KR20090035791A - 인버터가 적용된 부스터펌프 소유량판별제어 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 물을 공급하기 위한 급수설비인 가압급수방식의 부스터펌프에 관한 것으로 보다 상세하게는 부스터펌프의 제어방식에 대한 것이다.
부스터펌프를 이용한 급수서비스에 있어서 물의 사용이 아주 적거나 없는 소유량구간에서 펌프가 미약한 유량의 변화에 민감하게 반응하여 기동과 정지를 반복함으로써 급수품질의 저하, 펌프의 수명, 에너지 손실 등에 영향을 미친다.
이러한 문제를 해결하기 위해 토출압력을 설정압력과 비교하여 같거나 사용자가 지정한 감지편차의 범위 내에서 감지시간 동안 유지될 경우 소유량판별제어를 수행하게 되며,
1단계에서는 펌프의 속도를 강제로 감소시켜 토출압력의 변화 유무에 따라 소유량판별제어의 수행 여부를 판단하고,
2단계에서는 최종정지압력까지 펌프를 강제로 운전시켜 정지하고 소유량판별제어를 중지하여 정상제어로 복귀하는 기능을 갖는 인버터가 적용된 부스터펌프에 관한 것이다.
부스터펌프, 소유량구간, 소유량판별제어, 인버터

Description

인버터가 적용된 부스터펌프 소유량판별제어{Zero-flow discrimination and control for the booster pump applied inverters}
본 발명은 물을 공급하기 위한 급수설비인 가압급수방식의 부스터펌프에 관한 것으로 보다 상세하게는 부스터펌프의 제어방식에 대한 것이다.
본 발명의 부스터펌프 제어방식은
첫째, 펌프의 대수를 가/감하여 제어하는 대수제어방식
둘째, 인버터를 이용하여 펌프 내 모터의 회전을 제어하는 회전수제어방식
셋째, 상기 두 방식을 혼합한 제어방식
으로 나뉜다.
부스터펌프는 급수배관에 수압을 측정하는 압력센서를 두고 실시간 감지를 통해 공급되는 물의 압력(토출압력)이 일정한 압력(설정압력)을 유지하도록 펌프를 제어한다.
이러한 부스터펌프를 이용한 급수서비스에 있어서 물의 사용이 적거나 없는 경우 펌프가 미약한 유량의 변화에 민감하게 반응하여 기동과 정지를 반복함으로써 급수품질의 저하, 펌프의 수명, 에너지 손실 등에 영향을 미친다.
상기 부스터펌프에서 발생하는 현상의 구간을 소유량(Zero-Flow) 혹은 무유량구간이라고 한다.
이러한 소유량구간에 대한 해결방안으로 낮은 용량의 펌프를 예비로 사용하였으나, 최근에는 소유량구간이 발생하면 강제로 펌프의 회전수를 증가시키고 토출압력에 변동이 있을 경우에 이를 원래 운전상태로 복귀시키고, 변동이 없을 경우에는 일정시간 강제제어를 유지하다가 펌프를 정지시키는 방법을 사용하고 있다.
본 발명은 인버터를 이용한 부스터펌프 제어에 있어서, 소유량구간을 판별하고 해당 상태에 따라 제어할 수 있도록 마이크로프로세서를 탑재한 제어장치에 소유량판별제어 알고리즘을 프로그램으로 적용한다.
단, 원래의 부스터펌프 제어알고리즘에 영향을 미치지 않도록 하여야 하며 기존의 하드웨어를 그대로 활용할 수 있도록 한다.
본 발명에서 상기 과제를 해결하기 위해
첫째, 한 대의 펌프가 인버터로 제어되어 운전중인 경우에만 소유량구간을 판별한다.
둘째, 토출압력과 설정압력이 동일하거나 일정범위 내에 포함되어 일정시간 유지되는 경우에 소유량구간에 대한 판별 및 제어를 수행한다.
셋째, 설정압력을 조정하여 펌프를 강제로 가/감속시켜 토출압력의 변화에 따라 펌프 제어방법을 결정하도록 한다.
다섯째, 상기 알고리즘을 자동제어장치 내에 탑재된 마이크로프로세서의 프로그램을 통해 구현한다.
본 발명을 통해
첫째, 펌프의 불필요한 운전 방지를 통한 효율 향상
둘째, 물의 온도 상승 방지
셋째, 배관의 손상 방지
넷째, 펌프의 수명 연장
을 통해 궁극적으로 급수품질의 향상은 물론 에너지 절감의 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 부스터펌프는 도 1에서와 같이 여러 대의 펌프가 병렬되고 하나의 자동제어반에 의해 제어되는 시스템이다. 소유량구간은 하나의 펌프만이 인버터로 제어되어 운전중이고 토출압력과 설정압력이 동일하게 혹은 일정범위 내에서 일정시간 유지되는 경우에 대하여 판별하도록 구성된다.
