JP5455877B2 - 給水装置 - Google Patents

Description

本発明は、給水装置に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２００９−４７１２５号公報（特許文献１）がある。この公報には、「複数の可変速駆動手段によって駆動する複数のポンプを用いた給水装置において給水ユニット要求仕様（水量Ｑ0、全揚程Ｈ0）の１点でポンプ運転制御、末端圧力一定制御に必要なパラメータ及び演算式を自動生成するのに好適な可変速ポンプを用いた給水装置を提供する。可変速駆動手段によって駆動される複数の可変速ポンプ及び給水管１と、給水管１に取り付けた圧力検出手段と、給水系の所望する圧力目標値を設定する手段と、圧力目標値に従いポンプが予め定めた関係となるように可変速運転する手段とを備えた給水装置において、入力された給水ユニット要求仕様データを基に、末端圧力一定制御の演算式を自動生成する手段と、生成した演算式を記憶する手段とを有する。入力された給水ユニット要求仕様データを基に、末端圧力一定制御に必要なパラメータを自動生成する手段と、生成したパラメータを記憶する手段とを有する。」と記載されている（要約参照）。

特開２００９−４７１２５号

前記特許文献１には、末端圧力一定制御を行う給水装置が記載されている。しかし、特許文献１には、インバータからポンプに流れる電流が定格電流以下になるように給水装置を制御することが示されていない。

そこで、本発明は、インバータからポンプに流れる電流が定格電流以下になるように給水装置を制御することができる給水装置を提供する。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、給水管に連結されて給水を行うポンプと、ポンプを可変速に駆動するインバータと、ポンプの吐出側の圧力を検出する圧力検出手段と、ポンプの吐出側の目標圧力を設定する目標圧力設定手段と、圧力検出手段が検出する圧力が目標圧力となるようにインバータを制御する制御部とを備えた給水装置において、インバータからポンプに流れる電流を検出する電流検出手段と、インバータからポンプに流れる電流の上限値を設定する上限電流設定手段と、をさらに備え、制御部は、運転時に前記電流検出手段が検出する電流が上限値以下となるようにインバータを制御する。

本発明によれば、インバータからポンプに流れる電流が定格電流以下になるように給水装置を制御することができる給水装置を提供することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本実施例の給水装置で使用する運転特性図である。 本実施例の給水装置の配管系統図及び制御回路図である。 本実施例の給水装置の他の配管系統図及び制御回路図である。 本実施例の給水装置の制御フローチャートである。 本実施例の給水装置の制御フローチャートである。 本実施例のメモリマップを説明する図である。 本実施例のポンプを２台運転する場合の運転特性図である。 本実施例の２台ポンプを用いた給水装置の配管系統図及び制御回路図である。 本実施例の他の給水装置の配管系統図及び制御回路図である。 図４に交互切り替え処理を追加したフローチャートである。 並列導入及び解除処理を説明する図である。

以下、実施例を図面を用いて説明する。

以下、実施例１について、図を用いて説明する。
本実施例は、可変速駆動手段によって駆動するポンプを用いた給水装置の末端圧力一定制御方式において、設定及び操作の簡便化を図り、あるいは、これらの処置の前の図式計算等の面倒さを解消するのに好適な可変速ポンプを用いた給水装置に関するものである。 そして１台以上の可変速駆動手段によって駆動する１台以上のポンプを用いた給水装置において、本実施例の目的について説明する。

（１）まず運転範囲に可変速駆動手段、可変速ポンプ（モータ）の過電流（又は過負荷）となる領域があっても、これの領域で運転するようにする。
即ち、仕様点（水量Ｑと全揚程Ｈ）に基づく目標圧力の演算式（ＨとＱの関数）と最高周波数時ポンプＱ，Ｈ性能を表す関数（ＨとＱの関数）との交点を求め、これによって、目標圧力の演算式（Ｈと周波数ｆの関数で、現在周波数が変数）を自動生成して制御を行う場合、前記交点（運転範囲の最大水量点）に対応した運転時電流が定格電流をオーバするという虞が生ずる。特に、１台以上のポンプを並列運転する場合は顕著である。これの対策として、（２）に示すように定格電流を超えないようなポンプの周波数でポンプの仕様点の上にポンプのＱ−Ｈ性能がくるよう予め決めておくことが考えられるが、これを給水装置の設置前に検討しておくことは面倒である。

