じ
た目標圧力を夫々(1)式により定められていること
である。(1)式に於いて、ｋは管路定数で管の材質
などによつて決まる。ｎは指数で、一般的にはｎ
は２である。たとえば、今、使用水量がQ₀で、
変速原動機２の回転速度がN₀で、変速ポンプ１
のＱ−Ｈ性能曲線はＡでａ点で運転しているもの
とする。この状態から、使用水量がQ₁に低下す
ると、ポンプ１の吐出し圧力がＱ−Ｈ性能曲線Ａ
にそつて上昇した圧力H₁となりa'点となる。こ
の上昇圧力を圧力検出器４が検出し、吐出し流量
Q₁を流量検出器６が検出する。そして、検出し
た流量Q₁を(1)式に代入して演算器８により目標
圧力H₀（H₀＝kQⁿ＋ｈ）を求め、圧力検出器４に
より検出した圧力H₁と演算器８により求めた目
標圧力H₀の偏差｜H₀−H₁｜が０となるように、
速度制御装置５により制御され変速原動機２の回
転速度はN₁となり、ポンプのＱ−Ｈ性能曲線は
Ｂとなり、運転点a′点よりｂ点へ移る。以下、使
用水量の変化に応じて、変速原動機２、及びポン
プ１は管路の負荷抵抗曲線Ｆ上にそつて速度制御
されていくものである。また、使用水量の監視を
行なう際に流量検出器６からの信号を別に設けた
流量指示計や積算流量記録計などに伝送して監視
を行なつている。

さて、以上説明した吐出し圧力一定制御では構
成機器が少なく、制御も容易であるため、設備費
は安価であるが、省電力の点では速度範囲が狭い
ため省電力の効果が少ない。これに対し、推定末
端圧力一定制御は吐出し流量が少なくなるにつれ
て目標圧力H₀も下がるので（送水管路の抵抗は
流量が少ない程小さいから）速度範囲が広くなり
省電力の点では有利である。しかし、推定末端圧
力一定制御を行なうには圧力検出器の他に、流量
検出器、流量伝送器、演算器などの計測器が必要
な上、制御が複雑であるため設備費が高くなつて
しまうという傾向があつた。また、使用水量の流
量を監視するのに、流量積算計や流量指示計など
を収納した計装装置が必要であつた。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、流量検出器を使用
することなく、圧力検出手段により推定末端圧力
一定制御を実現し、設備費が安価で、省電力を実
現できるポンプの速度制御装置を得ることにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明の特徴とす
るところは、変速原動機と、この変速原動機によ
り駆動されるポンプと、前記変速原動機の速度を
制御する速度制御手段と、このポンプの吐き出し
側の圧力を検出する圧力検出手段と、前記速度制
御手段を制御する信号を発生する中央演算処理手
段と、前記ポンプを連結した管路系の負荷抵抗曲
線の関数、および、前記ポンプの任意の回転速度
におけるＱ−Ｈ性能曲線の関数とを記憶する記憶
手段とを備える。そして、前記中央演算処理手段
は前記記憶手段に記憶された前記Ｑ−Ｈ性能曲線
の関数と前記圧力検出手段により検出された吐き
出し側の圧力から上記管路系を流れる流量を演算
し、この流量と上記負荷抵抗曲線の関数から目標
圧力を演算して定め、前記ポンプの回転速度がそ
の回転速度におけるＱ−Ｈ性能曲線が上記目標圧
力を通る回転速度となるように前記変速原動機を
制御する。

