WO2012140944A1 - 給水ポンプ制御装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a feed water pump control device that detects a pushing pressure (a suction side pressure of a feed water pump) without installing a pressure sensor or a flow rate sensor on the suction side of the feed water pump and performs a constant estimated terminal pressure control. It is.
  • estimated terminal pressure constant control for controlling the water pressure at the demand end to be almost constant by controlling the discharge side pressure of the feed water pump is adopted.
  • This estimated terminal pressure constant control can be applied without any problem in a water supply pipe system in which a water receiving tank or the like is installed on the suction side of the water supply pump and the pushing pressure does not change much.
  • the pushing pressure changes depending on the usage state of the water, so it is required to control the discharge side pressure of the feed water pump to be constant terminal pressure. It is difficult to supply an optimal amount of water for the amount of water supply.
  • the push pressure is detected by a pressure sensor installed on the suction side of the feed water pump, and this push pressure is applied to an appropriate formula.
  • a simple linearization characteristic showing the relationship between the operating frequency of the feed water pump and the discharge side pressure can be obtained.
  • the discharge-side pressure at the maximum flow rate almost coincides with the simple linearization characteristics, but in the range from zero to the maximum flow rate, an error occurs in the relationship between the flow rate and the discharge-side pressure.
  • the water supply pump is rarely operated at the maximum flow rate for a long time, and is usually operated at half or less of the maximum flow rate. Therefore, there is a problem that an error is likely to occur between the actual discharge side pressure of the feed water pump and the originally required discharge side pressure, resulting in a waste of electricity bills and water bills, and there is a problem of going back to resource saving and energy saving.
  • Patent Document 1 As a feed water pump control device by the estimated terminal pressure constant control, for example, those described in Patent Documents 1 and 2 are known.
  • the related art according to Patent Document 1 includes an inverter device 106 and a motor M for driving the pump P, and pressures installed on the suction side and the discharge side of the pump P on the water supply pipe 200, respectively.
  • Sensors 101, 107, pressure selection means 102, target pressure calculation means 103, rotation speed control means 104, and rotation speed detection means 105 are provided.
  • the target pressure calculation means 103 obtains a target pressure signal S3 corresponding to the rotational speed of the motor M using the suction side pressure signal S2X, and the target pressure signal S3 is determined as the rotational speed control means.
  • the target pressure calculation means 103 receives the first set pressure PA and the pressure signal PBX from the pressure selection means 102.
  • the pressure selection unit 102 outputs the larger one of the second set pressure PB smaller than the first set pressure PA and the pressure signal S2X as the pressure signal PBX.
  • the rotation speed control means 104 controls the output frequency of the inverter device 106 so that the discharge-side pressure signal S2 matches the target pressure signal S3, and operates the motor M.
  • the prior art according to Patent Document 2 includes pressure sensors 101 and 107 installed on the suction side and discharge side of the pump P, a subtractor 108, a maximum frequency calculation means 109, and a minimum frequency.
  • the calculation means 110, the terminal target pressure calculation means 111, the moving average means 112, the subtraction means 113 for calculating the deviation between the output target pressure and the discharge side pressure detection value, the proportional integration means 114, and the output thereof by adding the actual inverter frequency f in is equipped with addition means 115 for obtaining the frequency command value of the inverter device 106, a.
  • the maximum frequency computing means 109 is inputted maximum flow rate Q max
  • the maximum set pressure P max is the end target pressure calculating means 111
  • minimum set pressure P min and the inverter frequency f in is input.
  • the maximum frequency calculating unit 109 and the minimum frequency calculating unit 110 are configured such that the maximum frequency f max and the minimum frequency f min from the differential pressure ⁇ P between the discharge pressure and the suction pressure of the pump P and the maximum flow rate Q max. Ask for. Further, end target pressure calculating means 111 calculates the target pressure P by a predetermined equation using the maximum frequency f max, the minimum frequency f min, maximum setting pressure P max, the minimum set pressure P min and the inverter frequency f in.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 5-133343 paragraphs [0013] to [0019], FIG. 1 etc.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2001-123962 paragraphs [0012] to [0026], FIG. 1, FIG. 2, etc.
  • an object of the present invention is to eliminate the need for a pressure sensor and a flow rate sensor on the suction side of the pump, and to reduce the cost of the feed water pump control device. Another object of the present invention is to achieve a resource and energy saving by controlling the pump discharge pressure to a predetermined value and performing a constant estimated terminal pressure control.
