JPH07106531B2 - クーラント設備のポンプ駆動制御装置 - Google Patents

クーラント設備のポンプ駆動制御装置

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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、クーラント設備のポンプ駆動制御装置に関す
る。特に、配管内に切粉等が堆積しないように形成され
たポンプ駆動制御装置である。
[従来の技術] 第3図に一般的にクーラント設備10を示す。
図において、1A,1Bは工作機械であって、各工作機械1A,
1Bにはクリーンタンク11からポンプ12,配管13,13A,13B
を通したクリーンなクーラント液が供給され、その排液
は戻り管2A,2Bを通してそれぞれに接近配設された中継
タンク14A,14Bに排出され、その後ポンプ15A,15Bによつ
て配管16A,16Bを通し給送されダーティータンク17に回
収される。ダーティータンク17内のクーラント液は、ポ
ンプ18で汲出され浄化ユニット19を通し、再びクリーン
タンク11に戻される。
したがって、複数の工作機械(1A,1B)に対してタンク1
7,11および浄化ユニット19が共通となるので設備簡素化
が図れる。
ところで、各ポンプ15A,15B,18,12は、当該タンク14A,1
4B,17,11の液面を所定レベル乃至所定レベル範囲内に保
持するように駆動される。すなわち、例えばポンプ15A
について第4図を参照して説明すると、当該中継タンク
14Aにレベル検出器90L,90Hと、レベル検出器90Lでロー
レベルLを検出したときにポンプ16Aを起動し、レベル
検出器90HでハイレベルHを検出したときにポンプ16Aを
停止させる駆動制御装置100とを設け、ダーティーなク
ーラント液をレベルL〜H間内に保持するものとされて
いる。したがって、工作機械1Aから排出されるクーラン
ト液をオーバーフローさせることなく常に安定回収する
観点からすれば、設備的、コスト的条件が許される限り
において、ポンプ15Aの容量を大きくすることが好まし
いという考え方がある。他のポンプ15B,18,12について
も同様である。
[発明が解決しようとする課題] ところで、上記クーラント設備10では、タンク11,17お
よび浄化ユニット19を共通とすることから、これらはレ
イアウト上、各工作機械1A,1Bおよび中継タンク14A,14B
から比較的遠方に配設されることになる。したがって、
配管13,13A,13B,および16A,16Bが長くなる。また、各配
管を全て下り傾斜として布敷することも事実上困難であ
る。
ここに、中継タンク14A,14Bからダーティータンク17へ
給送される液は、切粉やスラッジを含むダーディーなク
ーラント液である。このため切粉やスラッジが配管16A,
16B内に引掛かり、さらにその繰返しによって切粉等が
配管16A,16B内に堆積しクーラント液の円滑な給送が阻
害されるという問題がある。この問題は、ポンプ15A,15
Bを大容量とする程にまた配管16A,16Bが長大で、ルート
が複雑な程に多く見受けられる。
なお、ダーティータンク17から浄化ユニット19への配管
についても同様な問題が生じている。
本発明は、ダーティーなクーラント液を給送するための
配管内に切粉等が堆積することを防止できるクーラント
設備のポンプ駆動制御装置を提供するものである。
[課題を解決するための手段] 本発明は、配管内のクーラント液の流動がなくなってき
たときに、切粉等が沈澱しまた管内特にフランジ部等に
直接接触して引掛かりが生じ易く、多少ともクーラント
液が流れている場合には流動慣性と管内との接触チャン
スが希有であることから引掛かりや沈殿が生じないとの
研究結果に基づき、ポンプを連続的に駆動制御して、前
記問題点を解消するものである。
すなわち、本発明はクーラント設備を構成する中継タン
クまたはダーティータンク内のクーラント液を配管を通
して後段機器へ給送するためのポンプの駆動制御装置で