〔作用〕

上記のように構成すれば、中央演算処理手段に
より、圧力検出手段で検出されたポンプの吐き出
し側の圧力から、記憶手段に記憶されたＱ−Ｈ性
能曲線の関数に基づいて、管路系を流れる流量を
演算により求めることができる。そして、この演
算により求めた流量と、前記記憶手段に記憶した
負荷抵抗曲線の関数とから目標圧力を演算により
定めることができる。したがつて、ポンプの回転
速度を、その回転速度におけるＱ−Ｈ性能曲線
が、演算により求めた目標圧力を通る回転速度と
なるよう変速原動機を制御するようにすれば、流
量を検出することなく、圧力の検出により推定末
端圧力一定制御を実現することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。本発
明の第１の実施例を第５図、第７図、第８図、第
９図により説明する。本実施例は、第７図、第８
図に示すように、中央演算処理装置１３を用いる
ことにより、流量検出器、流量伝送器、演算器を
使用しないで、圧力検出器４１だけで推定末端圧
力一定制御を行うようポンプの速度制御装置を構
成したものである。なお、第７図〜第９図の詳細
説明は後述する。第５図は本発明の実施例のポン
プの特性曲線図で、横軸に吐出し水量Ｑ、縦軸に
ポンプ１の吐出し圧力Ｈをとつてある。Ｑ−Ｈ特
性曲線Ａはポンプ１の回転速度がN₀（100％）の
場合のＱ−Ｈ性能を示し、Ｂ、Ｃ、Ｄはそれぞれ
回転速度がN₁、N₂、N₃の場合のポンプのＱ−Ｈ
性能を示す。Ｑ−Ｈ性能曲線Ｅはポンプ１の回転
速度が最低のNminのときのＱ−Ｈ性能を示す。
さらに、曲線Ｆは送水管路の負荷抵抗曲線を示
し、ｈはポンプ１の実揚程を示す。また、Ｑ−Ｈ
性能曲線Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、および負荷抵抗曲線Ｆ
上の点0₁、0₂、0₃、0₄、0₅、0₆はポンプ１の運転
点を示す。次に、変速電動機２が任意の回転速度
のときのポンプ１のＱ−Ｈ性能曲線を関数で定義
する。たとえば、回転速度N₀（100％）のときの
ポンプ１のＱ−Ｈ性能曲線を Ｈ＝ｆ(Q)＝a₁Q³＋a₂Q²＋a₃Q＋a₄ ……(1) と定義し、負荷抵抗曲線関数Ｆを Hm＝kmQⁿ＋ｈ ……(2) と定義する。ここに、a₁、a₂、a₃、a₄は係数で、
特にa₄はポンプ１の締切圧力を示す。Kmは管路
定数を示す。

尚、(1)式はポンプ１のＱ−Ｈ性能の形により５
次式あるいは４次式あるいは３次式に近似でき
る。本実施例の場合には３次式の場合で取扱つて
いる。(2)式は、km、ｎ、ｈが既知であるから、
圧力Hmを検出して吐出し水量Ｑを求め、Ｑをこ
の式に代入することにより、目標圧力が線Ｆにく
ることを示している。

今、便宜上、ポンプ１の回転速度はN₀（100％）
で、圧力はHmoで0₁点で運転しているものとす
る。この状態から使用水量が減少するのに伴つ
て、圧力が上昇し、Q₂点へ達したものとする。
このとき、圧力検出手段としての圧力検出器４１
が吐出し圧力H₁を検出する。この検出した吐出
し圧力H₁を(1)式に代入すると（1′）式となる。

a₁Q³＋a₂Q²＋a₃Q＋a₄−H₁＝０ ……（1′） (1)式を水量Ｑについて解けば、Ｑ＝Qα、Qβ、
Qγの３根が得られる。３根のうち実数根をＱの
根としQ₁＝Qαとする。すなわち、運転点0₂は水
量Qα（Q₁＝Qα）、吐出し出力H₁の点である。次
に、負荷抵抗曲線Ｆに沿つて変速するために求め
た吐出し量Ｑ（＝Qα）を(2)式に代入して目標圧力
Hmを求めると（2′）式となる。

Hm＝kmQ₁ ⁿ＋ｈ＝kmQαⁿ＋ｈ ……（2′） 求めた目標圧力HmをHm₁と置く。この目標圧
力Hm₁と圧力検出器４１にて検出したH₁とを比
較し、その偏差｜Hm₁−H₁｜が０となるように、
速度制御手段としての速度制御装置５１により速
度制御を行うと、変速原動機２の回転速度はN₁
となり、ポンプ１のＱ−Ｈ性能曲線はＢとなる。
この結果、運転点はO₂からO₃へ移る。次に、変
速原動機２の回転速度がN₃で、ポンプ１のＱ−
Ｈ性能曲線が曲線Ｄで、負荷抵抗曲線Ｆ上のO₄
点で運転している状態から、使用水量が増加する
と、ポンプ１の吐出し圧力が曲線Ｄに沿つて低下
し、O₅点へ低下する。そして、圧力検出器４１
がO₅点の圧力H₃を検出する。

