JPS62203986A - 貯蔵目標値を変化させてポンプの回転速度を制御するポンプ自動制御システム - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、タンク内の液体等の貯蔵量の制御目標値を機
械的にまたは、タンクからの排出量等に依存させて経時
的に変化させ、タンク内の貯蔵量を前記制御目標値に追
従させるように前記液体等を移送するポンプの回転数を
自動制御する貯蔵目標値を変化させてポンプの回転数を
制御するポンプ自動制御システム。

（従来の技術） ポンプは、例えば冷却、撒布、洗浄などに使用する目的
で水を送ったり、また他の液体の貯蔵場所を変えたりす
ることなどに使用される。

一般に、その液体を使用する場所でパルプを開けば常に
適当な圧力で液体が流れ出すよう制御システムを構成す
る。

使用量の変動にポンプの動作が追従できないときおよび
ポンプの極少流量運転を避けたいときにパフファタンク
を設けることがある。

このような目的で使用されるタンクには、開放形タンク
と圧力タンクがあり、タンク内に蓄えられている液体の
澄が適当であるかどうかを知るため開放形タンクでは液
面針が、圧力タンクでは圧力計が多く用いられている。

従来のポンプ制御システムとして、オンオフ制御、回転
数制御システム等を挙げることができる。

第１０図に従来のポンプ回転数制御システムの一例を示
すブロック図である。

図に示すように、汲み上げられる水などの液体が入れら
れている下部のタンク５から、ポンプ４が液体をバイブ
ロを通して吸い上げ、パイプ７を通じて上部のタンク９
に補給する。

ポンプ４の駆動力は、交流型Ｓｔｔを入力とし他の周波
数の交流に直すインバータ２から供給される電力により
モータ３が回転し、モータ３の回転力が伝達されてポン
プ４に与えられる。

ところがインバータ２の出力は自動制御コントローラ１
２によって制御されているので、ポンプ４がタンク９に
補給する液の流量は自動制御コントローラ１２によって
制御される。

自動制御コントローラ１２は、タンク９に貯液されてい
る液体の口を検知する液面センサ１１の検知出力を、液
面設定手段１３で設定した液面の目標値と比較し、ポン
プ４によるタンク９への液体の補給量より、タンク９か
ら液体が流出する量が多ければ、液面センサ１１で検知
した値が、目標値より低くなるのでそのときは、インバ
ータ２に制御信号を送り、インバータ２がモータ３に供
給する電力を増加させる。

逆にタンク９から液体が流出する量より、ポンプ４によ
って補給する量が多ければ、液面センサ１１で検知した
値が、漸次上昇し、目標値より高（なるのでそのときは
、インバータ２に制御信号を送り、インバータ２がモー
タ３に供給する電力を減少させる。

ポンプ４から流出する流量が極めて小さいとき、または
零のときは、ポンプ内に液体を満たしたまま、ポンプが
空転に近い状態となり、液体を播き回すことによってポ
ンプ内の液温を上昇させる。

このような温度上昇は、ポンプ４自身およびその周辺装
置の寿命を損なうおそれと、液体によっては変質させら
れ使用目的に適さなくなることも予想される。

従来このような温度上昇を避けるために流量検出器８を
用いて流量が一定量以下のときは、ポンプを強制的に止
める構成が利用されている。

ポンプ４から液体を送出するパイプ７の途中に設けられ
た流量検出器８が、流量が一定値以下で極めて小さいこ
とを検知した場合は、液面設定手段１３と液面センサ１
１からの情報では、ポンプ４がまだ運転を続行する範囲
内と判断されるときでも自動制御コントローラ１２が制
御信号をインバータ２に送り、モータ３へ送る電力を止
めてポンプ４を停止させる。

（発明が解決しようとする問題点） 前述のように、ポンプによるタンクへ補給すべき液体の
流量が極めて小さい場合、ポンプの回転でポンプ内の液
体が掻き混ぜられ、ポンプおよびポンプ内の液温の上昇
を防止するために、流量検出器８が必要であった。

