JPH10205483A - ポンプの推定末端圧力一定制御装置 - Google Patents
ポンプの推定末端圧力一定制御装置Info
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- JPH10205483A JPH10205483A JP9012745A JP1274597A JPH10205483A JP H10205483 A JPH10205483 A JP H10205483A JP 9012745 A JP9012745 A JP 9012745A JP 1274597 A JP1274597 A JP 1274597A JP H10205483 A JPH10205483 A JP H10205483A
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- Details Of Reciprocating Pumps (AREA)
- Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
- Control Of Non-Positive-Displacement Pumps (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電磁流量計を用いたポンプの流量推定とは異
なる、流量演算推定をして推定末端圧一定制御を可能と
する。 【解決手段】 ポンプ速度を制御できる可変速制御装
置、ポンプの吐出側の給水管と吸込み側に配設された各
圧力検出器、ポンプ吸込側と引込水道管の間に設けた逆
止弁の特性を固定損失揚程と摩擦損失揚程の和に近似す
る関数発生器、ポンプ速度を推定する関数発生器、圧力
の伝達遅れを近似する一次遅れ要素を有し、ポンプの推
定速度の２乗とその特性係数からポンプの締切り揚程を
求め、押込側圧力検出器からの押込揚程から固定損失揚
程を減じた値を吐出側圧力検出器からの吐出圧力揚程か
ら減じ、この値をポンプの締切り揚程から引算した差の
揚程をポンプの流量の２乗と摩擦損失揚程の和によって
除して、流量の２乗に相当する流量信号を検出し、これ
に係数を乗じて作り出した補償揚程信号を加えた圧力設
定値とポンプ吐出圧力検出値を比較し制御する。
なる、流量演算推定をして推定末端圧一定制御を可能と
する。 【解決手段】 ポンプ速度を制御できる可変速制御装
置、ポンプの吐出側の給水管と吸込み側に配設された各
圧力検出器、ポンプ吸込側と引込水道管の間に設けた逆
止弁の特性を固定損失揚程と摩擦損失揚程の和に近似す
る関数発生器、ポンプ速度を推定する関数発生器、圧力
の伝達遅れを近似する一次遅れ要素を有し、ポンプの推
定速度の２乗とその特性係数からポンプの締切り揚程を
求め、押込側圧力検出器からの押込揚程から固定損失揚
程を減じた値を吐出側圧力検出器からの吐出圧力揚程か
ら減じ、この値をポンプの締切り揚程から引算した差の
揚程をポンプの流量の２乗と摩擦損失揚程の和によって
除して、流量の２乗に相当する流量信号を検出し、これ
に係数を乗じて作り出した補償揚程信号を加えた圧力設
定値とポンプ吐出圧力検出値を比較し制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、直送給水式におけ
るポンプの推定末端圧力一定制御装置に関する。ここ
で、「推定末端圧力一定制御」とは、末端圧力をポンプ
側にて推定し、推定値をほぼ一定にする制御のことで、
遠隔点の給水末端の圧力を直接検出して制御する方法に
比して、このように呼ばれる。
るポンプの推定末端圧力一定制御装置に関する。ここ
で、「推定末端圧力一定制御」とは、末端圧力をポンプ
側にて推定し、推定値をほぼ一定にする制御のことで、
遠隔点の給水末端の圧力を直接検出して制御する方法に
比して、このように呼ばれる。
【０００２】
【従来の技術】ビルやマンション等に設置する可変速式
のポンプ給水設備で、使用水量の変動にも拘らず、需要
端での圧力をほぼ一定に保つことのできる推定末端圧力
一定制御が、需要端での圧力変動の少ない質の良い給水
と最近の省エネルギーの見地から検討されている。
のポンプ給水設備で、使用水量の変動にも拘らず、需要
端での圧力をほぼ一定に保つことのできる推定末端圧力
一定制御が、需要端での圧力変動の少ない質の良い給水
と最近の省エネルギーの見地から検討されている。
【０００３】これは、ポンプから需要端までの圧力損失
揚程が、流量のほぼ２乗に等しいことを利用して、ポン
プ吐出圧一定制御の吐出圧設定値に、流量信号の２乗値
を管路損失揚程分として加算して、設定するように構成
されている。即ち、一般に、次の（１）式に基づいてポ
ンプ叶出圧力を設定し、実際のポンプ圧力が、この設定
値に一致するように、ポンプの速度を自動制御すること
により、目的を達している。
揚程が、流量のほぼ２乗に等しいことを利用して、ポン
プ吐出圧一定制御の吐出圧設定値に、流量信号の２乗値
を管路損失揚程分として加算して、設定するように構成
されている。即ち、一般に、次の（１）式に基づいてポ
ンプ叶出圧力を設定し、実際のポンプ圧力が、この設定
値に一致するように、ポンプの速度を自動制御すること
により、目的を達している。
【０００４】 ＨP＝Ｈa＋ＨK＋ｋＱ2 （１） 但し、ＨP：ポンプ吐出揚程（ｍ） Ｈa：負荷実揚程
（ｍ） ＨK：所要末端揚程（ｍ） ｋ：定数（流量係数） Ｑ：流量（ｍ3／ｍｉｎ） 然しながら、この場合、流量信号を得るために、差圧式