あって、前記ポンプに連結された電動機と、この電動機
を回転制御するインバータと、このインバータを駆動す
るための基準周波数を設定する基準周波数設定手段と、
前記中継タンクまたはダーティータンク内のクーラント
液の液面を検出する液面検出手段と、前回検出液面と今
回検出液面とから液面変化率を求める変化率算出手段
と、液面変化率と補正周波数とを対応させた補正データ
を記憶する記憶手段と、設定された基準周波数に変化率
算出手段で求めた液面変化率に対応する補正周波数を増
減して駆動周波数を求めるとともにこの駆動周波数をイ
ンバータに出力する出力手段とを備えた構成である。
[作 用] 本発明では、基準周波数設定手段に工作機械等前段機器
からの常態的流入量等に照らして決定した基準周波数を
セットしておけば、インバータは当該基準周波数に担当
する回転数で電動機を回転制御する。したがって、ポン
プはクーラント液を連続的に配管内に給送するから、配
管内に切粉が引掛ったり沈殿することがない。かかる連
続運転中にも変化率算出手段は液面検出手段からの検出
値を用いて液面変化率を算出している。
ここに、前段機器からの流入量が減少すると、中継タン
ク等内の液面が低下し始める。すると、出力手段は記憶
手段に記憶されている補正データの中から当該液面変化
率に対応する補正周波数を読出すとともに基準周波数か
ら補正周波数を減じて駆動周波数を求め、この駆動周波
数をインバータへ出力する。したがって、ポンプは駆動
周波数に相応する低速回転に減速されるから、中継タン
ク等内の液面が大きく低下することがない。よって、ポ
ンプを停止させる必要がなくなり、配管内にクーラント
液を連続して流動させることができる。
一方、前段機器からの流入量が増大した場合には、出力
手段は基準周波数に当該液面変化率に対応した補正周波
数を加えた駆動周波数をインバータに出力し電動機を増
速運転する。したがって、中継タンク等内からクーラン
ト液がオーバーフローすることがない。もとより、配管
内にクーラント液を連続して流すことができる。
よって、基準周波数を適宜な値にセットしておけば、前
段機器から流入するダーティークーラント液の増減の拘
らず、中継タンク等内の液面レベルを一定範囲内に保持
しつつ後段機器への配管内に常にクーラント液を流し続
けられる。ここに、配管内に切粉等が堆積することを完
全に防止できる。
[実施例] 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第1図は全体構成図で、第2図は動作説明をするための
フローチャートである。
本ポンプ駆動制御装置は、前出第3図に示すクーラント
設備10の中継タンク14A内に貯留されたダーティークー
ラント液を、後段機器としてのダーティータンク17に給
送するポンプ15Aを駆動制御するために供する場合であ
り、大別してポンプ15Aに連結された電動機40とインバ
ータ30と液面検出手段20と基準周波数設定手段と変化率
算出手段と記憶手段と出力手段とから構成されている。
なお、100は、クーラント設備全体を駆動制御するため
の駆動制御装置であり、CPU101,ROM102,RAM103,キーボ
ード104,入力ポート105および出力ポート106から形成さ
れている。
そして、この実施例では、上記変化率算出手段,記憶手
段,出力手段をこの駆動制御装置100の一部構成要素お
よびその機能を利用するものとして構成しれいる。ま
た、基準周波数設定手段はキーボード104から形成され
る。
まず、電動機40は、インバータ30で回転制御され、その
回転速度はインバータ30の駆動周波数fdで規定される。
つまり、駆動周波数fdを変更することによってポンプ15
Aの回転速度すなわちクーラント液の吐出量を調整する
ものと形成された可変速モータである。
一方、液面検出手段20は、超音波センサ21とアンプ22と
からなり、中継タンク14A内のクーラント液の液面を非
接触で検出することができ、常に当該液面Liに相当する
電気信号Slを出力する連続出力方式とされている。検出
精度を高めるために、この実施例では第2図のステップ