（２）リミットロード特性（使用範囲全域で過負荷、過電流とならないこと）でないポンプにインバータ駆動し末端圧力一定制御方式を適用しようとすると、次の手順に従って検討する必要があり、やはり大変面倒である。
（ｉ）ポンプの仕様点（Ｑ０、Ｈ０）の水量Ｑ０対応電流が（可変速駆動手段及びモータの）が定格電流ＩＴより小さい範囲になるように設定する。
（ｉｉ）並列運転を行う場合には、ポンプの仕様点（Ｑ０、Ｈ０）を通る配管抵抗カーブを当該ポンプの性能曲線図上に作図し、Ｑ−Ｈ性能曲線との交点水量対応電流が（可変速駆動手段及びモータの）が定格電流ＩＴより小さい範囲になるように設定する。あるいは、交点対応電流が定格電流ＩＴより小さい範囲となるよう、性能曲線に示すＱ−Ｈ性能に対応する周波数（一般的には５０ＨＺ地区は５０ＨＺ、６０ＨＺ地区は６０ＨＺである。）を基に周波数換算をして周波数を算出する。
（ｉｉｉ）算出した周波数と他のパラメータ（設定値）を決定し末端圧力一定制御の演算式を生成する。

（３）既設のポンプを省エネルギー化狙いでインバータ駆動し末端圧力一定制御方式を採用しようとすると、上記した（２）と同様の手順に従って検討する必要があり、やはり大変面倒である。これは、可変速ポンプの運転時の電流が定格電流を超えないようにするための処理又はアルゴリズムがないためである。

そこで、本実施例では、１台以上の可変速駆動手段によって駆動する複数のポンプを用いた給水装置の末端圧力一定制御において、運転時電流が定格電流を超えない処理を行って運転範囲を制限するとともに、可変速駆動手段の運転電流が定格電流となった時の圧力、周波数、並列運転から台数を減台する際の可変速駆動手段の最低周波数を検出して記憶部に記憶して、これを基に並列運転の増台処理、減台処理を実行するのに好適な可変速ポンプを用いた給水装置を提供することを目的とする。

図１は、実施例において、ポンプを１台運転する場合の運転特性図であり、縦軸に給水圧力ヘッドＨ（ｍ）、横軸に使用水量Ｑ（ｍ^３／ｍｉｎ）及びポンプモータ運転電流Ｉ（Ａ）をとって示している。曲線Ａはポンプ性能を特定する特定周波数Ｎｍａｘで運転したときのポンプＱ−Ｈ性能であり、ＰＳはその締め切り圧力ヘッドである。特定周波数Ｎｍａｘとは一般的に商用電源周波数であり、５０ＨＺ地区向けの機種では５０ＨＺ、６０ＨＺ地区向けの機種では６０ＨＺが選べられるが、これに限定されるものではない。曲線Ｄは特定周波数Ｎｍａｘで運転した時のポンプモータ運転電流であり、ＩＴはこれの定格電流を示す。 特定周波数Ｎｍａｘ（ポンプＱ−Ｈ性能カーブＡ）で大水量まで運転すると定格電流ＩＴを越えてしまう領域がある。但し、リミットロード特性を有するポンプはこの限りではない。

Ｅは配管抵抗曲線であり、末端圧一定制御方式は、使用水量の増減に伴い給水圧力がこの曲線上にくるようポンプモータの周波数を変えて運転することである。曲線Ｃは末端圧一定制御を行った場合の使用水量０の点、即ち最低周波数Ｎｂで運転した時のポンプのＱ−Ｈ性能である。この末端圧力一定制御を行うために、周波数と圧力ヘッドで表す座標２点で目標圧力となる演算式を生成している。即ち、１点はＰＭ（目標圧力の上限値）と前記した特定周波数Ｎｍａｘ、もう１点はＰＬ（目標圧力の下限値）と最低周波数Ｎｂである。これらのポイントは図に示すそれぞれＯ１（Ｑ−Ｈ性能カーブＡと抵抗曲線ＥとＰＭとの交点），Ｏ２（Ｑ−Ｈ性能カーブＣと抵抗曲線ＥとＰＬとの交点）である。又、Ｏ０点はポンプ仕様点（Ｑ０、Ｈ０）を示している。

目標圧力をＳＶとし、これら２点直線近似して演算式を生成すると次の通りとなる。
ＳＶ＝（ＰＭ−ＰＬ）／（Ｎｍａｘ−Ｎｂ）×（Ｎｘ−Ｎｂ）＋ＰＬ--------（１）
ここで、Ｎｘは変数であり、現在運転している周波数を（１）式に代入すると目標圧力ＳＶが求まる。即ち、給水圧力がこの目標圧力ＳＶと等しくなるよう運転周波数を制御するのである。

曲線Ｂは前述の末端圧力一定制御において、定格電流ＩＴをオーバーしないように周波数をＮｔに制限した時のポンプＱ−Ｈ性能であり、この時の運転電流曲線はＦである。これによって、運転範囲はＱＴ以下であれば定格電流ＩＴをオーバーしないことが分かる。換言すると、末端圧力一定制御において、周波数制御を運転電流が定格電流ＩＴをオーバーしないように随時判定しながら処理すればよいことを示している。ところで、演算式（１）のＰＨ＝ＰＬとした吐出圧力一定制御もこの末端一定制御の特異解としてこれに含まれるものである。

