JPS60156995A - 可変速給水装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は給水設備の水量調節を行う制御装置に関する。

給水設備では配管末端における使用者側において所要の
圧力、流量を得たい要請があり、使用流量は変動するが
所要の圧力を保持する必要がある。そして使用水量の変
動に対しては変速モータにより駆動したターがポンプの
回転速度を変化させることによって対応していた。この
ような場合には従来吐出圧力一定或は推定末端圧力一定
等の制御を行っている。

第１図は定圧制御の例で横軸に流量、縦軸に圧力を示す
。ｌはポンプ性能曲線である。この場合はポンプの吐出
圧力Ｐは配管末端必要圧力Ｐｆｌ　に最大流量時の管路
の圧力損失Ｐｅ　を加えた圧力でポンプの吐出圧力が一
定圧力になるように回転速度を制御している。しかしこ
の方法によると流量の二乗に比例して変化する管路の抵
抗のため配管末端必要圧力Ｐｎの変動は大きく１図の斜
線で示す範囲ではエネルギーの損失と観念される。

第１図と同座標で示す第２図で示す従来の制御方法は末
端推定圧力が一定になるように管路の圧損を見込んでポ
ンプ吐出圧力Ｐを定める。

管路の圧力損失Ｐ０の流量に対応する変化、即ち抵抗曲
線に従ってポンプ吐出圧力を変化させる。第一図ではポ
ンプを用いた給水設備で配管末端において所要の圧力、
流量を流量計を備えて流量計に対応する配管中の圧力損
失を見込んでおｈて配管末端必要圧力に該見込みの圧力
損失を加えた分をポンプ吐出圧力としてｂる。

このような方法は流量計が必要であるため高価である。

そしてこの場合配管は個々に異なり。

ポンプ特性も個別に異るため、個別のポンプ装置毎に適
用せざるを得す、大規模のポンプ設備には可能としても
大量生産し汎用されるポンプ装置には不向きである。

第１図、第一図に関し説明した給水装置の末端制御に対
して推定末端圧一定制御等の高度な制御を流量計を用い
ずに行なおうとする場合。

回転数、圧力等他の物性値から流量を演算する方法が考
えられる。例として２ンプとこのポンプの吐出し側に連
結した給水管とこの給水管に連結した圧力検出手段とポ
ンプに連結しこれを駆動するモータと、ポンプの回転速
度を制御する回転速度制御手段と、ポンプの回転速度を
検出する速度検出手段をそなえた可変速給水装置におか
て、前記回転速度制御手段が、前記速度検出手段からの
出力信号を入力信号として予め定められたポンプの回転
速度とポンプの回転速度毎の制御目標圧力との関係に基
づｂて対応する制御目標圧力を出力する制御目標圧力出
力部と、前記制御目標圧力出力部からの出力信号と前記
圧力検出手段からの出力信号とを入力信号としポンプの
回転速度の制御信号を出力する回転速度制御部とを具備
することを特徴とする可変速給水装置が提供されている
。しかしこの演算をおこなうためには、詳細なポンプ特
性、装置据え付は現場の状態がわかって−る必要があり
、大量生産品では困難であった。

本発明はポンプ回転数とポンプ吐出圧力に基いて末端圧
を一定に制御する可変速給水装置における以上の欠点を
除去してポンプ装置の差異にか＼わらず給水末端圧を一
定にするためのデータを得る手段を提供することを目的
とするものである。

本発明はｙＪｅンプとこのポンプの吐出し側に連結した
給水管と、この給水管に連結した圧力検出手段と、ポン
プに連結しこれを駆動するモータと、ポンプ回転速度を
変える手段と、ポンプ回転速度を検出する手段をそなえ
た可変速給水装置において、任意のポンプ回転速度での
給水管内圧力と、ポンプ回転速度を記憶する記憶装置を
設けたことを特徴とする給水装置の運転制御装置である
。

本発明は上記必須要件に対してあらかじめ定められた複
数の回転速度について、自動的にポンプの回転速度をあ
わせ、各回転速度毎の給水管内圧力とポンプ回転速度を
自動的に記憶する記憶装置及びポンプ制御能力を設けた
ことを特徴とする給水装置の運転制御装置なる実施態様
を有する。このあらかじめ定められているのはポンプ回
転速度でなく複数の圧力でも同等であることはいうまで
もない処である。

