JPS60216095A - 送水圧力制御装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は少なくとも可変速駆動式の送水ポンプを含む複
数台の送水ポンプにより浄水池等の水を送水管を通じて
送水するようにした送水系の送水圧ｈｔｉＩＪＩＩｌ装
置に関し、特にポンプ台数制御時における送水圧力の変
動を最小限に押える手段の改良に関する。

〔゛′発明の技術的背景およびその問題点〕一般に、こ
の種の送水圧力制御装置におけるポンプ台数１ｉｌＩＩ
Ｉｌは、送水需要の変動に伴う送水圧力の変動を吸収す
べく、送水圧力が送水圧力目標値となるようにポンプ運
転台数を増減制御するものとなっている。この場合、ポ
ンプ吐出弁の開期間中は、ポンプの回転数を１００％に
しておき、ポンプ吐出弁が全開となった後においてポン
プの回転数の制御を開始していた。しかしこのようなポ
ンプ台数制御では吐出弁が全開となるときまで送水圧力
が上昇するので、吐出弁が全開となったあとの回転数制
御を徐々に行なわないと、大きな圧力変動が生じ、送水
系に支障をきたすおそれがあった。

（発明の目的） そこで本発明は、ポンプ台数制御により新たに始動した
送水ポンプの回転数制御を、そのポンプ吐出弁が全開と
なるまでの期間中、ポンプ吐出弁の開度にあわせて行な
うことにより、送水圧力の変動を最小限に抑えることの
できる送水圧力制御装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は上記目的を達成するために次の如く構成したこ
とを特徴としている。すなわち、実際の送水圧力とあら
かじめ設定した送水圧力目標値との偏差に応じて運転中
の可変速送水ポンプの回転数を制御して送水圧力の制御
を行なう。そして上記制御が行なわれているときに、送
水需要の変動に伴う送水圧力の変動が生じたとき、上記
変動に応じて送水ポンプの運転台数を制御する。上記台
数制御により送水ポンプが追加運転された場合、前記偏
差に制御パラメータＫｐ、Ｔｉおよびラプラス演算子Ｓ
を用い、Ｋｐ　［１＋（１／Ｔｉ５）］なる比比例積分
制御界を施し、この演算結果に基いて現在運転中のポン
プの回転数を制御する。一方、前記＊ｔｉ枯果に基いた
回転数および浄水池等の水位、送水圧力等から上記運転
中の送水ポンプの吐出ｍを演算し、この演算結果である
運転中ポンプ吐出量と送水流量から前記追加運転された
ポンプの吐出流量を演算する。そしてこの演算結果であ
る追加運転さ−れたポンプの吐出流量と吐出弁の開時間
を考慮した吐出弁損失水頭と、浄水池等の水位および送
水圧力から追加運転された送水ポンプの回転数を演算し
、この演算結果に基いて追加運転された送水ポンプの回
転数を制御することによって、運転ポンプ台数制御によ
り追加運転されたポンプの吐出弁の開時間の送水圧力変
動を抑えるように構成したことを特徴としている。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例である送水圧力制御装置の構
成を示す１０７９図である。

浄水池１の水は送水管２を経て貯水池３へ送水される。

送水を行なうポンプは２台の可変速ポンプ１１８．１１
ｂと１台の定速ポンプ１１Ｇとの合計３台からなり、上
記可変速ポンプ１１８．１１ｂはそれぞれ可変速駆動モ
ータ１２ａ、１２ｂにて駆動され、定速ポンプ１１ｃは
定速駆動モータ１２Ｇによって駆動される。また各ポン
プ１１ａ、１１ｂ、１１ｃには吐出弁１３ａ、１３ｂ。

１３Ｃが設けられている。一方、前記浄水池１には水位
を検出する水位検出器２１が設けてあり、可変速駆動モ
ータ１２ａ、１２ｂには回転数検出器２２８．２２ｔ）
が設けてあり、また送水管２の入口側には送水流山検出
器２３および送水圧力検出器２４が設けられている。

水位検出器２１．送水流量検出器２３．送水圧力検出器
２４の各検出出力は入力装置３１に入力され、さらに演
暮制ｔｉｌｌ装置３２に取込まれる。この演算制御装置
３２からの指令は、出力装置３３を通じて送水ポンプ運
転台数制御ｌｌ装置３４および可変速ポンプ回転数制御
装置３５へそれぞれ運転台数制御指令８１１および回転
数制御指令８２１として伝えられる。

送水ポンプ運転台数制御装置３４は運転台数制御指令Ｓ
１１に基いて操作信号８１２を送水ポンプ１１ａ、１１
ｂ、１１ｃに与えて運転台数を制御すると共に、実際の
運転台数を運転台数信号＄１３から検出し、これを運転
台数検出信号８１．４として入り装置３１へ伝える。