図２は、実施例の給水装置の配管系統図及び制御回路図を示したものである。１は吸込み管、２−１〜２−２は仕切り弁、３はモータ４によって駆動され、吸込み管１を介して吸込み側の水を需要側へ送水するポンプ、５は逆止め弁、６は給水管、７は圧力タンク、８は給水管６に備わり、ここの圧力を検出し、これに応じて圧力信号を発する圧力センサ、９は前記逆止め弁５の上流側に位置し給水管６の途中に設置したフロースイッチであり、過少水量使用状態となると信号を発する。又、ＰＷは電源、ＥＬＢは漏電遮断器であり、これ以降の系統の漏電保護を行う。ＩＮＶはモータ４可変速駆動するインバータであり、後で述べる制御装置ＣＵからの速度指令信号ｆ１によって所定の周波数、電圧を与える。

また、これらの指定周波数に対しインバータの現在周波数としてｆ１０を制御装置ＣＵに返す。更に、電流、周波数、運転及び故障状態を表示するあるいはキー入力スイッチ等を備えるコンソールＣＯＮＳ１、電流検出手段ＣＴを備えている。尚、前記電流検出手段ＣＴは前記インバータ内部に設けても良い。又、運転指令信号ＲＵＮがＯＮすると始動し、ＯＦＦすると停止する。尚、簡単にするため前述のｆ１０を省略してｆ１で兼ねても良い。又、ＲＵＮ信号を省略してｆ１の出力で始動、出力停止で停止としても良い。Ｒ，Ｓは制御電源、ＴＲはトランスであり、その二次側は制御装置ＣＵの電源端子に接続している。制御装置ＣＵは、運転及び故障状態を表示する、あるいはキー入力スイッチ等を備えるコンソールＣＯＮＳ２を備える。そして、インバータの現在周波数ｆ１０、圧力センサの信号Ｓ０、フロースイッチの信号Ｓ１及び電流検出手段ＣＴの出力信号Ｓ１０を入力し、運転用スイッチＳＳの入力端子を備え、インバータへの速度指令信号ｆ１同じく運転信号ＲＵＮをリレーへ出力する出力端子も備える。

図３に別の実施例である給水装置の配管系統図及び制御回路図を示す。これは、図２に示す制御装置ＣＵを省略し、その機能をインバータＩＮＶの内部にソフトウエアーとして収納したものである。又、インバータＩＮＶへの周波数ｆ１指令、インバータからのアンサーバック周波数ｆ０、インバータへの運転指定ＲＵＮ、電流検出手段ＣＴはインバータ内部データ、状態信号を利用するようにしたものである。そして、圧力センサ８の出力信号Ｓ０、フロースイッチ９の出力信号Ｓ１はそれぞれインバータＩＮＶ入力端子１，２と３，４に接続する。又、図２と同じ記号で示すものは同じものであるから説明を省く。

次に、以上で述べたことを制御装置ＣＵでどのように処理するかについて、フローチャートの図４、図５、メモリマップ図６により詳細に説明する。
図４において、４００ステップで例えば次の４０１ステップのイニシャル処理に備えて割り込み禁止処理Ｄ１を実行する。イニシャル処理ではレジスタ、割り込みベクタ、メモリー、スタックポインタなど各種の処理を実行し起動準備を行う。そして、４０２ステップで図６に示すパラメータである仕様点データＱ０をＥＥＰＲＯＭのメモリーＭ０に、同様にデータＨ０をＭ１に、パラメータＮｍａｘ（最高周波数データ）をＭ１０に、最高周波数Ｎｍａｘ時のポンプ性能を特定する測定データＰＳをメモリーＭ１１へ、インバータ定格電流ＩＴデータをＭ３０に格納する。

そして、これらのデータの一部を用いて前述した末端圧力一定制御に必要なパラメータＰＬ、ＰＨを求めてメモリーＲＡＭのＭ１００、Ｍ１０１に格納する。同様の処理を実行して、末端圧力一定制御に必要なパラメータＮｂ、Ｎｃ、Ｈｔｏｎ、Ｈｔｏｆｆを求めてメモリーＭ１０３〜Ｍ１０６に格納する。更に、メモリーＭ１０７には変数としてインバータ現在周波数のデータを、詳細は後で述べるがインバータの電流検出手段が定格電流ＩＴを検出した時の周波数Ｎｔ、その時の圧力検出手段が検出した圧力データＨｔをメモリーＭ１１１、Ｍ１１２に格納する。これらのデータが格納できるエリアを確保しておく。尚、メモリーＲＡＭに格納した値は変数として用いる。ここで、メモリーＥＥＰＲＯＭにデータを書き込む処理は、予め別の処理により書き込んでおくこともできる。次の４０３ステップで末端圧一定制御の演算式生成、運転制御用パラメータの初期化を実行する。