一方、水量と吐出し圧力と回転速度には次の関
係がある。

Qnx＝（Nx／Ni）Qni ……(3) Hnx＝（Nx／Ni）²Hni ……(4) ここに、Qnx（Hnx）は、ポンプ１の回転速度
がNxのときの吐出し水量（吐出し圧力）、Qni
（Hni）はポンプ１の回転速度がNiのときの吐出
し水量（吐出し圧力）、Nx、Niはポンプ１の回
転速度を示す。(4)式から、ポンプ１の回転速度
N₃に於けるポンプ１の吐出し圧力H₃をポンプ１
の回転速度N₀（100％）に於ける吐出し圧力に換
算すると、（N₀／N₃）²×H₃となる。これを
H₃′（H₃′＝（N₀／N₃）²×H₃）と置く。このH₃′と
ポンプ１の回転速度N₀に於けるＱ−Ｈ性能曲線
Ａ上の点O₅′での吐出し量Q₃′を(1)式から求めると
次の（1″）式となる。

a₁Q³＋a₂Q²＋a₃Q＋a₄−（N₀／N₃）²H₃＝０ ……（1″） （1″式をＱについて解くと、水量Ｑ＝Qα₂、
Qβ₂、Qγ₂の３根が得られる。この３根のうち実
数根を解としQ₃′＝Qα₂とする。求めた吐出し水
量Q₃′を(3)式により更び、回転速度N₀からN₃に於
ける水量Q₃に換算するとQ₃＝（N₃／N₀）Q₃′とな
る。従つて、0₅点は吐出し水量がQ₃で吐出し圧
力がH₃の位置を示している。換算した水量
（N₃／N₀）Q₃′を負荷抵抗曲線の(2)式に代入して
目標圧力Hmを求めるとHm＝km｛（N₃／N₀）
Q₃′｝ⁿ＋ｈとなる。これを新たに目標圧力Hm₃と
置く。新たに計算し、求めた目標圧力Hm₃と検
出した吐出し圧力H₃との偏差｜Hm₃−H₃｜が０
となるよう、変速原動機２を速度制御すると、変
速原動機２の回転速度は増速しN₂となり、Ｑ−
Ｈ性能曲線はＣとなり、ポンプ１の運転点はO₅
よりO₆へ移る。以下、演算処理ブロツク５２は
逐次演算を行つては変速し、負荷抵抗曲線Ｆに沿
つて速度制御を行つていく。さらに、圧力検出器
４１て検出した吐出し圧力から目標圧力を計算し
ていく過程で、目標圧力に対応した水量を夫々記
憶し、流量記録や流量積算記録を行うこともでき
る。

本発明の第２実施例を第６図および第７図によ
り説明する。第６図の運転特性図に於いて、変速
電動機２の回転速度がN₀（100％）のときの、ポ
ンプ１のＱ−Ｈ特性曲線Ａ上の点Ｓはポンプの吐
出し量がＯで、吐出し圧力がa₄である。この吐出
し圧力a₄は特性曲線Ａの(1)式に、Ｑ＝０を代入す
ることにより求められる。同様に曲線Ａ上の任意
の点Ｐ、ｒはそれぞれ吐出し水量がQp、Qr、吐
出し圧力がHp、Hrであることを示しており既知
である。同一符号については第５図同様であるの
で省略する。今、変速電動機２の回転速度がN₀、
変速ポンプ１のＱ−Ｈ特性曲線がＡでO₁点で運
転しているものとする。この状態から、使用水量
が減少し、吐出し圧力が上昇し、O₂点の圧力H₁
を検出する。この検出した圧力H₁を曲線Ａの(1)
式に代入すると(5)式となる。