  • the present invention provides a feedwater pump control that performs an estimated terminal pressure constant control by controlling the operating speed of the feedwater pump by an inverter device so that the discharge-side pressure of the feedwater pump installed in the feedwater pipe is located on the pipeline resistance curve
  • the equipment is assumed.
  • the present invention when there is an error between the FP characteristic indicating the relationship between the output frequency of the inverter device and the power consumption and the actual operating point, it is determined that the pump pressing pressure is present.
  • the relationship between the output frequency of the inverter device and the discharge side pressure of the pump using the error between the FP characteristic and the actual operating point (error of the inverter device output frequency) Is automatically calculated, and the linearization characteristic is corrected using the correction amount and the pump discharge side pressure detection value.
  • the estimated terminal pressure constant control is performed by proportional / integral / derivative control based on the linearized characteristic after correction.
  • an error corresponding to the indentation pressure on the FP characteristic is detected without using a pressure sensor or a flow sensor on the suction side of the pump, and the linearization characteristic is corrected using this error.
  • the linearization characteristic matches the pipe resistance curve, the pump can be operated at an optimum rotational speed while suppressing the generated pressure of the pump by the pushing pressure. Thereby, the energy saving operation of the feed water pump that performs the estimated terminal pressure constant control becomes possible.
  • FIG. 1 It is a block diagram which shows the whole structure of embodiment of this invention.
  • FIG. 1 it is the block diagram which equivalently showed the feedback control system when there is no pushing pressure of a pump. It is explanatory drawing of the flow volume-head characteristic (QH characteristic) 1 when there is no pushing pressure of a pump. It is explanatory drawing of the flow volume-head characteristic (QH characteristic) 2 in case there exists pushing pressure of a pump. It is explanatory drawing of a frequency-head characteristic (FH characteristic). It is explanatory drawing of a frequency-power characteristic (FP characteristic).
  • QH characteristic flow volume-head characteristic
  • FH characteristic frequency-head characteristic
  • FP characteristic frequency-power characteristic
  • FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of this embodiment.
  • an inverter unit 401 generates a frequency based on a frequency command f * output from the inverter control unit 300 and an AC voltage having an amplitude corresponding to the frequency command, drives the motor M, and operates the water supply pump P.
  • 200 is a water supply pipe for water supply.
  • the inverter control unit 300 is control processing means built in the inverter device 400, and includes, for example, a CPU, a memory, a PID adjuster, an A / D converter, an input / output interface, and the like.
  • the inverter control unit 300 and the inverter unit 401 constitute an inverter device 400.
  • the linearization characteristic 301 is a characteristic indicating the relationship between the drive frequency of the pump P (the output frequency of the inverter unit 401) and the discharge side pressure of the pump P.
  • the linearization characteristic when there is no indentation pressure of the pump P is indicated by a solid line
  • the linearization characteristic when there is an indentation pressure is indicated by a broken line.
  • the solid line characteristic is the linearization characteristic before the correction, and the broken line characteristic. Is also called linearized characteristics after correction.
  • the linearized characteristic before correction is substantially the same as the pipe resistance curve set in advance according to the water supply pipe to perform the estimated terminal pressure constant control, and this linearized characteristic is stored as a function or a data table.
  • the pipe resistance curve is also referred to as a flow rate-head characteristic (QH characteristic) as shown in FIG. 3, and the head in the absence of the pushing pressure is equal to the pump-generated pressure.
  • QH characteristic flow rate-head characteristic
  • the target pressure selected from the discharge side pressure of the linearization characteristic 301 is input to the subtracting means 302 together with the discharge side pressure detection value from the discharge side pressure sensor 402 of the pump P.
  • the deviation calculated by the subtracting means 302 is input to the PID control means 303, and the output is input to the acceleration / deceleration means 304 via the switching means 309.
  • the operation of the switching unit 309 is controlled by an FP characteristic error determination unit 308, which will be described later.
  • the output of the PID control unit 303 is accelerated / decelerated via the switching unit 309.
  • the means 304 is provided.
  • the operation of the switching unit 311 is also controlled by an FP characteristic error determination unit 308 described later, and is opened when “no error” and closed when “error”. .
  • the PID control means 303 is composed of a regulator that performs proportional / integral / differential calculations so that the deviation is zero.
  • the acceleration / deceleration means 304 calculates a frequency command f * based on the output of the PID control means 303 and outputs it to the inverter unit 401.
  • FIG. 2 shows equivalently the feedback control system when there is no pushing pressure of the pump P.
  • reference numeral 305 denotes power consumption calculation means for calculating the power consumption of the inverter unit 401.