以下１本発明の実施例について説明する。第３図はター
−ｉｙ　ｙｉｅンプのような非圧縮型のポンプを用いた
給水設備の特性を立体座標で示す線図である。縦軸には
ポンプの回転速度（回転数）ωを規定回転図を１００と
して百分率で示し。

横軸にポン゛プ・の吐出量（流量）Ｑが表され、速度、
吐出量の座標の交点Ｍをとおり、これらの座標に直交し
てポンプ吐出圧力Ｐを示す座標が示されている。

網目状に示されている特性曲線Ｓ上の並列するω−Ｑ曲
線３群はポンプの回転速度と給水設備の配管末端の吐出
量の関係をポンプの吐出圧力を媒介変数として表わして
おり、ω−Ｑ曲線Ｊ群に交叉するＰ−ω曲線コ群はポン
プの回転速度とポンプの吐出圧力の関係を流量Ｑを媒介
変数として示している。

特性曲面Ｓを所定吐出圧力を示すＰ座標軸を横切りω−
Ｑ座概を含む平面に平行な平面で切断することにより各
吐出圧力Ｐにおけるω−Ｑ曲線、７−１（１：／、コ、
・・・・）が該ω−Ｑ座標を含む平面に平行な平面上で
特性曲面Ｓの切断線として得られる。

特性曲面Ｓを所定流量を示すＱ座標軸を横切りＰ−ω座
標を含む平面に平行な平面で切断することにより、Ｐ−
ω座標を含む平面に平行な平面上で吐出量Ｑに対応する
Ｐ−ω曲線コが特性曲面Ｓの切断線として得られる。

特性曲面Ｓを水平面で切断すると水平面がω座標を切る
部分で示されるポンプ回転速度にかげる該水平面上に特
性曲面Ｓの切断線−とじて給水設備の配管抵抗を加えた
修正Ｑ−Ｈ曲線（修正ポンプ性能曲線）が得られる。

原動機により駆動されるポンプの吐出し側に給水管を連
結し、給水管に圧力検出手段とポンプの回転速度を検出
する手段を備え、あらかじめポンプの回転速度毎の給水
管端における圧力に近づけるように見込んだ制御目標圧
力を定めておいて、ポンプ回転速度の変化にともなって
制御目標圧を変化させる制御装置を備えると、流量が一
定とするとあらかじめポンプの各回転速度における圧力
値を記憶したデータテーブルと、使用最大流量時に必要
末端圧力を出してｂるときのポンプ回転速度と、圧力値
のデータを用いて各ポンプ回転速度毎の制御目標圧力を
決定することができる。このような制御目標圧力の決定
方法はポンプしめ幼時のポンプの各回転、速度において
行うと流量計を用いないで行うことができるので好都合
である。

次にか＼るポンプしめ幼時のポンプ各回転速度に対応す
る制御目標圧力を決定する実施例を示す。

ωＸ　：回転速度 Ｐ　：圧力 ω＝ｆ　（Ｐｘ）　：　Ｌめ幼時の回転速度と圧力の関
係 ＰＡ：使用最大水量時必要圧力 ωつＡＸ”使用量大水量時必要回転速度ωＡ　：ＰＡ時
のしめ切における必要回転速度Ｐ、ニジめ幼時必要最低
圧力 ω、：ｐＢ時の必要回転速度 としたとき Δω８ωｍＡＸ−ω人 ΔＰ＝ＦＡ−ＰＩｌ であり、圧力Ｐ、Ｐ、の中間の点の制御目標圧力の基準
をＰｍとすると Ｐｎ、＝△ｐｘα＋ｐ、（Ｏ≦α≦ｌ）そして基準の制
御目標圧力Ｐｍに対応した流量を生ずる回転速度なω。

