JPH10141240A - 制御装置一体型回転機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 可変速ポンプ等を用いた給水装置等の製造コ
ストを低減すると共に、設置現場で制御プログラムを容
易に設定することができる制御装置一体型回転機械を提
供する。 【解決手段】 ポンプ及びファン等の回転機械と、回転
機械に一体的に配設された制御装置１０とからなり、制
御装置１０は、回転機械を駆動するインバータ２０と、
複数の制御プログラムを備えたメモリ１１と、メモリの
プログラムに従って動作するＣＰＵ１２と、制御装置の
外部に配置されたセンサ及びスイッチ類と接続する入出
力部１５と、ＣＰＵに連通する１つ又は複数のシリアル
ポート１４と、複数の制御プログラムの内から使用する
制御プログラムを外部から切り替える手段とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、制御装置一体型回
転機械に係り、特にポンプ及びファン等の回転機械と該
回転機械の回転速度を制御するインバータ装置等の各種
の運転制御装置を一体的に配設した制御装置一体型回転
機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポンプ及びファン等の回転機械に、商用
交流電源の周波数及び電圧を任意の周波数及び電圧に変
換するインバータ装置を用いることにより、ポンプやフ
ァン等の回転機械を可変速運転することが広く行われて
いる。インバータ装置は、ポンプやファンを駆動するモ
ータの回転速度を任意に変えられるため、ポンプやファ
ン等の負荷に対応した最適な回転速度で運転することに
より、定格速度で運転するのと比較して省エネルギー化
が計れる。

【０００３】又、各種の給水装置等においては、ポンプ
吐出側に圧力センサを取り付け、検出された圧力信号が
圧力設定値と一致するようにＰＩ制御部から回転速度信
号をインバータ装置に送ることにより、ポンプの回転速
度を制御し、ポンプの吐出圧力を一定に制御する吐出圧
力一定制御運転を行うことが知られている。更に、流量
センサあるいは回転速度から逐次ポンプ吐出目標圧力を
適切に変化させることにより、末端の需要家における供
給水圧を一定に制御する推定末端圧力一定制御運転を行
うことが知られている。

【０００４】又、空調装置等においては、ファン吐出側
に温度センサを取り付け、ファンが送風する空気温度が
予め定められた温度設定値と一致するようにＰＩ制御部
からファンの回転速度をインバータにより制御する温度
一定制御運転を行うことが知られている。

【０００５】ところでこの様なインバータを備えた可変
速ポンプあるいは可変速ファンは、給水装置或いは空調
装置に組み入れられる場合には、各種の運転制御が必要
となる。例えば給水装置に用いられる場合には、ポンプ
から離れた場所にある制御ステーションからの運転、停
止指令に基づいて可変速ポンプの発停制御が行われる。
そしてこれらの運転状態の表示も必要である。又、吐出
圧力を一定に保つ自動運転の場合には、ポンプ吐出口に
備えられた圧力センサの信号を給水装置内の制御装置に
取込み、ポンプ吐出圧力を一定に保つように回転数を可
変速制御する必要がある。更に、ポンプの負荷である給
水量が極めて少なくなった場合には、ポンプは締切状態
で運転することになるので、ポンプの吐出口側に設けた
圧力タンクに水を蓄圧して、ポンプを停止する等の小水
量停止運転制御も必要となる場合がある。

【０００６】従って、インバータを備えた可変速ポンプ
も、給水装置に組込んで用いる場合には、給水装置とし
ての運転制御装置が必要となり、この運転制御装置には
一般にＣＰＵとメモリが用いられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら例えば可
変速ポンプを用いた給水装置の運転制御の仕様は、設置
現場の状況により千差万別であり、従って給水装置の運
転制御を行うメモリの記憶内容は、それぞれの設置現場
の設備内容に対応してそれぞれ設定する必要がある。こ
のためインバータ装置の制御用ＣＰＵとメモリと、ポン
プを運転制御するためのＣＰＵとメモリとが必要とな
り、これらの制御内容はポンプの機種毎に、又、設置現
場の運転制御の条件毎に異なるので、それぞれの仕様に
合わせたプログラムを備えたメモリ（ＲＯＭ等）を準備
する必要があった。また、給水装置等では、例えば給水
量の増加等に伴い設備の増加、或いは変更があると、そ
れに対応してメモリの内容を変更しなければならなかっ
た。このような場合には、従来は制御内容がＲＯＭ等に
記憶されているため、この変更は容易ではなかった。