도 2는 부스터펌프의 제어를 위한 핵심요소인 전자제어장치의 구성을 나타내고 있다. 아날로그 및 디지털 입/출력 인터페이스 및 통신모듈, 디스플레이 장치 등의 하드웨어로 구성된 전자제어장치는 도 1의 자동제어반에 탑재되어 있고,
이러한 하드웨어의 기반에서 전자제어장치는 토출 및 흡입 압력에 대한 아날로그 신호를 디지털로 변환하여 처리하고, 다양한 펌프의 상태를 수집하여 각종 명령, 연산, 비교 등을 수행하여 인버터의 제어 및 외부 접점출력, 디스플레이 장치 를 통한 정보의 출력을 담당하는 소프트웨어로 구성된다.
본 발명의 소유량판별제어는 알고리즘을 소프트웨어로 프로그래밍하고 하드웨어의 마이크로프로세서에 다운로드 하여 구현한다.
도 3은 소유량구간을 판별하고 제어하기 위한 알고리즘을 설정압력, 토출압력과 회전수와의 관계로 나타내고 있다.
① : 소유량 판별이 시작되어 설정압력을 ‘감지편차’만큼 낮춰서 설정
① ~ ② : 펌프의 회전수가 감소하여 토출압력이 감소하면 이는 현재 물을 사용하고 있는 중
② : 낮게 설정되었던 설정압력을 원래의 설정압력으로 복귀
② ~ ③ : 원래의 설정압력이 토출압력보다 높기 때문에 펌프 회전수를 증가시켜 설정압력에 수렴
③ ~ ④ : 토출압력과 설정압력이 다시 동일하게 유지되면 사용자에 의해 정의된 감지시간(x, 20초 ~ 60초) 동안 ‘설정압력 ± 감지편차’이내에 있으면 소유량 판별 시작
④ : 소유량 판별이 시작되어 설정압력을 ‘감지편차’만큼 낮춰서 설정
④ ~ ⑤ : 펌프의 회전수가 감소하였음에도 불구하고 판별시간(y, 2 ~ 15초)동안 토출압력의 변화가 없으면 물을 사용하고 있지 않은 것으로 판단
⑤ : 설정압력을 최종정지압력으로 설정
⑤ ~ ⑥ : 펌프의 회전수가 증가하여 토출압력이 상승
⑥ : 토출압력이 최종정지압력보다 크면 펌프 정지
⑥ ~ ⑦ : 모든 펌프가 정지되어 있는 구간이며, 이때 물을 사용하게 되면 토출압력이 설정압력보다 낮아지며 펌프 운전 시작
⑦ : 최저속도로 펌프 운전 시작
⑦ ~ ⑧ : 펌프의 회전은 토출압력이 설정압력에 수렴되도록 증가
도 4에서 도 7은 본 발명의 소유량판별제어를 위한 알고리즘을 프로그래밍하기 위한 플로차트를 보여주고 있다.
도 4의 플로차트는 정상제어인지 소유량판별제어인지 판단하는 것으로서 해당 제어로의 진입구간을 나타내고 있다. 본 발명의 인버터가 적용된 부스터펌프의 소유량판별제어는 2단계로 구성되어 있다.
도 5는 정상제어와 소유량판별제어의 진입을 결정하는 플로차트이다. 토출압력을 설정압력과 비교하여 크거나 작을 경우에는 정상제어를 수행하고, 같을 경우에는 소유량판별제어로의 진입 여부를 판단하기 위해 인버터로 제어되는 펌프의 수를 확인한다. 만약 인버터로 제어되는 펌프의 수가 한 대일 경우에는 소유량판별제어로 진입한다.
도 6은 소유량판별제어의 수행 여부를 결정하기 위한 플로차트이다. 토출압력이 설정압력과 같거나, '설정압력 ± 감지편차' 범위 내에 있을 경우에는 초 단 위로 시간을 카운트하여 감지시간(x)에 도달하게 되면 소유량판별제어를 수행하도록 한다.
토출압력은 급수환경에 따라 다양한 형태의 변화 패턴을 갖기 때문에 상기 토출압력과 설정압력을 비교하는 과정에서 토출압력의 일시적인 급격한 변화를 여과하는 기능을 부가할 수 있다. 이러한 기능은 과거의 토출압력에 비해 급격한 변화가 있을 경우에 이를 저장하여 새롭게 얻어지는 토출압력과 비교하여 유사한 값이 입력될 경우 소유량판별제어를 중지하고 정상제어로 복귀된다.
도 7은 소유량판별제어를 위한 두 단계에 대한 플로차트이다.