本発明の目的は、流量検出器を使用せず前述した問題を
解決することができるポンプ自動制御システムを提供す
ることにある。

（問題点を解決するための手段） 前記目的を達成するため、本発明による貯蔵目標値を変
化させてポンプの回転数を制御するポンプ自動制御シス
テムは、ポンプにより移送される流体を貯蔵するタンク
の貯蔵量に関する数値の目標値を設定し、前記タンクの
貯蔵量に関する数値の検出値が、前記目標値に近づくよ
うポンプの回転数を制御するポンプ自動制御システムに
おいて、前記目標値を少なくとも上昇する傾斜を含む波
形をもって繰り返し変化させ、前記検出値が前記目標値
を越えないときは、前記検出値が前記目標値に近づくよ
う前記ポンプの回転数を制御すると共に、前記検出値が
前記目標値を越えるときは、前記ポンプの回転を停止さ
せて構成されている。

前記貯蔵Ｈに関する数値は、タンク内の液面の位置を表
す数値とすることができる。

また前記貯蔵量に関する数値は、前記タンク内に蓄えら
れる流体の圧力を表す数値とすることもできる。

前記目標値の波形は、三角状波または鋸歯状波の連続し
た繰り返し波形とすることができる。

また前記目標値の波形は、単一の三角状波または単一の
鋸歯状波、または単一の三角状波の一部を切欠いた波形
と、定植で変化しない部分とを交互に繰り返す連続波形
にすることもできる。

（実施例） 以下図面等を参照して本発明をさらに詳しく説明する。

第１図は本発明による貯蔵目標値を変化させてポンプの
回転数を制御するポンプ自動制御システムの実施例を示
すブロック図である。

この実施例ではタンクは開放形とし、超音波センサなど
の液面センサ１１で検出した数値で、タンク内に蓄えら
れている液量が示される。

図に示すように、ポンプ４に汲み上げられる液体が入っ
ている下部のタンク５から、ポンプ４が液体をバイブロ
を通して吸い上げ、パイプ７の途中には、従来のような
流量センサやフロースイッチなどの流量検出器は設けら
れていない。

交流電源１を入力とし交流の周波数を変換するインバー
タ２から供給される電力によりモータ３が回転し、モー
タ３の回転力がポンプ４に伝達されるのは従来どおりで
ある。

このポンプ４を駆動し、制御するためのインバータ２の
出力を制御する自動制御コントローラ１２に与えられる
検知出力は液面センサ１１の出力のみである。

自動制御コントローラ１２に制御の目標を与えるのは液
面設定手段１３であり、液面設定手段１３は、自動制御
コントローラ１２に内蔵するコンピュータに与えるプロ
グラムのうち、ポンプ４の運転を制御して、タンク９の
内の液面を経時的に変化させようとする目標値を設定す
るためのデータを書き込むことである。そしてこのデー
タに必要な設定液面の変化量は、データキーで構成され
る設定液面変化量設定器１４から入力し、また設定液面
の変化速度は、他のデータキーで構成される設定液面変
化速度設定器１５から入力される。

次に、設定液面変化量設定器１４と設定液面変化速度設
定器１５から入力されたデータにもとづき、自動制御コ
ントローラ１２がポンプ４を制御して、液面の位置の変
化を制御する目標値として設定された曲線の一例を第２
図に示す。

本発明の設定目標値Ｈ，は、第２図に示すよう、に一定
ではなく、設定液面変化量設定器１４によって決められ
た上限目標値Ｈｐと下限目標値Ｈ８０間を変化している
。

第２図の例ではタンク９の深さの８０％の位置を液面Ｗ
Ｌの上限目標値Ｈｐとし、設定目標値Ｈ０の変化量が３
０％となるよう、第１図に示す設定液面変化量設定器１
４で設定しであるので下限目標値ＨＢは上限目標値Ｈｐ
の７０％の位置にある。

また設定目標値■Ｉｏの下降直線は時刻ｔ２０から時刻
ｔ２１までの時間ｔｄの間続き、その上昇直線は時刻ｔ
２□から時刻ｔ２２までの時間ｔｕの間続き、以後、こ
の下降、上昇が交互に繰り返されている。