ST14〜18およびST32〜38に示す如くサンプリング時間ts
ごとにns回(例えば10回)検出し、その平均値AViを求
めるものとしている。すなわち、CPU101は、サンプリン
グ時間tsごとに電気信号Slを検出しRAM103に一時記憶す
る、とともにns回の値をROM102に格納された平均値演算
プログラムに基づき平均値AVi−1を求め、これをRAM10
3に前回平均値AVi−1として記憶(ST38)し、さらに、
この手順をサイクル時間TS(ST30参照)ごとに繰返し今
回平均値AViとしてRAM103に記憶する(ST20)。
次に、液面の変化率算出手段は、前回平均値AVi−1と
今回平均値AViとを用いて液面の変化率VRを求める(ST2
2)手段で、この実施例ではCPU101,ROM102とから構成さ
れている。算出した液面変化率VRはRAM103に記憶され
る。
一方、記憶手段は、液面変化率VRの値とそれに対する補
正周波数とを対比させた補正データを記憶する手段で、
上記ROM102より構成されている。なお、ROM102はキーホ
ード104から書替可能とされている。
すなわち、本実施例では、工作機械1Aから戻り管2Aを通
して中継タンク14Aに流入されるクーラント液の常態的
な平均値流入量をQとした場合、ポンプ15Aで配管16Aを
通してダーティタンク17に給送する液量を同じQとし
て、中継タンク14A内の液面を基準液面に一定に保持す
るものとし、これに必要なポンプ15Aの回転速度はイン
バータ30の駆動周波数fdを基準周波数fsとしたとき達成
されるものとしている。
換言すれば、キーボード104をもって形成した基準周波
数設定手段に基準周波数fsを設定すれば、出力手段(CP
U101)がこの基準周波数fsと等しい周波数の駆動周波数
fdをインバータ30に出力し、その結果、電動機40はポン
プ15Aを流量Qだけ吐出するものと形成されている。
しかし、このままでは、基準液面を中継タンク14Aのど
この高さに定めたとしても、戻り管2Aから流入される流
量Qが増減変動すると、増大の場合にはオバーフローが
起り、また減少の場合には中継タンク14A内の液面レベ
ルが最下限レベル以下となってしまうので、従来通りポ
ンプ15Aを停止しなければならなくなってしまう。この
ポンプ15Aの停止は、配管16A内のクーラント液の流動を
遮断することになるから、含入されていた切粉等が配管
16A内で沈澱したり引掛りかつ繰返しにより堆積すると
いう従来問題点を引起こすことになる。
ここに、本発明では、出力手段としてのCPU101は、変化
率算出手段(CPU101)で算出されかつRAM103に記憶され
てた算出液面変化率VRをサイクルタイムTSごとに監視
し、変化率VRが変化した場合には、当該変化率VRに対応
する補正周波数fcを記憶手段(ROM12)から読出し、こ
の補正周波数fcを基準周波数fsに増減して駆動周波数fd
を求め、かつこのように補正した駆動周波数fdをインバ
ータ30に出力するものと形成されている。この手順はRO
M102に格納した第2図に示すプログラム(ST24、26)に
よって実行される。
なお、変化率算出手段(CPU101)で算出した液面変化率
VRは増大の場合には“+”が、減少の場合には“−”の
符号が付されて求められ、記憶手段(ROM102)には
“+”または“−”の符号と補正周波数fcの“絶対値”
とが符号付の液面変化率VRと対応させて記憶するものと
しているが、記憶容量を小さくするには記憶手段には補
正周波数fcと液面変化率VRとはその絶対値のみを記憶さ
せておくようプログラムし、符号判断は独立して行なう
ようにすることが望ましい。いずれにしても、液面変化
率VRが増大(+)の場合には基準周波数fsに補正周波数
fcを加え、減少(−)の場合には基準周波数fsから補正
周波数fcを差引けばよい。
次に、作用を説明する。
工作機械1Aの戻り管2Aから中継タンク14Aに流入する液
量Qと等しい液量Qを配管16Aに給送するものとする場
合、中継タンク14A内の液面を第1図に示す中間高さの
