JPS61126398A - 給水装置の予測末端圧力一定制御装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ポンプを可変速運転して給水する給水装置に
おいて、給水管路の抵抗曲線に沿って給水末端での圧力
が一定となるようにポンプの回転数を制御すべくなした
予測末端圧力一定制御装置に関する。

〔発明の背景〕

給水装置は、エレクトロニクスが発展し、かつ電子部品
のコストパーフォーマンスの向上等によってポンプの制
御方式が多々採用されている。従来の制御方式にあって
は、種々のものが提案され、実用に供されているが、吐
出し圧力を制御するものとして吐出し圧力一定制御と、
予測末端圧力一定制御とがある。

前者は、使用水量の変動に応じてポンプの回転数を変え
ることにより、吐出し圧力を一定に保つようにするもの
で、比較的に安価でかつ制御が簡単と云うメリットがあ
るが、ポンプの変速範囲が狭く、ポンプの始動回数が多
くなるため、省電力の効果が少ない。

一方、後者は、給水末端での吐出し圧力を一定に保つも
ので、その従来例を第１図に示す。同図において、１は
受水槽、３はポンプ、２はポンプ５の吸込側と受水槽と
を連結する吸込管、６はポンプ３の吐出し側に逆止め弁
４．仕切弁５を介して連結した給水管である。７は給水
管６の途中位置に取付けかつ吐出し圧力に比例し九電党
信号を発する圧力センサ、８は給水管の途中位置（取付
けかつ吐出し流量に比例した電気信号を発する流量セン
サ、９はポンプ３を駆動する変速モートルでめるＯ 又は流量センサ８からの検出信号を読取りかつＱ” 後述する関数式Ｈａ＋ａＷ＆に代入して目標圧力に変換
する関数演算器、Ｃは変換された目標圧力Ｈ０と圧力セ
ンサ７によって検出された吐出し圧力Ｈとを比較して、
その偏差（Ｈｏ　−Ｈ）　ｔ−増幅する比較器、Ｙは比
較器Ｃの出力信号を設定され次ゲインと積分時間とによ
って速度指令信号を発する比例積分器、又は比例積分器
Ｙの出力信号に基づいてモータ９の回転を制御する速度
制御手段である。

醍 第２図は横軸に吐出し流量Ｑをかつ横軸に吐出し圧力Ｈ
をとったポンプの運転特性曲線図である。

Ａは変速モートル９が回転速度Ｎｍａｘで運転している
場合のポンプ３のＱ、　−Ｈ性能曲線を示し、以下同様
にＢ、　　ＯｌＤ、　　Ｋは夫々回転速度がＮ、。

Ｎｔｏ　　Ｎｓ、　　Ｎ４で運転している場合のポンプ
３のＱ−Ｈ性能曲線を示す。またＨａはポンプ３の実揚
程に末端での所要圧力を加えた圧力を示し、Ｆは給水管
路の抵抗曲線を示す。この抵抗曲＃Ｆは使用する管材、
直径、形状などの定数によって決まる。従って、予め抵
抗曲線Ｆを予測した場合の実際の抵抗分はａＱｎで与え
られる。なおａは着 管路系数、ｎは定数で一般的には２である。

即ち、管路抵抗は吐出し流量Ｑの増加に伴なって増加す
る。例えば、吐出し流量９０点における管路抵抗は、Ｈ
ｔ−Ｈａであり、吐出し量が０になると０である。この
ことから、目標圧力Ｈ０はＨａ　＋　ａ　Ｑｎで与えら
れる。

今、使用水量がＱｏ、変速モートル９０回転速度がＮｍ
ａｘ、ポンプ３のＱ、−Ｈ性能曲線がＡでａ点で運転し
ているとする。この状態から、使用水量がＱ、になると
、ポンプ３の吐出し圧力がｑ。

