KR100957544B1 - 부스터 펌프 시스템의 운전패턴 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 부스터 펌프 시스템의 운전패턴 제어방법에 관한 것이다.
운전패턴 제어기능 활성화에 따라 설정운전압력과 실제토출압력에 대해 오차제어로 지령값을 출력하거나, 지령값에 대한 예상토출압력과 실제토출압력에 대해 지령값 출력 후 토출압력의 변화율을 각각 산출하고 이들의 변화율 평균값을 통한 예상도달시간을 산출한 후에 설정운전압력과 실제토출압력에 대해 오차제어로 지령값을 출력하여, 출력된 지령값에 대하여 최대/최소를 판단하여 최대시 펌프 추가기동 및 추가정지를 결정하며 순차운전지연시간을 카운트한 후, 토출압력이 설정운전압력보다 작거나 큰가를 판단하면서 카운트된 순차운전지연시간과 산출된 예상도달시간 또는 설정된 순차운전지연시간보다 크거나/작은가 같은가를 판단하면서 판단된 지연시간으로 펌프를 추가기동 및 추가정지되게 제어함으로써, 토출압력 변화에 따른 펌프의 운전대수의 변화시 추가 기동/정지에 필요한 지연시간을 조절하게 되어 잦은 기동/정지의 반복현상을 최소화하여 급수품질을 향상 및 불필요한 운전으로 인한 에너지 소비를 줄일 수 있게 된다.
부스터 펌프, 운전제어, 펌프기동/정지

Description

부스터 펌프 시스템의 운전패턴 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING OPERATION PATTERN OF BOOSTER PUMP SYSTEM}
본 발명은 부스터 펌프 시스템의 운전패턴 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 부스터 펌프 시스템은 건물의 지하에 시설된 물탱크에 설치하여 상향식 가압으로 각 급수관에 물을 공급하는 급수 시스템이다.
종래 부스터 펌프 시스템의 운전제어는 설정운전압력에 대한 토출압력의 오차를 이미 설정된 제어이득과 제어주기에 따라 펌프의 회전수를 제어하는 오차제어로, 펌프 및 모터 등의 기계적인 특성이나, 물 및 배관 등의 물리적인 특성을 전혀 고려하지 않는 제어이다.
그러므로 펌프의 잦은 기동 및 정지의 반복으로 인해 불필요한 운전을 하여 에너지 손실 및 급수 품질을 저하하는 단점이 있고, 토출압력의 심한 헌팅현상 및 맥동현상으로 펌프 및 배관계통에 고장을 유발시키는 단점이 있다.
또한 사용자가 직접 상기 펌프의 추가 기동/정지에 필요한 운전 대기시간 등을 설정하게 되므로 다양한 시설환경 및 운전환경에 대해 최적화할 수 없는 단점이 있을 뿐만 아니라, 최대 최소 회전수에 도달하기 전에 미리 추가 기동 및 정지를 수행하므로 불필요한 추가 기동/정지가 발생하여 에너지를 소비하는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 운전중에 토출압력의 변화에 따른 펌프의 대수 변환시, 토출압력의 급격한 변화에 대한 펌프의 추가 기동 및 정지에 필요한 지연시간을 조절하는 운전 패턴을 설정하고 제어함으로써, 펌프의 기동/정지의 반복현상을 최소화하는 데 있다.
