JPS62159789A - 給水装置の制御方法 - 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】 〔額業上の利用分野〕 本兜明は給水装置に係り、特に、負荷変動に痒い給水管
路の抵抗曲線に沿って連続的にポンプの回転数を制御し
て、給水末端での出力を予（１１１ｊＬ一定に保って給
水を行うのに好４なポンプ装置の制御方式に関する。

〔従来技術〕

ポンプの給水方式には神々あるが、エレクトロニクスの
発展に洋なって、ポンプを、駆動するモータの速度制御
技術が尚１す、又、価格的にも安くなって米たため、給
水装置にポンプの速度制御力式かさかんに抹用芒れてい
る。この速度制御方式は用途や目的によって棟々の方式
がある。比較的に安価で制御が簡単という点でポンプの
吐出し圧カ一定制御か多く用いられている。これは使用
水量の変動に応じて、ポンプの回転数を変えながらポン
プの吐出し側の圧力を一定に保って給水を行ってゆくも
ので、ポンプの実揚程に対して官路批“　　抗が小さい
場合を除き、変速範囲が狭くなる場合、省エネルギーの
点で不十分である。より省エネルギー図る方式として給
水末端での圧力を一定に保つ不端圧カ一定制御方式があ
る。この方式を第９〜第１０図を使用して説明する。第
９図は末端圧カ一定制御のシステム系統を示すブロック
図でるり、１は受水槽、２は吸込管、ＰはモーターＭに
よって駆動されるポンプ、４は逆止め弁、５は仕切弁、
６は給水管、７は給水圧力に比例した電気信号を発する
圧力センサー、８は同じく給水流電に比例した電気信号
を党する流量センサーでるる。

又、Ｘは流量センサー８から発せられた信号を与えられ
た後で述べる関数Ｈ８＝　ａＱｎ＋　ｂ（の関係により
目標圧力に変換する関数頂鼻器、Ｃは変換された目標圧
力Ｈ０と圧力センサー７にて検出された給水圧力Ｈとを
比較し、その偏差Ｈ０−Ｈを増幅する比較器、Ｙは比較
器Ｃになどで構成されこれによって兄ぜられた信号を設
定されたゲインと積分時間とにより速度指令信号を発す
る比例積分器である。さらに、２は比例積分器Ｙの発し
た速度指令信号により、モーターＭを回転制御する速度
制御手段である。第１０図は末端圧カ一定制御を行った
場合のポンプの運転点の変化を示すポンプ運転特性図で
あり、縦軸に圧力（全揚程）Ｈ１横軸に水量Ｑを取って
示す。曲＃ｉ！Ａはポンプの運転速度が最高速度（Ｎ正
Ｘ）の時のＱ−Ｈ性ηヒを、同様にＢ、　　Ｃ，Ｄ、　
　Ｋ、　　Ｇはそれぞれ、ポンプの運転速度がＮＩｔ　
　Ｎ２１　　ＮＳＴ　　Ｎ４ｊ　　””の時のＱ−Ｈ性
能を示す。又、ｂはポンプの実揚程Ｈａに床端での所要
圧力ＨＰを加えた圧力を示し、曲線Ｆは王に給水管路の
抵抗曲線を示す。この抵抗面ｍＦは使用する管材、＠径
、形状などの定数によって決１つ、抵抗分はａＱｎで与
えられる。

ここで　ａ：１１路係数 ｎ：定数である。（一般的にはｎ＝２）即ち、管路抵抗
は給水量の増加に伴って、増加する。たとえば、給水量
Ｑイ点に於ける雪路抵抗はＨｔ−Ｈａであり、給水ｔｏ
では抵抗は０である。従って、目標圧力Ｈ６はＨａ　＋
　ａ　Ｑｎで与えられる。今、便用水蓄がＱイからＱホ
に変動すると、この管路抵抗曲線Ｆ上にそって、イ〜ホ
のｊｌｊｌに圧力制御を行いポンプの運転速度をＮ　Ｉ
ＩＲＸ−Ｎ　３〜Ｎ４へ制御すれは、管路床端に於いて
給水圧力を一定に保つことができる。この末端圧カ一定
制御方式によると吐出し圧カー′ｊＥ制御方式よりも、
運転速度を下けることかでさ、速度制御の範囲が広くと
れるため省エネルギーの点で大きなメリットとなる。