−Ｈ性卵曲＋ｌｌＡにそって上昇するので、上昇圧Ｈ１
となり、点ａ′となろ０この上昇圧帽を圧力センサ７が
検出し、吐出し流量Ｑ、を流量センサ８が検出する。そ
して、流量センサ８からの検出信号を関数演算器Ｘが読
取り、かつ上記式に代入して目標圧力Ｈｏ（＝Ｈａ＋ａ
Ｑｎ）を求め、比較器Ｃが前記目標圧力Ｈ０と圧力セン
サ７によって検出され友圧力Ｈ２との偏差Ｈ，−Ｈ１を
求め、該偏差Ｈ０−Ｈ，に基づいて比例積分器Ｙが速度
制御手段２に速度を指令することにより、変速モートル
９の回転速度がＮ、となり、かつポンプのＱ−Ｈ性能曲
線がＢとなり、運転点ａ′より６点へ移る。従って、使
用水量が変化した場合、管路抵抗が流量の変化に伴なっ
て変化するので、変速モートル９０回転速度を抵抗曲線
νに沿って制御することによム管路末端における吐出し
圧力を一定に保つことができる。これによって、吐出し
流量が少なくなるにつれて目標圧力Ｈ０も下がるので（
給水管路の抵抗は流量が少ない糧小さいから）、変速範
囲を広くすることができ、それだけ省電力の点では有利
である。

しかし乍ら、上記に示す予測末端圧力一定制御装置は、
関数演算器Ｘ、比較器Ｃ０比例積分器Ｙ等の機器が必要
な上、制御が複雑であるため、設備費が高くつぐ問題が
ある。

〔発明の目的〕

本発明は、上記事情に鑑み、マイクロコンピュータを使
用して給水末端での圧力を一定に制御することができる
と共に、設備費の低減を計ることができる給水装置の予
測末端圧力一定制御装置を提供せんとするものである。

〔発明の概要〕

前記の目的を達成せんがため、本発明は、ボンプを駆動
する変速モートルの回転数を制御する可変速駆動部と、
ポンプからの吐出し圧力を検出し得る圧力センサと、該
圧力センサの検出信号を読取りかつ前記可変速駆動部に
速度信号を送るマイクロコンピュータとを備え、該マイ
クロコンピュータは、予め予測した給水管路の抵抗曲線
に基づいて吐出し圧力差と目標圧力差との関係、吐出し
圧力差と指示速度差との関係を夫々求め、圧力センナか
らの吐出し圧力と目標圧力との偏差を吐出し圧力差とし
て設定し、該吐出し圧力差と前記予め求めておいた２つ
の関係よｐ現在の指令速度差及び現在の目標圧力差を求
め、現在の指令速度差に基づいて可変速駆動部に送るべ
き指令速度を求め、かつ現在の目標圧力差に基づいて次
回の目標圧力を逐時設定することを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施の一例を第３図乃至第７図について
説明する。

この給水装置は、第３図に示すように、変速モートル９
によってポンプ３が駆動されることにより、受水槽１内
の水が吸込管２を介してポンプ３の吸込側に吸い込まれ
、かつポンプ３の吐出し側より逆止め弁４．仕切弁５を
介して給水管６を通り、給水末端に供給される。その場
合、使用水量の変化に応じて変速モートル９の回転数が
制御されることによりポンプ３を可変運転できるように
している。

しかして、本実施例の予測末端圧力一定制御装置は、大
略すると、変速モートル９の回転数を制御する可変速駆
動部１０と、ポンプ３の吐出し側に設置さねヘボンプ３
からの吐出し圧を検出し得る圧力センサ７と、該圧力セ
ンサ７からの検出信号を読取り、かつ前記可変速駆動部
１０に速度信号を送るマイクロコンピュータ（以下、マ
イコンと略称す）　２０とからなっている。