  • This power consumption calculation means 305 is based on the voltage command V * (or the output voltage detection value of the inverter unit 401) generated inside the inverter unit 401 and the output current detection value I of the inverter unit 401.
  • Reference numeral 306 denotes a frequency-power characteristic (FP characteristic) indicating the relationship between the output frequency of the inverter unit 401 calculated by the power consumption calculation unit 305 and the power consumption, and is stored in the memory as a function or a data table.
  • FP characteristic frequency-power characteristic
  • This FP characteristic 306 is almost constant regardless of the presence or absence of the indentation pressure, and is, for example, a characteristic as shown by a solid line in FIG. 4C.
  • This FP characteristic 306 sets and stores the power consumption of the inverter unit 401 with respect to the output frequency of the inverter unit 401 when the operation of the pump P is performed or when the operation is confirmed during maintenance work. At this time, the FP characteristic 306 can be created by replacing the drive shaft power of the pump P with the power consumption of the inverter unit 401.
  • the PID control means 303 operates with a predetermined discharge side pressure for performing a constant estimated terminal pressure control as a target pressure, and the acceleration / deceleration means 304 calculates the frequency command f *. And supplied to the inverter unit 401. Relationship between the output frequency and the discharge pressure of the inverter section 401 at this time, for example, can be represented by the solid linearized characteristic of FIG. 4B, the relationship between the frequency F a of the inverter unit 401 and the discharge-side pressure operating point A is kept. Note that since the frequency of the inverter unit 401 is proportional to the flow rate, the linearized characteristic of the solid line in FIG. 4B matches the pipe resistance curve of FIG.
  • the pump-generated pressure should be reduced by the indentation pressure as the suction side effective pressure.
  • the pipe resistance curve of FIG. 4A is referred to as a flow rate-head characteristic (QH characteristic) 2 for convenience.
  • QH characteristic flow rate-head characteristic
  • the pump P is rotated excessively with respect to the required water supply amount, and the inverter unit 401, the motor M, and the pump P are rotated. Will waste energy. That is, in this state, the operating point of the FP characteristic in FIG. 4C of the inverter unit 401 is out of the optimum value, so it is necessary to return the operating point to the FP characteristic (that is, to correct the linearization characteristic). There is.
  • continuing the operation at the operating point P a means that the inverter unit 401 is operated at a high speed at the frequency F a without considering the decrease ⁇ P in power consumption caused by the indentation pressure. Leading to waste.
  • the solution is may be moved the operating point from the operating point P a to the operating point P b on the F-P characteristics. 1 calculates the frequency difference ⁇ F between the operating points P a and P b, and inputs this frequency difference ⁇ F to the acceleration / deceleration unit 304 via the switching unit 309. At this time, the switching unit 309 is switched to the “with error” side by the operation of the FP characteristic error determination unit 308.
  • the acceleration / deceleration unit 304 in FIG. 1 inputs a signal corresponding to the frequency difference ⁇ F to the linearization characteristic correction unit 310 as a frequency command f * .
  • the linearized characteristic correction means 310 also receives the discharge-side pressure detection value from the pressure sensor 402. At this time, the switching unit 311 is closed, and the linearization characteristic correction unit 310 indicates the linearization characteristic 301 by a solid line in FIG. 4B with the total head as the upper limit pressure from the frequency command f * and the discharge side pressure detection value. Correction is made from the pre-correction linearization characteristic to the post-correction linearization characteristic shown by the broken line in FIG. 4B.
  • the corrected linearization characteristic is stored in a memory (not shown) as a function or a data table, and constitutes the linearization characteristic 301 in FIG. Thereafter, the switching unit 309 is connected to the “no error” side and the switching unit 311 is opened, and the target pressure selected based on the corrected linearization characteristic 301 and the discharge-side pressure detection value from the pressure sensor 402 are Is input to the PID control means 303.
  • the output of the PID control unit 303 is input to the acceleration / deceleration unit 304 via the switching unit 309, and the frequency command f * is calculated by the acceleration / deceleration unit 304 and given to the inverter unit 401.
  • the frequency command f * is generated by PID control according to the target pressure based on the linearized characteristic after correction, the output frequency of the inverter unit 401 is controlled to keep the discharge side pressure of the pump P at the target pressure, and the estimated terminal Perform constant pressure control. Further, whenever the error occurs between the FP characteristic and the operating point due to the pushing pressure, the above-described linearization characteristic correction process may be repeated.
  • the operating point deviates from the FP characteristic of FIG. 4C if the correction amount of the linearize characteristic is small.