a₁Q³＋a₂Q²＋a₃Q＋a₄−H₁＝０ ……(5) この(5)式をＱについて解くと、Ｑ＝Qα、Qβ、
Qγの３根が得られる。３根のうち、実根を解と
し、Q₁＝Qαとする。この吐出し水量Q₁を負荷抵
抗曲線Ｆの(2)式に代入して目標圧力を求めると目
標圧力は、 Hm＝kmQ₁ ⁿ＋ｈ＝kmQαⁿ＋ｈ＝Hm₁ ……(6) となる。圧力検出器４１により検出した吐出し圧
力H₁と(6)式の目標圧力Hm₁との偏差｜Hm₁−H₁
｜が０となるように変速電動機２を速度制御す
る。この結果、変速電動機２の回転速度はN₁と
なり、ポンプ１のＱ−Ｈ性能は曲線Ａから曲線Ｂ
となり、曲線Ａ上の点Ｓ、Ｐ、O₁、ｒの点はそ
れぞれS′、P′、Q₁′，r′へ移る。前述の(3)、(4)式
か
ら、S′点の吐出し圧力はa₄′＝（N₁／N₀）²a₄、P′点
の吐出し水量はQp′＝（N₁／N₀）Qp、吐出し圧力
はHp′＝（N₁／N₀）²Hp、同様にO₁′点の吐出し水
量Q₀₁′＝（N₁／N₀）Q₀₁、吐出し圧力Hm₀a＝
（N₁／N₀）²Hm₀、r′点の吐出し水量Qr′＝（N₁／
N₀）Qr、吐出し圧力Hr′＝（N₁／N₀）²Hrとなる。
次に、S′、P′、O₁′、r′上の点を通るポンプのＱ−
Ｈ特性曲線Ｂの式を求める。今、特性曲線Ｂの式
を、 Ｈ＝ｆ(Q)≒a₁′Q³＋a₂′Q²＋a₃′Q＋a₄′ ……(7) と仮定すれば、係数a₁′、a₂′、a₃′は、次の連立方
程式により求められる。

a₁Qp′³＋a₂Qp′²＋a₃Qp′＋a₄′＝Hp′ a₁Q₀₁′³＋a₂Q₀₁′²＋a₃Q₀₁′＋a₄′＝Hm₀′ a₁Qr′³＋a₂Qr′²＋a₃Qr′＋a₄′＝Hr′(8) 連立方程式(8)式を係数a₁、a₂、a₃について解く
と、 ただし、 Δ＝Qp′³ Qo₁′³ Qr′³Qp′² Qo₁′² Qr′²QP′ Qo₁′ Qr′ である。求めた係数a₁、a₂、a₃をそれぞれa₁′、
a₂′、a₃′と置くと、変速電動機２の回転速度がN₁
であるときのポンプ１のＱ−Ｈ特性曲線Ｂの式は
(7)で仮定した Ｈ＝ｆ(Q)≒a₁′Q³＋a₂′Q²＋a₃′Q＋a₄′ となる。

また、変速したことにより、ポンプ１の運転点
はO₁点よりO₁′点へ移る。この状態から使用水量
がさらに減少すると、吐出し圧力が上昇しO₃′点
へ達し、圧力検出器４１は吐出し圧力H₃を検出
する。検出した吐出し圧力H₃を(7)式に代入する
と(9)式の通りとなる。

a₁′Q³＋a₂′Q²＋a₃′Q＋a₄′−H₃＝０ ……(9) (9)式をＱについて解くと、Ｑ＝Qα、Qβ、Qγ
の３根が得られる。このうち実根を根とし、Q₃
＝Qαとする。この求めた吐出し水量Qαを負荷抵
抗曲線Ｆの(2)式に代入すると、Hm＝KmQ₃ ⁿ＋ｈ
＝Hm₃となり、これが目標圧力である。この目
標圧力Hm₃と圧力検出器４１により検出したH₃
との偏差｜Hm₃−H₃｜がＯとなるように、変速
電動機２を速度制御する。この結果、変速電動機
２の回転速度はN₂となり、ポンプ１の特性曲線
はＣとなり、運転点はO₃′点からO₆点へ移る。変
速電動機１の回転速度がN₁からN₂に変わつたこ
とにより曲線Ｂ上のS′、 P′、O′、r′の点はそれ
ぞれS″、P″、O″、r″へ移る。すなわち、前記の
(3)、(4)式からS″点の吐出し圧力は、 a₄″＝（N₂／N₁）²a₄′＝（N₂／N₀）²a₄ P″点の吐出し量、および吐出し圧力は、 QP″＝（N₂／N₁）QP′＝（N₂／N₀）²QP Hp″＝（N₂／N₁）²Hp′＝（N₂／N₀）²HP O₁″点の吐出し量、および吐出し圧力は、 Q₀₁＝（N₂／N₁）Q₀₁′＝（N₂／N₀）Q₀₁ Hm₀″＝（N₂／N₁）²Hm₀′＝（N₂／N₀）²Hm₀ r″点の吐出し量、および吐出し圧力は、 Qr″＝（N₂／N₁）Qr′＝（N₂／N₀）Qr Hr″＝（N₂／N₁）²Hr′＝（N₂／N₀）²Hr となる。S″点、P″点、O″点、r″点を通る変速ポ
ンプのＱ−Ｈ特性曲線Ｃの式を Ｈ＝ｆ(Q)≒a₁″Q³＋a₂″Q²＋a₃″Q＋a″₄ ……(10) と置けば、すでに(8)式で説明したように、係数
a₁″、a₂″、a₃″は次の連立方程式(11)から同様に求
めることができる。