や電磁式などの流量計を必要とする。これ等の流量計は
一般に高価であるために、ビルやマンション等の給水設
備では、ポンプ容量も小容量になることから、コスト面
で適用が困難である。
（ｍ） ＨK：所要末端揚程（ｍ） ｋ：定数（流量係数） Ｑ：流量（ｍ3／ｍｉｎ） 然しながら、この場合、流量信号を得るために、差圧式
や電磁式などの流量計を必要とする。これ等の流量計は
一般に高価であるために、ビルやマンション等の給水設
備では、ポンプ容量も小容量になることから、コスト面
で適用が困難である。
【０００５】この対策として、これらの流量計を使用し
ないで、近似的流量信号を得る方法が検討されている。
例えば、速度制御範囲を限定すれば、ポンプの吐出量
が、ほぼ、ポンプ速度に比例する原理を応用して、ポン
プ速度から流量を推定する方法が一般的に採用されてい
る。然しながら、この方法では、ポンプ負荷に実揚程が
ある場合や、ポンプ吸い込み側に押込み圧が存在する場
合等では、ポンプ速度と流量の比例関係が成立しないた
め、流量の推定に大きな誤差を生じる。とりわけ、最近
の受水槽を省略した直送式の給水システムでは、吸込み
側に押込み圧が存在するのみならず、地域的な需要量の
変動によって本管圧力の変動を受けて、その引込み水道
管の圧力が変動する。また、引込み水道管を通して給水
ポンプ側から水が水道本管に逆流しないようにするため
に、引込み水道管とポンプ吸込み側の間に設ける減圧式
の逆止弁の特性による影響を受ける。
ないで、近似的流量信号を得る方法が検討されている。
例えば、速度制御範囲を限定すれば、ポンプの吐出量
が、ほぼ、ポンプ速度に比例する原理を応用して、ポン
プ速度から流量を推定する方法が一般的に採用されてい
る。然しながら、この方法では、ポンプ負荷に実揚程が
ある場合や、ポンプ吸い込み側に押込み圧が存在する場
合等では、ポンプ速度と流量の比例関係が成立しないた
め、流量の推定に大きな誤差を生じる。とりわけ、最近
の受水槽を省略した直送式の給水システムでは、吸込み
側に押込み圧が存在するのみならず、地域的な需要量の
変動によって本管圧力の変動を受けて、その引込み水道
管の圧力が変動する。また、引込み水道管を通して給水
ポンプ側から水が水道本管に逆流しないようにするため
に、引込み水道管とポンプ吸込み側の間に設ける減圧式
の逆止弁の特性による影響を受ける。
【０００６】この様な、圧力変動や、配管に切り込まれ
た逆止弁の特性による流量変動は、従来の、ポンプ速度
から流量を推定する方法では、検知することは出来な
い。それだけ、流量推定に大きな誤差を生じることにな
る。即ち、以上の様な問題点のために、従来方式のポン
プ速度を使用した流量推定法では、高価な流量計を併用
した方式を採用しない限り、特に、直送給水方式での、
精度の良い推定末端圧一定制御することは困難であっ
た。
た逆止弁の特性による流量変動は、従来の、ポンプ速度
から流量を推定する方法では、検知することは出来な
い。それだけ、流量推定に大きな誤差を生じることにな
る。即ち、以上の様な問題点のために、従来方式のポン
プ速度を使用した流量推定法では、高価な流量計を併用
した方式を採用しない限り、特に、直送給水方式での、
精度の良い推定末端圧一定制御することは困難であっ
た。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
問題点を解決するために、電磁流量計等の高価な流量検
出手段を必要とせず、また、従来のポンプ速度からの流
量を推定する方法とは異なる原理に基づく、流量演算推
定方法を開発し、高精度、且つ低価格の推定末端圧一定
制御を可能とする制御装置を提供するものである。
問題点を解決するために、電磁流量計等の高価な流量検
出手段を必要とせず、また、従来のポンプ速度からの流
量を推定する方法とは異なる原理に基づく、流量演算推
定方法を開発し、高精度、且つ低価格の推定末端圧一定
制御を可能とする制御装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、特に、ポンプ
吐出側圧力、吸込み側圧力を検出しその差の圧力がポン
プの正味発生圧力である点に着目し、実際の圧力を検出
しポンプ発生圧力を求め、これを基に流量を演算すると
云う原理に基づくので、ポンプの吸い込み側圧力変動に
影響されない流量検出手段をソフトウェアで構築し、安
価で、高精度の推定末端圧力一定制御装置を構成してい
る所に特徴がある。
吐出側圧力、吸込み側圧力を検出しその差の圧力がポン
プの正味発生圧力である点に着目し、実際の圧力を検出
しポンプ発生圧力を求め、これを基に流量を演算すると
云う原理に基づくので、ポンプの吸い込み側圧力変動に
影響されない流量検出手段をソフトウェアで構築し、安
価で、高精度の推定末端圧力一定制御装置を構成してい
る所に特徴がある。
【０００９】本発明は、単独運転、或いは、２台以上の
並列運転により末端給水栓に給水できるように構成され
たポンプの推定末端圧力一定制御装置において、前記ポ
ンプの速度を可変速制御できる、少なくとも１台の可変
速制御装置と、前記ポンプの吐出側の給水管と吸込み側
にそれぞれ配設された各１個の圧力検出器があり、ポン
プ吸込側と引込水道管の間に置かれた逆止弁の特性を固
定損失揚程と摩擦損失揚程の和に近似する関数発生器、
ポンプ速度を推定演算する関数発生器、圧力の伝達遅れ