  • the frequency difference ⁇ F when the operating point deviates from the FP characteristic is calculated, the target pressure of the linearized characteristic after correction is gradually decreased, and the operating point returns to the FP characteristic.
  • the linearization characteristic may be corrected again.
  • the correction amount of the linearization characteristic is large, the operating point exists on the FP characteristic, but the water supply amount is insufficient.
  • the target pressure of the linearize characteristic is gradually increased, the frequency difference ⁇ F when the operating point deviates from the FP characteristic is calculated, and the relationship between the frequency and the flow rate is used.
  • the linearization characteristic may be corrected so as to correspond to the pipe resistance curve of FIG. 4A.

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Abstract

　インバータの出力周波数と消費電力との関係を示すＦ－Ｐ特性と実際の動作点との誤差から、ポンプの押込圧力の有無を判定する。押込圧力がある場合に、前記誤差に基づいて、流量と吐出側圧力との関係を示すリニアライズ特性の補正量を自動的に計算し、リニアライズ特性を補正する。以後は、補正後のリニアライズ特性から得た目標圧力に従ってＰＩＤ制御を行うことにより、インバータ部の出力周波数を制御し、推定末端圧力一定制御を行う。これにより、ポンプの吸込側の圧力センサや流量センサを不要にして給水ポンプ制御装置の簡略化、低コスト化を可能にする。また、ポンプの吐出圧を所定値に制御して推定末端圧力一定制御を行い、省資源、省エネルギーを達成する。

Description

給水ポンプ制御装置
　本発明は、給水ポンプの吸込側に圧力センサや流量センサを設置することなく押込圧力（給水ポンプの吸込側圧力）を検出し、推定末端圧力一定制御を行うようにした給水ポンプ制御装置に関するものである。
　通常、ビルやマンションに設置される給水ポンプ制御装置では、給水ポンプの吐出側圧力を制御することにより、需要端における水圧をほぼ一定に制御する推定末端圧力一定制御が採用されている。
　この推定末端圧力一定制御は、給水ポンプの吸込側に受水槽等が設置されていて押込圧力があまり変化しない給水管系統では支障なく適用可能である。しかし、給水管の途中に給水ポンプが直結されているような場合には、押込圧力が水の使用状態によって変化するため、給水ポンプの吐出側圧力を末端圧力一定になるように制御すると、要求給水量に対して最適な水量を供給することが困難である。
　給水ポンプにおいては、揚程高さ（最大流量時の吐出側圧力）が明らかな場合、給水ポンプの吸込側に設置した圧力センサにより押込圧力を検出し、この押込圧力を適宜な数式に当てはめることで、給水ポンプの運転周波数と吐出側圧力との関係を示す簡易リニアライズ特性を得ることができる。この簡易リニアライズ特性に従い、推定末端圧力を一定にする吐出側圧力となるように給水ポンプの運転周波数を制御することにより、理論的には推定末端圧力一定制御が可能になる。
　上記の方法によれば、最大流量時の吐出側圧力は簡易リニアライズ特性にほぼ一致するが、流量がゼロから最大値に至るまでの範囲では、流量と吐出側圧力との関係に誤差が発生する。