a₁″Qp″³＋a₂″Qp″²＋a₃″Qp″＋a₄″＝Hp″ a₁″Q₀₁″³＋a₂″Q₀₁″²＋a₃″Q₀₁″＋a₄″＝Hm₀″ a₁″Qr″³＋a₂″Qr″²＋a₃″Qr″＋a₄″＝Hr″(11) 以上のように負荷に応じて、負荷抵抗曲線Ｆに
沿つて変速電動機２、すなわち、ポンプ１の運転
制御を続ける。

本発明の第３実施例を第７図により説明する。
今までに説明した実施例では変速電動機の回転速
度がN₀（100％）のときのポンプのＱ−Ｈ性能曲
線ＡをＨ＝ｆ(Q)として予め定義したが、このポン
プのＱ−Ｈ性能曲線Ａを表す関数はポンプの吸込
み側の条件が変化したとき変化するものであるか
ら、精度の高い運転制御を行う場合は、吸込み側
の条件変動も考慮しなければならない。これに
は、第７図に示すようにポンプ１の吸込み側に圧
力検出器４２を設け、Ｑ−Ｈ性能曲線の式を補正
してやれば良い。すなわち、今まで説明したポン
プ１の吸水面L₁を基準としたＱ−Ｈ性能曲線の
関数は、 Ｈ＝ｆ(Q) であるから、補正したＱ−Ｈ性能曲線の関数は、
圧力検出器４２により検出した受水槽９の水面
L₂までの推移差による圧力Hsを加えたものとな
る。

Ｈ＝ｆ(Q)＋Hs≒a₁Q³＋a₂Q²＋a₃Q＋a₄＋Hs
……(12) したがつて、この水位差による圧力変化を考慮
したＱ−Ｈ性能曲線の関数を使用すれば、受水槽
９の水位が変動しても安定した末端圧一定制御を
続けることができる。第７図には流れ込み運転の
場合を示したが、逆に吸込み運転の場合も同様に
受水槽の水位変化に伴う吸込み水頭の変化を水位
計あるいは圧力計により検出し、この検出結果に
基づいてＱ−Ｈ性能曲線の補正を行ない制御を進
めることができる。

次に、以上の実施例で用いられた演算処理ブロ
ツクおよび速度制御手段の具体的な例を第８図、
第９図により説明する。この例は電磁カツプリン
グでポンプ１と定速電動機を連結し、ポンプ１の
変速運動を行なうものである。また、給水系の構
成は第７図に示した流れ込み運転の場合を想定す
る。すなわち、第８図は制御装置の構成を説明す
るためのブロツク図であり、５１はポンプ１を指
定された速度に制御してゆくための速度制御装
置、５２は速度制御装置５１に速度指定信号を与
えるための演算処理ブロツクである。さらに説明
すると、速度制御手段５１はポンプ１あるいは図
示しない電磁カツプリングの出力軸側に連結した
速度発電機３、移相制御回路１６、速度発電機３
の出力電圧を速度フイードバツク信号Efbとして
得るための整流平滑回路１７、トランジスタある
いはサイリスタを用いた電力制御ユニツト１８、
電磁カツプリングの励磁巻線１９から構成され
る。すなわち、位相制御回路１６は演算処理ブロ
ツク５２より出力された速度指令信号Esと速度
フイードバツク信号Efbが等しくなるよう電力制
御ユニツト１８の導通状態を制御し、電磁カツプ
リングの励磁電流を調整することにより、電磁カ
ツプリングの滑りを変えポンプ１の変速制御を行
なうものである。次に、演算処理ブロツク５２の
構成を説明する。１１は圧力検出器４１および４
２の検出したアナログの圧力信号をデジタルの圧
力信号に変換すると共に、どちらかの圧力信号の
選択を行なうための入力装置である。１２は各種
データの演算処理のためのプログラム、および、
演算処理に必要なポンプのＱ−Ｈ性能曲線を表す
関数データ、負荷抵抗曲線を表す関数データ、さ
らには圧力検出器の検出した圧力信号のデータ、
演算処理過程のデータなどを記憶しておく記憶手
段である。１５は演算結果を入力し、出力先を分
配してゆくための出力装置、１４は演算結果、そ
の他を表示するためのデイスプレイ、２０は出力
装置１５より出力されるデジタルの速度指令信号
をアナログの速度指令信号Esに変換するための
変換器である。１３は入力装置１１、記憶装置１
２、出力装置１５相互間のデータ転送のタイミン
グを制御すると共に、記憶装置１２に納められた
プログラムに従い各種の演算処理を行なう中央演
算処理装置である。１０は初期値の設定ならびに
演算処理結果などの表示を指定するための入力装
置であり、例えばキーボードである。