しかし、以上の末端圧カ一定制御方式では次のような問
題点がある。

１、目標圧力を求めるのに流量センサーが必要であり、
この流量センサーは信頼性が不十分で、極めて昼価であ
る。

２、制御か複雑でシステム全体か大かかりとなり、価格
的に高価となっていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的はマイクロコンピュータを使用して、流量
センサーを用いることなく、圧力センサーの信号により
負荷変動に伴い、予じめ定めた給水管路の抵抗曲線にそ
って、ポンプの予測宋端圧カ一定制御を行い、制御系統
を簡単で安価とし、高機能でより信頼性が高く、省エネ
ルギーとなる給水装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段９作用〕本発明の特徴は
マイコンを使用し給水管の抵抗曲線を予じめ予測し、こ
の抵抗曲線と各運転速度の時のＱ、−Ｈ性能曲線との叉
点によって定する目標圧力と、この時の運転速度と、の
関係を求めておき、一つ前の目標圧力に達するまで速度
制御を行い、この時の運転速度を記憶し、この速度から
前記の関係より新しい目標圧力を求め、今度はこの新し
い目標圧力に達する１て速度制御を行い、これを繰返し
実行し、所望する、給水管路の抵抗曲吻上のｌ：目標圧
力に収束するようにしたことにろる。したかって比較的
簡単で汎用性のめる末端圧カ一定制御ができる。

〔実施例〕

以下、本発明の第一の実施例′Ｉｋ第１〜第５図により
説明する。ＷＪｚ図は実施例の給水装置の概略構成図全
示し、第９図に対し、流量センサー８゜関数演算器Ｘ、
比例積分器Ｙを省略したものである。

第３図は第１０図で示す運転特性図をもとに、横軸にポ
ンプの運転速度Ｎを取り、縦軸に管路の抵抗油側上の目
標圧力■。を取って運転速１１Ｎと目標圧力Ｈ０との関
係を示したものである。たとえは同図に於いて第１０図
の水ｉ１Ｑイのイ点に於けるポンプの運転速度はＮｒｍ
ｘ、　　目標圧力Ｈｔ。

圏じ〈水量Ｑの０点に於けるポンプの運転速度はＨｉｍ
、　　目標圧力はｂでありこれらをプロットして曲線へ
ｔｈる。この時の目標圧力Ｒ０とポンプの運転速度Ｎと
の関係は０式で与えることができる。

Ｈ６＝　ｆ　（Ｎ）＝　ａ　’　　・Ｎｍ＋１）・・・
・・・・・・・・・・・・■ここで　ａ′　二定数 ｍ：係数である。

第４図はマイクロコンピュータを使用した実施例の制御
回路を示し、ｐｗは電源、ＭＣＢはしゃ断器、ＩＮＶは
可変周波インバータ装置（本実施例ではインバータを使
用したがモーターの速度制御としては他の方式でも良い
。）Ｍｃａはｔ磁開閉器ＭＯの接点、ｔｈはサーマルリ
レー、Ｍはモーター、μｃｏｎはマイクロコンピュータ
で６’）、中央演算処理装置ＯＰＵ、　メモＩＪＭ、電
源端子Ｅ。