を近似する一次遅れ要素を有し、ポンプの推定速度の２
乗とポンプの特性係数からポンプの締切り揚程を求め、
また、押込側の圧力検出器が検出する押込揚程から逆止
弁固定損失揚程を減じた値を吐出側圧力検出器で検出し
た吐出圧力揚程から減じ、さらにこの値を前記ポンプの
締切り揚程から引き算し、この差の揚程をポンプの流量
の２乗の係数と逆止弁摩擦損失揚程の和によって除する
ことにより、流量の２乗に相当する流量信号を検出し、
これに係数を乗じて推定末端圧力一定制御に必要な補償
揚程信号を作り出し、該補償揚程信号を加味した圧力設
定値とポンプ吐出圧力検出値を比較する手段からなるこ
とを特徴とするポンプの推定末端圧力一定制御装置であ
る。
並列運転により末端給水栓に給水できるように構成され
たポンプの推定末端圧力一定制御装置において、前記ポ
ンプの速度を可変速制御できる、少なくとも１台の可変
速制御装置と、前記ポンプの吐出側の給水管と吸込み側
にそれぞれ配設された各１個の圧力検出器があり、ポン
プ吸込側と引込水道管の間に置かれた逆止弁の特性を固
定損失揚程と摩擦損失揚程の和に近似する関数発生器、
ポンプ速度を推定演算する関数発生器、圧力の伝達遅れ
を近似する一次遅れ要素を有し、ポンプの推定速度の２
乗とポンプの特性係数からポンプの締切り揚程を求め、
また、押込側の圧力検出器が検出する押込揚程から逆止
弁固定損失揚程を減じた値を吐出側圧力検出器で検出し
た吐出圧力揚程から減じ、さらにこの値を前記ポンプの
締切り揚程から引き算し、この差の揚程をポンプの流量
の２乗の係数と逆止弁摩擦損失揚程の和によって除する
ことにより、流量の２乗に相当する流量信号を検出し、
これに係数を乗じて推定末端圧力一定制御に必要な補償
揚程信号を作り出し、該補償揚程信号を加味した圧力設
定値とポンプ吐出圧力検出値を比較する手段からなるこ
とを特徴とするポンプの推定末端圧力一定制御装置であ
る。
【００１０】また、本発明は、上記の吸込側圧力検出器
を上記の逆止弁位置よりポンプ側に配設することによ
り、逆止弁特性を近似する関数発生器を省略し流量演算
を簡単にすることができる。上記の吸込み側逆止弁、吸
込み側圧力検出器を使用しない受水槽式の場合に対して
も、それぞれの設定値をゼロとすることにより、推定末
端圧力一定制御を同様に構成することができる。
を上記の逆止弁位置よりポンプ側に配設することによ
り、逆止弁特性を近似する関数発生器を省略し流量演算
を簡単にすることができる。上記の吸込み側逆止弁、吸
込み側圧力検出器を使用しない受水槽式の場合に対して
も、それぞれの設定値をゼロとすることにより、推定末
端圧力一定制御を同様に構成することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について図
面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の推定末端
圧力一定制御装置をポンプ２台運転の直送給水システム
に適用した場合の全体構成図である。図２は本発明の推
定末端圧力一定制御装置の構成を示すブロック線図であ
る。
面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の推定末端
圧力一定制御装置をポンプ２台運転の直送給水システム
に適用した場合の全体構成図である。図２は本発明の推
定末端圧力一定制御装置の構成を示すブロック線図であ
る。
【００１２】図１において、１は本発明の推定末端圧力
一定制御装置（図２参照）であり、２1、２2はポンプ吐
出側、ポンプ吸込み側それぞれの圧力を検出する圧力検
出器で、圧力信号ｈ、ｈSUを推定末端圧力一定制御装置
１に出力する。推定末端圧力一定制御装置１は、出力信
号として可変周波数指令ｆ1S、ｆ2Sをインバータ１２、
２２に与え、インバータ１２、２２はポンプ１３、２３
を駆動する誘導モータ１１、２１に可変電圧、可変周波
数を供給し、ポンプ速度を単独に、或いは同時に制御で
きるように構成されている。３1、３2は圧力の変動を低
減させる目的で、吸込み側、吐出側に取り付けられた圧
力タンク、４は水道引込み側９への水の逆流を防止する
ための減圧式逆止弁、５1、５2はポンプ１３、２３の叶
出側にそれぞれ置かれた逆流防止用逆止弁、６1、６2は
それぞれ、ポンプの保守点検に使用される締切り弁、８
1、８2は同様の目的に供される吸込み側締切り弁であ
る。
一定制御装置（図２参照）であり、２1、２2はポンプ吐
出側、ポンプ吸込み側それぞれの圧力を検出する圧力検
出器で、圧力信号ｈ、ｈSUを推定末端圧力一定制御装置
１に出力する。推定末端圧力一定制御装置１は、出力信
号として可変周波数指令ｆ1S、ｆ2Sをインバータ１２、
２２に与え、インバータ１２、２２はポンプ１３、２３
を駆動する誘導モータ１１、２１に可変電圧、可変周波
数を供給し、ポンプ速度を単独に、或いは同時に制御で
きるように構成されている。３1、３2は圧力の変動を低
減させる目的で、吸込み側、吐出側に取り付けられた圧
力タンク、４は水道引込み側９への水の逆流を防止する
ための減圧式逆止弁、５1、５2はポンプ１３、２３の叶
出側にそれぞれ置かれた逆流防止用逆止弁、６1、６2は
それぞれ、ポンプの保守点検に使用される締切り弁、８
1、８2は同様の目的に供される吸込み側締切り弁であ
る。
【００１３】７は、ポンプ１３、２３の吐出側集合管と
給水管吐出側１０に至る給水配管の間に設置され、その