可変速ポンプ回転数詞ｉ装置３５は回転数制御指令８２
１に基いて操作信号３２２を可変速駆動モータ１２８，
１２ｂに与え、可変速ポンプ１１８．１１ｂの回転数を
制御すると共に、実際の可変速ポンプ１１ａ、１１ｂの
回転数を回転数検出器２２ａ、２２ｂからの回転数信号
８２３にて検出し、これを回転数検出信号Ｓ２４として
入力装置３１へ伝える。

このように入力装置３１には水位検出器２１゜送水流量
検出器２３．送水圧力検出器２４の各検出出力が入力さ
れると共に、運転台数検出信号Ｓ１４および回転数検出
信号８２４が入力される。

演算制御装置３２は電子計ｎ機等で構成されており、あ
らかじめ内蔵されているロジックに基いて入力に対して
制御演算を施し、出力装置３３を介して運転台数制御指
令８１１および回転数ｉ、ｌＩ　ｉｉｌ指令Ｓ２１を出
力する。これらの指令８１１．Ｓ２１を受けて送水ポン
プ運転台数制ｍ＋装置３４および可変速ポンプ回転数制
御装置３５は制御対象としてのポンプ１１ａ、１ｂ、１
１ｃに操作信号を与えて制御を行なう。

ところで本実施例では、送水圧力制御のメインループも
運転台数制御ループも共に演算制ｉＩｌ装置３２によっ
て制御される。すなわち、運転台数制御ループによる制
御が実行される場合、その演算結果に基き運転または停
止の操作信号を出力して運転台数を制御するものとなっ
ており、さらにこの運転操作信号により追加運転された
可変速ポンプについては、ポンプ吐出弁１３ａ、１３ｂ
の開度が全開となる間は、追加運転された可変速ポンプ
の回転数を上記弁開度に応じて制御するものとなってい
る。したがって送水ポンプ１１ａ〜１１Ｃが追加された
場合でも、送水ポンプ１１８．１１ｂ、ｌｌｃを制御し
て送水圧力を適切に制御できる。

そこで次に、演輝制御装＠３２に内蔵されている演ｎ観
能について詳しく説明する。この演算機能は、大きく別
けて二つの演算機能からなっている。その第１は運転中
の送水ポンプの回転数制御演算機能であり、第２は追加
運転された送水ポンプの回転数制御演ａｍ能である。以
下、第２図の流れ図を参照して上記演算機能について説
明する。

［１］運転中送水ポンプの回転数制御演算５ＴＥＰ１　
：　［運転中送水ポンプの回転数制御指令の演算］ 送水圧力目標値ｈ　ｒｅｒを設定し、詩点ｔにおける送
水圧力ｈ（ｔ）と上記目ａｌ　Ｉｌｉ　ｈ　ｒｅｆと比
較し、その偏差を比例積分して、運転中の送水ポンプ回
転数制御指令ν１ｒｅｆ（ｔ）を得る。すなわちε（ｔ
）＝ｈｒｅｆ−ｈ（ｔ＞　−（１）Δｖ１ｒｅｆ　（ｔ
）＝Ｋｌ）　（６（ｔ）−ε（を−τ）＋［τ／Ｔ１］
ε（ｔ））・・・（２） ν１ｒｅｆ（ｔ）＝ ｖｌ　ｒｅｆ　（ｔ−ｒ）＋Δν１ｒｅｆ（ｔ＞・・・
（３） ここでＫｐ、Ｔｉは制御パラメータ、では制御周期であ
る。

上記（３）式で得られた回転数制御指令　ν１ｒｅｆ（
ｔ）を現在運転中の可変速ポンプ全てに対して出力する
。

５ＴＥＰ２　：　［運転台数制御により可変速送水ポン
プが追加運転されたかの判定］ 追加運転された場合は５ＴＥＰ３へ進み、追加運転され
なかった場合は５ＴＥＰ９へ進む。

［２］追加運転された可変速送水ポンプの回転数制御演
算 ５ＴＥＰ３　：　［現在運転中の可変速ポンプの吐出量
の演算］ 第１図に示した制御対象の可変速ポンプ廻りの水頭平衡
式は次の（４）式の形で表わされる。

ｈ−ｈＩ＝’ｒｐ　（Ｎｖ、Ｑｌ、ν１）−ｆｖ（ｕ）
ｑ　・・・（４） ここでｈａは浄水池水位（ｍ）、ｈは送水圧力（ｍ）　
、Ｎｖは可変速ポンプ運転台数（台）、ｑｌは現在運転
中の可変速ポンプの吐出量（ｍ３／ｓｅａ　）　、）／
１は可変速ポンプ回転数、ｆｐ（ＮＶ、　ｑｌ　、ν１
）は可変速ポンプ吐出圧（ｍ）、Ｕはポンプ吐出弁開度
、ｆｖ（ｕ）は吐出弁損失水頭抵抗、ｎはプラント固有
の定数である。