このような時間ｔｄや、ｔｕは第１図の設定液面変化速
度設定器１５により設定される。

なお、第１図の液面設定手段１３において、目標値の液
面変化量および液面変化速度のすべてを、当初からプロ
グラムに組み込み、設定液面変化量設定器１４や設定液
面変化速度設定器１５などの外部設定器なしで目標値の
設定を行っても差支えない。

このようにして設定された目標値に対し、ポンプ４の動
作が制御されるが、その制御は、第１図の液面センサ１
１によって検出される液面ＷＬが、常に、前記設定目標
値Ｈ０に近づくよう、自動制御コントローラ１２が、液
面センサ出力と設定目標値Ｈ，を比較しながら適切な制
御信号をインバータ２に送り、モータ３を介してポンプ
４を駆動させている。

ただしタンク９の液面ＷＬが、設定目標値Ｈ。

に近づくためにポンプ４が運転されるのは、液面ＷＬの
位置が、設定目標値Ｈｏより低い場合か等しいときであ
る。

液面ＷＬよりも設定目標値Ｈ８が低いときはポンプ４が
限りなく減速され停止させられる。

これによって、液温の上昇を防止することができる。

以下、タンク９の流出口１０から流出する状況毎に、ポ
ンプ流■とポンプ内の液温との関係を説明する。

第３図はタンク９からの流出量が比較的多い場合を示し
、同図（ａ）はタンク液面高さ、同図（ｂ）はポンプ流
量、同図（ｃ）はポンプ液温の変化を示している。

この場合、タンク９から液体が流出するのを補うため、
ポンプ流口は多く、同図（ｂ）に示すように設定目標値
Ｈｏが時間とともに上昇する時刻Ｌ３＋〜Ｌ３２および
Ｌ３３〜ｔ３４などの間よりも、設定目標値Ｈ６が時間
とともに降下する時刻ｔ３２〜ｔ３３およびｔ３４〜ｔ
３５などの間の方がポンプ流量は少ないが、いづれの時
間帯にも相当の流量があるため、同図（Ｃ）に示すよう
にポンプ液温の上昇はほとんどみられず、はぼ一定であ
る。

なお、液面ＷＬの高さは同図（ａ）の設定目標値）１０
に追従し、設定目標値と殆ど一致する。

第４図はタンク９からの流出量が中くらいで、設定目標
値Ｈ，の下降量とほぼ等しく、それより少し多めの場合
を示し、同図（ａ）はタンク液面高さ、同図（ｂ）はポ
ンプ流量、同図（Ｃ）はポンプ液温の変化を示している
。

この場合、同図（ａ）の設定目標値Ｈｏが時刻ｔ４１〜
Ｌ’ｓおよびｔ４４〜ｔ４ｅなどのように上昇中は、同
図（ｂ）に示すようにポンプ流口は多いが、設定目標値
Ｈ，が降下中の時刻ｔ４３〜ｔ４４およびｔ４８〜ｔ４
７などはタンク流出量と、設定目標値の変化との僅かの
差の液量を補給するだけでよいので、必要な微少皇を送
出する時刻ｔ’ｓ〜ｔ４４およびｔ４１３〜ｔ４７など
では、ポンプの回転エネルギーで同図（ｃ）のようにポ
ンプ液温を上昇させるが、その直後に続く設定目標値Ｈ
，の上昇時間中に冷却され、時刻ｔ４１〜ｔ４２　＋　
　ｔ４４〜Ｌ４５のようにポンプの液温は比較的速やか
に周囲温度ＴＨｏまで低下し、次の上昇まで定値ＴＨｏ
を保つ。

そこでポンプ液温のピーク値は図に示すようにＴＨｐに
過ぎず、この値は、ポンプ液温の上昇が許容される最高
限度ＴＨＬより遥かに低いので、ポンプおよびポンプに
より送出される液体に悪影響を与える心配はまったくな
い。