間の流量を検知するフロースイッチである。また、２3
は、ポンプ吸込み側圧力を検出する圧力検出器２2に代
えて減圧式逆止弁４よりポンプ１３と２３の中間位置に
配設した場合の構成例を示す。図２は、図１に示す本発
明の推定末端圧力一定制御装置１の内部構成を示したブ
ロック図である。同図において、１０１は圧力設定器、
１０２はＰＩコントローラ、１０３、１０４はデジタル
一アナログ変換器、１０５はインバ―夕１２又は２２に
内蔵された直線指令器と同様の特性を持った直線指令
器、１０６は一次遅れ要素、１０７は２乗演算器であ
る。１０８はポンプ特性ａを表わす定数、１０９は減圧
式逆止弁４の摩擦損失特性ｈSUL とポンプ特性ｂの和の
逆数、１１０はポンプの並列運転台数を設定する定数、
１１１は圧力設定に加算される管路損失の補償揚程△ｈ
を決定するための流量係数ｋである。また、１１２は流
量係数ｋで補償された管路損失の補償揚程△ｈと圧力設
定器出力の圧力設定値ｈS’の和で設定される値ｈSが、
定格圧力を超えないようにするためのリミッタである。
１１３は直送給水式と受水槽式の切換器、１１４は減圧
式逆止弁４の固定損失特性である。
給水管吐出側１０に至る給水配管の間に設置され、その
間の流量を検知するフロースイッチである。また、２3
は、ポンプ吸込み側圧力を検出する圧力検出器２2に代
えて減圧式逆止弁４よりポンプ１３と２３の中間位置に
配設した場合の構成例を示す。図２は、図１に示す本発
明の推定末端圧力一定制御装置１の内部構成を示したブ
ロック図である。同図において、１０１は圧力設定器、
１０２はＰＩコントローラ、１０３、１０４はデジタル
一アナログ変換器、１０５はインバ―夕１２又は２２に
内蔵された直線指令器と同様の特性を持った直線指令
器、１０６は一次遅れ要素、１０７は２乗演算器であ
る。１０８はポンプ特性ａを表わす定数、１０９は減圧
式逆止弁４の摩擦損失特性ｈSUL とポンプ特性ｂの和の
逆数、１１０はポンプの並列運転台数を設定する定数、
１１１は圧力設定に加算される管路損失の補償揚程△ｈ
を決定するための流量係数ｋである。また、１１２は流
量係数ｋで補償された管路損失の補償揚程△ｈと圧力設
定器出力の圧力設定値ｈS’の和で設定される値ｈSが、
定格圧力を超えないようにするためのリミッタである。
１１３は直送給水式と受水槽式の切換器、１１４は減圧
式逆止弁４の固定損失特性である。
【００１４】次に、本発明の流量を推定する原理につい
て説明する。定常状態で運転中のポンプの揚程は、近似
的に、下記（２）式で表わされることが知られている。 ＨP＝Ｃ0Ｎ2＋Ｃ3ＮＱ−Ｃ1Ｑ2 （２） 但し ＨP：ポンプ吐出揚程（ｍ） Ｎ：ポンプ回
転数（ｒｐｍ） Ｑ：流量（ｍ3／ｍｉｎ） Ｃ0、Ｃ1、Ｃ3：羽根車の大きさ、形状によって決まる
定数 ここで、可変速式の給水装置に用いられるポンプの揚程
−流量特性は、低流量域でのサージングを防止するため
に、低流量域から大流量域迄の圧力が、なだらかな垂下
特性を持つように設計される。その方法は、例えば、実
公昭６１−９１９９号公報、第３頁に記載のように公知
である。従って、ＨPは、（３）式で近似することがで
きる。
て説明する。定常状態で運転中のポンプの揚程は、近似
的に、下記（２）式で表わされることが知られている。 ＨP＝Ｃ0Ｎ2＋Ｃ3ＮＱ−Ｃ1Ｑ2 （２） 但し ＨP：ポンプ吐出揚程（ｍ） Ｎ：ポンプ回
転数（ｒｐｍ） Ｑ：流量（ｍ3／ｍｉｎ） Ｃ0、Ｃ1、Ｃ3：羽根車の大きさ、形状によって決まる
定数 ここで、可変速式の給水装置に用いられるポンプの揚程
−流量特性は、低流量域でのサージングを防止するため
に、低流量域から大流量域迄の圧力が、なだらかな垂下
特性を持つように設計される。その方法は、例えば、実
公昭６１−９１９９号公報、第３頁に記載のように公知
である。従って、ＨPは、（３）式で近似することがで
きる。
【００１５】 ＨP≒Ｃ0Ｎ2−Ｃ1Ｑ2 （３） ここで、ポンプの定格揚程、定格回転数、定格流量をＨ
N、ＮN、ＱNとすれば、（３）式は更に、単位法（ｐｅ
ｒ ｕｎｉｔ）で表わした（３）’式に書き変えること
ができる。 ｈr≒ａｎ2−ｂｑ2 （３）’ 但し、 ｈr＝ＨP／ＨN（ｐ.ｕ．） ｎ＝Ｎ／ＮN（ｐ.ｕ．） ｑ＝Ｑ／ＱN（ｐ.ｕ．） ａ、ｂはポンプ特性を表わす定数 次に、実際の直送給水システムにおいて、本発明の流量
推定の原理について説明する。分かり易くするため、図
１の１台のポンプ１３のみが運転されている場合とす
る。
N、ＮN、ＱNとすれば、（３）式は更に、単位法（ｐｅ
ｒ ｕｎｉｔ）で表わした（３）’式に書き変えること
ができる。 ｈr≒ａｎ2−ｂｑ2 （３）’ 但し、 ｈr＝ＨP／ＨN（ｐ.ｕ．） ｎ＝Ｎ／ＮN（ｐ.ｕ．） ｑ＝Ｑ／ＱN（ｐ.ｕ．） ａ、ｂはポンプ特性を表わす定数 次に、実際の直送給水システムにおいて、本発明の流量
推定の原理について説明する。分かり易くするため、図
１の１台のポンプ１３のみが運転されている場合とす
る。
【００１６】この場合の給水システムは、図３のブロッ
ク線図で表わすことができる。図３は本発明の流量検出
の原理を説明するためのブロック線図で、同図では、図
１中の逆流防止用逆止弁５1、締切り弁６1及び吸込み側
締切り弁８1の特性は、一般に、固定損失、摩擦損失が
ともに小さいために、これを省略している。図３におい
て、Ｇ１〜Ｇ５は各要素の伝達特性を示す伝達関数であ