さて、４０４ステップでは、イニシャル処理、パラメータ設定処理、演算式制御用パラメータ初期化の処理が終了したので、割り込み許可処理ＥＩを実行する。続いて４０５ステップでタイマ処理Δｔを実行し、割り込みを待つ。当然、割り込みが発生し、５００ステップ以降の処理が実行される。

５００ステップ以降のＩＮＴ０割り込み処理において、図５のＡに示すように、５０１ステップで図２又は図３のキースイッチ１０が押されたか判定する。判定した結果、押されていなければ５０２ステップへ進み、例えば初期値で決定している圧力等の表示を行い、５０９ステップで割り込み処理から割り込み前の処理へ戻るＲＥＴ０処理を実行する。５０１ステップの判定結果でキースイッチ１０が押されていたら、５０３ステップへ進み、押されたキースイッチ１０がパラメータ変更キーであるか判定する。パラメータ変更キーであった場合、５０５ステップへ進み、これ以降の処理で４０２ステップでの説明と同様にパラメータ設定（変更可能）処理及びメモリーへ格納処理を実行する。このようにすれば、運転中でもパラメータの設定変更が可能となる。

５１０ステップ以降のＩＮＴ１割り込み処理において、図５のＢに示すように、５１１ステップで故障のチエック、監視を行う。５１２ステップでは、圧力センサ及び電流検出手段の信号を検出し、アナログレジスタＡＮ０（圧力）、ＡＮ１（電流）のデータをメモリーＭ１１０、Ｍ１１１に格納しておく。５１３ステップでインバータの現在周波数を検出してメモリーＭ１０７、１０８に格納しておく。そして，５１４ステップで割り込み処理から割り込み前の処理に戻る。

さて、このようにして、図４の４０６ステップでは、圧力センサの検出した圧力データが、始動圧力ヘッドＰＬ以下になるまで判定する。ＰＬ以下であれば、４０７ステップに進み、ポンプを始動指令し、４０８ステップで目標圧力ヘッドを初期値としてＨ０＝ＰＬとする。次に、４０９ステップで目標圧力ヘッドＨ０（Ｈ０＝ＰＬ）と圧力センサの検出した圧力データＨと比較する。この結果、Ｈ０＋２ｍ＜Ｈならば、目標圧力ヘッドＨ０より給水圧が高いこと示しており、４１０ステップ以降の減速処理を実行する。

４０９ステップでＨ０−２ｍ＞Ｈならば、目標圧力ヘッドＨ０より給水圧が低いこと示しており、４１６ステップ以降の処理を実行する。４０９ステップでＨ０＋２ｍ＝Ｈならば、目標圧力ヘッドＨ０と給水圧が等しいこと示しており、４１１ステップへ進み演算式による目標圧力ヘッド更新処理を実行する。こでは、前述のように演算式（１）または式（２）により、メモリーＭ１００〜Ｍ１０８に格納しているデータを使用して演算式を自動生成する。そして、この演算式に現在のインバータ周波数を代入して目標圧力ヘッドを更新し、４０９ステップへジャンプする。このときは、更新された目標圧力ヘッドと圧力センサの検出した値と比較することになる。以下、これ以降の処理を続けていく。

さて、４１６ステップでは前述した割り込み処理で検出し、メモリーＭ１１１（ＡＮ１）に格納しているインバータ運転電流を（レジスターに）ロードする処理を実行する。そして、４１７ステップでこのインバータ運転電流とインバータ定格電流Ｉｔとを比較し、未満であれば４１８ステップへ進み、ここで増速処理を実行する。４１９ステップでは、インバータ指令周波数ｆ１と到達周波数ｆ１０が一致するまで実行する。定格電流以上であれば４２０ステップへ進み、ここで、インバータ運転電流が定格電流以上となった時のインバータ周波数データＮｔ、及びこの時の圧力センサの検出した圧力データＨｔをメモリーＭ１１２，Ｍ１１３に格納しておく。この後、４０９ステップへ戻り、これ以降の処理を実行する。

このようにすれば、インバータ運転電流が定格電流を超えないように周波数制御範囲を制限することができる。従って、運転範囲全域で過負荷、過電流となることがない。またそれの従来技術で述べた手順の検討を必要としない。

説明を戻すが、減速処理の４１０ステップ、４１２ステップを実行した後、４１３ステップで、フロースイッチ９が動作しているか判定する。同フロースイッチは流量スッチであり、これを流れる流量が例えば１０ｌ（リットル）／ｍｉｎ以下でＯＮ、１５ｌ／ｍｉｎ以上でＯＦＦするよって、使用水量が少なく１０ｌ／ｍｉｎ以下であれば４１４ステップへ進み、ここでポンプ停止指令を発する。