　特に、ビルやマンションでは、給水ポンプを最大流量で長時間運転することはほとんどなく、通常は最大流量の半分以下で運転することが多い。従って、給水ポンプの実際の吐出側圧力と本来必要な吐出側圧力との間に誤差が生じやすく、結果として電気料金や水道料金の浪費を招き、省資源、省エネルギーに逆行するという問題がある。
　また、実際の流量を検出する流量センサと吐出側の圧力センサとによる２つのアナログ検出値を用いて推定末端圧力一定制御を行うことも考えられるが、その場合には２個のセンサが必要である。
　ここで、推定末端圧力一定制御による給水ポンプ制御装置としては、例えば特許文献１，２に記載されたものが公知となっている。
　特許文献１に係る従来技術は、図５に示すように、ポンプＰを駆動するためのインバータ装置１０６及びモータＭと、給水管２００上のポンプＰの吸込側及び吐出側にそれぞれ設置された圧力センサ１０１，１０７と、圧力選択手段１０２と、目標圧力演算手段１０３と、回転速度制御手段１０４と、回転速度検出手段１０５と、を備えている。
　特許文献１に係る従来技術では、目標圧力演算手段１０３が、モータＭの回転速度に応じた目標圧力信号Ｓ３を、吸込側の圧力信号Ｓ２Ｘを用いて求め、目標圧力信号Ｓ３を回転速度制御手段１０４に出力する。目標圧力演算手段１０３には、第１の設定圧力ＰＡと、圧力選択手段１０２からの圧力信号ＰＢＸが入力されている。圧力選択手段１０２は、第１の設定圧力ＰＡより小さい第２の設定圧力ＰＢ、及び、圧力信号Ｓ２Ｘのうち、大きい方を圧力信号ＰＢＸとして出力する。
　回転速度制御手段１０４は、吐出側の圧力信号Ｓ２が目標圧力信号Ｓ３に一致するようにインバータ装置１０６の出力周波数を制御し、モータＭを運転する。
　この従来技術によれば、吸込側の圧力信号Ｓ２Ｘが第２の設定圧力ＰＢを超えた場合に、設定圧力ＰＢを圧力信号Ｓ２Ｘに置き換えて運転を継続することにより、押込圧力が異常に高くなった場合でもポンプＰの吐出側圧力が低下することができる。
　また、特許文献２に係る従来技術は、図６に示すように、ポンプＰの吸込側及び吐出側に設置された圧力センサ１０１，１０７と、減算器１０８と、最大周波数演算手段１０９及び最小周波数演算手段１１０と、末端目標圧力演算手段１１１と、移動平均手段１１２と、その出力である目標圧力と吐出側圧力検出値との偏差を求める減算手段１１３と、比例積分手段１１４と、その出力と実際のインバータ周波数ｆinとを加算してインバータ装置１０６の周波数指令値を求める加算手段１１５と、を備えている。
　なお、最大周波数演算手段１０９には最大流量Ｑmaxが入力され、末端目標圧力演算手段１１１には最大設定圧力Ｐmax、最小設定圧力Ｐmin、及びインバータ周波数ｆinが入力されている。
　特許文献２に係る従来技術では、最大周波数演算手段１０９及び最小周波数演算手段１１０が、ポンプＰの吐出圧と吸込圧との差圧ΔＰ及び最大流量Ｑmaxから最大周波数ｆmax及び最小周波数ｆminを求める。また、末端目標圧力演算手段１１１が、最大周波数ｆmax、最小周波数ｆmin、最大設定圧力Ｐmax、最小設定圧力Ｐmin及びインバータ周波数ｆinを用いて所定の数式により目標圧力Ｐを演算する。そして、移動平均手段１１２により求めた目標圧力Ｐの移動平均値と吐出側圧力検出値との偏差を比例積分手段１１４が比例積分演算してインバータ周波数ｆinに加算することにより、インバータ装置１０６の周波数指令値を演算する。
　この従来技術では、ポンプＰの吐出圧と吸込圧との差圧ΔＰに基づく最大周波数ｆmax及び最小周波数ｆminを用いて目標圧力Ｐを演算しているため、外乱に影響されない高精度な推定末端圧力一定制御を可能にしている。
特開平５－１３３３４３号公報（段落［００１３］～［００１９］、図１等） 特開２００１－１２３９６２号公報（段落［００１２］～［００２６］、図１，図２等）
　特許文献１，２に係る従来技術によれば、ポンプＰの吐出圧をほぼ一定に保って推定末端圧力一定制御を行うことが可能である。しかし、いずれもポンプＰの吸込側圧力を検出する圧力センサ１０１が必要不可欠であるため、設備全体のコストが高くなるという問題がある。
　そこで、本発明の目的は、ポンプの吸込側の圧力センサや流量センサを不要にして給水ポンプ制御装置の低コスト化を可能にすることにある。
　また、本発明の他の目的は、ポンプの吐出圧を所定値に制御して推定末端圧力一定制御を行い、省資源、省エネルギーを達成することにある。