り、ＭＵＬは乗算を、ＳＱＲは１／２乗演算を行なうも
のとする。Ｇ１、Ｇ２はポンプの特性を示す（３）’式
の定数ａ、ｂ、Ｇ３は管路特性、Ｇ４は逆止弁４の摩擦
抵抗損失、Ｇ５は逆止弁４の固定損失特性をそれぞれ表
わす伝達関数である。また、ｈaは負荷の実揚程Ｈaの単
位法表示Ｈa／ＨN、ｈSUはポンプ吸込み側圧力の単位法
表示ＨSU／ＨNを示している。
ク線図で表わすことができる。図３は本発明の流量検出
の原理を説明するためのブロック線図で、同図では、図
１中の逆流防止用逆止弁５1、締切り弁６1及び吸込み側
締切り弁８1の特性は、一般に、固定損失、摩擦損失が
ともに小さいために、これを省略している。図３におい
て、Ｇ１〜Ｇ５は各要素の伝達特性を示す伝達関数であ
り、ＭＵＬは乗算を、ＳＱＲは１／２乗演算を行なうも
のとする。Ｇ１、Ｇ２はポンプの特性を示す（３）’式
の定数ａ、ｂ、Ｇ３は管路特性、Ｇ４は逆止弁４の摩擦
抵抗損失、Ｇ５は逆止弁４の固定損失特性をそれぞれ表
わす伝達関数である。また、ｈaは負荷の実揚程Ｈaの単
位法表示Ｈa／ＨN、ｈSUはポンプ吸込み側圧力の単位法
表示ＨSU／ＨNを示している。
【００１７】従って、図３から ｑ2＝〔Ｇ１・ｎ2−｛ｈ−（ｈSU―Ｇ５）｝〕／（Ｇ２＋Ｇ４） （４） が誘導できる。本発明は、この（４）式に基づいて流量
の推定検出を行なうもので、図２中のブロック１０７、
１０８、１０９、１１０、１１１、１１２、１１３、１
１４に示す様な演算制御回路の構成によって実現してい
る。因みに（４）式の各項との対応は、Ｇ１−ａ、ｎ−
ｎ*、Ｇ５−ｈSUC、Ｇ２−ｂ、Ｇ４−ｈSULである。
の推定検出を行なうもので、図２中のブロック１０７、
１０８、１０９、１１０、１１１、１１２、１１３、１
１４に示す様な演算制御回路の構成によって実現してい
る。因みに（４）式の各項との対応は、Ｇ１−ａ、ｎ−
ｎ*、Ｇ５−ｈSUC、Ｇ２−ｂ、Ｇ４−ｈSULである。
【００１８】ところで、図２中のＰＩコントローラ１０
２の出力は、デジタル一アナログ変換器１０３を通し
て、インバータ１２へ周波数指令ｆ1Sを与えているが、
インバータに内蔵された直線指令器によって、誘導モー
タ１１はソフトに加速、減速させられる。即ち、ポンプ
圧力はソフトに変化させられ、それだけ、流量の変化速
度も抑えられ、過大な圧力上昇や振動を生じない長所が
ある。然し、逆に、流量を推定演算する場合には、この
遅れを考慮しなければならない。
２の出力は、デジタル一アナログ変換器１０３を通し
て、インバータ１２へ周波数指令ｆ1Sを与えているが、
インバータに内蔵された直線指令器によって、誘導モー
タ１１はソフトに加速、減速させられる。即ち、ポンプ
圧力はソフトに変化させられ、それだけ、流量の変化速
度も抑えられ、過大な圧力上昇や振動を生じない長所が
ある。然し、逆に、流量を推定演算する場合には、この
遅れを考慮しなければならない。
【００１９】この対策として、本発明では、直線指令器
１０５を設け、インバータに内蔵された直線指令器と同
じ特性、つまり、同じ加速時間、減速時間を設定するこ
とにより、誘導モータに与えられている周波数Ｆ（Ｈ
z）の単位法値Ｆ／ＦN＝ｆ（ｐ．ｕ．）の推定値ｆ*を
出力できるようにしている。但し、ＦNは定格周波数
（Ｈz）である。
１０５を設け、インバータに内蔵された直線指令器と同
じ特性、つまり、同じ加速時間、減速時間を設定するこ
とにより、誘導モータに与えられている周波数Ｆ（Ｈ
z）の単位法値Ｆ／ＦN＝ｆ（ｐ．ｕ．）の推定値ｆ*を
出力できるようにしている。但し、ＦNは定格周波数
（Ｈz）である。
【００２０】一次遅れ要素１０６は、この推定値ｆ*か
ら、モータの速度と等速になる迄の遅れ時間及びポンプ
系の圧力−流量の関係が定常状態となる迄の遅れ時間を
設定する一次遅れ要素である。つまり、モータとポンプ
の慣性による遅れ、ポンプ速度からポンプ圧力までの伝
達遅れ、その過渡応答整定時間を合計した等価遅れ時定
数を設定する。
ら、モータの速度と等速になる迄の遅れ時間及びポンプ
系の圧力−流量の関係が定常状態となる迄の遅れ時間を
設定する一次遅れ要素である。つまり、モータとポンプ
の慣性による遅れ、ポンプ速度からポンプ圧力までの伝
達遅れ、その過渡応答整定時間を合計した等価遅れ時定
数を設定する。
【００２１】ここで、慣性による遅れは、ほぼ正確に計
算で求めることができるにしても、圧力の伝達遅れ、過
渡応答整定時間は、非線形性、ポンプ構造、システムの
条件によって大きく異なることが知られており、この値
の計算による設定は難しい。然るに、本発明は、推定末
端圧力一定制御の損失揚程の演算に使用するものである
ことから、流量推定検出の遅れ時間は、殆ど問題になら
ないと云う条件がある。本発明では、この点に着目し、
実験によって、ポンプの圧力応答が十分整定するまでの
遅れ時間、例えば、１.０ｓｅｃという長めの時間を設定
して、解決した。
算で求めることができるにしても、圧力の伝達遅れ、過
渡応答整定時間は、非線形性、ポンプ構造、システムの
条件によって大きく異なることが知られており、この値
の計算による設定は難しい。然るに、本発明は、推定末
端圧力一定制御の損失揚程の演算に使用するものである
ことから、流量推定検出の遅れ時間は、殆ど問題になら
ないと云う条件がある。本発明では、この点に着目し、
実験によって、ポンプの圧力応答が十分整定するまでの
遅れ時間、例えば、１.０ｓｅｃという長めの時間を設定
して、解決した。