次に、図７、図８、図９、図１０により２台以上のポンプの実施例を説明する。
図７は実施例において、ポンプを２台運転する場合の運転特性図であり、縦軸に給水圧力ヘッドＨ（ｍ）、横軸に使用水量Ｑ（ｍ^３／ｍｉｎ）及びポンプモータ運転電流Ｉ（Ａ）をとって示している。図１と同じ記号で示しているものは同じものであるから説明を省く。
曲線Ｉはポンプ性能を特定する特定周波数Ｎｍａｘで運転したときの２台並列（同時）運転時ポンプＱ−Ｈ性能である。この場合も１台運転時と同様に特定周波数Ｎｍａｘ（ポンプＱ−Ｈ性能カーブＡ）で大水量まで運転すると定格電流ＩＴを越えてしまう領域がある。
そこで、末端圧一定制御の目標である配管抵抗曲線Ｅ上に、図１で述べた２点（Ｏ１、Ｏ２）に２台並列運転時の目標値を与えるＯ３点（Ｑ−Ｈ性能カーブＩと抵抗曲線ＥとＰＨとの交点）を加え３点とする。これは、前述したが末端圧力一定制御を行うために、周波数と圧力ヘッドで表す座標３点で目標圧力となる演算式を生成するのに必要なものである。

そして、配管抵抗曲線Ｅ上に、インバータ運転時電流が定格電流となるポイントＯ４点を設ける。このポイントでは前述したように給水圧力Ｈｔとその時の周波数Ｎｔをメモリーに記憶しており、１台のポンプで運転できるのはこのポイントまでである。即ち、１台のポンプで運転できる運転範囲の最高周波数はＮｔ、給水圧力はＨｔ、使用水量はＱｔである。使用水量がＱｔを越えた場合は、２台並列（同時）運転する必要がある。この時の２台目ポンプの周波数はＮｃでありメモリーに記憶しておく。又、ポンプの性能曲線はＧである。曲線Ｈは２台並列運転時の運転範囲内最大水量Ｑｔｘ２使用時の周波数Ｎｔｘ２（２台共にＮｔの意味）ポンプＱ−Ｈ性能である。

目標圧力をＳＶとし、使用水量Ｑｔ〜Ｑｔｘ２間の演算式を２点（Ｏ２とＯ３）で生成すると次の通りとなる。
直線近似の場合
ＳＶ＝（ＰＨ−Ｈｔ）／（Ｎｍａｘ−Ｎｃ）×（Ｎｘ−Ｎｃ）＋Ｈｔ----------（２）
２次関数の場合
ＳＶ＝（ＰＨ−Ｈｔ）／（Ｎｍａｘ−Ｎｃ）^２×（Ｎｘ−Ｎｃ）^２＋Ｈｔ------（３）
ここで、Ｎｘは変数であり、現在運転している周波数を（２）（３）式に代入すると目標圧力ＳＶが求まる。即ち、給水圧力がこの目標圧力ＳＶと等しくなるよう運転周波数を制御するのである。

曲線Ｈは前述の末端圧力一定制御において、定格電流ＩＴをオーバーしないように周波数をＮｔｘ２に制限した時のポンプＱ−Ｈ性能であり、図示していないが、この時の運転電流曲線はＦを２倍にしたものでありこれによって、運転範囲がＱＴｘ２以下であれば定格電流ＩＴをオーバーしないことが分かる。ところで、演算式（２）（３）のＰＨ＝Ｈｔとした吐出圧力一定制御もこの末端一定制御の特異解としてこれに含まれるものである。

参考までに以上のパラメータ（設定値及び変数）の意義を次に示す。
一般に水理計算によって、ＰＬ＝実揚程（Ｈａ）＋所要末端圧力ヘッド（Ｈｐ）として求める。
ＰＨは、全揚程に相当しポンプの最後に停止する停止圧力ヘッド（周波数をＮｓｔまで高めて停止）であり、水量Ｑ３の時の上限目標圧力ヘッドである。
ＰＭは、水量Ｑ２の時の中間目標圧力ヘッド（ｍ）である。
ＰＳは、ポンプ締切圧力ヘッド（周波数Ｎｍ時）（ｍ）である。
Ｈｔｏｎは、２台目並列導入圧力である。
Ｈｔｏｆｆは、２台目並列解除圧力ヘッドである。
Ｎｍは、１台運転時ポンプ最高周波数である。
Ｎｂは、１台運転時ポンプ最低周波数である。Ｎｂ＝Ｎｍ√（ＰＬ／ＰＳ）にて求める。
Ｎｍ×２は、２台並列運転時ポンプ最高周波数である。
Ｎｃは、使用水量Ｑ２時２台目運転時ポンプ最低周波数である。Ｎｃ＝Ｎｍ√（ＰＭ／ＰＳ）にて求める。
Ｎｓｔは、１台目ポンプ停止時周波数であり、図１において、使用水量が少なくポンプを停止しても良い状態（使用水量がＱ１）になったらインバータ周波数をＮｂからＮｓｔまで高めて停止させる。これは、圧力タンク内に水を充満させることを意味する。Ｎｓｔ＝Ｎｍ√（ＰＨ／ＰＳ）にて求める。
また、Ｎｘは現在周波数であり、変数である。この値を演算式（１）、（３）または（２）、（４）に代入すると、現在周波数における目標圧力ヘッドが生成される。
以上により、目標圧力ヘッドの変更を行う際には、ＰＬ、ＰＭ、Ｎｂ、Ｎｃを変更する必要がある。さらに、これに関連してポンプ運転制御に必要なパラメータ（変数）Ｎｂ、Ｎｃ、Ｎｓｔを変更する必要がある。