入出力ボートＰ、Ａ−Ａ、Ｐ、Ａ−Ｂ、Ｐ、Ａ−Ｃなど
から成る。四マイクロコンピュータは周辺装置として、
インターフェースＦ＋＋　　Ｆｔｔ　　Ｃｔ持つ。即ち
、圧力センサー７の検出しｆｃ伯号はインターフェース
Ｆ、を介して入出力ボートＰ、　Ａ−Ａより胱込む。又
、ポンプの運転速度指令信号は入出力ボートＰ、Ａ−Ｂ
より１ンター７エースＦ、を介して、前記した可変絢波
インバータ装置ＩＮＶへ送り、所望の運転速度を指令す
る。さらに、ポンプの運転指令するｆｉ５−Ｑｆ入入出
力ホートヨＡ−ＣｊよりインターフェースＣへ出力する
。たとえば、トランジスタＴｒのベースは抵抗Ｒ０を介
して信号線によって、入出力ボートＰＩＡ−Ｃのあるビ
ットと接続しであるものとし、スイッチＳＳが閉じてい
るものとすると、このビットに１の信号を出力すると、
前記トランジスタＴｒが導通し、リレーＸが付勢し、電
磁開閉器ＭＯが付勢して、前記インバータエＮＶを介し
てモーターＭが駆動スる。尚、マイクロコンピュータμ
Ｃｏｎの′電源端子ＥにはトランスＴを介して、安定化
電源ユニッ）Ｚから供給されるものである。

第５図は本実施例の予測末端圧カ一定制御方式を説明す
るためのホンダの運転特性図であり、第１０図と同一符
号で示す記号は同様の意味を持つ。

ここで曲＃Ｇはポンプの運転速度か最低速度Ｎｗｔｍの
時のＱ、　−Ｈ，性能を示す。又、抵抗曲線Ｆは使用す
る給水管の材質、形状９寸法などから予じめ予測してお
くものでるる。即ち、この抵抗曲線ＦＩＣ基き前述の０
式の関係を求め予じめマイコンに記憶させておくもので
ある。

＠１図は不実施例の末端圧カ一定制御の概念を示すフロ
ーチャートである。即ち、ｌステップで前述した０式の
関係と初期目標圧力Ｈ０としてｂを、初期時の速度とし
てたとえばＮ１１ｍ１（ある定めた任意の速度でも良い
。）を設定し、２ステツプでポンプの始動圧力知達して
いることを確認してポンプを始動させる。この時Ｈ０＝
ｂ、　　Ｎ＝’ｌＪｍである。３ステツプで給水管の給
水圧力Ｈを御１定し、４ステツプで一つ前の目標圧力と
測定した給水圧力を比較し、この結果、給水圧力Ｈが目
標圧力Ｈ０よりも大きい場合には８ステツプ以降の処理
を実行する。この８ステツプで、今運転している運転速
度Ｎより変速幅Δｎだけ減じ、減速制御を行い、９ステ
ツプで指令速度に達するのに必要な時間△ｔだけ待ち、
再び３ステツプへもどりこれ以降の処理を実行して給水
圧力Ｈが一つ前のｈ標圧力Ｈ０に達する萱でこの処理を
繰り返えす。

４ステツプでの判定結果給水圧力Ｈが一つ前の目標圧力
Ｈ６より小さい場合には５ステツプに進み、８ステツプ
の処理とは逆にここでは今運転している速度Ｎより変速
幅△ｎだけ加算して増速ｌ１１（１１４１を行い、給水
圧力Ｈが一つ前の目標圧力Ｈ０に達するまで前述と同様
の処理を実行する。

尚、変速幅Δｎはたとえば１ｔ）ｉｔとする。

又、４ステツプでの判定した結果、給水圧力Ｈと一つ前
の目標圧力Ｈ０とが等しい場合には６ステツプへ進み、
ここで今、運転している速度Ｎを読み出し、７ステツプ
で■式にてこの速度での目標圧力Ｈ８を計算して求め、
この圧力を新しい目標圧力として前述と同様の制御を行
う。このように一つ前の目標圧力に達するまで速度制御
を行い、達したらその速度で目標圧力の更新を行い、今
度はこの目標に達するまで繰返し速度制御を行う。