1단계에서는 설정압력을 '감지편차+0.2' 만큼 낮춰 펌프의 운전속도를 강제로 감소시켜 토출압력의 변화를 감시한다. 토출압력이 '설정압력±감지편차'의 범위 내에서 판별시간(y) 동안 유지되면 소유량구간임을 결정하고 2단계로 진입하고, 이와 달리 범위를 벗어나는 경우에는 소유량판별제어를 중지하고 정상제어로 복귀된다.
2단계에서는 설정압력을 '최종정지압력' 만큼 높여 펌프의 운전속도를 강제로 증가시켜 토출압력의 변화를 감시한다. 토출압력이 최종정지압력에 도달하면 정지하고 소유량판별제어를 중지하고 정상제어로 복귀한다.
만약 최종정지압력에 도달하기 전에 펌프가 추가로 운전되면 소유량판별제어는 중지하고 정상제어로 복귀한다.
도 1: 부스터펌프 시스템 구성도
도 2: 부스터펌프 자동제어반 내에 장착되는 전자제어장치 구성도
도 3: 소유량구간을 판별하고 제어하기 위한 알고리즘을 설정압력, 토출압력과 회전수와의 관계로 나타낸 그래프
도4: 정상제어인지 소유량판별제어인지 판단하여 해당 제어로의 진입구간을 나타내는 플로차트
도 5: 정상제어와 소유량판별제어의 진입을 결정하는 플로차트
도 6: 소유량판별제어의 수행 여부를 결정하기 위한 플로차트
도 7: 소유량판별제어를 위한 두 단계에 대한 플로차트

Claims (2)

  1. 토출압력을 설정압력과 비교하여 크거나 작을 경우에는 정상제어를 수행하고 같을 경우에는 인버터로 제어되는 펌프의 수를 확인하여 한 대일 경우에는 소유량판별제어로 진입하고,
    토출압력이 설정압력과 같거나 '설정압력 ± 감지편차' 범위 내에 있을 경우에는 초 단위로 시간을 카운트하여 감지시간에 도달하게 되면 소유량판별제어의 1단계를 수행하고,
    1단계에서는 설정압력을 '감지편차' 만큼 낮춰 펌프의 운전속도를 강제로 감소시켜 토출압력의 변화를 감시하여 토출압력이 '설정압력±감지편차'의 범위 내에서 판별시간(y) 동안 유지되면 2단계로 진입하고, 이와 달리 범위를 벗어나는 경우에는 소유량판별제어를 중지하고 정상제어로 복귀되도록 하고,
    2단계에서는 설정압력을 '최종정지압력' 만큼 높여 펌프의 운전속도를 강제로 증가시켜 토출압력의 변화를 감시하여 토출압력이 최종정지압력에 도달하면 정지하고 소유량판별제어를 중지하고 정상제어로 복귀하고, 최종정지압력에 도달하기 전에 펌프가 추가로 운전되면 소유량판별제어는 중지하고 정상제어로 복귀하는 기능을 갖는 인버터가 적용된 부스터펌프
  2. 토출압력을 설정압력과 비교하여 크거나 작을 경우에는 정상제어를 수행하고 같을 경우에는 인버터로 제어되는 펌프의 수를 확인하여 한 대일 경우에는 소유량판별제어로 진입하고,
    토출압력이 설정압력과 같거나 '설정압력 ± 감지편차' 범위 내에 있을 경우에는 초 단위로 시간을 카운트하여 감지시간에 도달하게 되면 소유량판별제어의 1단계를 수행하고,
    상기 토출압력과 설정압력을 비교하는 과정에서 토출압력의 일시적인 급격한 변화를 여과하기 위해 과거의 토출압력에 비해 급격한 토출압력의 변화가 있을 경우에 이를 저장하여 새롭게 얻어지는 토출압력과 비교하여 유사한 값의 토출압력이 입력될 경우 소유량판별제어를 중지하고 정상제어로 복귀되도록 하고,
    1단계에서는 설정압력을 '감지편차' 만큼 낮춰 펌프의 운전속도를 강제로 감소시켜 토출압력의 변화를 감시하여 토출압력이 '설정압력±감지편차'의 범위 내에서 판별시간(y) 동안 유지되면 2단계로 진입하고, 이와 달리 범위를 벗어나는 경우에는 소유량판별제어를 중지하고 정상제어로 복귀되도록 하고,
    2단계에서는 설정압력을 '최종정지압력' 만큼 높여 펌프의 운전속도를 강제로 증가시켜 토출압력의 변화를 감시하여 토출압력이 최종정지압력에 도달하면 정지하고 소유량판별제어를 중지하고 정상제어로 복귀하고, 최종정지압력에 도달하기 전에 펌프가 추가로 운전되면 소유량판별제어는 중지하고 정상제어로 복귀하는 기능을 갖는 인버터가 적용된 부스터펌프
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