とすると ω＝Δω×β＋ｆ（Ｐｒｎ）（０≦β≦７）と＼で に＊　＝　（ＰｒＩＩＰｇ　）／　（ω。−ω、）Ｋｇ
　＝（ＰＡ−ｐｍ）／（ωＭＡニーωｍ）とに１　＊　
ｘ、をへあるポンプ回転速度ω工に対する制御目標圧力
ＳＶを ω工≦ω、　５ｖ＝ｐＢ　・・・・（１）ａ＋、（ω、
≦ａ＋−８Ｖ＝ＫＩ　Ｘ（ω、−ωｍ）＋ｐ！＋　−・
−（２）ω、〈ω工≦ωｈｉｈｘ　５Ｖ＝Ｋａ　Ｘ　（
ωニーω罰＋Ｐ工０００．（３）”ＭＡＤ＜ωｘ　５ｖ
＝ｐム　、　＠０１（４）上記（１）、（２）ｊ（３）
ｔ（４）式にしたがって決定することができる。

第７図はポンプ装置を示す７μｍシートである。周波数
を変えて回転数の制御を行うモータｉｉにより駆動され
るポンプ／、２には水源１３から吸込管／４１を通じて
水を汲み上げ該水を昇圧して吐出管ｌ！に吐出する。吐
出管ｌｊ中の圧力は圧力検出器７６にて圧力を検出され
、逆止弁ｉ’ｙ、仕切弁ｉｔを介して給水管／９にて需
要側へ送られる。

圧力検出器１６にて検出したポンプ／Ｊの吐出圧力の信
号は制御器コｌに送られるようになっている。制御器、
２／からは周波数信号が出力され１例えばサイリスタ変
換方式の周波電源を得るインバータココに入力され、イ
ンバータココは所要周波数を出力してモータｉｉに送り
モータｌｌを所要速度で運転する。インバーターλで発
生しモータｉｉへ送られる周波数は制御器−１へ送られ
るようになっている。

制御器−７はマイクロコンピュータが用いられており、
予め、ポンプ装置の締切り時のポンプ回転速度とポンプ
吐出圧力の関係、必要最大流量時のポンプの回転速度及
び上述においてのべた制御目標圧力の算出を行う命令が
記憶された記憶手段を備えている。この記憶手段は圧力
−周波数記憶器２３であって圧力検出器１６が検知した
圧力信号を制御器コｌを介して入力されると共にそのと
きインバータココから制御器２１へ送られた周波数信号
を制御器コｌから入力される。この入力される関係はポ
ンプ締切運転時のポンプノコの回転速度を周波数として
そのポンプ／Ｊの回転速度と締切り運転時のポンプ吐出
圧力である。

この圧力ー周波数記憶器コＪへのポンプ締切時のポンプ
ノコの回転速度とポンプ吐出圧力の関係は第５図に示す
ようにして入力される。

先ず仕切弁ｉｇが全閉される。系がスタートするとステ
ップｌで制御器：ｌｌにより、モータ／ｌの特性より定
まる適当な低−モータの回転速度に対応する周波数の初
期値Ｈｚｏがインバーターλに信号として送られ、イン
バータココは該周波数の電力としてモータ／／を起動す
る。

該電力としての出力周波数Ｈｚｏの信号は制御器コｌに
フィードバックされ、圧力−周波数記憶器λ３に入力さ
れ記憶される。

ステップコでは制御器λｌは周波数の初期値Ｈｚｏ　Ｋ
　／を加えた周波数を発生することをインバータココに
指令し、インバータココはモータ７１を増速回転させ、
ポンプノコの回転速度を上げる。

ステップ３ではか＼るステップコの後インバータ、２．
２から制御器コｌへ送られた周波数と該、周波数でモー
タ／／を駆動しポンプノコが締切り圧力を示す圧力検出
器１６からの信号を制御器λｌが受けて制御器！／から
圧力ー周波数記憶器コＪに送られ、圧力ー周波数記憶器
コ３に該周波数と該圧力の関係、即ちポンプ締切時のポ
ンプ／Ｊの回転速度と圧力検出器ｌ乙の示す圧力の関係
が記憶される。