【００２２】かくして、逆数１０９の出力側に単位法で
表わしたｑ2 の推定値ｑ*2を得ることができる。次に、
本発明の流量推定に基づく推定末端圧一定制御について
図面を参照して説明する。ポンプ１台運転の場合、並列
運転台数の設定定数１１０（図２参照）は１．０に設定
されている。
表わしたｑ2 の推定値ｑ*2を得ることができる。次に、
本発明の流量推定に基づく推定末端圧一定制御について
図面を参照して説明する。ポンプ１台運転の場合、並列
運転台数の設定定数１１０（図２参照）は１．０に設定
されている。
【００２３】従って、図２に示すように、（４）式によ
るｑ*2と流量係数ｋの積で計算した管路損失の補償揚程
△ｈがリミッタ１１２の出力に得られる。また、圧力設
定器１０１の出力である圧力設定ｈS’（ｐ.ｕ.）は、
実揚程ｈa（ｐ.ｕ.）と必要な管端圧力ｈk（ｐ.ｕ.）の
和で設定されており、これに、リミッタ１１２の出力で
ある管路損失の補償揚程△ｈを加算して、推定末端圧力
一定制御のための設定値ｈSを得ている。
るｑ*2と流量係数ｋの積で計算した管路損失の補償揚程
△ｈがリミッタ１１２の出力に得られる。また、圧力設
定器１０１の出力である圧力設定ｈS’（ｐ.ｕ.）は、
実揚程ｈa（ｐ.ｕ.）と必要な管端圧力ｈk（ｐ.ｕ.）の
和で設定されており、これに、リミッタ１１２の出力で
ある管路損失の補償揚程△ｈを加算して、推定末端圧力
一定制御のための設定値ｈSを得ている。
【００２４】この設定値ｈSは、圧力検出器２1からのポ
ンプ吐出圧力検出値ｈと比較され、その誤差が減少する
ように、ＰＩコントローラ１０２からの可変周波数指令
ｆ1Sによってインバータ１２、誘導モータ１１を介し
て、ポンプ１３の速度を調整する。このようにして、
（１）式で与えた推定末端圧を一定に制御可能となる。
ポンプが例えば、２台並列運転する場合には、並列運転
台数の設定定数１１０の設定を、次の（５）式を満足す
るように変更する。
ンプ吐出圧力検出値ｈと比較され、その誤差が減少する
ように、ＰＩコントローラ１０２からの可変周波数指令
ｆ1Sによってインバータ１２、誘導モータ１１を介し
て、ポンプ１３の速度を調整する。このようにして、
（１）式で与えた推定末端圧を一定に制御可能となる。
ポンプが例えば、２台並列運転する場合には、並列運転
台数の設定定数１１０の設定を、次の（５）式を満足す
るように変更する。
【００２５】 Ｋnq＝ｋ2q＝（Ｇ2＋Ｇ4）／〔（Ｇ2／４）＋Ｇ4〕 （５） 同様にして、３台、４台並列の場合には、（５）’、
（５）”で設定する。 ｋ3q＝（Ｇ2＋Ｇ4）／〔（Ｇ2／９）＋Ｇ4〕 （５）’ ｋ4q＝（Ｇ2＋Ｇ4）／〔（Ｇ2／１６）＋Ｇ4〕 （５）” また、受水槽式の場合には、Ｇ4、Ｇ5、ｈSUも共にゼロ
と見なせるから、（４）式は（４）’式と簡単になり、
（５）、（５）’、（５）”も４.０、９.０、１６.０と
簡単になる。
（５）”で設定する。 ｋ3q＝（Ｇ2＋Ｇ4）／〔（Ｇ2／９）＋Ｇ4〕 （５）’ ｋ4q＝（Ｇ2＋Ｇ4）／〔（Ｇ2／１６）＋Ｇ4〕 （５）” また、受水槽式の場合には、Ｇ4、Ｇ5、ｈSUも共にゼロ
と見なせるから、（４）式は（４）’式と簡単になり、
（５）、（５）’、（５）”も４.０、９.０、１６.０と
簡単になる。
【００２６】 ｑ2＝（Ｇ１・ｎ2−ｈ）／Ｇ２ （４）’ 図２の受水槽式の場合の回路は、これを示している。但
し、ｈSUL、ｈSUC もゼロに設定されるので、図２の構
成で、受水槽式の場合でも、正確な流量の演算検出が可
能であること示している。本発明の原理を同様に適用で
きる。つまり、応用範囲が広い。
し、ｈSUL、ｈSUC もゼロに設定されるので、図２の構
成で、受水槽式の場合でも、正確な流量の演算検出が可
能であること示している。本発明の原理を同様に適用で
きる。つまり、応用範囲が広い。
【００２７】さらに、図１にて、吸込み側圧力検出器２
2を、図示の２3の位置に移設できる場合には、ｈSUL、
ｈSUCをゼロに設定することで、上記の構成によって、
逆止弁の設定誤差を除くことができるので、さらに、正
確な流量を検出することができる。以下、本発明の実施
例に於ける特性例を説明する。
2を、図示の２3の位置に移設できる場合には、ｈSUL、
ｈSUCをゼロに設定することで、上記の構成によって、
逆止弁の設定誤差を除くことができるので、さらに、正
確な流量を検出することができる。以下、本発明の実施
例に於ける特性例を説明する。
【００２８】図４は、本発明の実施例におけるポンプ特
性を（３）’式で近似推定した場合のグラフを示し、推
定例を○印で示し、また実際の測定例を□印で示す。ポ
ンプ定数ａ、ｂにより、実使用流量範囲で、かなり精度
良くポンプ特性を近似出来ていることが分かる。図５
は、吸込み側の押込み圧力揚程８ｍの場合、本発明の推
定末端圧力一定制御を実施した場合の特性例を示しい
る。
性を（３）’式で近似推定した場合のグラフを示し、推
定例を○印で示し、また実際の測定例を□印で示す。ポ
ンプ定数ａ、ｂにより、実使用流量範囲で、かなり精度
良くポンプ特性を近似出来ていることが分かる。図５
は、吸込み側の押込み圧力揚程８ｍの場合、本発明の推
定末端圧力一定制御を実施した場合の特性例を示しい
る。
【００２９】
【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、従来のポンプ速度基準に比ベ、実際の圧力を