상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명은 오차제어계수, 순차운전지연시간을 설정한 상태에서, 운전패턴 제어기능이 활성화되어 있는가를 판단하는 단계;
운전패턴 제어기능이 활성화되어 있지 않으면, 설정운전압력과 실제토출압력과의 오차를 산출, 산출된 오차로 오차제어하여 지령값을 출력하고, 출력된 지령값에 대해 최대/최소인가를 판단하는 단계;
운전패턴 제어기능이 활성화되어 있으면, 오차제어에 의해 출력된 지령값에 대한 예상토출압력과 지령값 출력후 토출압력과의 변화율 평균값을 산출하고, 지령값 출력 전의 실제토출압력과 지령값 출력후 토출압력과의 변화율 평균값을 산출하며, 산출된 예상토출압력의 평균값과 실제토출압력의 평균값으로 예상도달시간을 산출한 후, 설정운전압력과 실제토출압력과의 오차를 산출, 산출된 오차로 오차제어하여 지령값을 출력하고, 출력된 지령값에 대해 최대/최소인가를 판단하는 단계;
출력 지령값의 최대이면, 펌프 추가기동 결정 및 순차운전지연시간을 카운트한 후, 토출압력이 설정운전압력보다 작은가를 판단하여, 토출압력이 설정운전압력보다 크면, 펌프 추가기동 결정을 취소하고 순차지연시간 카운트값을 초기화하고, 반면에 토출압력이 설정운전압력보다 작으면, 운전패턴 제어기능이 활성화되어 있는가를 판단하여, 운전패턴 제어기능이 활성되어 있지 않으면, 순차운전지연시간 카운트가 설정된 순차운전지연시간보다 크거나 같은가를 판단하여 초기화하거나 펌프 추가기동하는 한편, 운전패턴 제어기능이 활성되어 있으면, 순차운전지연시간 카운트가 산출된 예상도달시간보다 크거나 같은가를 판단하면서 초기화하거나 펌프를 추가기동하는 단계;
출력 지령값이 최소이면, 펌프 추가정지 결정 및 순차운전지연시간을 카운트한 후, 토출압력이 설정운전압력보다 큰가를 판단하여, 토출압력이 설정운전압력보다 작으면, 펌프 추가정지 결정을 취소하고 순차지연시간 카운트값을 초기화하고, 반면에 토출압력이 설정운전압력보다 크면, 운전패턴 제어기능이 활성화되어 있는가를 판단하여, 운전패턴 제어기능이 활성되어 있지 않으면, 순차운전지연시간 카운트가 설정된 순차운전지연시간보다 크거나 같은가를 판단하여 초기화하거나 펌프 추가정지하는 한편, 운전패턴 제어기능이 활성되어 있으면, 순차운전지연시간 카운트가 산출된 예상도달시간보다 크거나 같은가를 판단하면서 초기화하거나 펌프를 추가정지하는 단계를 포함한다.
따라서 본 발명에 의하면, 운전패턴 제어기능 활성화에 따라 설정운전압력과 실제토출압력에 대해 오차제어로 지령값을 출력하거나, 지령값에 대한 예상토출압력과 실제토출압력에 대해 지령값 출력 후 토출압력의 변화율을 각각 산출하고 이들의 변화율 평균값을 통한 예상도달시간을 산출한 후에 설정운전압력과 실제토출압력에 대해 오차제어로 지령값을 출력하여, 출력된 지령값에 대하여 최대/최소를 판단하여 최대시 펌프 추가기동 및 추가정지를 결정하며 순차운전지연시간을 카운트한 후, 토출압력이 설정운전압력보다 작거나 큰가를 판단하면서 카운트된 순차운전지연시간과 산출된 예상도달시간 또는 설정된 순차운전지연시간보다 크거나/작은가 같은가를 판단하면서 판단된 지연시간으로 펌프를 추가기동 및 추가정지되게 제어함으로써, 토출압력 변화에 따른 펌프의 운전대수의 변화시 추가 기동/정지에 필요한 지연시간을 조절하게 되어 잦은 기동/정지의 반복현상을 최소화하여 급수품질을 향상 및 불필요한 운전으로 인한 에너지 소비를 줄일 수 있게 된다.
이하 첨부되는 도면에 의거 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 적용되는 부스터 펌프의 제어회로도이다.
본 발명은 펌프(10), 제어장치(20)로 구성된다.
펌프(10)는 제어부에 의해 가변속 펌프와 정속 펌프로 선택되어 운전되도록 병렬로 구성되어 설치된다.
펌프(10)는 저수조로부터 물을 흡입하는 흡입구(11), 흡입구(11)에서 흡입되는 물을 펌핑하여 공급관으로 토출하는 토출구(12)를 구비한다.
펌프(10)의 토출구(12)에는 공급관으로 토출되는 토출압력을 감지하는 압력센서(13)가 설치된다.
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.
또한 제어부(21)는 마이크로프로세서, 마이크로프로세서의 동작을 제어하는 프로그램 및 제어된 데이터를 저장하는 메모리로 구성된다.