次に並列運転導入、解除時の条件について説明する。
並列導入条件は上記で設定したＮｔやＨｔを用いて以下の（ｉ）〜（ｖ）の何れかに設定することができる。
（ｉ）可変速ポンプのインバータの運転周波数がＮｔ以上となり、又はこの状態が所定時間継続すし、圧力センサの検出した給水圧力がＨｔ以下となり、又はこの状態が所定時間継続すること。
（ｉｉ）可変速ポンプのインバータ運転電流が定格電流Ｉｔ以上となり、又はこの状態が所定時間継続すること。
（ｉｉｉ）圧力センサの検出した給水圧力がＨｔ以下となり、又はこの状態が所定時間継続し、可変速ポンプのインバータ運転電流が定格電流Ｉｔ以上となり、又はこの状態が所定時間継続すること。
（ｉｖ）可変速ポンプのインバータの運転周波数がＮｔ以上となり、又はこの状態が所定時間継続し、可変速ポンプのインバータ運転電流が定格電流Ｉｔ以上となり、又はこの状態が所定時間継続すること。
（ｖ）可変速ポンプのインバータの運転周波数がＮｔ以上となり、又はこの状態が所定時間継続し、圧力センサの検出した給水圧力がＨｔ以下となり、又はこの状態が所定時間継続し、可変速ポンプのインバータ運転電流が定格電流Ｉｔ以上となり、又はこの状態が所定時間継続すること。

また並列解除条件は以下の何れかに設定することができる。
（ｉ）可変速ポンプのインバータの運転周波数がＮｃ以下となり、又はこの状態が所定時間継続し、圧力センサの検出した給水圧力がＨｔ以上となり、又はこの状態が所定時間継続すること。
（ｉｉ）可変速ポンプのインバータ運転電流がＩｃ以下となり、又はこの状態が所定時間継続すること。
（ｉｉｉ）可変速ポンプのインバータの運転電流がＩｃ以下となり、又はこの状態が所定時間継続し、圧力センサの検出した給水圧力がＨｔ以上となり、又はこの状態が所定時間継続すること。
（ｉｖ）可変速ポンプのインバータの運転周波数がＮｃ以下となり、又はこの状態が所定時間継続し、可変速ポンプのインバータの運転電流がＩｃ以下となり、又はこの状態が所定時間継続すること。
（ｖ）可変速ポンプのインバータの運転周波数がＮｃ以下となり、又はこの状態が所定時間継続し、可変速ポンプのインバータ運転電流がＩｃ以下となり、又はこの状態が所定時間継続し、圧力センサの検出した給水圧力がＨｔ以上となり、又はこの状態が所定時間継続すること。

図８は、実施例の２台ポンプを用いた給水装置の配管系統図及び制御回路図を示したものである。図２に１−２の吸込み管、２−２〜２−４の仕切り弁、３−２のモータ４−２によって駆動され、吸込み管１−２を介して吸込み側の水を需要側へ送水するポンプ、５−２の逆止め弁、９−２のフロースイッチ、ＥＬＢ−２の漏電遮断器、ＩＮＶ２のモータ４−２を可変速駆動するインバータを追加したものであり、同記号で示しているものは同じものであるから説明を省く。そして、制御装置ＣＵからの速度指令信号ｆ２によって所定の周波数、電圧をインバータＩＮＶ２に与える。又、この指令周波数に対しインバータの現在周波数としてｆ２０を制御装置ＣＵに返す。更に、電流、周波数、運転及び故障状態を表示するあるいはキー入力スイッチ等を備えるコンソールＣＯＮＳ３、電流検出手段ＣＴ２を備えている。尚、前記電流検出手段ＣＴ２は前記インバータ内部に設けても良い。又、運転指令信号ＲＵＮ２がＯＮすると始動し、ＯＦＦすると停止する。尚、簡単にするため前述のｆ２０を省略してｆ２で兼ねても良い。又、ＲＵＮ２信号を省略してｆ２の出力で始動、出力停止で停止としても良い。

そして、インバータの現在周波数ｆ２０、圧力センサの信号Ｓ０、フロースイッチ９−２の信号Ｓ１及び電流検出手段ＣＴ−２の出力信号Ｓ２０を入力し、インバータへの速度指令信号ｆ２を出力し、同じく運転信号ＲＵＮ２をリレーへ出力する出力端子も備える。