次に、このように構成した制御装置の動作を第
９図に示すフローチヤートに従つて簡単に説明す
る。まず、制御装置を始動すると中央演算処理手
段１３は記憶手段１２に記憶したプログラムを読
み出し、ステツプ101で初期設定値の入力を要求
する。したがつて、キーボード１０を操作し、ポ
ンプ１の運転範囲（最高・最低運転速度）、ポン
プ１の最初の運転速度、ポンプ１の最高運転速度
のＱ−Ｈ性能曲線に関するデータ、管路系の負荷
抵抗曲線に関するデータなどを入力する。次のス
テツプ102では初期設定値のデータを各種関数、
すなわち、(1)式を補正した(12)式、(2)式、(3)式、(4)
式の形に変換し記憶手段１２に記憶する。この記
憶が完了すると、ステツプ103にて最初に設定し
た速度指令信号（例えば最高速度）が記憶装置１
２より読み出され、中央演算処理手段１３、出力
装置１５、変換器２０を通じて速度制御ブロツク
５１に出力される。これによりポンプ１は最初は
最高速度で運転される。次のステツプ104ではポ
ンプ１が最高速度に達するまでの間タイマーが働
いた後、ステツプ105に引き継がれる。ステツプ
105では圧力検出器４１，４２の圧力信号が入力
装置１１、中央演算処理手段１３を通じて順次読
み込まれ記憶手段１２に記憶される。ステツプ
106では現在の運転速度が確認され最高速度であ
ればステツプ107が選択される。すなわち、ステ
ツプ103で最高速度が選択され、この値が記憶さ
れているから、最初はステツプ107が選択される。
ステツプ107では(12)式に圧力検出器４１，４２の
検出したデータが代入され現在の吐出し流量が求
められ記憶される。次のステツプ108では求めた
吐出し流量を(2)式に代入し目標とする吐出し圧力
が求められ記憶される。次のステツプ109ではス
テツプ105で記憶したポンプ１の吐出し圧力とス
テツプ108にて演算され吐出し目標圧力が比較検
討され、ポンプ１の新しい運転速度が演算され記
憶手段１２に記憶されると共に、出力装置１５、
変換器２０を介して変速制御ブロツク５１に出力
される。すなわち、ステツプ109ではあらかじめ
定めた変速幅Δnだけステツプ103で記憶した最高
速度より減速した運転速度が演算され記憶され
る。次のステツプ110ではポンプ１が新たに指定
された運転速度に減速するのに必要な時間以上に
あらかじめ設定した時間だけタイマーが働いた
後、ステツプ105に引き継がれる。すると、ステ
ツプ105では再び圧力検出器４１，４２の圧力信
号が読み込まれ記憶される。次のステツプ106で
は現在のポンプ１の運転速度は最高速度でないた
めステツプ111が選択される。ステツプ111ではス
テツプ105およびステツプ109にて記憶された吐出
し圧力と現在の運転速度を基に(4)式から最高運転
速度（100％）に換算した場合の吐出し圧力を記
憶する。次のステツプ112ではステツプ10で記憶
した圧力検出器４２の検出した値と、ステツプ
111で求めた値を(12)式に代入し最高運転速度に換
算した吐出し流量を求め記憶する。次のステツプ
113ではステツプ112、ステツプ109で記憶した吐
出し流量とポンプ１の現在の運転速度を(3)式に代
入し、新たな運転速度に換算した吐出し流量を求
め記憶する。次のステツプ114ではステツプ113で
求めた値を(2)式に代入し、新しい目標とする吐出
し圧力を求め記憶する。ステツプ114が完了する
とステツプ109以下の動作が繰返される。すなわ
ち、ステツプ109ではステツプ105で記憶したポン
プ１の現在の吐出し圧力とステツプ１４で求めた
新しい目標とする吐出し圧力とを比較検討し、両
者に差がある場合はあらかじめ定めた変速幅Δn
だけ先のステツプ109で記憶した運転速度に加減
算処理することにより新しい運転速度が求められ
記憶される。例えばステツプ105で記憶した吐出
し圧力よりステツプ114で求めた吐出し目標圧力
が低かつた場合は現在の運転速度が変速幅Δnだ
け減速され、逆にステツプ114で求めた吐出し目
標圧力が高い場合は現在の運転速度が変速幅Δn
だけ増速された運転速度が新しく記憶される。以
上のステツプが繰返されポンプ１の速度制御が行
なわれる。