　本発明は、給水管に設置された給水ポンプの吐出側圧力が管路抵抗曲線上に位置するように、インバータ装置により給水ポンプの運転速度を制御して推定末端圧一定制御を行う給水ポンプ制御装置を前提としている。
　そして、本発明においては、インバータ装置の出力周波数と消費電力との関係を示すＦ－Ｐ特性と実際の動作点との間に誤差がある場合に、ポンプの押込圧力があると判定する。この押込圧力がある場合には、Ｆ－Ｐ特性と実際の動作点との間の誤差（インバータ装置の出力周波数の誤差）を用いて、インバータ装置の出力周波数とポンプの吐出側圧力との関係を示すリニアライズ特性の補正量を自動的に計算し、この補正量とポンプの吐出側圧力検出値とを用いてリニアライズ特性を補正する。以後は、補正後のリニアライズ特性に基づく比例・積分・微分制御により、推定末端圧力一定制御を行う。
　本発明によれば、ポンプの吸込側の圧力センサや流量センサを用いずにＦ－Ｐ特性上の押込圧力に相当する誤差を検出し、この誤差を用いてリニアライズ特性を補正するため、設備の簡略化、低コスト化、省資源化が可能である。
　また、リニアライズ特性が管路抵抗曲線と一致することから、押込圧力分だけポンプの発生圧力を抑えて最適な回転数によりポンプを運転することができる。これにより、推定末端圧力一定制御を行う給水ポンプの省エネルギー運転が可能になる。
本発明の実施形態の全体的な構成を示すブロック図である。 図１において、ポンプの押込圧力がない場合のフィードバック制御系を等価的に示したブロック図である。 ポンプの押込圧力がない場合の流量－揚程特性（Ｑ－Ｈ特性）１の説明図である。 ポンプの押込圧力がある場合の流量－揚程特性（Ｑ－Ｈ特性）２の説明図である。 周波数－揚程特性（Ｆ－Ｈ特性）の説明図である。 周波数－電力特性（Ｆ－Ｐ特性）の説明図である。 特許文献１に係る従来技術の構成図である。 特許文献２に係る従来技術の構成図である。
　以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
　図１は、この実施形態の全体的な構成を示すブロック図である。図１において、インバータ制御部３００から出力される周波数指令ｆ*に基づいた周波数とこの周波数に対応した振幅の交流電圧をインバータ部４０１が発生してモータＭを駆動し、給水ポンプＰを運転する。なお、２００は給水用の給水管である。
　インバータ制御部３００は、インバータ装置４００に内蔵された制御処理手段であり、例えばＣＰＵ、メモリ、ＰＩＤ調節器、Ａ／Ｄ変換器、入出力インターフェイス等によって構成されている。このインバータ制御部３００とインバータ部４０１とによりインバータ装置４００が構成されている。
　インバータ制御部３００において、リニアライズ特性３０１は、ポンプＰの駆動周波数（インバータ部４０１の出力周波数）とポンプＰの吐出側圧力との関係を示す特性である。図１では、ポンプＰの押込圧力がない場合のリニアライズ特性を実線により、押込圧力がある場合のリニアライズ特性を破線により示してある。この実施形態では、ポンプＰの押込圧力がある場合に、押込圧力がない場合のリニアライズ特性を補正して使用することを特徴としており、実線の特性を補正前のリニアライズ特性、破線の特性を補正後のリニアライズ特性ともいう。
　補正前のリニアライズ特性は、推定末端圧力一定制御を行うために給水管路に応じて予め設定された管路抵抗曲線と実質的に同一であり、このリニアライズ特性は関数またはデータテーブルとしてメモリ（図示せず）に記憶されている。
　ここで、管路抵抗曲線は、図３に示すように流量－揚程特性（Ｑ－Ｈ特性）ともいい、押込圧力がない場合の揚程はポンプ発生圧力に等しい。なお、便宜的に、図３に示す管路抵抗曲線を流量－揚程特性（Ｑ－Ｈ特性）１とする。
　図１において、リニアライズ特性３０１の吐出側圧力から選ばれた目標圧力は、ポンプＰの吐出側の圧力センサ４０２からの吐出側圧力検出値と共に、減算手段３０２に入力されている。減算手段３０２により算出された偏差は、ＰＩＤ制御手段３０３に入力され、その出力は切替手段３０９を介して加減速手段３０４に入力される。ここで、切替手段３０９は、後述するＦ－Ｐ特性誤差判定手段３０８によって動作が制御されるものであり、押込圧力がない平常時には、ＰＩＤ制御手段３０３の出力が切替手段３０９を介して加減速手段３０４に与えられるようになっている。また、切替手段３１１も、後述するＦ－Ｐ特性誤差判定手段３０８によって動作が制御されるものであり、「誤差なし」の場合に開路され、「誤差あり」の場合に閉路されるものである。
