KR100941143B1 - 부스터 펌프 시스템의 가감속 운전 제어방법 - Google Patents

부스터 펌프 시스템의 가감속 운전 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부스터 펌프 시스템의 가감속 운전 제어방법에 관한 것이다.
본 발명은 오차제어의 지령값에 의한 예상 토출압력과 실제 토출압력의 변화율을 산출하고, 산출된 토출압력의 변화율을 기준으로 오차제어주기를 가감속 제어함으로써, 속도응답에 의한 헌팅현상과 맥동현상을 최소화하여 운전 효율을 향상할 수 있다.
부스터펌프, 가감속운전

Description

부스터 펌프 시스템의 가감속 운전 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING ACCELERATION/DECELERATION OPERATION OF BOOSTER PUMP SYSTEM}
본 발명은 부스터 펌프 시스템의 가감속 운전 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 부스터 펌프 시스템은 건물의 지하에 시설된 물탱크에 설치하여 상향식 가압으로 각 급수관에 물을 공급하는 급수 시스템이다.
종래의 부스터 펌프 시스템은 단순 설정압력에 대해 토출압력의 오차를 이미 설정된 제어이득과 제어주기에 따라 펌프의 회전수를 제어하는 오차제어(PI제어, PID제어 등)로, 펌프 및 모터 등의 기계적인 특성이나, 물 및 배관 등의 물리적인 특성을 전혀 고려하지 않는 제어이다.
즉 펌프의 실제 토출압력 변화는 펌프 회전수의 변화에 따라 즉시 회전수에 변화에 해당하는 토출압력으로 변하는 것이 아니라, 펌프의 관성 및 배관의 상태 등의 여러 가지 요인으로 인해 토출압력이 펌프 제어에 즉각 반응하지 않는 문제가 발생한다.
가령, 예를 들어 설정운전압력이 5.5kgf/cm2이고, 현재 회전수 출력값이 55Hz 이며, 토출압력이 5.0kgf/cm2 일 때, 제어부는 회전수를 상승시켜 토출압력이 설정운전압력에 도달할 수 있도록 해야 하기 때문에 오차제어를 통해 회전수를 57.7Hz로 하면 충분히 토출압력이 설정운전압력에 도달할 수 있으나, 실제의 토출압력은 다음 제어시기까지 5.1kgf/cm2 까지만 상승하게 되며 일정시간이 경과한 후에 실제 회전수에 상당하는 토출압력을 나타내게 된다.
그 이유는 물의 관성과 배관상태, 펌프의 운전속도 등에 영향을 받기 때문에 지령값 출력, 그리고 펌프 운전 즉시, 원하는 토출압력의 상승을 기대할 수 없고, 단순히 설정운전압력에 대한 토출압력의 오차만을 이용하여 오차제어를 하기 때문이다.
이와 같이 종래의 부스터 펌프 시스템은 단순히 설정운전압력에 대한 토출압력의 오차만을 이용하여 제어하게 되므로, 토출압력 변화에 대한 응답과 반응 속도제어가 적절히 이루어지지 않아 토출압력의 변화에 대해 심한 헌팅현상과 맥동현상으로 펌프 및 배관계통에 고장을 발생하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 펌프의 토출압력 변화에 따라 오차제어주기를 가감속 제어함으로써, 헌팅현상과 맥동현상을 방지하는 데 있다.
상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명은 오차제어계수, 오차제어주기를 설정한 상태에서, 가감속 제어 기능이 활성화되어 있는가를 판단하는 단계;
상기 가감속 제어기능이 활성화되어 있지 않으면, 설정운전압력과 실제토출 압력과의 오차를 산출, 산출된 오차로 오차 제어하여 지령값을 산출하며, 산출된 지령값을 펌프에 출력하여 출력된 지령값으로 펌프의 회전수를 제어하는 단계;
상기 가감속 제어기능이 활성화되어 있으면, 오차제어주기를 카운트하는 단계;
상기 오차제어에 의해 출력된 지령값에 대한 예상토출압력과 지령값 출력후 토출압력과의 변화율을 산출하고 산출된 변화율의 평균값을 산출하는 단계;
상기 지령값 출력 전의 실제토출압력과 지령값 출력후 토출압력과의 변화율을 산출하고 산출된 변화율의 평균값을 산출하는 단계;
상기 산출된 예상토출압력의 평균값과 실제토출압력의 평균값과의 오차제어주기를 산출하는 단계;
상기 카운트된 오차제어주기가 산출된 오차제어주기보다 크거나 같은가를 판단하는 단계; 및
상기 카운트된 오차제어주기가 산출된 오차제어주기보다 크거나 같으면 상기 설정운전압력과 실제토출압력과의 오차를 산출, 산출된 오차로 오차 제어하여 지령값을 산출하며, 산출된 지령값을 펌프에 출력하여 출력된 지령값으로 펌프의 회전수를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 오차제어의 지령값에 의한 예상 토출압력과 실제 토출압력의 변화율을 산출하고, 산출된 토출압력의 변화율을 기준으로 오차제어주기를 가감속 제어함으로써, 속도응답에 의한 헌팅현상과 맥동현상을 최소화하여 운전 효율 을 향상할 수 있다.
이하 첨부되는 도면에 의거 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 부스터 펌프 시스템의 블록도이다.
본 발명은 펌프(10), 제어장치(20)로 구성된다.