基準液面Lsに保持するものとして決定した基準周波数fs
を、基準周波数設定手段(キーボード104)にセットし
ておく。
ここで、駆動制御装置100を起動すると、工作機械1Aに
はクリーンタンク11からクリーンなクーラント液が供給
され、戻り管2Aから中継タンク14Aにダーティーなクー
ラント液が流量Qだけ流入される。
これと同時的に、CPU101はST10で基準周波数fsが設定さ
れていることをYES確認すると、ST12を実行する。
すなわち、出力手段としてのCPU101は、ST12で前回検出
平均値AVi−1がRAM103に記憶されているか否かを判断
する。この初期状態では前回検出平均値AVi−Vが記憶
されていないから、CPU101は基準周波数fsと等しい駆動
周波数fdをインバータ30に出力する。すると、電動機40
は配管16Aに流量Qだけクーラント液を給送することが
できる回転数でポンプ15Aを回転制御する。
したがって、中継タンク14Aの液面を予め手動運転等に
よって基準液面Lsとしておけば、戻り管2Aからの流入量
がQである限り中継タンク14A内の液面は基準液面Lsに
一定に保たれる。つまり、配管16A内に常にクーラント
液を流動させることができるから、切粉等が沈澱したり
引掛かることがない。
この際、CPU101は、ST32〜ST38により液面平均値を求め
これを前回検出値AVi−1としてRAM103に記憶してお
く。すなわち、CPU101はサンプリングタイムtsごとに液
面検出手段20からの出力信号Slから瞬時的液面Liを検出
しRAM103に記憶するとともに所定回数nsだけ検出したと
ころで平均値(AVi−1)を算出してRAM103に記憶す
る。
そして、一定のサイクルタイムTSが過ぎる(ST30)と、
再びST12に戻る。2回目以後は前回検出値AVi−1が記
憶されているので、CPU101はST14〜18で求めた液面Liの
平均値を今回検出値AViとしてRAM103に記憶する(ST2
0)。なお、3回目以後はこのように記憶された値が前
回検出値となる。
引続き、液面変化率手段としてのCPU101は、前記検出値
AVi−1と今回検出値AViとから変化率VRを求めRAM103に
記憶する(ST22)。
すると、出力手段たるCPU101は、算出した変化率VRに対
応する補正周波数fcを記憶手段(ROM102)から読出し
(ST24)、この補正周波数fcを基準周波数fcに加減算し
て求めた駆動周波数fdをインバータ30に出力しポンプ15
A(モータ40)を回転制御する。
ここに、変化率VRが“0±α”である場合における駆動
周波数fdは基準周波数fsのままである。しかし、変化率
VRが液面が上昇する方向のプラス(+)の値をもつとき
に、駆動周波数fcは基準周波数fsに補正周波数fcを加え
た値(fs+fc)となる(fd=fs+fc)。一方、マイナス
(−)の値の場合には駆動周波数fdはfs−fcとなる。
したがって、中継タンク14A内に流入するクーラント液
が流量(Q+α)となり、液面が基準液面Lsより上昇し
始めると、ポンプ15Aの回転速度が増速され、配管16Aに
流量Q+αを給送する。一方、流入クーラント液の流量
が(Q−α)となる基準液面Lsより下降し始めると、ポ
ンプ15Aの回転速度は減速され、ポンプ15Aの吐出量は
(Q−α)となる。よって、いずれの場合にも中継タン
ク14A内の液面は基準液面Lsとほぼ等しく、かつ配管16A
内にクーラント液を停滞させることなく連続給送でき
る。
しかして、この実施例によれば、電動機40,インバータ3
0,基準周波数設定手段(キーボード104),液面検出手
段20,液面変化率算出手段(CPU101,ROM102)、出力手段
(CPU101)とを備え、液面Liの変化を自動検出してイン
バータ30の駆動周波数fdを調整することにより中継タン
ク14A内の液面を一定に保持するとともにポンプ15Aを連
続運転して配管16Aにクーラント液を常に流動させるこ
とができる構成とされているので、配管16A内に切粉等
が沈澱したり引掛からないから、切粉等の堆積を防止し