検出しポンプ発生圧力を求め、これを基に流量を演算す
ると云う原理に基づくので、本質的に、外乱に影響され
ない精度の良い流量検出が可能である。従って、安価
で、高精度の推定末端圧一定制御装置を提供できる効果
がある。
によれば、従来のポンプ速度基準に比ベ、実際の圧力を
検出しポンプ発生圧力を求め、これを基に流量を演算す
ると云う原理に基づくので、本質的に、外乱に影響され
ない精度の良い流量検出が可能である。従って、安価
で、高精度の推定末端圧一定制御装置を提供できる効果
がある。
【００３０】また、本発明は吸込み側押込み圧が小さ
く、殆どゼロと見なせる場合、例えば、受水槽式の場合
に対しても吸込み側圧力検出器を省略し、その検出値を
例えば、ゼロに設定することにより、本発明の原理を同
様に適用でき、その応用範囲が広い。このようにして、
本発明の管路損失揚程を推定演算する回路は、直結給水
式に限らず、従来の受水槽式にも、また、ポンプが並列
運転する場合にも適用可能であると云う長所がある。
く、殆どゼロと見なせる場合、例えば、受水槽式の場合
に対しても吸込み側圧力検出器を省略し、その検出値を
例えば、ゼロに設定することにより、本発明の原理を同
様に適用でき、その応用範囲が広い。このようにして、
本発明の管路損失揚程を推定演算する回路は、直結給水
式に限らず、従来の受水槽式にも、また、ポンプが並列
運転する場合にも適用可能であると云う長所がある。
【００３１】つまり、給水システムが変わっても、以上
の様な対応によって、推定末端圧力一定制御を安価に、
高精度に実現できる効果がある。
の様な対応によって、推定末端圧力一定制御を安価に、
高精度に実現できる効果がある。
【図１】本発明の推定末端圧力一定制御装置をポンプ２
台運転の直送給水システムに適用した場合の全体構成図
台運転の直送給水システムに適用した場合の全体構成図
【図２】本発明の推定末端圧力一定制御装置の構成を示
すブロック図
すブロック図
【図３】本発明の流量検出の原理を説明するためのブロ
ック線図
ック線図
【図４】本発明の実施例におけるポンプ特性を（３）’
式で近似した場合のグラフ
式で近似した場合のグラフ
【図５】本発明の推定末端圧力一定制御を実施した場合
のグラフ
のグラフ
１ 推定末端圧力一定制御装置 ２1、2、3 圧力検出器 ３1、2 圧力タンク ４ 減圧式逆止弁 ５1、2 逆流防止用逆止弁 ６1、2 締切り弁 ７ フロースイッチ ８1、2 吸込み側締切り弁 ９ 水道引込み側 １０ 給水管吐出側 １１、２１ 誘導モータ １２、２２ インバータ １３、２３ ポンプ １０１ 圧力設定器 １０２ ＰＩコントローラ １０３、１０４ デジタルーアナログ変換器 １０５ 直線指令器 １０６ 一次遅れ要素 １０７ ２乗演算器 １１２ リミッタ １１３ 切換器
フロントページの続き (72)発明者 丹治 友山 東京都足立区綾瀬３−24−６ 株式会社佐 山製作所内
Claims (3)
- 【請求項１】 単独運転、或いは、２台以上の並列運転
により末端給水栓に給水できるように構成されたポンプ
の推定末端圧力一定制御装置において、 前記ポンプの速度を可変速制御できる、少なくとも１台
の可変速制御装置と、前記ポンプの吐出側の給水管と吸
込み側にそれぞれ配設された各１個の圧力検出器があ
り、ポンプ吸込側と引込水道管の間に置かれた逆止弁の
特性を固定損失揚程と摩擦損失揚程の和に近似する関数
発生器、ポンプ速度を推定演算する関数発生器、圧力の
伝達遅れを近似する一次遅れ要素を有し、ポンプの推定
速度の２乗とポンプの特性係数からポンプの締切り揚程
を求め、また、押込側の圧力検出器が検出する押込揚程
から逆止弁固定損失揚程を減じた値を吐出側圧力検出器
で検出した吐出圧力揚程から減じ、さらにこの値を前記
ポンプの締切り揚程から引き算し、この差の揚程をポン
プの流量の２乗の係数と逆止弁摩擦損失揚程の和によっ
て除することにより、流量の２乗に相当する流量信号を
検出し、これに係数を乗じて推定末端圧力一定制御に必
要な補償揚程信号を作り出し、該補償揚程信号を加味し
た圧力設定値とポンプ吐出圧力検出値を比較する手段か
らなることを特徴とするポンプの推定末端圧力一定制御
装置。 - 【請求項２】 上記の吸込側圧力検出器を上記の逆止弁
位置よりポンプ側に配設することにより、逆止弁特性を
近似する関数発生器を省略し流量演算を簡単化したこと
を特徴とする請求項１に記載の推定末端圧力一定制側装
置。 - 【請求項３】 上記の吸込み側逆止弁、吸込み側圧力検
出器を使用しない受水槽式の場合に対しても、それぞれ
の設定値をゼロとし、推定末端圧力一定制御を同様に構
成したことを特徴とする請求項１に記載の推定末端圧力
一定制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01274597A JP3793885B2 (ja) | 1997-01-27 | 1997-01-27 | ポンプの推定末端圧力一定制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01274597A JP3793885B2 (ja) | 1997-01-27 | 1997-01-27 | ポンプの推定末端圧力一定制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10205483A true JPH10205483A (ja) | 1998-08-04 |