상기 펌프(10)는 제어부에 의해 가변속 펌프와 정속 펌프선택되어 운전되도록 병렬로 구성되어 설치된다.
펌프(10)는 저수조로부터 물을 흡입하는 흡입구(11), 흡입구(11)에서 흡입되는 물을 펌핑하여 공급관으로 토출하는 토출구(12)가 설치된다.
펌프(10)의 토출구(12)에는 공급관으로 토출되는 토출압력을 감지하는 압력센서(13)가 구성된다.
상기 제어장치(20)는 펌프(10)의 전반적인 운전과 기동 및 정지를 제어하는 제어부(21), 제어부(21)의 제어신호에 따라 펌프(10)의 운전주파수를 발생하는 인버터(22), 인버터(22)에서 발생된 운전주파수를 제어부(21)의 제어신호에 따라 펌프(10)에 공급되고 제어부(21)에 의해 펌프의 기동과 정지를 제어하기 위한 스위치(23)로 구성된다.
상기 제어부(21)는 마이크로프로세서, 마이크로프로세서의 동작을 제어하는 프로그램 및 제어된 데이터를 저장하는 메모리로 구성된다.
상기 제어부(21)는 오차제어계수 및 오차제어주기를 설정한 상태에서 가감속제어기능이 활성화되어 있는가를 판단하여 가감속 제어기능이 활성되어 있지 않으 면 오차제어를 수행하고, 상기 가감속 제어기능이 활성되어 있으면, 오차제어주기를 카운트한 후 예상토출압력과 실제토출압력에 대해 지령값 출력후 토출압력과의 변화율 평균값을 산출하며, 상기 산출된 예상토출압력과 실제토출압력의 평균값을 통해 오차제어주기를 산출하여, 상기 카운트된 오차제어주기가 산출된 오차제어주기 이상이면 오차제어를 수행하면서 펌프의 회전수를 제어하도록 구성된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부스터 펌프 시스템의 가감속 운전제어 플로우챠트이다.
부스터 펌프 시스템의 제어장치(20)에 설정운전압력을 입력한 상태에서 사용자는 제어장치(20)의 제어부(21)에 오차제어계수 및 오차제어주기를 설정하여 펌프(10)를 운전하게 된다(단계201).
이어서 제어장치(20)의 제어부(21)에서는 사용자로부터 가감속 제어기능이 활성화되어 있는가를 판단하게 되고(단계202), 이때 상기 가감속 제어기능이 활성화되어 있지 않으면, 제어부(21)에서는 펌프(10)의 토출구(12)에 설치된 압력센서(13)를 통해서 토출된 토출압력을 감지하여 설정운전압력과의 오차를 산출하고(단계203), 상기 산출된 오차로 펌프(10)의 회전속도를 제어하기 위한 지령값(회전수)를 산출하기 위해 오차제어를 수행한다(단계204).
상기 오차제어에 의해 산출된 지령값(회전수)을 펌프(10)로 출력하여(단계205), 출력된 지령값으로 펌프(10)의 회전속도를 제어하게 된다(단계206).
한편, 제어장치(20)의 제어부(21)에서 사용자로부터 가감속 제어기능이 활성화되어 있으면, 제어부(21)에서는 상기 오차제어에 대한 주기, 즉 오차제어주기를 카운트한다(단계207).
그리고 제어부(21)에서는 오차제어로 출력되는 지령값에 대해 상사법칙으로 산출한 예상토출압력(P1)과 지령값 출력후 토출압력(P2)과의 변화율을 산출하고, 산출된 변화율의 평균값(ΔP)을 산출하고(단계208), 제어부(21)에서는 지령값 출력전에 실제 토출압력(P3)과 지령값 출력후 토출압력(P2)과의 변화율을 산출하고, 산출된 변화율의 평균값(ΔP')을 산출한다(단계209).
이어서 제어부(21)에서는 상기 산출된 예상토출압력의 변화율에 대한 평균값(ΔP)과 실제 토출압력의 변화율의 평균값(ΔP')을 통해서 오차제어주기를 산출한다(단계210).
여기서, 오차제어주기 = 이전 오차제어주기 ㆍ k ㆍ(ΔP)/ (ΔP')이고, k=상수이다.
또한, 상기 산출된 오차제어주기는 다음 오차제어주기 판단시 기준이 된다.
그리고 상기 제어부(21)에서는 상기 카운트된 오차제어주기가 산출된 오차제어주기보다 크거나 같은가를 판단하게 되고(단계211), 이때 카운트된 오차제어주기가 산출된 오차제어주기보다 크거나 같지 않으면 상기 가감속 제어 기능이 활성화되어 있는가를 판단하면서 반복 수행하게 한다.
그러나 상기 카운트된 오차제어주기가 산출된 오차제어주기보다 크거나 같으면, 제어부(21)에서는 펌프(10)의 토출구(12)에 설치된 압력센서(13)를 통해서 토출된 토출압력을 감지하여 설정운전압력과의 오차를 산출하고(단계203), 상기 산출된 오차로 펌프(10)의 회전속도를 제어하기 위한 지령값(회전수)를 산출하기 위해 오차제어를 수행하며(단계204), 상기 오차제어에 의해 산출된 지령값(회전수)을 펌프(10)로 출력하여(단계205), 출력된 지령값으로 펌프(10)의 회전속도를 제어하게 된다(단계206).
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부스터 펌프 시스템의 블록도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부스터 펌프 시스템의 가감속 운전 제어방법에 대한 플로우챠트.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10; 펌프 11; 흡입구
12; 토출구 13; 압력센서
20; 제어장치 21; 제어부
22; 인버터 23; 스위치