例えば上水道給水用ポンプでは、第４図の場合と同等な
条件で、水温が上昇する程度は、その平均値で１〜２°
Ｃ以内に設計できる。

第５図はタンクからの流出量が中くらいで、設定目標値
Ｈ，の下降量より僅かに少ない場合を示し、同図（ａ）
はタンク液面高さ、同図（ｂ）はポンプ流量の変化を示
している。

この場合、同図（ａ）の設定目標値Ｈｏが下降している
時刻ｔ５３〜ｔ５４．ｔ５６〜ｔ５７および設定目標値
Ｈ６が上昇中の初期の時刻１５１〜ｔ５２．ｔ５４〜ｔ
５５などのように設定目標値Ｈ８よりも太い点線で表わ
した液面ＷＬの位置の方が上にあるときは、タンク９に
液体を補給する必要がないのでポンプ４の運転を停止さ
せる。

したがって、ポンプ４が運転されているのは時刻ｔ５２
〜ｔ５３．ｔ５５〜ｔ５８のように設定目標値Ｈｏの一
部であるが、その流量は、タンク９から液体が流出する
量より、設定目標値Ｉ（。が上昇する傾斜に追従するの
に必要な液量分だけ多く、液温上昇を伴う流量より遥か
に多い流量がある。

ポンプ４の運転停止期間は、もちろん液温上昇を伴わな
いので、第５図の場合、液温は上昇せず一定である。

なお第５図の場合と同様にタンク９からの流出量が中く
らいで、設定目標値！（ｏの下降量より僅かに少ない場
合に、第６図に示すように、設定目標値Ｈｏが下降して
下限目標値ＨＢに達したあと、すぐ上昇させないで太い
点線で示す液面ＷＬの位置が下限目標値ＨＢに達するま
で、例えば第６図の時刻ｔ６ｚ〜ｔｅ４のように設定目
標値Ｈｏを下限目標値ＨＢに等しい一定値とし、設定目
標値Ｈｏと液面ＷＬの位置が一致した第６図の時刻む６
４などの時点から、設定目標値Ｈ，を上昇させるように
して、三角状波形と、下限目標値ＨＢに等しい一定値と
を交互に繰り返す波形に設定目標値Ｈ，を設定すれば、
ポンプ４の運転停止時間が長くなり、同一時間内での運
転開始、停止の繰り返しも少なくなり、省エネルギーお
よびポンプ４および関係機器の寿命延長に役立てること
ができる。

このような間欠的な三角状波の設定目標値Ｈ。

は、本実施例の液面センサ１１の検知情報と、液面設定
手段１３のデータと、自動制御コントローラ１２が内蔵
するコンピュータにあらかじめ書き込まれたプログラム
により、コンピュータ自身が判断しながら経時的に設定
することができる。

第７図は、液体の使用量が極めて少ないか、使用９が零
であっても配管系統の漏液などによりタンク９からの液
体の流出量力ｑｂめて少ない場合を示し、同図（ａ）は
タンク液面高さ、同図（ｂ）はポンプ流量の変化を示し
ている。

この場合、ポンプ４が運転しているのは、時刻ｔ７２〜
ｔ７３．ｔ７５〜ｔ７ｃｌなどの、設定目標値ＨＯが上
昇して、上限目標値１（ｐに達する直前の極く短い時間
であるから、液温上昇はまったくないが、短時間の間に
ポンプ４が運転開始と停止を行うので、ポンプその他の
装置に悪影響を及ぼすおそれがある。

したがって、この場合には設定目標値Ｈ，の波形を第８
図のように間欠的な三角状波の繰り返しに設定すると、
同図の時刻ｔ８２〜ｔ８３のようにポンプ停止時間が長
くとれると同時に、ポンプ運転開始から停止までの時間
が、同図の時刻Ｌ８３〜Ｌ８４のように長くなるのでポ
ンプその他の装置への悪ｉ５９の心配はなくなる。

また第５図および第６図に示す場合のように、タンクか
らの流出量が、設定目標値Ｈｏの下降する変化にほぼ等
しいとき、しかもタンク流出量に微小変動を伴うときは
ポンプの起動停止の頻度が多くなるおそれがある。