【０００８】本発明は上述した事情に鑑みて為されたも
ので、可変速ポンプ等を用いた給水装置等の製造コスト
を低減すると共に、設置現場で制御プログラムを容易に
設定することができる制御装置一体型回転機械を提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の制御装置一体型
回転機械は、ポンプ及びファン等の回転機械と、該回転
機械に一体的に配設された制御装置とからなり、該制御
装置は、前記回転機械を駆動するインバータと、複数の
制御プログラムを備えたメモリと、該メモリのプログラ
ムに従って動作するＣＰＵと、前記制御装置の外部に配
置されたセンサ及びスイッチ類と接続する入出力部と、
前記ＣＰＵに連通する１つ又は複数のシリアルポート
と、前記複数の制御プログラムの内から使用する制御プ
ログラムを外部から切り替える手段とを備えたことを特
徴とする。

【００１０】また、前記メモリは、前記インバータの制
御プログラムと前記回転機械の運転制御に関するプログ
ラムとが記憶されたものであることを特徴とする。

【００１１】また、前記請求項１又は２に記載の制御装
置一体型回転機械を複数台用い、各機械のシリアルポー
トを相互に接続することで、追加解列運転、交互運転、
故障時切替等の相互協調運転が可能なことを特徴とす
る。

【００１２】また、前記制御部のメモリ及びＣＰＵを含
む電子回路部分は樹脂によりモールド封止されたもので
あることを特徴とする。

【００１３】本発明の制御装置一体型回転機械によれ
ば、メモリに記憶された複数の制御プログラムの内か
ら、使用する制御プログラムを選択して、この選択され
たプログラムでＣＰＵが動作するようにプログラムを切
替える手段を備えたことから、ポンプの機種或いは設置
現場の運転条件に最も適合した制御プログラムを選択す
ることが可能となる。これにより、複数の制御プログラ
ムを有するポンプの制御装置を予め大量生産で製造して
おいて、その中の必要な制御プログラムを使用するよう
に、設置現場での設定が可能となる。即ち、ハードウェ
アとしては一組のものを準備することで、ソフトウェア
で千差万別の運転状態に即した給水装置とすることがで
きる。これによりハードウェアとしては大量生産が可能
となり、装置の製造コストを低減させることができると
共に、回転機械の使用者側においては、設置現場で他品
種少量生産の仕様に合わせることができる。又、例えば
給水装置における需要量の変化に伴い、ポンプを増設す
るような場合にも容易にその変更に対処することがで
き、システムの柔軟性が大幅に向上する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。

【００１５】図１は本発明の一実施形態の制御装置一体
型回転機械の制御装置部分の構成を示すブロック図であ
る。この制御装置１０にはインバータ装置２０が搭載さ
れている。インバータ装置２０は、三相交流商用電源入
力２１を整流するコンバータ部である。ダイオードブリ
ッジ回路２２と、そのダイオードブリッジ回路で整流さ
れた直流電力を蓄積すると共に平滑化するコンデンサ２
３と、コンデンサに蓄えられた直流電力を任意の周波数
及び電圧の交流電力に変換するインバータ部であるパワ
ー素子２４とから構成されている。インバータ装置２０
のパワー素子２４は、パワーＭＯＳ、ＩＧＢＴ等の電力
素子からなり、その開閉により任意の電圧及び周波数の
交流電力出力が形成されるのであるが、このパワー素子
の開閉は例えばパルス幅変調によって行われる。パルス
幅変調はメモリ１１のインバータ制御部のプログラムに
より、ＣＰＵ１２及びドライバ回路１３を介して行われ
る。

【００１６】制御装置１０には、複数種類のインバータ
制御プログラム及び同様に複数種類の運転制御プログラ
ムを内蔵したメモリ１１と、これらのメモリに記憶した
プログラムに基づいて演算制御動作を行うＣＰＵ１２と
を備えている。又、制御装置１０にはシリアルポート１
４を備え、外部から通信線を介してＣＰＵ１２に信号を
取り込むことができる構成となっている。又、シリアル
ポート１４は外部インターフェース回路１５に接続さ
れ、外部インターフェース回路１５は例えば給水装置で
あればポンプの吐き出し圧力を検出する圧力センサ等に
接続してその信号を取り込めるようになっている。又、
外部インターフェース回路１５は、ポンプの自動運転及
び手動運転の切替信号、各種異常を検出するセンサの入
力信号、及び各種警報の表示等の出力信号端子を備えて
いる。補助電源１６は、ＣＰＵ１２及びシリアルポート
１４等を動作させるために５Ｖ程度の直流電力を供給す
る補助電源であり、コンデンサ２３に形成される直流電
圧からＤＣ−ＤＣコンバータ等により所要の低電圧を生
成している。