一般に複数台のポンプの場合、第１図に示すようにポン
プの吐出流量が集まったところに流量検出！２３を設け
て流ｍを計測し、個々のポンプには、流量検出器は設け
られない。したがって可変速ポンプ吐出量ｑ１を得るた
めには（４）式を用いて逆粋しなければならない。ポン
プ吐出弁１３ａ〜１３ｃの開度はポンプ運転時には全開
となっているので、（４）式の第２項は無視しうる。ま
た（４）式右辺第１項のポンプ吐出圧ｆｐ（Ｎｖ、Ｑｌ
　、νｓ　）はＮＶ、Ｑｌ　、ｌ／ｌについての近似式
で表わすことができ、結局（４）式は次の（５）式のよ
うに表わされる。

ここｒａ、ｂ、ｃはｆｐ（ＮＶ、Ｑ１１ν工）を近似式
で表わしたときのパラメータである。（５）Ｎｖ” （６）式の各プロセスｌｈ、ｈ＠　、Ｎｖ、ｖｌに各検
出器により検出した値を用いれば、可変速ポンプの吐出
流ＩＱｔがまる。

５ＴＥＰ４　：　［定速ポンプ１１ｃが運転されている
か否かの判定］ 運転されている場合は５ＴＥＰ５へ進み、運転されてい
ない場合はｑ１ｆ＝０．０として５ＴＥＰ６へ進む。

５ＴＥＰ５　：　［運転中定速ポンプの吐出量の演算］ （４）式で示した可変速ポンプ廻りの水頭平衡式を定速
ポンプ廻りどして変形すると、（７）式となる。

ｈ−ｈｏ　＝ＩＰ（Ｎｆｅｑｔｆ）−ｆｖ（ｕ）ｑ＊ｒ
”・（７）ここで、Ｎｆは定速ポンプ運転台数、ｑｌｆ
は運転中の定速ポンプ吐出量（ｍ３／ｓｅａ　）　、　
ｆ（Ｎｆ、　ｑｌｆ）は定速ポンプ吐出圧（ｍ）、他の
変数は（４）式と同じである。

前記（４）式と同様に（７）式の第２項は無視すること
ができ、ｆ　（Ｎｆ、Ｑｓ　ｆ）はＮｆ。

ｑｌ　ｆについての近似式として表わされる。

ここｒａ、ｂ、ｃはｔ　（Ｎｆ、Ｑｓ　ｆ）を近似式で
表わしたときのパラメータである。（８）に各検出器に
より検出した値を用いれ′ば定速ポンプの吐出流ｆｉＱ
ｔ　ｆがまる。

５ＴＥＰ６　：　［追加運転ポンプの吐出邑産出］追加
運転ポンプの吐出流ｆ！ｉｑ２を送水流量検出器により
検出された送水流ｍａと上記５ＴＥＰ３の演算結果であ
る運転中可変速ポンプの吐出流量Ｑｌ　と５ＴＥＰ５の
演算結果である運転中定速ポンプ吐出流ＩＱＩ　ｆから
（１０）式により演算ポンプ吐出弁の動作特性は第３図
に示すような特性となっている。この特性より吐出弁開
ｆｌｌｔｕｌを制御ｌ１周期Δを秒毎に（１１）式によ
り演算する。

ただし０．０１≦ｕ１≦０．９９である。ここでＵ！は
ポンプ吐出弁開度（ｐｖ）、Ｔはポンプ１１ｊ出弁０〜
１．０　（ｐｖ）　＋７）動作時ｆｉｌｌ（秒）、Δｔ
は制御周期（秒）である。

ポンプ吐出弁開度ｕ１のときの弁損失抵抗ＲＶを（１２
）式により演葬する。

ここでＲＶは弁損失抵抗、ｑは重力加速度（ｍ／Ｓ）、
ａは吐出弁断面積（ｍ）、ｕはポンプ吐出弁開度（ｐＶ
）、ｄ、ｅは弁開度−損失抵抗特性のパラメータである
。

５ＴＥＰ８：［追加運転された可変速送水ポンプの回転
数制御指令］ 水頭平衡式の（４）式を追加運転された可変速ポンプ廻
りで具体的に表わすと（１３）式となる。

送水圧力りを送水圧力目標＠　ｈ　ｒｅｆとなるように
追加運転された可変速ポンプの回転数目標値ν２　ｒｅ
ｆを（１４ン式により演算する。

ここでν２　ｒｅｆは追加運転された可変速ポンプの回
転数制御指令（ｐＶ）、Ｑ２は追加運転され、た可変速
ポンプの吐出量　（ｍ３／Ｓｅｃ　）　、１）ｒｅｆは
送水圧力目標値（ｍ＞　、ｈａは浄水池水位（ｍ）　、
Ｒｖは吐出弁損失抵抗、ａ、ｂ、ｃはポンプ特性パラメ
ータである。　′ ５ＴＥＰ９．［次回制御周期まで遅延］遅延を施した後
５ＴＥＰ１へ戻る。