Claims (1)

  1. 오차제어계수, 오차제어주기를 설정한 상태에서, 가감속 제어 기능이 활성화되어 있는가를 판단하는 단계;
    상기 가감속 제어기능이 활성화되어 있지 않으면, 설정운전압력과 실제토출압력과의 오차를 산출하고, 산출된 오차로 오차제어하여 지령값을 산출하며, 산출된 지령값을 펌프에 출력하여 펌프의 회전수를 제어하는 단계;
    상기 가감속 제어기능이 활성화되어 있으면, 오차제어주기를 카운트하고,
    상기 오차제어에 의해 출력된 지령값에 대한 예상토출압력과 지령값 출력후 토출압력과의 변화율을 산출하고 산출된 변화율의 평균값을 산출하는 단계;
    상기 지령값 출력 전의 실제토출압력과 지령값 출력후 토출압력과의 변화율을 산출하고 산출된 변화율의 평균값을 산출하는 단계;
    상기 산출된 예상토출압력의 평균값과 실제토출압력의 평균값과의 오차제어주기를 산출하는 단계;
    상기 카운트된 오차제어주기가 산출된 오차제어주기보다 크거나 같은가를 판단하는 단계; 및
    상기 카운트된 오차제어주기가 산출된 오차제어주기보다 크거나 같으면 상기 설정운전압력과 실제토출압력과의 오차를 산출, 산출된 오차로 오차 제어하여 지령값을 산출하며, 산출된 지령값을 펌프에 출력하여 출력된 지령값으로 펌프의 회전수를 제어하는 단계를 포함하는 부스터 펌프 시스템의 가감속 운전 제어방법.
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