円滑にクーラント液を循環させることができる。
また、基準周波数設定手段はキーボード104から形成さ
れているので、設定変更が容易であり、工作機械1A(2
A)から流入するクーラント液量に即応した運転ができ
適用性が広い。
また、補正データfcは書替可能なROM102に記憶されてい
るので、補正データを補正値にセットできるから中継タ
ンク14A内への流入量の大きな増減変動にも迅速に追従
させることができ、中継タンク14A内の液面レベル変動
を小さくすることができる。これは中継タンク14Aの小
型化を可能とすることに直結する。
また、液面検出手段20は、超音波センサ21から形成され
ているので、液面を非接触で連続的に検出でき応答性も
高い。
また、液面検出値は、設定回数nsの平均値AVi,AVi−1
として求めるものと構成されているので、正確な液面変
化率VRを算出でき、安定したポンプ15Aの回転制御がで
きる。
また、液面変化率VRの算出と駆動周波数fdの補正は、設
定変更可能なサイクルタイムTSごとに行われるから、サ
イクルタイムTSを適宜とすることにより工作機械1Aから
の排出クーラント液の激しい変動にも迅速に追従でき
る、とともに反面において排出クーラント液の変動が小
さい場合には無用なポンプ15Aの回転速度調整を行なわ
なくてよいから節電を図れる。
さらに、液面変化率算出手段,出力手段等が、クーラン
ト設備全体の駆動制御装置100を兼用して構成されてい
るので、高速処理ができ信頼性が高い。また、装置の経
済的負担が小さい。
[発明の効果] 本発明によれば、基準周波数設定手段,変化率算出手
段,記憶手段,出力手段等を備え中継タンク等の液面変
化率を自動検出してポンプ・電動機の駆動用インバータ
への駆動周波数を補正し常に後段機器への配管内にクー
ラント液を流る構成とされているので、配管内への切粉
等の堆積を完全に防止できる、とともに中継タンク等内
の液面を一定とすることができ設備小型化も図れる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の全体構成図、第2図は同じ
く動作を説明するためのフローチャート、第3図はクー
ラント設備の一般的構成を示す系統図および第4図は従
来例を示す構成図である。 1A,1B……工作機械、 2A,2B……戻り管、 10……クーラント設備、 11……クリーンタンク、 14A,14B……中継タンク(ダーティータンク)、 15A,15B……ポンプ、 16A,16B……配管、 17……ダーティータンク、 19……浄化ユニット、 20……液面検出手段、 21……超音波センサ、 30……インバータ、 40……電動機、 100……駆動制御装置、 101……CPU(変化率算出手段,出力手段)、 102……ROM(変化率算出手段,記憶手段)、 103……RAM、 104……キーボード(基準周波数設定手段)。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】クーラント設備を構成する中継タンクまた
    はダーティータンク内のクーラント液を配管を通して後
    段機器へ給送するためのポンプの駆動制御装置であっ
    て、 前記ポンプに連結された電動機と、 この電動機を回転制御するインバータと、 このインバータを駆動するための基準周波数を設定する
    基準周波数設定手段と、 前記中継タンクまたはダーティータンク内のクーラント
    液の液面を検出する液面検出手段と、 前回検出液面と今回検出液面とから液面変化率を求める
    変化率算出手段と、 液面変化率と補正周波数とを対応させた補正データを記
    憶する記憶手段と、 設定された基準周波数に変化率算出手段で求めた液面変
    化率に対応する補正周波数を増減して駆動周波数を求め
    るとともにこの駆動周波数をインバータに出力する出力
    手段と、を備えてなるクーラント設備のポンプ駆動制御
    装置。
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