JPS6394096A - ポンプの運転制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は可変周波数電源を備え、複数台のポンプを可変
周波数電源と商用電源により定速および可変速運転する
ポンプの運転制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来から例えば特公昭５０−１４３６２号、特公昭５４
−１７４４１号などにおいて、複数台のポンプを用意し
、これらを需要水量に応じて台数制御することが行なわ
れている。また、実開昭５８−５９３９２号などにおい
て可変周波数電源と商用電源により、複数台のポンプを
定速および可変速運転することも行なわれている。さら
には、特公昭５１−２６１６１号、特公昭５２−３４０
４４号などにおいて、吐出し特性の異なるポンプを組み
合わせて使用することも提供されている。

さて、需要家の各種要求に応えるため、最近では、可変
周波数電源により可変速運転を行なうポンプと、商用電
源により定速運転を行なうポンプを組み合わせポンプ設
備を構成することが行なわれている。この場合、各ポン
プの使用状態を平均化するため、各ポンプを交互に定速
運転あるいは可変速運転する必要性から両ポンプの吐出
し特性を等しく選ぶことが多い。このようなポンプ設備
の運転方式の例を第６図で簡単に説明する。

第６図は横軸にポンプ設備からの吐出し水量Ｑ、縦軸に
吐出し圧力Ｈを取ったポンプの特性曲線図であり、範囲
Ａ１は可変速運転を行なうポンプ１台の時の吐出し特性
を、範囲Ａ１はさらに定速運転を行なうポンプを１台追
加運転した場合の総合吐出し特性をそれぞれ示すもので
ある。また、図中ＨＰは吐出し目標圧力を示すものであ
る。

今、需要水量の増加に伴い、ポンプの運転点（可変速運
転）は吐出し目標圧力Ｈｐに沿って、図中０点からＡ点
に移動する。さらに需要水量が増加すると、ポンプの運
転点は吐出し特性曲線Ｎ（１００％）に沿ってＡ点から
Ｂ点へと変化し、水量Ｑを検出したところで定速ポンプ
が追加始動される。定速ポンプの始動によりポンプの総
合運転点は吐出し０禅圧力Ｈｐの線上の運転点８点に戻
り、その後の水量増加に対しては、この目標圧力Ｈｐの
線上を０点に向けて移動する。逆に、水量の減少時には
、ポンプの運転点は、０点からＡ点まで移動し、Ａ点で
水量Ｑを検出したところで定速ポンプが停止する。さら
に、水量が減少する場合は、ポンプの可変速運転が行な
われ、これの運転点がＡ点から０点に移動する。

このように、定速運転を行なうポンプの始動点Ｂ′点と
停止点Ａ点の間には、定速運転を行なうポンプのチャタ
リング防止と、水量検出器などの負荷検出器のヒステリ
シスによる影響を取り除くために、最小流ｆｉｌＱ。の
幅を必要とする。このため、需要水量の増加時に水量Ｑ
Ａから水量Ｑ０の間はポンプ制御の不感帯となり、制御
装置の応答遅れを無視しても、図中に示すようにＡ点と
Ｂ′点の水量差による圧力差Ｈ０が生じ、吐出し圧力が
変動してしまう雅点があった。

そ゛こで本発明の目的は定速運転を行なうポンプの始動
・停止時の制御上の不感帯を解消し、吐出し圧力の変動
の少ないポンプの運転制御装置を得ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、可変周波数電源を備え、複数台のポンプを可
変周波数電源と商用電源により定速および可変速運転す
るものにおいて、可変速運転を行なうポンプの最高連転
速度を定速運転を行なうポンプの運転速度より高く設定
し、変速運転を行なうポンプと定速運転を行なうポンプ
との間に、少なくとも定速運転を行なうポンプの始動・
停止に必要な不感帯に相当する水量幅の変化が得られる
性能差を設けることにより、上記目的の解決を図るもの
である。