第４図は予測末端圧力一定制御装置の回路図を示してい
る。同図において、電源３０は配線用迩瞥 断器３１．電磁開閉器３２のメーク接点３２ａ。

可変速駆動部１０をなす可変周波インバータ、サーマル
リレー３３を介して変速モートル９を駆動できるように
接続されている。

そして、前記メータ接点５２ａと配線用遮断器３２との
間には、メーク接点５２ａを切換えする為の回路４０が
接続されている。該回路４０は、後述するマイコン−弓
の出力ポートと＄１に抵抗４１を介してベースが接続さ
れ７ｊＮＰＮ）ランジスタ４２と、該トランジスタル２
のコレクタに抵抗４３を介して接続された電磁リレー７
１４と、一方に電磁リレー４４のメータ接点４４ａ、電
磁開閉器３２．サーマルリレー３５が直列く接続されへ
かつ他方にトランス４５．安定化電源４６が接続され友
リレースイッチ４７とがらなっている。前記回路ＡＱＪ
ｄ、リレースイッチ４７を閉成した状態にあるとき、マ
イコン２０からＮＰＮトランジ＋Ｌ スターオンの信号が入力されると、電磁リレー４４が励
磁されてそのメーク接点、ａ４ａが閉成されると共に、
電磁開閉器３２が励磁されてそのメーク接点３２ａが閉
成されること釦より、可変周波インバータ１０を介して
変速モートル９を駆動させる。また、マイコン２０から
ＮＰＮ）ランク＋１ スターオフの信号が入力されると、電磁リレー４４が消
磁されてそのメーク接点ｆａａが開成されると共に、電
磁開閉器３２が消磁されてそのメーク接点５２ａが開成
されることにより、可変周波インバータ１０を介して変
速モートル９の駆動を停止させる。

前記マイコン２０は、圧力センサ７にインタフェース５
１を介して接続され次入力ポート２０ａと、データの書
込み及び読出しを行うメモ１Ｊ２０ｂと、該メモリ２０
１）のプログラムに従って入カポ−）２０ａより必要な
データを取込むと共に、メモリ２０？）との間でデータ
の授受を行って処理する中央演算処理部２０ｃと、該中
央演算処理部２０Ｃによって処理されたデータを、イン
タフェース５２を介して可変周波インバータ１０に出力
する第１の出力ポート２０ｄ及びＮＰＮ　）ランジスタ
４２に出力する第２の出力ポート２０ｅとからなってい
る。なお、マイコン２０はリレースイッチ４７を閉成し
九とき、トランス４５．安定化電源４６を介して電源が
投入される。

本実施例の予測末端圧力一定制御装置の制御動作を説明
する前に、第５図及び第６図を用いて本発明の原理を述
べる。今、第５図に示すように、使用水量がＱｌ、変速
モートル９の運転迦む躇１゜ポンプ３のＱ−Ｈ性能曲線
が工で、抵抗曲線Ｆ上の交点ｏ１で運転しているものと
する。この状態にあるとき、使用水量がＱ１′に増加す
ると、吐出し圧力は４ｈＩだけ低下し、運転点は０１か
ら０１゜に変わる。

しかし、抵抗曲線Ｆに沿って圧力制御するには、運転点
が０１．にならなければならず、そのため、変速モート
ル９の回転速度をＡＮｌだけ上げ、目標圧力を今の目標
圧力よりａＨ１高くする必要がある。

ま九、使用水量がＱｌ“に減少した場合、吐出し圧力が
ｊｌｈ、高くなり、運転点が０１から０１１に変わる。

従って、抵抗曲線Ｆに沿って圧力制御するには、運転点
が０１４にこなければならず、そのため、変速モートル
９の回転速度を７１Ｎ、下げ、目標圧力をａＨ，低くす
る必要がある。

これら吐出し圧力の変化と目標圧力の変化との関係、ま
た吐出し圧力の変化と回転速度の変化との関係を夫々プ
ロットし、グラフに表わした場合、第６図（ａ）及び（
ｂ）に示す如くなる。この関係は、次式で与えられる。

４Ｎ＝−に１・４ｈ　・・・川・・・・・・・・・・・
・・・・・・・（１）ＡＨ＝−に、・４ｈ　・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２１ここで
、４ｈは吐出し圧力差であって圧力センサ７からの吐出
し圧と目標圧力との偏差、７ＬＨは指令速度差であって
前記吐出し圧力差に基づいて求める紫速モートルの現在
の回転数と変更すべき回転数との偏差、４Ｈは目標圧力
差で前記吐出し圧力と変更すべき吐出し圧力との偏差で
ある。