次に第１０図に他のプログラムの例を示す。第
１０図において第９図と同じステツプ番号で示し
たステツプは同様な処理を行なうものであるから
説明を省略する。すなわち、制御装置の運転を始
めると、ステツプ101からステツプ109までの処理
が第９図と同様に進められ、使用水量が最大定格
に満たない場合はポンプの運転速度は最高運転速
度よりあらかじめ定めた速度幅Δnだけ減速した
運転速度が求められ記憶される。もちろん、この
新しく求められた運転速度による速度指令信号
Esは速度制御手段５１に出力され、ポンプ１の
運転速度の変更が行なわれる。ステツプ115では
ステツプ109により求められた運転速度を基に、
(3)式、(4)式、(8)式、(12)式などを利用して、求めら
れた運転速度におけるポンプ１のＱ−Ｈ性能曲線
を表す関数が演算され、結果が記憶手段１２に記
憶される。すなわち、ステツプ110の後に繰返さ
れるステツプ107では先のステツプ115により求め
られた現在の速度におけるＱ−Ｈ性能曲線を表わ
す関数を利用して現在の吐出し流量が求められ、
次のステツプ108の演算処理に利用されることに
なる。

さて、すでに説明した第９図、第１０図の例で
は、ステツプ109の処理において、あらかじめ定
めた変速幅だけ段階的にポンプの可変速操作を行
なう例について説明したが、これは、ステツプ
109の直前のステツプ108あるいは114などで算出
された新たな吐出し圧力とステツプ105であらか
じめ記憶した現在の吐出し圧力の差の大きさに応
じて適当な変速幅を随時選択してゆくようにして
も良い。

また、第８図、第９図、第１０図では演算処理
のほとんどをデジタル変換して行なつた例につい
て説明したが、これは一部をアナログ処理するこ
とも可能でデジタル回路とアナログ回路の組合わ
せの制御回路で構成することもできる。