図９に別の実施例である給水装置の配管系統図及び制御回路図を示す。これは、図８に示す制御装置ＣＵを省略し、その機能をインバータの内部にソフトウエアーとして収納したものである。又、インバータＩＮＶへの周波数ｆ２指令、インバータからのアンサーバック周波数ｆ２０、インバータへの運転指定ＲＵＮ２、電流検出手段ＣＴ２はインバータ内部データ、状態信号を利用するようにしたものである。そして、圧力センサ８の出力信号Ｓ０をそれぞれのインバータ端子に、フロースイッチ９−２の出力信号Ｓ２はインバータＩＮＶ２入力端子１，２と３，４に接続する。又、図８と同じ記号で示すものは同じものであるから説明を省く。

次に、以上で述べたことを制御装置ＣＵでどのように処理するかについて、フローチャートの図１０、図１１、図５、メモリマップ図６により詳細に説明する。
図１０は図４に交互切り替え処理を追加したものであり、図１１は並列導入及び解除処理を示したものである。これらにおいて、図４と同じステップ番号で示しているものは同じ処理なので説明を省く。図１０において、４１４ステップで１台目ポンプの停止処理を実行した後、１１５ステップで交互切り替え処理を実行する。この後、４０５ステップへジャンプしこれ以降の処理を進める。交互切替処理とは、例えば今運転していたポンプが１号機であれば、次に運転するポンプが２号機となるようにポインタを切り替えておく処理のことである。

図１１において、１１０ステップでＮｔ、Ｈｔ、Ｉｔロード（メモリーから読み出しレジスタにロード）する。これらのデータは次以降の処理で適宜利用する。１１１ステップで運転しているインバータ（ＩＮＶ１又ＩＮＶ２のどちらかが運転）の指令周波数ｆ１又はｆ２がＮｔ以上か判定し、以上であれば１１２ステップで所定時間経過したか判定して次の１１３ステップ進む。否の場合は図１０の４０９ステップへ戻る。１１２、１１４、１１６，１２１，１２３の所定時間は設けなくても良いが、動作を確実に実行するには設けた方が望ましい。

１１３ステップでは圧力センサの検出した給水圧力がＨｔ以下か判定する。ＹＥＳであれば、１１４ステップで所定時間経過したか判定して次の１１５ステップ進む。否の場合は図１０の４０９ステップへ戻る。１１５ステップでは、インバータ運転電流がＩｔ以上となったか判定する。ＹＥＳであれば、１１６ステップで所定時間経過したか判定して次の１１７ステップ進む。否の場合は図１０の４０９ステップへ戻る。１１７ステップでは、２台目の運転処理を実行する。この処理には次の二つの方法があり適宜使い分ける。
（ｉ）先行しているポンプを可変速ポンプ（インバータが周波数制御）とし、追従して運転する都度、ポンプを定速ポンプ（インバータが周波数固定速制御）として作用させる。可変速ポンプは１台、定速ポンプは２台以上。定速ポンプとして追従して運転するポンプのインバータはＮｔ周波数を出力し、運転周波数がＮｔを越えないようにする。
（ｉｉ）先行しているポンプを可変速ポンプから定速ポンプに変更し、追従して運転する最初のポンプを可変速ポンプとし、次に追従して運転する都度、ポンプを定速ポンプ（インバータが周波数固定速制御）として作用させる。勿論、定速ポンプの周波数はＮｔ周波数を出力し、運転周波数がＮｔを越えないようにする。

以上の処理が並列導入処理（増台処理）である。この並列導入処理の運転条件は、上記に示したとおりであり、この条件に基づいて適宜、１１０〜１１６ステップの処理を並列にしたり、直列にしたり削除したりして組み合わせる。

１１８ステップでは次の並列解除（減台）処理に備えて、可変速ポンプのインバータの最低周波数ＮＣを検出し、メモリーＭ１１４に格納しておく。最低周波数ＮＣを検出処理（方法）は次の通りである。
定速ポンプは固定速度Ｎｃを出力し、可変速ポンプは目標圧力をＨｃとして、圧力センサ８の検出した給水圧力がこのＨｃと等しくなるよう前記可変速ポンプのインバータの周波数を変えて出力し、目標圧力Ｈｃ一定制御を実行する。等しくなった時のインバータ周波数がＮｃである。前述したイニシャル処理でＮｃのデータは例えばＦＦＨとしておく、このようにしておけば、上記に示した並列解除（減台）する予想される誤動作を未然に防止することができる。