ステップグではステップコで計算された周波数が！θＨ
ｚとなったか否か判断され、該周波数が５θＨｚになっ
てｂないときはステップコに戻る。

以上をくり返してステップグがｊＯＨｚとなると制御器
コｌは圧力−周波数記憶器２Ｊへの信号の移送を停止す
る。かくして圧力−周波数記憶器λＪにはポンプ１２の
締切り運転時の／Ｈｚ毎の回転速度と該回転速度と吐出
圧力の関係が記憶されている。該記憶器２３は特別なも
のではなく既にのべたような他の制御に必要なデータを
記憶させることも自在である。

第６図は第７図の動作を示すフローチャートである。

圧力検出器／６は使用流量の変化に伴って変化する。即
ち、使用流量の増減に伴ない圧力検出器１６の示す圧力
信号ｓｌの値は減増する。

圧力検出器１６の示した圧力信号Ｓ／は制御器コ／＆Ｃ
送られる。

制御器、２／ではインバータ、ｔλより送られた信号Ｓ
Ｊがルーチンｌｏｏへ送られ、既にのべたようにしてル
ーチン１０ｏでは圧力−周波数記憶器−３から取り出し
たしめ幼時ポンプ圧力ー周波数特性、最大流量時周波数
圧力（最大流量時電圧）、設定時しめ切必要圧ＰＲ，最
大流量時必要圧ＰＡ等を用いて制御目標圧力ＳＶを演算
する。そしてめられた制御目標圧力ｓｖはルーチンｉｏ
ｉで圧力信号Ｓ／と制御目標圧力８Ｖの′差及び差の変
化速度等から、ポンプ吐出圧力Ｐが制御目標圧力Ｓｖに
近ずくように周波数出方信号がめられ（ＰＩ演算）、イ
ンバータココに出力される。制御器２１はインバータコ
コを介してモータ／／を変速して圧力検出器１６の示す
圧力値の変化方向と反対方向に変化させる。

そしてか＼る制御は圧力検出器１６が示す圧力が上述で
めた制御目標圧力ｓｖになるように行われ、モータ／／
従ってポンプトの回転速度と圧力検出器１６の検出圧力
が対応して変化する。

第７図は制御器を示すブロック図である。圧力検出器１
６の信号Ｓ／、インバーターー〇周波数信号Ｓコはイン
ターフニスＪ４’を介してマイクロコンピュータに入力
され、これらの値及び圧力−周波数記憶器、２３に記憶
しである前述したＩノブ締切時の圧力−速度等のデータ
と算式を用いて中央演算処理装置２Ｓにて制御目標圧力
ＳＶになるように周波数が算出されインターフニスコグ
を介してインバータＪｊに出力されてインバータココは
制御目標圧力Ｓｖになるようにポンプ１２を運転すべく
モータｌ／の回転速度を制御する。

第７図はマイクロコンぎユータの記憶装置を用いている
がワイヤードロジック回路に記憶装置を附加してもよ込
ことは勿論である。

実例について示すと第を図の如くである。第を図では使
用最大流量時圧力＝　’Ｉ　ｋｇ／ｃｍ２　ポンプしめ
幼時必要最低圧力ＰＡ＝、２ｋｇ／ｃＩｎ２として横軸
に流量Ｑ、縦軸に圧力Ｐを示す。α＝　Ｏ，Ｓ　、β＝
／２６で計算された制御目標圧力は曲線コ３に示され、
末端圧力ｐｎ＝ｐ、がほぼ一定となっている。

実施例は圧力ー周波数記憶器コ３への圧力−周波数記憶
をポンプ締切り時のデータを自動記憶させることとした
が、必ずしもポンプ締切り時でなくともよく、ポンプ吐
出量を一定の基に圧力−周波数の関係を記憶するように
してもよ−。

上記実施例では／Ｈｚ毎の周波数変化に対応するポンプ
吐出圧力の対応データを圧力ー周波数記１意器、２３に
入力して記憶させた。

然し、このようなあらかじめ定めたポンプの回転速度は
複数個所（最小二個所）であればポンプの圧力−周波数
特性に基すて末端圧一定制御が可能である。か＼る制御
はポンプ吐出量の等しい複数の条件下に圧力−周波数を
得るのに適している。