【００１７】メモリ１１には、読出専用記憶装置（ＲＯ
Ｍ）又は電気的書替可能な読出専用記憶装置（Ｅ²ＰＲ
ＯＭ）で構成されており、各種のインバータの制御プロ
グラム及びポンプの運転制御プログラム１１ａ，１１
ｂ，１１ｃ，・・・１１ｊが記憶されている。尚、メモ
リ１１とＣＰＵ１２とは、同一の半導体チップ上に搭載
されたものであってもよい。メモリ１１に搭載された各
種のプログラムは、ポンプの機種、或いは運転条件に応
じて任意に選択して使用することができるようになって
いる。本実施例では、シリアルポート１４を介して入力
される信号により、ソフト的に切替えるソフトスイッチ
を用いているが、ハード的なスイッチをメモり１１に接
続して、これにより切替えるようにしてもよい。

【００１８】図２は、ソフトスイッチによる各種制御プ
ログラムの選択例を示すもので、例えばソフトスイッチ
１では、圧力一定制御（設定値＝１）、推定末端圧力一
定制御（設定値＝２）、流量一定制御（設定値＝３）、
温度一定制御（設定値＝４）、水位一定制御（設定値＝
５）等を設定値により切替可能となっている。同様にソ
フトスイッチ２では、小水量停止運転の有無が選択可能
であり、ソフトスイッチ３では単独（１台）運転と協調
運転（複数台運転）との切替が可能である。

【００１９】図３は、図１に示す制御装置の実施例を示
す図であり、給水装置に用いた例である。この給水装置
３０は、インバータ駆動による可変速ポンプ３１を用い
たものであり、インバータを内蔵した制御装置１０が一
体的に固接されている。制御装置１０は、ポンプ３１の
ケーシングに固設された密閉構造の箱体内に収納され、
特にＣＰＵ、メモリ等を搭載した回路基板はモールド樹
脂により封止されており、これにより構造をコンパクト
なものにすることができると共に、結露等による電子部
品の動作不良が防止される。

【００２０】この実施例では、圧力一定制御又は推定末
端圧力一定制御で、小水量停止有りのプログラムが選択
されている。

【００２１】可変速ポンプ３１はその吸込側が流入管３
２を介して例えば図示しない水道の本管に接続されてい
る。そして可変速ポンプ３１の吐出側は、フロースイッ
チ３４、チェッキ弁３５、仕切弁３７等を介して配管に
より、住宅等の末端の需要先に水道水を供給するように
接続されている。尚、フロースイッチ３４は小水量を検
出するためのもので、チェッキ部３５はポンプが停止し
た場合に吐出側から流入側に水が逆流することを防止す
るための逆流防止弁である。

【００２２】吐出管３３には蓄圧タンク３６が接続され
ており、フロースイッチ３４で小水量が検出された場合
には、このタンクに蓄圧することで可変速ポンプの運転
を停止し、ポンプの締切運転を防止するためのものであ
る。又吐出管３３にはその水圧を検出する圧力センサ３
８が備えられ、その出力信号は制御装置１０に外部イン
ターフェイス１５を介して入力される。制御装置１０に
は、吐出圧力の設定値又は末端における需要先の供給水
圧の設定値がシリアルポート１４を介して入力され、こ
の目標圧力となるように可変速ポンプ３１の回転速度が
制御装置１０により制御される。又、制御装置１０には
各種警報が入力され、これは例えば可変速ポンプに温度
計を備え、可変速ポンプの温度が異常に上昇した場合に
は、直ちに運転を停止する、又は警報を発生して監視所
に連絡するためのものである。

【００２３】更に制御装置１０を備えた可変速ポンプ３
１を２台並列に流入管３２及び吐出管３３に接続し、相
互のシリアルポートを通信線で連結して、２台並列運転
（協調運転）のプログラムを選択する。これにより、１
台のポンプで容量が足りなくなると２台目のポンプを追
加したり、２台運転で容量が余ると１台を解列したりす
る追加解列運転を片側の制御装置１０の運転プログラム
により行うことができる。同様に、１台のポンプが小水
量等で停止すると、次にもう一方のポンプが起動する交
互動作をしたり、一方のポンプが故障時等で停止する
と、故障信号を受けて自動的にもう一方のポンプが起動
する故障切替動作も可能である。尚、このシリアルポー
トを使った通信は、無線でおこなうことも可能である。