　ＰＩＤ制御手段３０３は、上記偏差をゼロにするように比例・積分・微分演算を行う調節器によって構成されている。加減速手段３０４は、ＰＩＤ制御手段３０３の出力に基づいて周波数指令ｆ*を演算し、インバータ部４０１へ出力する。
　ポンプＰの押込圧力がない場合のフィードバック制御系を等価的に示すと、図２のようになる。
　また、図１において、３０５はインバータ部４０１の消費電力を算出する消費電力算出手段である。この消費電力算出手段３０５は、インバータ部４０１の内部で生成される電圧指令Ｖ*（あるいはインバータ部４０１の出力電圧検出値）とインバータ部４０１の出力電流検出値Ｉとに基づいてインバータ部４０１の消費電力を算出する。
　３０６は、消費電力算出手段３０５により算出したインバータ部４０１の出力周波数と消費電力との関係を示す周波数－電力特性（Ｆ－Ｐ特性）であり、関数またはデータテーブルとしてメモリに記憶されている。このＦ－Ｐ特性３０６は、押込圧力の有無に関わらずほぼ一定であり、例えば図４Ｃに実線で示すような特性である。このＦ－Ｐ特性３０６は、ポンプＰの施工時やメンテナンス作業中の動作確認時に、インバータ部４０１の出力周波数に対するインバータ部４０１の消費電力を設定して記憶させる。このとき、ポンプＰの駆動軸動力をインバータ部４０１の消費電力に置き換えることにより、Ｆ－Ｐ特性３０６を作成することが可能である。
　いま、ポンプＰの押込圧力がないと仮定すると、推定末端圧力一定制御を行うための所定の吐出側圧力を目標圧力としてＰＩＤ制御手段３０３が動作し、加減速手段３０４により周波数指令ｆ*が演算されてインバータ部４０１に与えられる。この時のインバータ部４０１の出力周波数と吐出側圧力との関係は、例えば図４Ｂの実線のリニアライズ特性によって表すことができ、インバータ部４０１の周波数Ｆaと吐出側圧力との関係は動作点Ａに保たれている。なお、インバータ部４０１の周波数は流量と比例するため、図４Ｂの実線のリニアライズ特性は図３の管路抵抗曲線に一致している。
　しかし、押込圧力がある場合、図３と図４Ａの管路抵抗曲線との比較から明らかなように、ポンプ発生圧力は、吸込側有効圧力としての押込圧力の分だけ少なくてよいはずである。ここで、図４Ａの管路抵抗曲線を、便宜的に流量－揚程特性（Ｑ－Ｈ特性）２とする。
　しかしながら、押込圧力がある場合にインバータ部４０１の運転を動作点Ａにて継続すると、要求される給水量に対して余分にポンプＰを回転させることになり、インバータ部４０１、モータＭ及びポンプＰがエネルギーを浪費することになる。すなわち、この状態ではインバータ部４０１の図４ＣのＦ－Ｐ特性の動作点が最適値から外れているので、動作点をＦ－Ｐ特性上へ復帰させる（つまり、リニアライズ特性を補正する）必要がある。
　図４Ｃにおいて、押込圧力がある場合には、図４Ｂの動作点Ａに対応するインバータ部４０１の周波数Ｆaと消費電力との関係は、図４Ｃの動作点Ｐaに示すように実線で示したＦ－Ｐ特性からずれている。図１のＦ－Ｐ特性誤差判定手段３０８は、加減速手段３０４が出力する周波数指令ｆ*と消費電力算出手段３０５により求めた消費電力とから動作点Ｐaを求め、この動作点ＰaとＦ－Ｐ特性との間にずれ（誤差）があるかどうかを判定する。その結果、動作点ＰaとＦ－Ｐ特性との間に所定値以上のずれがあると判定したときに、切替手段３０９を「誤差あり」側に切り替えると共に、切替手段３１１を閉路するための信号を出力する。
　図４Ｃにおいて、動作点Ｐaのままで運転を継続することは、押込圧力に起因する消費電力の減少分ΔＰを考慮せずに周波数Ｆaでインバータ部４０１を高速運転することになり、エネルギーの浪費につながる。これを解決するには、動作点を動作点ＰaからＦ－Ｐ特性上の動作点Ｐbに移動させればよい。
　そこで、図１のリニアライズ補正制御手段３０７は、動作点Ｐa－Ｐb間の周波数差ΔＦを算出し、この周波数差ΔＦを、切替手段３０９を介して加減速手段３０４に入力する。このとき、切替手段３０９は、Ｆ－Ｐ特性誤差判定手段３０８の動作によって「誤差あり」側に切り替わっている。
　図１の加減速手段３０４は、周波数差ΔＦに相当する信号を周波数指令ｆ*としてリニアライズ特性補正手段３１０に入力する。このリニアライズ特性補正手段３１０には、圧力センサ４０２からの吐出側圧力検出値も入力されている。