| JP3793885B2 JP3793885B2 (ja) | 2006-07-05 |
Family
ID=11813969
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01274597A Expired - Fee Related JP3793885B2 (ja) | 1997-01-27 | 1997-01-27 | ポンプの推定末端圧力一定制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3793885B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004156593A (ja) * | 2002-10-16 | 2004-06-03 | Sayama Seisakusho:Kk | 給水方法 |
| JP2008014230A (ja) * | 2006-07-06 | 2008-01-24 | Sayama Seisakusho:Kk | 給水システムに設けられた並列ポンプの流量推定方法および給水システムに設けられた並列ポンプの流量推定システム |
| JP2008241326A (ja) * | 2007-03-26 | 2008-10-09 | Shin Nippon Air Technol Co Ltd | 配管系設備における流量測定方法 |
| JP2009013961A (ja) * | 2007-07-09 | 2009-01-22 | Hitachi Plant Technologies Ltd | 圧縮機装置及び圧縮機装置の制御方法 |
| RU2647288C1 (ru) * | 2017-03-21 | 2018-03-15 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром добыча Ямбург" | Способ автоматического управления технологическим процессом подачи газового конденсата в магистральный конденсатопровод |
| WO2022152753A1 (de) * | 2021-01-13 | 2022-07-21 | KSB SE & Co. KGaA | Aufbereitung von betriebsdaten einer mehrheit von parallel geschalteten fördersträngen, wobei jeder strang einen strömungswiderstand aufweist |
-
1997
- 1997-01-27 JP JP01274597A patent/JP3793885B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004156593A (ja) * | 2002-10-16 | 2004-06-03 | Sayama Seisakusho:Kk | 給水方法 |
| JP4532876B2 (ja) * | 2002-10-16 | 2010-08-25 | 株式会社佐山製作所 | 給水方法 |
| JP2008014230A (ja) * | 2006-07-06 | 2008-01-24 | Sayama Seisakusho:Kk | 給水システムに設けられた並列ポンプの流量推定方法および給水システムに設けられた並列ポンプの流量推定システム |
| JP2008241326A (ja) * | 2007-03-26 | 2008-10-09 | Shin Nippon Air Technol Co Ltd | 配管系設備における流量測定方法 |
| JP2009013961A (ja) * | 2007-07-09 | 2009-01-22 | Hitachi Plant Technologies Ltd | 圧縮機装置及び圧縮機装置の制御方法 |
| RU2647288C1 (ru) * | 2017-03-21 | 2018-03-15 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром добыча Ямбург" | Способ автоматического управления технологическим процессом подачи газового конденсата в магистральный конденсатопровод |
| WO2022152753A1 (de) * | 2021-01-13 | 2022-07-21 | KSB SE & Co. KGaA | Aufbereitung von betriebsdaten einer mehrheit von parallel geschalteten fördersträngen, wobei jeder strang einen strömungswiderstand aufweist |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3793885B2 (ja) | 2006-07-05 |
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