〔作用〕

すでに説明した第６図と同様式の第５図において、需要
水量の増加時、可変周波数電源により駆動される可変速
運転を行なうポンプの運転点は図中０点からＡ点、さら
にＢ点と移動する。この時、Ａ点からＢ点への移動には
、可変速運転を行なうポンプに対し可変周波数電源より
商用電源より窩い周波数の電力が供給される。すなわち
、可変速運転を行なうポンプは定速運転を行なうポンプ
より高い運転速度で運転される。可変速運転を行なうポ
ンプの増速により吐出し水量が水量Ｑ、に達すると定速
運転を行なうポンプが追加始動され、以後は、定速運転
を行なうポンプと可変速運転を行なうポンプの並列運転
により、０襟吐出し圧力ＨＰに沿って０点まで両ポンプ
が運転制御される。

逆に、需要水量が減少した場合は、０襟吐出し圧力Ｈｐ
に沿ってポンプの運転点が０点からＡ点へと移動し、Ａ
点において、水量ＱＡが検出されると定速運転を行なう
ポンプが停止され、さらに、ポンプの運転点Ａ点から０
点へと移動する。

このように、可変速運転を行なうポンプを定速運転を行
なうポンプより増速することにより、定速運転を行なう
ポンプの追加始動を行なう時の制御上の不感帯を無くす
ことができ、これにより吐出し圧力の変動の少ないポン
プの運転制御を行なうこ°とができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一つの実施例を第１図以下の図面を参照
して詳しく説明する。第１図は実施例のポンプの運転制
御装置の構成を説明するためのブロック図、第２図〜第
４図は実施例装置の制御動作を説明するためのフローチ
ャート、第５図はポンプの運転過程を説明するためのポ
ンプの特性曲線図である。

実施例のポンプ装置は３台のポンプにより構成され、１
台は予備機、１台は可変運転を行なうポンプ、１台は定
速運転を行なうポンプとして、それぞれ適当な周期で交
互に切り換え選択されるものであり、各ポンプおよびこ
れを駆動する誘導電動機はそれぞれ同様な特性を持つも
のである。

すなわち、第１図において、１．１，１２．１３はそれ
ぞれ三相誘導電動機２１，２２．２３　（以下、単にＩ
Ｍ、、ＩＭよ、１Ｍ３という）により駆動されるポンプ
であり、それぞれ同様な吐出し特性および運転特性を持
つものである。これら各ポンプ１１１１２．１３は吸い
込み配管および逆止め弁、締め切り弁などを取り付けた
上で、共通の送水管１に連結される。

２．３は送水管１に連結した圧力検出器および水量検出
器であり、それぞれ、各ポンプ１１，１２゜１３よりの
吐出し圧力および吐出し水量を監視するためのものであ
る。４０は三相交流が得られる商用電源３０は可変周波
数電源（以下、単にインバータという）であり、インバ
ータ３０は商用電源４０より直流電力を得るためのコン
バータ、平滑コンデンサ、さらには直流電力を再び交流
電力に変換するためのスイッチング素子を備えている。

また、インバータ３０は後に詳しく説明するように、商
用電源４０より若干高い周波数まで運転可能に構成され
ている。５０は商用電源４０からの商用電力とインバー
タ３ｏからの可変周波数電力を各Ｉ　Ｍ１＋　１　メｔ
　”　Ｍｙに、それぞれ選択的に給電するためのリレー
回路であり、後で詳しく説明する制御手順により操作さ
れる。６０は制御装置の中核となる中央演算処理装置（
以下、単にＣＰＵという）、６１は後に詳しく説明する
制御手順およびその他の必要手順をあらかじめ記憶した
読み出し専用記憶装置（以下、単にＲＯＭという）、６
２は制御上の各種値を記憶する書き込み・読み出し記憶
装置（以下、単にＲＡＭという）、６３は各種アナログ
−デジタル変換器、あるいはデジタル−アナログ変換器
を含む入出力インターフェース装置（以下、単にｉ　／
　ｏという）、６５は制御電源を得るための電源装置で
ある。これらＣＰＵ６０、ＲＯＭ６１．ＲＡＭ６２．１
１０６３は相互にデータバス６４あるいはその他の制御
線を介して必要な連係動作を行なう。