또한 제어부(21)는 운전패턴 제어기능 활성화를 판단하여 운전패턴 제어기능 활성화가 아니면 선택에 따라 설정운전압력과 실제토출압력에 대해 오차제어로 지령값을 출력하는 단계;
운전패턴 제어기능 활성화시 지령값에 대한 예상토출압력과 실제토출압력에 대해 지령값 출력 후 토출압력의 변화율을 각각 산출하고 이들의 변화율 평균값을 통한 예상도달시간을 산출한 후에 설정운전압력과 실제토출압력에 대해 오차제어로 지령값을 출력하는 단계;
출력된 지령값에 대해 최대/최소를 판단하여 최대시 펌프 추가기동을 결정하고 순차운전지연시간을 카운트한 후, 토출압력이 설정운전압력보다 작은가를 판단하고, 운전패턴 제어기능이 활성화되어 있는가를 판단하여, 토출압력이 설정운전압력보다 크면, 펌프 추가기동 결정 취소 및 카운트된 순차운전지연시간을 초기화하고, 운전패턴 제어기능이 활성화되어 있으면 카운트된 순차운전지연시간을 산출된 예상도달시간 또는 설정된 순차운전지연시간보다 크거나 같은가를 판단하면서 지연시간으로 펌프를 추가기동하는 단계; 및
출력된 지령값에 대해 최대/최소를 판단하여 최소시 펌프 추가정지를 결정하고 순차운전지연시간을 카운트한 후, 토출압력이 설정운전압력보다 큰가를 판단하고, 운전패턴 제어기능이 활성화되어 있는가를 판단하여, 토출압력이 설정운전압력보다 작으면, 펌프 추가정지 결정 취소 및 카운트된 순차운전지연시간을 초기화하고, 운전패턴 제어기능이 활성화되어 있으면 카운트된 순차운전지연시간을 산출된 예상도달시간 또는 설정된 순차운전지연시간보다 크거나 같은가를 판단하면서 지연시간으로 펌프를 추가정지하는 단계로 동작한다.
도 2는 본 발명의 부스터 펌프 시스템의 운전패턴 제어방법에 대한 플로우챠트이다.
사용자는 부스터 펌프 시스템의 제어장치(20)의 제어부(21)에 운전하고자 하는 운전패턴에 따라 오차제어계수, 순차운전지연시간을 설정하여 입력한 후 펌프(10)를 운전하게 된다(단계201).
이어서 제어부(21)에서는 운전패턴 제어기능이 활성화되어 있는가를 판단하게 되고(단계202), 이때 운전패턴 제어기능이 활성화되어 있으면, 제어부(21)에서는 지령값에 대해 상사법칙으로 예상토출압력을 산출하고, 펌프(10)의 토출구(12)에 구비된 압력센서(13)를 통해 이전 지령값에 대한 토출압력을 산출하여 예상토출압력과의 지령후 토출압력과의 변화율을 산출하고 산출된 변화율에 대해 평균값(ΔP')을 산출하게 된다(단계203).
그리고 이전 지령값에 대한 실제토출압력과 지령후 토출압력과의 변화율을 산출하고 산출된 변화율의 평균값(ΔP)을 산출하고(단계204), 이어서 산출된 예상토출압력의 변화율 평균값(ΔP')과 실제토출압력의 변화율 평균값(ΔP)을 통해 예상도달시간을 산출하게 된다(단계204).
즉 예상도달시간 = hㆍ순차운전지연시간ㆍ예상토출압력의 변화율 평균값(ΔP')/실제토출압력의 변화율 평균값(ΔP), h = 상수.
이어서 제어부(21)에서는 설정운전압력과 실제토출압력과의 오차를 산출하고(단계206), 산출된 오차에 대하여 오차제어를 수행하며(단계207), 오차제어 수행시 지령값을 산출하고 산출된 지령값을 펌프로 출력한다(단계208).
한편 운전패턴 제어기능이 활성화 판단시, 운전패턴 제어기능이 활성화되어 있지 않으면, 제어부(21)에서는 설정운전압력과 실제토출압력과의 오차를 산출하고(단계206), 산출된 오차에 대하여 오차제어를 수행하며(단계207), 오차제어 수행시 지령값을 산출하고 산출된 지령값을 펌프로 출력한다.(단계208).