これにより所望の目標圧力にしだいに近すき、最終的に
は目標圧力に収束する。それでは以上の動作を第５図に
より具体的に説明する。

便宜上、使用水量がＱａｏ、運転速度がＮ−，０弾圧力
がＨ−でＱ−Ｈ性能Ｊの０ψ点で運転しているものとす
る。この状態で使用水量がＱｏ＋　　に増加すると運転
点はＱ。、となる。ここで給水圧力か一つ前の目標圧力
Ｈ−に達するように変速幅Δｎだけ増速制御を行って、
運転速度はＮ。、→Ｎｏ、→Ｎ０３＋運転点は００１→
ｏａｔ→００８→０゜４と変化し、一つ前の目標圧力Ｈ
−に達する。この時、マイコンが記憶している運転速度
ｌＮｏ５　　を読み出し、前述した■式より、抵抗曲線
Ｆ上のＯ６゜点の目標圧力Ｈ６１を求め、これを新しい
目標圧力に更新する。この結果、今の給水圧力はＨψで
あり、新しい目標圧力Ｈ８１に達するまで前述と同様に
変速幅Δｎだけ増速しでゆく。これに伴って運転速度は
Ｎ。、→ＮＯ４→ＮＯ５→Ｎｆ１６＋運転点は０゜４→
０６５→００６→０゜、→○。８と変化し、新しい目標
圧力Ｈ６１に達する。同様にこの時、運転速度Ｎ０１１
　　を読み出し、■式から次の新しい目標圧力として抵
抗曲線Ｆ上０゜。点のＨ８，を求め、これに更新する。

以上のような動作を繰り返すと水ｔ　Ｑ　ｏ　ｒ　　の
時所望な目標圧力Ｈ８４に収束する。

なお、使用水量が減少した場合、前述と逆の動作をする
ことは明らかである。

第２の実施例を第６図〜第８図により説明する。

第６図は第１０図の抵抗曲線Ｆをパラメータとして運転
特性図をもとに圧力変化と速度変化の関係を横軸に圧力
変化ΔＨを取り、縦軸に速度変化ΔＮを取って示したも
ので、曲線りとなる。この関係は次の■式により与える
ことができる。

ΔＮ＝−にφΔＨ・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・■ここで　Ｋは定数である
。

この（り式の関係もマイコンに記憶しておく。

第７図はこの時のポンプの運転動作を示す特性図であり
、第５図と同一符号で示したものは第５図と同じ前床を
持つものである。又、第８図は本実施例の制御の手順を
示すフローチャートである。

本実施例では第１の実施例に対し、速度制御を行う際に
圧力変化△Ｈに対する速度変化ΔＮの関係、即ち前述の
（り式により速度指令を行うようにしたものである。従
って、第８図は第１図の５ステツプが２４．２５ステツ
プに、８ステツプが２８゜２９ステツプＫｔｉ［換され
、他はｌｌ１ｌ］様であり、基本動作は第１の実施例と
ｆ＝Ｊ　＆でめるので説明を省く。

具体的動作を第７図により説明する。当初の状態は第１
の実施？１」で説明した状態と同じ状態にめるものとす
る。同図に於いて使用水量がＱ”からＱ。１に増加する
と運転点は○。１　となり、一つ前の目標圧力Ｈ−に対
しΔＨ８の圧力変化が生じ、と九に対応した速度変化は
ΔＮ１であり、今の運転速ｉＮ−にΔＮ１だけ加え、Ｎ
ＯＩ　　の速度を指令する。この結果、運転点は０゜１
　よりＯＯＳ　　へ変化し目標圧力はＨ−に達する。そ
して、この時の運転速度ＮＯ＋　　より■式を用いて抵
抗曲線Ｆ上の０゜４点の新しい目標圧力としてＨ８，を
求め、この値に更新する。この結果、ΔＨ３の圧力変化
が生じ、これをもとに■式から速度変化ΔＮ３を求め、
今運転している速度にこの速度変化ΔＮ３を加えて増速
指令を行う。この結果、運転点はＯ８，より００１１　
　へ移る。このようにして水ｔＱ、。１　の抵抗曲線Ｆ
上の交点Ｏ８７で所望な目標圧力Ｈ８に収束する。この
ように一つ前の目標圧力に達するまで速度制御を行い、
この後、この時の運転速度を“読み出して新しい目標圧
力をＺめ、給水管路の抵抗Ｂ１１１Ｉ線上の所望な目標
圧力に収束する１で逐次、この副側動作を慄り返すもの
である。