まず、第５図によって動作の概要を説明すると、吐出し
水量が増加方向にある場合、範囲Ａ＋’　においては可
変運転を行なうポンプ１１が定格運転速度（１００％）
を越えて最高運転速度（１００％＋、、Ｌ）まで吐出し
圧力が吐出し目標圧力ＨＰとなるよう制御運転される。

したがってポンプ１１の運転点はＱ点→Ａ点→Ｂ点と変
化する。さらに範囲ＡＪでは定速運転を行なうポンプ１
２が運転点Ｂ点で並列運転されると共に、可変速運転を
行なうポンプ１１も定格運転速度（１００％）までの範
囲内で吐出し圧力が吐出し目標圧力ＨＰとなるように可
変速運転される。逆に、吐出し水量が減少方向にある場
合は、範囲Ａ々では可変速運転を行なうポンプ１１の運
転速度を低下してゆき、運転Ａ点に達したとき、定速運
転を行なうポンプ１２を停止し、可変速運転を行なうポ
ンプ１１は定格運転速度（１００％）で運転を引き継ぎ
、さらに運転速度を低下してゆくものである。

さて、このように構成したポンプの運転制御装置の動作
を第２図以下のフローチャートにより詳しく説明する。

以下のような制御手順は、あらかじめ制御プログラムと
してＲＯＭ６１に格納されているものである。すなわち
、第２図はプログラムのメインルーチンを示すものであ
り、ポンプの運転制御装置が図示しない始動スイッチに
より始動され、必要なイニシャライズ処理が行なわれた
後に起動される。なお、この実施例においては。

ポンプ１１を可変速運転を行なうポンプ、ポンプ１２”
を定速運転を行なうポンプ、ポンプ１３を予ｃＪ機とし
てあらかじめ選定さ九でいるものとする。

まず、ステップ２０１でＣＰＵ６０はｉ　／　ｏ　６３
を介して圧力検出器２の検出した吐出し圧力値および水
量検出器３の検出した吐出し水量を読み込み、次のステ
ップ２０２でこの検出した値をＲＡＭ６２に記憶する。

ＣＰｔ；６０は次のステップ２０３でステップ２０１で
読み込んだ吐出し水量の値が定速運転を行なうポンプ１
２の始動を行なう水量Ｑ０あるいは停止を行なう水量Ｑ
Ａに達しているかどうかの判断が行なわれ、これらの水
ｆｉｌｔＱ、、Ｑ。

に達していると判断された場合は第３図に示す運転台数
の変更処理のためのブルーチンが起動され、また、その
他の場合は第４図に示す吐出し圧カ一定制御のためのサ
ブルーチンが起動される。

すなわち、第４図に示すサブルーチンが起動しステップ
４０１が実行されるとＣＰＵ６０はステップ２０１で読
み込んだ吐出し圧力とあらかじめ定めた吐出し目標圧力
Ｈｐとの比較を行ない、吐出し圧力が目標圧力Ｈｐに達
していないと判断した場合にはステップ４０２以下の可
変速運転を行なっているポンプ１１の増速処理を行なう
。また、ステップ４０１で面圧力の値が等しいと判断さ
れた場合、ステップ４０６で現在の運転速度が確認され
、制御はメインルーチンに移る。したがって、ステップ
４０６が実行された場合はｉ　／　ｃ　６３を介してイ
ンバータ３０に与えられる周波数指令信号に変更はない
。さらに、ステップ４０１で現在の吐出し圧力が目標圧
力Ｈｐを越えていると判断された場合、ステップ４０７
においてあらかじめ定めた一定幅、あるいは両正力値の
差に応じた幅だけ、可変速運転を行なうポンプ１１の運
転速度が減速される。具体的にはｉ　／　ｏ　６３を介
してインバータ３０に与えられる周波数指令信号が引き
下げられる。また、新たなインバータ３０の周波数指令
信号に関連する値をＲＡＭ６２の適当なワークエリアに
記憶される。