なお本発明は上述した一実施例に限定されるものではな
く、次のように種々変形して実施可能である。

（１）前記実施例では、運転中ポンプＣ回転数制御につ
−いて比例・積分制御を採用したが、プロセスからの入
力信号、特に送水圧力信号をフィルタを通して入力装置
３１へ入力させ、プロセス信号信号中のノイズを減少さ
せることにより、ＰＩＤ　ｉｌＪ　ＩＩＩを採用するよ
うにしてもよい。これを前記実施例と併用すればその効
果を更に高めることができる。

（２）前記実施例では、同容量の可変速ポンプと定速ポ
ンプとを併用する送水系に本発明を適用したが、可変速
ポンプのみによる送水系においては第２図に示した５Ｔ
ＥＰ４．５ＴＥＰ５は必要なく、５ＴＥＰ６の（１０）
式を次に示す（１５）式に置換えることで適用可能であ
る。

ｑ２−Ｑ−ｑｌ　・・・（１５） （３）前記実施例では、容量の等しいポンプを併用する
送水系に本発明を適用したが、ペースとなる流量を大容
量の定速ポンプで送水し、変動分の流量を小、中゛容量
の可変速ポンプで送水するようにした送水系にも本発明
を適用可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、送水ポンプが台数制御により追加運転
、停止されないときは比例積分制御により送水圧力制御
が行なわれるので、送水圧力を常“に送水圧力目標値と
なるように制御することができると共に、台数制御によ
り追加運転された送水ポンプの吐出弁ｎ度が全問となる
までの一期間中、上記追加運転した送水ポンプの回転数
を上記吐出弁のｎ度に応じて行なうようにしたので、送
水圧力の変動を最小限に抑えることのできる送水圧力制
御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる送水圧力制御装置のブロック図
、第２図は本発明を実施するためのアルゴリズムを示す
流れ図、第３図は吐出弁の動作特性を示す図である。 １・・・浄−水油、２・・・送水管、３・・・貯水池、
１１ａ。 １１ｂ・・・可変速ポンプ、１１ｃ・・・定速ポンプ、
１２ａ、１２ｂ・・・可変速駆動モータ、１２ｃ・・・
定速駆動モータ、１３ａ〜１３ｃ・・・吐出弁、２１・
・・水位検出器、２２・・・回転数検出器、２３・・・
送水流量検出器、２４・・・送水圧力検出器、３１・・
・入力装置、３２・・・演算制御ｉ置、３３・・・出力
装置、３４・・・送水ポンプ運転台数制御装置、３５・
・・可変速ポンプ回転数制御装置、Ｓ１１・・・運転台
数制御指令、Ｓ１２・・・回転数制御指令、Ｓ１４・・
・運転台数検出信号、８２４・・・回転数検出信号。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも可変速駆動式の送水ポンプを含む複数台の送
   水ポンプにより浄水池等の水を送水管を通じて送水する
   ようにした送水系の送水圧力制御装置において、実際の
   送水圧力と予め設定した送水圧力目標値との偏差に応じ
   て運転中の可変速駆動式の送水ポンプの回転数を制御し
   て送水圧力の制御を行なう手段と、この手段による送水
   圧力の制御が行なわれているとき送水需要の変動に伴う
   送水圧力の変動が生じたとき上記変動に応じて送水ポン
   プの運転台数を制御する手段と、この手段により送水ポ
   ンプが追加運転されたとき前記偏差に比例積分制御演算
   を施しこの演算結果に基いて現在運転中の送水ポンプの
   回転−敗を制御する手段と、この手段により上記比例積
   分制御演算の結果に基く回転数等から現在運転中の送水
   ポンプの吐出」を演算する手段と、この手段による演算
   結果としての現在運転中の送水ポンプ吐出量と送水流ｍ
   とから前記追加運転された送水ポンプの吐出量を演算す
   る手段と、この手段による演算結果および吐出弁の同時
   間を考慮した吐出弁の損失水頭および前記追加運転され
   た送水ポンプの回転数とを演算する手段と、この手段に
   よる演算結果に基いて前記追加運転された送水ポンプの
   回転数をＩＩＪｉｌｌｌする手段とを具備することを特
   徴とする送水圧力制御装置。