なお、Ｋ１＊に、は比例定数であり、給水系によって給
水管路の抵抗曲線Ｆの傾きが変動するので、その変動に
応じて適宜に変えることができる。

即ち、吐出し圧力差４ｈを測定し、該吐出し圧讐 力差４ｈをもとに上記（１）式の関係により、今運転し
ている速度より速度差４Ｎを加減し、同様に上記（２）
式の関係により測定した吐出し圧力差４ｈをもとに、今
の目標圧力に目標圧力差４Ｈを加減することにより、抵
抗曲＠Ｉ＋’上にポンプ３の所望の運転点がくるように
予測末端圧力一定制御を行うことができるようになって
いる。

従って、前記マイコン２０は、使用水量が変動し７？：
ｊｊ！合、現在の吐出し圧力Ｈと目標圧力Ｈ０とを比較
して吐出し圧力差４ｈを求め、該吐出し圧力差４ｈを上
記（１）、　（２１式に代入すること忙よシ指令速度差
４Ｎ、　　目標圧力差４Ｈを求める。そして、指令速度
差４Ｎに基づいて可変周波インバータ１０に送るべき指
示速度を求めることにより、ポンプ３の運転を希望の速
度に可変させ、かつ目標圧力差ＡＨに基づいて次回の目
標圧力を設定することができるようになっている。その
ため、マイコン２０には吐出し圧力差４Ｈを求める演算
部と、指令速度差４Ｎ及び目標圧力差４Ｈを求める演算
部と、これら指令速度差４Ｎ、　　目標圧力差４Ｈに基
づいて指示速度、目標圧力を求める演算部とを有してい
る。

次に、第７図を用いて予測末端圧力一定制御装置の動作
を詳細に説明する。この場合、マイコン２０にはツロー
チャートに従って制御できるよ５く予めプログラムされ
ているものとする。

また説明を簡単にする為、第５図に示すように、使用水
量がｑｌ、変速モートル９の運転速度が阻。

ポンプ３のＱ、−Ｈ性能曲線が工で、抵抗曲１！Ｆ上の
交点０１で運転しているものとする□第７因において、
初期設定及び現運転状態の動作は本発明の要旨とは無関
係であるため説明を省略し、ステップ１０１から述べる
。

ステップ１０１で初期目標圧力Ｈ０を設定し、ステップ
１０２で圧力センサ７によって給水圧力Ｈを検出し、ス
テップ１０３で初期目標圧力Ｈ０と給水圧力Ｈとの大小
を比較する。例えば使用水量が減少しＱｌ“になった場
合、給水圧力Ｈに０１３点まで上昇するので、初期目標
圧力Ｈ０よジ大きい圧力となる。

その結果、ステップ１０４で給水圧力Ｈから初期目標圧
力Ｈｏを減算して給水圧力差４ｈを求め、ステップ１０
５で該給水圧力差ＡｈＫ基づいて（す式より指令速度差
４Ｎを求める。そして、ステップ１０６で現在の可変モ
ートル９０回転速度（Ｎ）より前記指令速度差４Ｎを減
算して指令速度Ｎを求め、この指令速度Ｎを第４図に示
すマイコン２０の第１の出力ポート２０ｄよりインタフ
ェース５２を介して可変周波インバータ１０に出力する
。これにより、可変周波インバータ１ａが変速モートル
９０回転速度を指令速度Ｎに減速する。

しかる後、ステップ１０７で前記給水圧力差４ｈく基づ
いて（２）式より目標圧力差４Ｈを求め、ステップ１０
８においてステップ１０１で得た初期目標圧力Ｈ０から
前記目標圧力差４Ｈを減算して次の目標圧力■。を設定
する。次いで、ステップ１１ルで変速モートル９が指令
速度Ｎに達するのに必要な時間Ａｔｆｅけ待つ念後、ス
テップ１０２以降の処理を実行する。