ステップ４０１において現在の吐出し圧力が目標圧力Ｈ
ｐに達しておらず、可変速運転を行なっているポンプ１
１の増速が必要と判断された場合。

ステップ４０２において現在のポンプ１１の運転速度が
定速運転を行なうポンプの運転速度に達しているかどう
か、すなわちインバータ３０に対する周波数指令信号が
適用電源４０の商用周波数に達しているかどうかの判断
が行なわれ、達していない場合はステップ４０３で可変
速運転を行なうポンプ１１の増速処理が行なわれる。す
なわち、ステップ４０３ではあらかじめ定めた一定幅、
あるいは現在の吐出し圧力と目標圧力Ｈｐとの差に応じ
商用周波数までの範囲内でｉ　／　ｏ　６３を介してイ
ンバータ３０に対し周波数指令値が引き上げられる。ま
た、引き上げられた新たな周波数指令信号に関連する値
はＲＡＭ６２の適当なワークエリアに記憶される。ステ
ップ４０２でインバータ３０の運転が商用周波数に達し
ていると判断さ才【だ場合は、ステップ４０４で定速運
転を行なうポンプ１２が停止中であるかどうかが判断さ
れ、運転中であると判断された場合はすでに説明したス
テップ４０６以下の処理が行なわれる。すなわち、ここ
でステップ４０６が実行されるのは、第５図に示す範囲
Ａユの処理が続けられ、可変速運転を行なうポンプ１１
が定格運転速度（１００％）に達し、これ以上の増速は
危険であると判断されたことによる。ステップ４０４で
定速運転を行なうポンプ１２が停止中、すなわち現在、
第５図に示す範囲ＡＨ’　内で可変速運転が行なわれて
いると判断された場合、次のステップ４０５ではあらか
じめ定めた一定幅、あるいは現在の吐出し圧力と目標圧
力Ｈｐとの差に応じあらかじめ定めた最高運転速度（定
格運転速度の石数％あるいは百十数％程度）までの範囲
内でｉ　ｌ／　ｏ　６３を介してインバータ３０に対し
周波数指令値が引き上げられる。また、引き上げられた
新たな周波数指令信号に関連する値はＲＡＭ６２の適当
なワークエリアに記憶される。結果として、可変速運転
を行なうポンプ１１の運転速度は商用電源４ｏによる運
転速度よりも高められ、ポンプ１１の運転点は定速運転
を行なうポンプ１２の停止水量ＱＡと始動水量Ｑ、の範
囲内で吐出し目標圧力Ｈｐの線上を移動することになる
。なお、詳しい説明は省略したが、可変速運転を行なう
ポンプ１１の運転に先立ち、ｉ　／　。

６３を介し、てリレー回路５０を操作し、ＩＭｌをイン
バータ３０に接続することはもちろんである。

メインルーチンのステップ２０３でサブルーチン２００
が選択された場合、第３図のステップ３０１以下が実行
される。すなわち、ステップ３０１ではステップ２０１
で読み込んだ現在の吐出し流量が定速運転を行なうポン
プ１２の始動水量。Ｂに達しており、しかも吐出し水量
が増加傾向にあるかどうか判断され、このような状況に
あると判断された場合は次のステップ３０２で待機中の
定速運転を行なうポンプ１２の追加始動が行なわれる。