これを避けるためには、第９図に示すようにタンク液面
ＷＬの位置が、設定目標値Ｈθを越えた時刻ｔ９１から
後、設定目標値Ｈ，が下降している間に再び設定目標値
Ｈ，に合致したとき（時刻ｔ９２）は、設定目標値Ｈθ
を液面の下限目標値ＨＢまで階段状に下げ、その次初め
て設定目標値ＩＩ。

と液面の位ＺＷＬが一致したとき（時刻ｔ９３）から設
定目標値を所定の傾斜で上昇させるよう、自動制御コン
トローラ１２が内蔵するコンピュータにあらかじめ書込
まれたプログラムにより、コンピュータが判断しながら
経時的に設定目標値の変更を行わせることができる。

以上、第３図から第９図まで、タンク９から流出する液
体の流量のいろいろな場合について説明した。

このように設定目標値Ｈ８を従来のような一定値でなく
、繰り返し変化させ、その設定目標値ＨＯと、タンク内
の液面ＷＬの位置とを比較し、液面ＷＬの位置が設定目
標値Ｈ８より低いか等しい場合のみポンプ４を運転して
液面ＷＬの位置を設定目標値Ｈ，に近づけるようポンプ
４を制御し、その他の時間帯はポンプ４を停止させてお
くよう制御しさえすれば、前述のように、ポンプ４から
流出する流量が僅かなためにポンプ内の液温を上昇させ
る機会は少なくなる。

もし第４図のように液温を上昇させることがあっても、
その量は僅かで、三角状波の繰り返し周期等を適当に設
定すれば、液温上昇の許容限界に対し、ポンプ内液温は
充分余裕ある状態にすることができる。

なお以上の説明のうち、設定目標値Ｈ，の三角状波の部
分を鋸歯状波に変えても同様の効果を得ることができる
が、この場合、設定目標値Ｈ，が上昇部分から階段状に
下限目標値ＨＢまで下がるとき、どんな場合にでもポン
プが必ず停止するので、鋸歯状波の場合三角状波に比べ
、ポンプ運転の停止、運転開始の機会が多（なる。

また以上の説明はすべて開放形タンクとし、その貯蔵口
に関する数値を、液面センサの出力としたが、圧力タン
クを用い、このタンクに取りつけた圧力センサの出力を
貯蔵量に関する数値として自動制御コントローラに与え
ても、まったく同様の効果が得られる。

この場合、圧力タンク、圧カスイソチ方式に比べて、圧
力スイッチ方式では、タンクへの流入、流出する流量が
大きいときでもポンプの断続運転が行われるが、本発明
のシステムでは成る程度以上の流量があれば常に運転が
継続される点でも優れている。

その地圧力タンクと同様に働くもの、例えばタンクの代
わりに、ポンプ４から流体使用場所へ送る移送用パイプ
の途中に設けた一定場所における圧力から、前記タンク
の貯蔵口に関する数値に相当する計測値を得て自動制御
コントローラへ与える情報とすることができる。

なおこの設定目標値の設定は、三角波発振回路などのハ
ードウェアを用いアナログ的に設定し、アナログ的に制
御することもできる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明はタンクの貯蔵量に関する
数値の目標値を周期的に変化させ、タンクの液面の位置
が、その目標値より低いか等しい場合のみポンプを運転
させ、液面が目標値に近づくよう制御することとしたの
で、流量センサやフロースイッチ等の流量検出器を使用
せず、簡単な構成でポンプおよびポンプ内の液晶の上昇
を確実に防ぐことができる。