なお、ステップ１０３で目標圧力Ｈ０と給水圧力■とを
比較した結果、等しい場合には、現在の指令速度Ｎ及び
目標圧力Ｈ０を維持させる。

一方、ステップ１０３で初期目標圧力■。と給水圧力■
とを比較した結果、使用水量の増大によって給水圧力■
が初期目標圧力Ｈ０よジ小さい場合には、ステップ１０
９〜１１３の処理を実行する０即ち、現在運転中の速度
（Ｎ）に指令速度差ａＨを加算した回転速度Ｎで変速モ
ートル９を制御し、かつ現在の目標圧力Ｈｏ忙目標圧力
差４Ｈを加算して次の目標圧力Ｒ０を更新する。

従って、使用水量の変化に応じて給水圧が変わっても、
抵抗曲線Ｐとポンプ３のＱ−Ｈ性能曲線とが一致する位
置にポンプを制御することができるので、給水末端での
圧力をほぼ一定にすることができる。ま念、マイコン２
０を使用することにより、従来のような関数演算器Ｘ、
比較器０．比例積分器Ｙ等の機器が不要になるばかりで
なく、流量センサ８も不要になるので、制御装置の構成
機器を簡素化することができる。

〔発明の効果〕

以上述べｔよ冗、本発明は、＝イ・ンを使用　　　　　
　　　　　１し、該マイコンによりポンプの吐出し圧力
を制御することができるように構成したので、給水末端
での圧力を一定にすることができると共に、制御装置の
構成機器を簡素化することができ、従って、それだけ設
備費の低減を計ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の給水装置の制御装置を示すブロック図、
第２図は給水装置の動作を説明するための運転特性図、
第３図は本発明による給水装置の予測末端圧力一定制御
装置の一実施例を示すブロック図、第４図は予測末端圧
力一定制御装置の回路図、第５図は予測末端圧力一定制
御装置におけ４　　　　　　　　　　るポンプの運転特
性を示す説明図、第６図（ａ）は吐出し圧力差と目標圧
力差との関係を示す説明図、同図（′ｂ）は吐出し圧力
差と指示速度差との関係を示す説明図、第７図は制御動
作の手順を示すフローチャートである。 １・・・貯水槽、２・・・吸込管、３・・・ポンプ、６
・・・給水管、７・・・圧力センサ、９・・・変速モー
トル、１゜・・・可変速駆動部（可変周波インバータ）
、　２０・・・マイクロコンピュータ、４ｈ・・・吐出
し圧力差、４Ｈ・・・目標圧力差、４Ｎ・・・指示速度
差、Ｆ・・・給水管路の抵抗曲線 亮　１　図 ＄　２　因 ｏ　　　０３　　θ２　　θｌ　θσ −÷θ ′＄　３　図 ＄　　４　　目 ４−ｍ−”Ｘ：。 ＄　６　図 を　７　図 ■

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 使用水量の変化に応じてポンプを可変運転する給水装置
   において、前記ポンプを駆動する変速モートルの回転数
   を制御する可変速駆動部と、ポンプの吐出側に設置され
   かつポンプからの吐出し圧力を検出し得る圧力センサと
   、該圧力センサの検出信号を読取りかつ前記可変速駆動
   部に速度信号を送るマイクロコンピュータとを備え、か
   つ該マイクロコンピュータは、予め予測し給水管路の抵
   抗曲線に基づいて吐出し圧力差と目標圧力差との関係、
   吐出し圧力差と指令速度差との関係を夫々求め、前記圧
   力センサの検出値を現在値とすると共に、該現在値と前
   回求めた目標圧力値との偏差を吐出し圧力差として設定
   し、該吐出し圧力差と前記予め求めておいた２つの関係
   より現在の指令速度差及び現在の目標圧力差を求め、現
   在の指令速度差に基づいて前記可変速駆動部に送るべき
   指令速度を求め、かつ現在の目標圧力差に基づいて次回
   の目標圧力値を逐時設定することを特徴とする給水装置
   の予測末端圧力一定制御装置。