具体的にはｉ　／　ｏ　６３を介してリレー回路５０が
操作され、ポンプ１２を駆動するＩ　Ｍ２が商用電源４
０に接続される。ステップ３０２の実行結果すなわち定
速運転を行なうポンプ１２の運転状態はＲＡＭ６２の適
当なフラグエリアに記憶され、先に第４図で説明したス
テップ４０４などで利用される。ステップ３０１が該当
しないと判断された場合は次のステップ３０３でステッ
プ２゜１で読み込んだ現在の吐出し流量が定速運転を行
なうポンプ１２の停止水量Ｑ４に達しており、しかも吐
出し水量が減少傾向にあるかどうか判断され、このよう
な状況にあると判断された場合、さらに次のステップ３
０４が実行される。すなわち、ステップ３０４ではｉ　
／　ｏ　６３、さらにはリレー回路５０を介して定速運
転を行なっているポンプ１２を商用電源から切り離し停
止する。また、ステップ３０２と同様、このステップ３
０４の実行結果はＲＡＭ６２のフラグエリアに記憶され
、他のステップで利用される。ステップ３０３で、この
ステップにも該当しないと判断された場合は先に第４図
で説明した吐出し圧カ一定制御のためのサブルーチン４
００が実行される。なお、ステップ３０１，３０３など
において、吐出し水量が増加傾向にあるか減少傾向にあ
るかの判定は、ステップ２０２において記憶している吐
出し水量の記憶経緯、すなわち直前に実行されたステッ
プ２０２の記憶値と今回のステップ２０２の実行により
記憶された記憶値の大小関係を判別することにより行な
われる。前回の記憶値に対し今回の記憶値が大きくなっ
ている場合は吐出し水量が増加傾向、逆に小さくなって
いる場合は減少傾向にあると判断できる。

以上のような各ステップの実行により第５図の範囲Ａ、
ｌ　あるいは範囲へつに渡って、ポンプ１１の可変速運
転、およびポンプ１２の定速によるＯＮ・ＯＦＦ運転が
行なわれる。しかも、定速運転を行なうポンプ１２の追
加始動時の始動水量Ｑ、と停止水ｆｆ１ＱＡの水量差（
幅）を、可変速運転を行なうポンプの運転速度を商用電
源４０による運転速度より若干高めで運転することによ
り得ることから、従来の制御上の不感帯を設ける必要が
なくなり、始動水量Ｑ声よび停止水量ｑの範囲あるいは
ニオ（らの付近においてポンプの運転点を吐出し目標圧
力Ｈｐ上に保つことができる。すなわち、換言すると定
速運転を行なうポンプの始動・停止によってもポンプ装
置の総合吐土し圧力はあらかじめ定めた目標値に保たれ
るものである。実施例においては吐出し圧力を一定に保
ちながら水量検出器３のビステリシス幅を保障する（相
当する）流量変化の得られる速度差を得られるようイン
バータ３０による最高運転速度を設定している。具体的
に、インバータ３ｏの最高運転周波数は商用電源の周波
数より数％、あるいは十数％まで高めるだけで適切な運
転制御が行なわれる。

なお、実施例においてはＩＭ、〜Ｉ　Ｍ、あるいはポン
プ１１〜１３の動作遅れなどを考慮しなかったが、これ
らの動作遅れに対処するため、第２図〜第４図に示した
各処理ステップに適当な遅延処理（タイマー処理）を組
み込むことができる。

さらに、定速運転を行なうポンプ１２の始動水量Ｑ９１
停止水ｆｆ１ＱＡ付近の吐出し水量で運転されることが
多く、比較的頻繁にポンプ１２がＯＮ・ＯＦＦ運転され
ることが多い場合は、インバータ３０の最高運転周波数
をさらに引き上げ、始動水量Ｑ。

をさらに大水量側に選定し、ポンプ１２の始！ｌ！Ｉｌ
＋頻度を引き下げてゆくこともできる。

なお、実施例においては定速運転を行なうポンプの始動
および停止を負荷検出器として水量検出器３を設けるこ
とにより行なったが１本発明においては水量検出器３を
使用することなく、負荷検出器として圧力検出器２のみ
を使用してもポンプの運転制御装置を構成してゆくこと
ができる。すなわち、この場合は吐出し水量の増加によ
り定速運転の追加始動を行なう可変速運転を行なってい
るポンプの運転点Ｂ点を知るために、可変速運転を行な
うポンプの運転速度を監視することになる。