したがって、ポンプシステムを構成する部品数が少なく
、経費を節減し、システムの信頼性を向上させることが
できる。

また貯蔵量を制御が細かく正確にできるところからタン
クの小形化も容易となるなどの効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるシステムの実施例を示すブロック
図である。 第２図は第１図の実施例でポンプを制御するためのタン
ク液面位置について、設定された目標値の一例を示すグ
ラフである。 第３図はタンクの流出■が比較的多い場合のタンク液面
高さと、ポンプ流量と、ポンプ液温の変化の一例を示す
グラフである。 第４図はタンク流出量が中くらいで設定目標値の液面下
降量より少し多い場合のタンク液面高さと、ポンプ流量
と、ポンプ液温の変化の一例を示すグラフである。 第５図はタンク流出量が中くらいで、設定目標値の液面
下降量より僅かに少ない場合のタンク液面高さと、ポン
プ流量の変化の一例を示すグラフである。 第６図は、第５図と同一条件の流出量で、設定目標値を
三角状波の間欠的な繰り返し波形としたときのタンク液
面高さと、ポンプ流量の変化の一例を示すグラフである
。 第７図はタンク流出量が極めて少ない場合のタンク液面
高さとポンプ流量の変化の一例を示すグラフである。 第８図は第７図と同じ条件のタンク流出量で、設定目標
値を三角状波の間欠的な繰り返し波形としたときのタン
ク液面高さと、ポンプ流量の変化の一例を示すグラフで
ある。 第９図はタンク流出量が、設定目標値の液面下降量にほ
ぼ等しく、しかも短周期の微少変動を伴うときの、タン
ク液面高さと、ポンプ流量の変化の一例を示すグラフで
ある。 第１０図は従来のポンプ自動制御システムの構成の−例
を示す説明図である。 １・・・・・・・・・交流電源 ２・・・・・・・・・インバータ ３・・・・・・・・・モータ ４・・・・・・・・・ポンプ ５・・・・・・・・・下部タンク ６．７・・・・・・・・・パイプ ８・・・・・・・・・流量検出器 ９・・・・・・・・・上部タンク １０・・・・・・・・・上部タンクの流出口１１・・・
・・・・・・液面センサ １２・・・・・・・・・自動制御コントローラ１３・・
・・・・・・・液面設定手段 １４・・・・・・・・・設定液面変化量設定器１５・・
・・・・・・・設定液面変化速度設定器ＨＢ・・・・・
・・・・液面の下限目標値Ｈｏ・・・・・・・・・液面
の設定目標値Ｈｐ・・・・・・・・・液面の上限目標値
ＷＬ・・・・・・・・・液面 才　　　１　　　図 オ　　　２　　　図 （Ｏｊ：Ｉ　　　　　　　　　　Ｑ −−Ｎ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　メーー
ーーーｃａ　　　　　　　　　　　　り　　　　　　　
　。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）ポンプにより移送される流体を貯蔵するタンクの
   貯蔵量に関する数値の目標値を設定し、前記タンクの貯
   蔵量に関する数値の検出値が、前記目標値に近づくよう
   ポンプの回転数を制御するポンプ自動制御システムにお
   いて、前記目標値を少なくとも上昇する傾斜を含む波形
   をもって繰り返し変化させ、前記検出値が前記目標値を
   越えないときは、前記検出値が前記目標値に近づくよう
   前記ポンプの回転数を制御すると共に、前記検出値が前
   記目標値を越えるときは、前記ポンプの回転を停止させ
   て構成したことを特徴とする貯蔵目標値を変化させてポ
   ンプの回転数を制御するポンプ自動制御システム。
2. （２）前記貯蔵量に関する数値は、タンク内の液面の位
   置を表す数値である特許請求の範囲第１項記載の貯蔵目
   標値を変化させてポンプの回転数を制御するポンプ自動
   制御システム。
3. （３）前記貯蔵量に関する数値は、前記タンク内に蓄え
   られる流体の圧力を表す数値である特許請求の範囲第１
   項記載の貯蔵目標値を変化させてポンプの回転数を制御
   するポンプ自動制御システム。
4. （４）前記目標値の波形は、三角状波または鋸歯状波の
   連続した繰り返し波形である特許請求の範囲第１項記載
   の貯蔵目標値を変化させてポンプの回転数を制御するポ
   ンプ自動制御システム。
5. （５）前記目標値の波形は、単一の三角状波または単一
   の鋸歯状波、または単一の三角状波の一部を切欠いた波
   形と、定値で変化しない部分とを交互に繰り返す連続波
   形による変化である特許請求の範囲第１項記載の貯蔵目
   標値を変化させてポンプの回転数を制御するポンプ自動
   制御システム。