펌프로 출력되는 지령값에 대해 제어부(21)에서는 출력된 지령값이 최대/최소인가를 판단하게 되는데(단계209), 여기서 지령값은 펌프의 회전수 즉 인버터(22)에서 출력되어 펌프의 회전수(속도)를 결정하는 주파수를 의미하고, 지령값의 최대는 펌프의 최대회전속도를 의미하는 것으로, 일반적으로 약 3600rpm(60Hz)를 나타내고, 이 최대값은 펌프에 따라 공급되는 전원(380V, 60Hz)에 따라 결정되는 것으로, 최대값은 정해져 있다.
그리고 지령값의 최소는 최소출력한계값(최소운전주파수)이 되며, 최소출력한계값은 펌프가 회전, 펌프의 회전이 물공급에 영향을 미치는 최소운전주파수로 이 또한 정해져 있다.
따라서 펌프의 지령값이 최대이면, 제어부(21)에서는 물 사용이 많은 것으로 판단하여 펌프 추가기동을 결정하고(단계210), 설정된 순차운전지연시간을 카운트하며(단계211), 이어서 토출압력이 운전압력보다 작은가를 판단하게 된다(단계212),
여기서 토출압력이 운전압력보다 작으면, 펌프를 추가 기동하여 토출압력이 운전압력에 맞도록 해야 하며, 반면에 토출압력이 운전압력보다 크면 펌프를 추가 정지하여야 하므로 결정된 펌프 추가기동을 취소하고, 순차운전지연시간 카운트를 초기화하고(단계213), 운전패턴 제어기능 활성화 판단 단계(202)로부터 반복 수행하게 된다.
그러나 토출압력이 운전압력보다 작으면, 펌프를 추가기동하여야 하므로 운전패턴 제어기능이 활성화되어 있는가를 판단하고(단계214), 여기서 운전패턴 제어기능이 활성화되어 있지 않으면, 제어부(21)에서는 카운트된 순차운전지연시간이 설정된 순차운전지연시간보다 크거나 같은가를 판단한다(단계215).
이때 카운트된 순차운전지연시간이 설정된 순차운전지연시간보다 크거나 같지 않으면, 운전패턴 제어기능 활성화 판단 단계(단계202)로부터 반복 수행하게 되며, 카운트된 순차운전지연시간이 설정된 순차운전지연시간보다 크거나 같으면, 제어부(21)에서는 펌프 추가기동을 실시하고(단계217), 운전패턴 제어기능 활성화 판단 단계(202)로부터 반복 수행하게 된다.
반면에 운전패턴 제어기능이 활성화되어 있으면, 제어부(21)에서는 카운트된 순차운전지연시간이 산출된 예상도달시간보다 크거나 같은가를 판단하게 되고(단계216), 여기서 카운트된 순차운전지연시간이 산출된 예상도달시간보다 크거나 같지 않으면, 운전패턴 제어기능 활성화 판단 단계(202)로부터 반복 수행하고, 카운트된 순차운전지연시간이 산출된 예상도달시간보다 크거나 같으면, 제어부(21)에서는 결정된 펌프 추가기동을 실시하고(단계217), 운전패턴 제어기능 활성화 판단 단계(202)로부터 반복 수행하게 된다.
한편, 펌프의 지령값이 최대가 아니면, 지령값이 최소인가를 판단하게 되고(단계218), 이때 지령값이 최소가 아니면, 일반 운전상태로 판단하여 운전패턴 제어기능 활성화 판단 단계(202)로부터 반복 수행하게 되며, 지령값이 최소이면, 제어부(21)에서는 물 사용이 적어지는 것으로 판단하여 펌프 추가정지를 결정하고(단계219), 설정된 순차운전지연시간을 카운트하며(단계220), 이어서 토출압력이 운전압력보다 큰가를 판단하게 된다(단계221),
여기서 토출압력이 운전압력보다 크지 않으면, 물 사용이 많은 것으로 판단하여 펌프를 현상태로 계속 운전하여야 하므로 결정된 펌프 추가정지를 취소하고, 순차운전지연시간 카운트를 초기화하고(단계222), 운전패턴 제어기능 활성화 판단 단계 (202)로부터 반복 수행하게 된다.
그러나 토출압력이 운전압력보다 크면, 펌프를 추가정지하여야 하므로, 운전패턴 제어기능이 활성화되어 있는가를 판단하고(단계223), 여기서 운전패턴 제어기능이 활성화되어 있지 않으면, 제어부(21)에서는 카운트된 순차운전지연시간이 설정된 순차운전지연시간보다 크거나 같은가를 판단한다(단계224).