【００２４】図４は、図１に示す制御装置の他の実施例
を示す図であり、空調装置に用いた例である。空調装置
４０は可変速ファン４１を備え、このファンが制御装置
１０により制御される。ファン４１は、流入ダクト４２
及び吐出側ダクト４３に接続され、例えば冷却された又
は加熱された空気を吐出側である図示しない室内側に供
給するためのものである。例えば、室内側の温度を一定
に保つために、ファン４１の吐出側には温度センサ４４
を備え、吐出側ダクト４３における空気温度が検出され
る。温度設定値は予め外部インターフェース１５を介し
て制御装置１０に入力され、この温度設定値と実際に測
定された温度センサ４４の検出温度とが比較され、この
温度が一致するようにファン４１の回転速度が制御され
る。

【００２５】回転速度の制御は、メモリ１１の選択され
た運転制御プログラムにより行われ、ＰＩ制御により温
度設定値と検出温度との偏差がゼロとなるように回転速
度が増減される。ここで運転制御部のプログラムより求
められた回転速度は、インバータ制御部のプログラムに
よりその回転速度に対応したパスル幅が与えられ、パル
ス幅変調信号が出力される。パルス幅変調信号は、ドラ
イバ回路１３を介して各パワー素子２４のＯＮ／ＯＦＦ
を行い、モータに所要の周波数及び電圧の交流電力を供
給する。

【００２６】又、ファン４１には図示しないが例えば温
度センサが備えられ、ファンが異常に加熱したような場
合には、この温度センサの出力が外部インターフェース
１５を介して取り込まれ、ファンの運転停止、或いは外
部への警報出力が行われるようなプログラムを選択する
ようにしてもよい。

【００２７】尚、制御装置の制御対象として可変速ポン
プ及び可変速ファンの例について説明したが、本発明の
趣旨はこれらに限定されるものでなく、インバータによ
り回転制御される回転機械と、これらの回転機械を運転
制御する制御装置に広く適用可能である。

【００２８】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
制御装置に複数の制御プログラムを書き込んだメモリを
備え、実際に使用するプログラムをその中から選択する
ようにしたので、同一のハードウェア構成で千差万別の
設置現場に対応した運転制御が可能な回転機械を提供す
ることができる。これにより、ハードウェアは同一構成
でよいので大量生産が可能となり、その製造コストを低
減することができる。又ソフトウェアは各設置現場で選
択することができるので、設置現場の設備構成に応じた
最適な運転制御が行える回転機械とすることができる。
又、設備設置後も設備の増設等に際して、その運転プロ
グラムを容易に設置現場で変更することが可能となる。
このように需用者側にとって極めてフレキシビリティの
高い回転機械を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の制御装置のブロック図。

【図２】ソフトスイッチを用いた制御プログラムの切替
え例を示すフロチャート。

【図３】本発明の一実施形態の制御装置付回転機械の使
用例を示す説明図。

【図４】本発明の他の実施形態の制御装置付回転機械の
使用例を示す説明図。

【符号の説明】

１０ 制御装置 １１ メモリ １２ ＣＰＵ １３ ドライバ回路 １４ シリアルポート １５ 外部インターフェース １６ 補助電源 ２０ インバータ装置 ２２ ダイオードブリッジ整流回路 ２３ コンデンサ ２４ パワー素子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポンプ及びファン等の回転機械と、該回
   転機械に一体的に配設された制御装置とからなり、 該制御装置は、前記回転機械を駆動するインバータと、
   複数の制御プログラムを備えたメモリと、該メモリのプ
   ログラムに従って動作するＣＰＵと、前記制御装置の外
   部に配置されたセンサ及びスイッチ類と接続する入出力
   部と、前記ＣＰＵに連通する１つ又は複数のシリアルポ
   ートと、前記複数の制御プログラムの内から使用する制
   御プログラムを外部から切り替える手段とを備えたこと
   を特徴とする制御装置一体型回転機械。
2. 【請求項２】 前記メモリは、前記インバータの制御プ
   ログラムと前記回転機械の運転制御に関するプログラム
   とが記憶されたものであることを特徴とする請求項１記
   載の制御装置一体型回転機械。
3. 【請求項３】 前記請求項１又は２に記載の制御装置一
   体型回転機械を複数台用い、各機械のシリアルポートを
   相互に接続することで、追加解列運転、交互運転、故障
   時切替等の相互協調運転が可能なことを特徴とする制御
   装置一体型回転機械。
4. 【請求項４】 前記制御部のメモリ及びＣＰＵを含む電
   子回路部分は樹脂によりモールド封止されたものである
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の制
   御装置一体型回転機械。