第９図はか＼る場合の制御を示すフローチャートである
。

系がスタートするとステップｉｏで周波数の初期値Ｈｚ
ｏが制御器Ｊ／にセットされる。

ステップｉｉでは増速指令が出され周波数Ｈｚｏ　＋　
ｔが制御器−７からインバータココに送られる。かくし
てモータ／ｌはインバータ、２コの増加した周波数によ
り増速運転される。

ステップ／、１では予かじめ定められた周波数ル１にな
ったか否かが判断され、　Ｈｚｌになっていない場合は
ステップ１ｌＩｌｃ戻る。かくして周波数がＨｚｌにな
るとステップ１３ではか＼る周波数Ｈｚｌとそのときの
圧力検出器１６の信号が制御器コｌを介して圧力−周波
数記憶器、２ｊに送られ記憶される。

次にステップ／４１ではＨｚ　＋　／が制御器コｌから
発生され、ポンプは更に増速される。そしてステップｉ
ｓでは周波数Ｈｚ１よりも適度に大きい予め定められた
周波数Ｈｚ２にＨｚ＋／が達したか否かが判断され達し
ていないときにはステップ／ｐに戻る。Ｈｚ＋／がＨｚ
２になるとステップｉｔに進み１周波数Ｈｚ２とそのと
きの圧力検出器１６の示す圧力信号が制御器−７を介し
て圧力ー周波数記憶器コ３に送られ記憶される。

か＼る動作はポンプトを運動し乍ら自動的に記憶できる
。従って該記憶されている圧力−周波数の関係に基いて
末端圧一定の制御ができる。同、このような記憶する圧
力−周波数の関係は多数個所でもよ（／Ｈｓ毎になった
ものが第一実施例である。

本発明の可変速給水装動Ｓ適用できる末端圧給水圧力一
定制御の可変速給水装置の態様をのべれば次のとおりで
ある。

本発明において制御目標圧力出力部で予め定められてい
る回転速度と回転速度毎の制御目標圧力との関係が、■
ポンプしめ切運転した状態でその吐出圧力が必要圧力と
なっている時のポンプの回転速度とその吐出圧力値、及
びＱ系に対して所定の流量を必要圧力で流した状態での
ポンプの回転速度とその吐出圧力値とに基づ＾て関数又
はデーターテーブルの状態で設定されている可変速給水
装置に応用できる。ここでのではポンプしめ切運転をし
ているため必要圧力とは吐出圧力に相当することとなる
が、■では必要圧力とは系の配管による圧力損失を考慮
した配管端末における所望の圧力を意味するものであっ
てその時の吐出圧力よりも小さな圧力である。なお、後
者においてはａつ以上の流量値におけるデータを採用す
ることも可能である。

以上は実施例としてのべた処に関する。

本発明において応用可能な態様の第コは本発明を用いて
、制御目標圧力出力部で予め定められている回転速度と
その各回転速度毎の制御目標圧力との関係かのポンプし
め切運転時、■系に対して系が必要とする最大流通を必
要圧力で流している時及び■前記最大流量以外の任意の
流量（一般には最大流量よりも小さい流量が選定される
）をその必要圧力で流している時のそれぞれの状態にお
けるポンプの回転速度と吐出圧力値に基づいて関数又は
データテーブルの状態で設定されている可変速給水装置
に適用できる。

本発明におりて応用可能な第３の態様は制御目標圧力出
力部で予め定められている回転速度とその各回転速度毎
の制御目標圧力との関係がの系に対して所定の流量を必
要圧力で流している時及び＠ポンプしめ切状態でさまざ
まな回転速度で運転した時の各々の状態における回転速
度とそれに対応する吐出圧力値に基づいて関数又はデー
タテーブルの状態で設定されて−る可変速給水装置であ
る。

本発明の応用できる第ダの態様は制御目標圧力出力部で
予め定められている回転速度とその各回転速度毎の制御
目標圧力との関係が■系に対して所定の流量を必要圧力
で流して−る時及び■前記所定の流量以外の任意の一定
流量（一般には最大流量よりも小さい流量値が選ばれる
）を維持しさまざまな回転速度で運転した時におけるポ
ンプの回転速度とそれに対応する吐出圧力値に基づいて
関数又はデータテーブルの状態で設定される可変速給水
装置である。