具体的に吐出し圧カ一定制御を行ないながら可変速運転
を行なうポンプの運転速度があらかじめ定めた最高運転
速度（定速運転を行なうポンプの運転速度より若干高め
に設定した）に達したとき待機している定速運転を行な
うポンプを追加始動するものである。逆に、定速運転を
行なうポンプの始動後に吐出し水量が減少してきた場合
は、吐出し圧カ一定制御を行ないながら可変速運転を行
なうポンプの運転速度を監視し、この運転速度があらか
じめ定めた最低運転速度（図中の運転人魚を取る運転速
度）まで減少したとき定速運転を行なっているポンプの
運転を停止する。このように、運転点Ｂ点およびＡ点に
おける可変速運転を行なうポンプの運転速度を適切に選
定し、これを監視することにより、水量検出器を使用し
なくとも圧力検出器２の利用により先に説明した実施例
と同様。

吐出し圧力を目標圧力に保った上で必要なポンプ装置の
制御運転を続けることができる。

さらに実施例においては、吐出し圧カ一定制御を行なう
ものについて詳しい説明を行なったが。

本発明は予測末端圧一定制御、あるいは末端圧一定制御
などにも応用してゆくことができる。二の場合、従来よ
り公知なように予測末端圧一定制御の場合は吐出し流量
に応じて吐出し０綜圧力の変更が必要となる。また、末
端一定制御の場合は末端の吐出し圧力を測定し、これを
目標圧力に保つようなフィードバック制御が必要となる
。

さらに、実施例はＣＰＵ６０を利用してポンプの運転制
御装置を構成した例を示したが、これはハードロジック
回路あるいはりレージ−ケンス回路などを利用して同様
の装置を構成してゆくこともできる、 なお１本発明による可変速運転を行なうポンプが定速運
転を行なうポンプより高い運転速度で運転される運転範
囲および運転時間は、全体の運転から比べれば小さなも
のであるから、本発明の実施の障害とはならない。

また、実施例においては３台のポンプによりポンプ装置
を構成したが、本発明はもちろん２台のポンプの組み合
わせでも、また、４台以上のポンプの組み合わせによっ
ても実施することが可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、可変周波数電源を備え、
複数台のポンプを可変周波数電源と商用電源により定速
および可変速運転するものにおいて、可変速運転を行な
うポンプの最高運転速度を定速運転を行なうポンプの運
転速度より高く設定したことを特徴とするポンプの運転
制御装置を提供するものであり、本発明によると制御上
の不感帯を設ける必要がなくなるから、吐出し圧力の変
動の少いポンプの制御運転を行なえるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一つの実施例を説明するためのブロッ
ク図、第２図、第３図、第４図はそれぞれ実施例装置の
動作を説明するためのフローチャート、第５図は実施例
のポンプの運転過程を説明するためのポンプの特性曲線
図、第６図は従来のポンプの運転過程を説明するための
ポンプの特性曲線図である。 ２．３・・・負荷検出器、１１，１２．１３・・・ポン
プ、２１，２２．２３・・・誘導電動機。 ３０・・・可変周波数電源、４０・・・商用電源。 バ）。 代理人弁理士　小　川　勝　男、購− 嶌　　１　　　ブ ＄　２　図 吐出しフ１ぐ量−□〇

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、可変周波数電源を備え、複数台のポンプを可変周波
   数電源と商用電源により定速および可変速運転するもの
   において、可変速運転を行なうポンプの最高運転速度を
   定速運転を行なうポンプの運転速度より高く設定したこ
   とを特徴とするポンプの運転制御装置。 ２、前記特許請求の範囲第１項において、前記定速運転
   を行なうポンプの運転速度に対し、ポンプの運転台数切
   り換えのための負荷検出器の必要とするヒステリシス幅
   に相当する流量変化の得られる速度差を有する前記最高
   運転速度を設定したことを特徴とするポンプの運転制御
   装置。 ３、前記特許請求の範囲第１項において、誘導電動機に
   より駆動される同一吐出し特性を持つ前記複数台のポン
   プを備えたことを特徴とするポンプの運転制御装置。