以上のように本実施例によれけ予じめ定めた給水管路の
抵抗曲線に沿って、ポンプの吐出し側の圧力を制御する
ので、給水宋端での圧力をほぼ一定にできる効果かある
。また、ポンプの変速範囲が大きくとれるため、ポンプ
の消費動力は回転数の３乗に比例することから、省エネ
ルギーに対し大きな効果がある。

〔発明の効果コ 本発明によれば流量センサーや関数演算器などの複雑な
制御回路を設けることなく、マイクロコンピュータによ
り、予りめ定めた給水管路の抵抗曲線にそって目標圧力
を与えるとともに、一つ前の目標圧力に達するよう速度
制御を行い、この時の運転速度で目標圧力を更新し、こ
の動作を逐次繰り返してポンプの吐出し圧力をほぼ一定
にできるばかりでなく、制御装置を単純で簡単に構成で
きるため信頼性が同上し、末端圧カー足制御を行う従来
の給水装置と比較り著しく価格低減を行うことができる
効果かめる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の制御方式を示すフローチャー
ト、第２図は本発明の実施例を示す給水装置の概略構成
図、第３図は圧力と速度との関係を説明する図、第４図
は本発明の実施例の制御回路を説明するブロック図、第
５図は本発明の実施例を説明するポンプの連ｆ、特性図
、第６図〜第８図は本発明の他の実施例を説明するもの
で、第６図は圧力変化−速度変化関係図、第７図はポン
プの運転特性図、第８図は制御方式を示すフローチャー
ト、第９図は従来の給水装置の概略構成図、第１０図は
第９図の制御方式を説明するポンプの運転特性図である
。 ｌ・・・受水槽、２・・・吸込管、Ｐ・・・ポンプ、４
・・・逆止め弁、訃・・仕切弁、６・・・給水管、７・
・・圧力センサー、ＭＣＢ・・・しゃ断器、ＭＯ・・・
１ｔｉ開閉器、工ＮＶ・・“インバータ、μＣＯｎ・・
・マイコン、Ｆｌ。 Ｆ、・・・インターフェース、Ｔｒ・・・トランジスタ
、Ｘ・・・リレー、Ｔ・・・トランス、２・・・安定化
電源ユニ＄１　図 第　２Ｚ 第　３　７ 〜１″”／２′Ｊ′７妬Ｘ、・、）。 ←よ 第　６　図 第　７　Ｚ ：Ｌ、、亮、　　　　　　　　　　　　ダ→＄　８　目

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ポンプと、このポンプを駆動する可変速駆動手段と
   、これらを制御する制御装置と、ポンプに連結した給水
   管路と、この管路に備えた圧力センサーとによつて構成
   され、使用水量に応じてポンプの運転速度を変えて給水
   を行つてゆくものに於いて、予じめ定めた前記給水管路
   の抵抗曲線と任意の運転速度におけるポンプのＱ−Ｈ性
   能曲線と、これらの交点で定する目標圧力を、運転速度
   だけの関係で求まるようにし、それぞれの運転速度とこ
   れから求めたそれぞれの目標圧力を記憶するとともに、
   初めに、ある基準とした運転速度と目標圧力を指令した
   後、一つ前の目標圧力と、測定した給水管内圧力とを比
   較した結果、両者が等しい場合には、速度指令信号と目
   標圧力をそのままにし、測定した給水管内圧力が一つ前
   の目標圧力より低い場合には、この目標圧力に達するま
   で増速制御を行い、この目標圧力に達したらこの時の運
   転速度を読み出して、この運転速度から新しい目標圧力
   を求め、今度は給水圧力がこの新しい目標圧力に達する
   まで増速制御を行い、予じめ定めた給水管路の抵抗曲線
   上の所望な目標圧力に収束するまでこの制御を繰り返す
   ようにしたことを特徴とする給水装置の制御方式。