更に、以上説明した装置では初期値の設定時
に、ポンプ１の摺動部の摩耗などによりポンプ性
能が変化したり、あるいは、管路の配管条件など
が変化した場合にも、随時簡単にこれらの因子に
よる補正を加えてゆくことができるため、常に正
確なポンプの速度制御を続けてゆくことができる
ものである。また、本発明の装置では常に噴出し
圧力、吐出し流量などを演算しているため、これ
らの演算結果を、随時記憶することにより、流量
あるいは圧力変化の記憶を取ることができ、ポン
プ設備の利用状態あるいは積算使用水量などのデ
ータを簡単に得ることができるものである。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、圧力検出手段で検出されたポンプの吐き出し
側の圧力から、記憶手段に記憶されたＱ−Ｈ性能
曲線の関数に基づいて、管路系を流れる流量を演
算により求め、この演算により求めた流量と、前
記記憶手段に記憶した負荷抵抗曲線の関数とから
目標圧力を演算により定めることができる。そし
て、ポンプの回転速度を、その回転速度における
Ｑ−Ｈ性能曲線が、演算により求めた目標圧力を
通る回転速度となるよう加減速制御する。これに
より、流量を検出する必要なく、圧力検出手段で
検出したポンプの吐き出し側の圧力によつて推定
末端圧力一定制御を実現することができる。した
がつて、流量検出器が不要で、これに伴う流量伝
送器、演算器が不要となるため、設備費が安価
で、省電力を実現できるポンプの速度制御装置を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は吐出し圧力一定制御を行なう従来のポ
ンプ装置の構成を示すブロツク図、第２図は第１
図のポンプ装置の動作を説明するための運転特性
図、第３図は推定末端圧力一定制御を行なう従来
のポンプ装置の構成を示すブロツク図、第４図は
第３図のポンプ装置の動作を説明するための運転
特性図、第５図は本発明の第１実施例を説明する
ためのポンプの運転特性図、第６図は本発明の第
２実施例を説明するためのポンプの運転特性図、
第７図は本発明の第１実施例、第２実施例および
第３実施例のポンプ装置の構成を示すブロツク
図、第８図は本発明の第１実施例〜第３実施例で
用いられた演算処理ブロツクおよび速度制御手段
の具体的な構成を示すブロツク図、第９図は第８
図に示した演算処理ブロツクの制御ブロツクの一
つの例を示すフローチヤート、第１０図は演算処
理ブロツクの制御プログラムの他の例を示すフロ
ーチヤートである。 １……ポンプ、２……変速原動機、６……検出
手段としての流量検出器、１１……入力装置、１
２……記憶手段、１３……中央演算処理装置、１
５……出力装置、４１……圧力検出手段としての
圧力検出器、４２……圧力検出手段としての圧力
検出器、５１……速度制御手段としての速度制御
装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 変速原動機と、この変速原動機により駆動さ
   れるポンプと、前記変速原動機の速度を制御する
   速度制御手段と、このポンプの吐き出し側の圧力
   を検出する圧力検出手段と、前記速度制御手段を
   制御する信号を発生する中央演算処理手段と、前
   記ポンプを連結した管路系の負荷抵抗曲線の関
   数、および、前記ポンプの任意の回転速度におけ
   るＱ−Ｈ性能曲線の関数とを記憶する記憶手段を
   備え、前記中央演算処理手段は前記記憶手段に記
   憶された前記Ｑ−Ｈ性能曲線の関数と前記圧力検
   出手段により検出された吐き出し側の圧力から上
   記管路系を流れる流量を演算し、この流量と上記
   負荷抵抗曲線の関数から目標圧力を演算して定
   め、前記ポンプの回転速度がその回転速度におけ
   るＱ−Ｈ性能曲線が上記目標圧力を通る回転速度
   となるように前記変速原動機を制御することを特
   徴とするポンプの速度制御装置。 ２ 前記特許請求の範囲第１項において、前記中
   央演算処理手段は前記圧力検出手段により検出さ
   れた圧力と前記記憶手段に記憶された前記Ｑ−Ｈ
   性能曲線の関数とに基づいて前記ポンプの実運転
   点における流量と圧力とを求めるとともに、前記
   流量を前記負荷抵抗曲線の関数に代入して目標圧
   力を求め、前記実運転点における圧力を前記目標
   圧力に近付けるように演算することを特徴とする
   ポンプの速度制御装置。 ３ 前記特許請求の範囲第２項において、前記中
   央演算処理手段は所定時間毎に、前記検出手段が
   検出した値を取り込むよう構成されたことを特徴
   とするポンプの速度制御装置。 ４ 前記特許請求の範囲第３項において、中央演
   算処理手段に検出手段の出力信号を取り込むタイ
   ミングが、演算処理、および、この演算処理に伴
   う前記変速原動機の変速動作に要する時間以上に
   選択してあることを特徴とするポンプの速度制御
   装置。 ５ 前記特許請求の範囲第１項又は第２項におい
   て、前記記憶手段には、前記Ｑ−Ｈ性能曲線の関
   数としてポンプの吸い込み側に連結した圧力検出
   手段の圧力信号により補正を加えた関数が記憶し
   てあることを特徴とするポンプの速度制御装置。