이때 카운트된 순차운전지연시간이 설정된 순차운전지연시간보다 크거나 같지 않으면, 운전패턴 제어기능 활성화 판단 단계(202)로부터 반복 수행하게 되며, 카운트된 순차운전지연시간이 설정된 순차운전지연시간보다 크거나 같으면, 제어부(21)에서는 펌프 추가정지를 실시하고(단계226), 운전패턴 제어기능 활성화 판단 단계(202)로부터 반복 수행하게 된다.
반면에 운전패턴 제어기능이 활성화되어 있으면, 제어부(21)에서는 카운트된 순차운전지연시간이 산출된 예상도달시간보다 크거나 같은가를 판단하게 되고(단계225), 여기서 카운트된 순차운전지연시간이 산출된 예상도달시간보다 크거나 같지 않으면, 운전패턴 제어기능 활성화 판단 단계(202)로부터 반복 수행하고, 카운트된 순차운전지연시간이 산출된 예상도달시간보다 크거나 같으면, 제어부(21)에서는 결정된 펌프 추가정지를 실시하고(단계226), 운전패턴 제어기능 활성화 판단 단계(202)로부터 반복 수행하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부스터 펌프 시스템의 블록도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부스터 펌프 시스템의 운전패턴 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, 순차운전지연시간을 설정한 상태에서, 운전패턴 제어기능이 활성화되어 있는가를 판단하는 단계;
    운전패턴 제어기능이 활성화되어 있지 않으면, 설정운전압력과 실제토출압력과의 오차를 산출, 산출된 오차로 오차제어하여 지령값을 출력하고, 출력된 지령값에 대해 최대/최소인가를 판단하는 단계;
    운전패턴 제어기능이 활성화되어 있으면, 오차제어에 의해 출력된 지령값에 대한 예상토출압력과 지령값 출력후 토출압력과의 변화율 평균값을 산출하고, 지령값 출력 전의 실제토출압력과 지령값 출력후 토출압력과의 변화율 평균값을 산출하며, 산출된 예상토출압력의 평균값과 실제토출압력의 평균값으로 예상도달시간을 산출한 후, 설정운전압력과 실제토출압력과의 오차를 산출, 산출된 오차로 오차제어하여 지령값을 출력하고, 출력된 지령값에 대해 최대/최소인가를 판단하는 단계;
    출력 지령값이 최대이면, 펌프 추가기동 결정 및 순차운전지연시간을 카운트한 후, 토출압력이 설정운전압력보다 작은가를 판단하여, 토출압력이 설정운전압력보다 크면, 펌프 추가기동 결정을 취소하고 순차지연시간 카운트값을 초기화하고, 반면에 토출압력이 설정운전압력보다 작으면, 운전패턴 제어기능이 활성화되어 있는가를 판단하여 운전패턴 제어기능이 활성되어 있지 않으면, 순차운전지연시간 카운트가 설정된 순차운전지연시간보다 크거나 같은가를 판단하여 초기화하거나 펌프 추가기동하는 한편, 운전패턴 제어기능이 활성되어 있으면, 순차운전지연시간 카운트가 산출된 예상도달시간보다 크거나 같은가를 판단하면서 초기화하거나 펌프를 추가기동하는 단계;
    출력 지령값이 최소이면, 펌프 추가정지 결정 및 순차운전지연시간을 카운트한 후, 토출압력이 설정운전압력보다 큰가를 판단하여, 토출압력이 설정운전압력보다 작으면, 펌프 추가정지 결정을 취소하고 순차지연시간 카운트값을 초기화하고, 반면에 토출압력이 설정운전압력보다 크면, 운전패턴 제어기능이 활성화되어 있는가를 판단하여, 운전패턴 제어기능이 활성되어 있지 않으면, 순차운전지연시간 카운트가 설정된 순차운전지연시간보다 크거나 같은가를 판단하여 초기화하거나 펌프 추가정지하는 한편, 운전패턴 제어기능이 활성되어 있으면, 순차운전지연시간 카운트가 산출된 예상도달시간보다 크거나 같은가를 판단하면서 초기화하거나 펌프를 추가정지하는 단계를 포함하는 부스터 펌프 시스템의 운전패턴 제어방법.
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