　このとき、切替手段３１１は閉路されており、リニアライズ特性補正手段３１０は、周波数指令ｆ*及び吐出側圧力検出値から、全揚程を上限圧力としてリニアライズ特性３０１を図４Ｂに実線で示した補正前リニアライズ特性から図４Ｂに破線で示した補正後リニアライズ特性に補正する。補正後のリニアライズ特性は関数またはデータテーブルとしてメモリ（図示せず）に記憶され、図１におけるリニアライズ特性３０１を構成することになる。
　その後、切替手段３０９が「誤差なし」側に接続されると共に切替手段３１１が開路され、補正後のリニアライズ特性３０１に基づいて選ばれた目標圧力と圧力センサ４０２からの吐出側圧力検出値との偏差がＰＩＤ制御手段３０３に入力される。ＰＩＤ制御手段３０３の出力は切替手段３０９を介して加減速手段３０４に入力され、加減速手段３０４により周波数指令ｆ*が演算されてインバータ部４０１に与えられることになる。
　以後は、補正後のリニアライズ特性による目標圧力に従ったＰＩＤ制御により周波数指令ｆ*を生成し、インバータ部４０１の出力周波数を制御してポンプＰの吐出側圧力を目標圧力に保ち、推定末端圧力一定制御を行う。また、押込圧力に起因してＦ－Ｐ特性と動作点との間に誤差が発生する都度、上述したリニアライズ特性の補正処理を繰り返せばよい。
　なお、要求給水量またはポンプＰの押込圧力が変化し、これによって吐出側圧力が変化した場合、リニアライズ特性の補正量が小さいと、動作点が図４ＣのＦ－Ｐ特性から外れる。この場合は、動作点がＦ－Ｐ特性から外れたときの周波数差ΔＦを算出して、補正後のリニアライズ特性の目標圧力を徐々に減少させ、動作点がＦ－Ｐ特性上に復帰するようにリニアライズ特性を再度補正すればよい。
　これとは逆に、リニアライズ特性の補正量が大きいと、動作点はＦ－Ｐ特性上に存在するが、給水量が不足することになる。この場合には、リニアライズ特性の目標圧力を徐々に増加させていき、動作点がＦ－Ｐ特性から外れたときの周波数差ΔＦを算出して周波数と流量とが比例する関係を利用してリニアライズ特性を補正し、図４Ａの管路抵抗曲線と対応させればよい。
　２００：給水管
　３００：インバータ制御部
　３０１：リニアライズ特性
　３０２：減算手段
　３０３：ＰＩＤ制御手段
　３０４：加減速手段
　３０５：消費電力算出手段
　３０６：Ｆ－Ｐ特性
　３０７：リニアライズ補正制御手段
　３０８：Ｆ－Ｐ特性誤差判定手段
　３０９，３１１：切替手段
　３１０：リニアライズ特性補正手段
　４００：インバータ装置
　４０１：インバータ部
　４０２：圧力センサ
　Ｍ：モータ
　Ｐ：給水ポンプ

Claims (4)

  1. 　給水管に設置された給水ポンプの吐出側圧力が管路抵抗曲線上に位置するように、インバータ装置により前記給水ポンプの運転速度を制御して推定末端圧一定制御を行う給水ポンプ制御装置において、
    　前記給水ポンプの吐出側圧力を検出する圧力センサと、
    　前記インバータ装置の出力周波数と前記吐出側圧力との関係を示すリニアライズ特性を記憶する記憶手段と、
    　前記インバータ装置の消費電力を算出する消費電力算出手段と、
    　前記インバータ装置の出力周波数と消費電力との関係を示すＦ－Ｐ特性を記憶する記憶手段と、
    　前記インバータ装置の出力周波数、消費電力、及び前記Ｆ－Ｐ特性に基づき、前記給水ポンプの押込圧力の有無を判定する判定手段と、
    　前記判定手段により押込圧力ありと判定した場合に前記リニアライズ特性を補正する補正手段と、
    　を備えたことを特徴とする給水ポンプ制御装置。
  2. 　請求項１に記載した給水ポンプ制御装置において、
    　前記リニアライズ特性における前記吐出側圧力を目標圧力とし、この目標圧力と前記給水ポンプの吐出側圧力検出値との偏差に基づいて周波数指令を生成することを特徴とする給水ポンプ制御装置。
  3. 　請求項２に記載した給水ポンプ制御装置において、
    　前記周波数指令と前記消費電力算出手段により算出した消費電力とから求めた動作点が前記Ｆ－Ｐ特性から所定値以上ずれているときに、前記判定手段により押込圧力ありと判定することを特徴とする給水ポンプ制御装置。
  4. 　請求項２または３に記載した給水ポンプ制御装置において、
    　前記判定手段により押込圧力ありと判定した場合に、前記圧力センサにより得た吐出側圧力検出値と前記周波数指令とを用いて前記リニアライズ特性を補正することを特徴とする給水ポンプ制御装置。
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