さらに本発明の応用できる第Ａ−、Ｉ−の態様は上記の
本発明に対してサイリスタ変換方式の周波数電源を使用
した場合についての実施態様であって、インバータ制御
方式ではポンプの回転速度を検出するための格別な回転
計を設けなくても、その周波数からポンプの回転速度を
把握することができるものである。

また本発明の第７番目の応用は第１番目の発明における
回転速度制御手段に対し、その制御目標圧力出力部に設
定されているポシプの回転速度とそのポンプの回転速度
毎の制御目標圧力の関係を修正する機能をもつ再設定部
を追加したものであって、通常の使用時に予め設定した
ポンプの回転速度とそのポンプの回転速度毎の制御目標
圧力との関係をめた時の最大流量以上の流量が系に流れ
た場合その流量値を新規な最大流量として再び制御目標
圧力出力部に設定されているポンプの回転速度とそのポ
ンプの回転速度毎の制御目標圧力の関係を修正するよう
に再度記憶指令が出されて圧力ー周波数記憶器コ３によ
り適格な領域で記憶するようにしたものである。

以上のように本発明はポンプとこのポンプの吐出し側に
連結した給水管とこの給水管に連結した圧力検出手段と
ポンプに連結しこれを駆動するモータとポンプ回転速度
を変える手段とポンプ回転速度を検出する手段をそなえ
た可変速給水装置において任意のポンプ回転速度での給
水管内圧力とポンプ回転速度を記憶する記憶装置を設け
たから、可変速給水装置個有の特性を記憶装置に自動的
にデータサンプリングし記憶することにより、ばらつき
のある大量生産品、機種のちが−、現場のちがいによら
ず、高度で適切な制御のできる装置を安価につくること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は従来の制御方法を示す線図、第３図は
給水設備の特性を立体座標で示す線図、第１図は本発明
に用いられる給水設備のフローシート、第５図は本発明
の実施例のフローチャート、第を図は本発明の全体を示
すフローチャート、第７図は制御器等のブロック図、第
３図は本発明の実験例を示す線図、第２図は本発明の他
の実施例のフローチャート図である。 ０　ｌ。、ポンプ性能曲線　コ。、ｐ−ｖ曲線３・・Ｖ
−Ｑ曲線　ｌ／・・モータ　ｌコー−ポンプ　１３・・
水源　／４’・・吸込管１５・・吐出管　１６・・圧力
検出器　１７・・逆止弁　ｉｇ・・仕切弁　１９・・給
水管　！／−・制御部　、２２・・インバーター３・・
圧力−周波数記憶器　ｊ＆・・インターフニス　コＳ・
・中央演算処理装置　Ｍ・・座標の交点　ｐ、ｐｘ・・
吐出圧力　ＰＡ・・最大流量時必要圧　Ｐ、・・設定時
しめ切必要圧Ｐ　・・圧力損失　Ｐ　・・配管末端必要
圧力ｎ ΔＰｘ・・配管の損失圧力　Ｑ・・吐出量（流量）Ｑ工
・・流量　Ｓ・・特性曲面　Ｓ／・・圧力信号　Ｓコ・
・信号　ＳＶ・・制御目標圧力　Ｖ。 ■工・・回転速度　ω工・・回転速度。 特許出願人　株式会社荏原製作所 株式会社荏原電産 代理人　新井一部 第４図 第５図 第６図 第７図 佐漁 第８図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　ポンプとこのポンプの吐出し側に連結した給水管と
   、この給水管内圧力した圧力検出手段と、ポンプに連結
   しこれを駆動するモータと、ポンプ回転速度を変える手
   段と、ポンプ回転速度を検出する手段をそなえた可変速
   給水装置において、任意のポンプ回転速度での給水管内
   圧力と、ポンプ回転速度を記憶する記憶装置を設けたこ
   とを特徴とする可変速給水装置。 ユ　前記特許請求の範囲第１項において、あらかじめ定
   められた複数の回転速度について。 自動的にポンプの回転速度をあわせ、各回転速度毎の給
   水管内圧力とポンプ回転速度を自動的に記憶する記憶装
   置及びポンプ制御能力を設けたことを特徴とする可変速
   給水装置。