１１９ステップで、Ｎｔ、Ｎｃ、Ｈｔのデータをロード（メモリーから読み出しレジスタにロード）する。これらのデータは次以降の処理で適宜利用する。そして、次の１２０ステップへ進む。ここで、可変速ポンプのインバータ指令周波数（ｆ１又はｆ２）がＮｃ以下となったか判定する。ＹＥＳであれば、１２１ステップで所定時間経過したか判定して次の１２２ステップ進む。否の場合は１１７ステップへ戻る。１２２ステップでは圧力センサの検出した給水圧力がＨｔ以上になっているか判定する。ＹＥＳであれば、１２３ステップで所定時間経過したか判定して次の１２４ステップ進む。否の場合は１１７ステップへ戻る。

１２４ステップでは、現在運転しているポンプのうち１台を停止する並列解除（減台）処理を実行する。この後、図１０の４０５ステップへ戻る。この１２４ステップの並列解除（減台）処理には次の二つの方法があり適宜使い分ける。
（ｉ）現在運転している可変速ポンプ（インバータが周波数制御）を停止、運転中の定速ポンプのうち最初に運転しているポンプを可変速ポンプに変更し、そのポンプのインバータの運転周波数はＮｔを越えないようにする。
（ｉｉ）運転している可変速ポンプはそのままにし、運転中の定速ポンプのうち最初に運転しているポンプを停止する。

以上の処理が並列解除処理（減台処理）である。この並列解除処理の運転条件は、上記に示したとおりであり、この条件に基づいて適宜、１１９〜１２４ステップの処理を並列にしたり、直列にしたり削除したりして組み合わせる。
以上の通り本実施例では、可変速駆動手段によって駆動される１台以上の可変速ポンプ及びこれらのポンプに連結した給水管と、該給水管に取り付けた圧力検出手段と、前記前記可変速駆動手段の電流を検出する電流検出手段と、可変速駆動手段に速度指令する速度指令手段と、給水系の所望する圧力目標値を設定する設定手段と、該設定手段によって設定された設定値に基づいて末端圧力一定制御の演算式を自動生成又は更新する手段と、自動運転に所望な設定値を自動設定又は更新する手段と、これらの演算式及び設定値を記憶する記憶部とを有し、前記１台以上のポンプが前記自動生成又は更新した末端圧力一定制御の演算式及び設定値に従って可変速運転する可変速制御手段とを備えた給水装置において、前記可変速駆動手段の定格電流設定手段とこれの記憶部を有し、運転時に前記可変速駆動手段の電流検出手段が検出した電流値が前記記憶部に記憶している定格電流を超えないように運転範囲を制限する。

また、本実施例では、可変速駆動手段によって駆動される１台以上の可変速ポンプ及びこれらのポンプに連結した給水管と、該給水管に取り付けた圧力検出手段と、前記前記可変速駆動手段の電流を検出する電流検出手段と、可変速駆動手段に速度指令する速度指令手段と、給水系の所望する圧力目標値を設定する設定手段と、該設定手段によって設定された設定値に基づいて末端圧力一定制御の演算式を自動生成又は更新する手段と、自動運転に所望な設定値を自動設定又は更新する手段と、これらの演算式及び設定値を記憶する記憶部とを有し、前記１台以上のポンプが前記自動生成又は更新した末端圧力一定制御の演算式及び設定値に従って可変速運転する可変速制御手段とを備えた給水装置において、前記可変速駆動手段の定格電流設定手段とこれの記憶部を有し、運転時に前記可変速駆動手段の電流検出手段が検出した電流値が前記記憶部に記憶している定格電流を超えないように随時増速処理の前に、定格電流を超えたか否かを判定する判定処理を設けた。
そして、本実施例は、上記において、定格電流を超えたか否かを判定する判定処理を所定時間で判定するようにした給水装置である。

また、本実施例は、可変速駆動手段によって駆動される１台以上の可変速ポンプ及びこれらのポンプに連した給水管と、該給水管に取り付けた圧力検出手段と、前記前記可変速駆動手段の電流を検出する電流検出手段と、可変速駆動手段に速度指令する速度指令手段と、給水系の所望する圧力目標値を設定する設定手段と、該設定手段によって設定された設定値に基づいて末端圧力一定制御の演算式を自動生成又は更新する手段と、自動運転に所望な設定値を自動設定又は更新する手段と、これらの演算式及び設定値を記憶する記憶部とを有し、前記１台以上のポンプが前記自動生成又は更新した末端圧力一定制御の演算式及び設定値に従って可変速運転する可変速制御手段とを備えた給水装置において、前記可変速駆動手段の定格電流設定手段が定格電流を検出した時又は、定格電流を検出し所定時間を経過した時の前記可変速駆動手段の周波数と圧力検出手段が検出した給水圧力、又はこれらのいずれかを前記記憶手段に記憶する。
更に、本実施例は、増速処理時の周波数出力が記憶部に記憶している定格電流対応の周波数を超えないようにした。

また、本実施例は、可変速駆動手段によって駆動される１台以上の可変速ポンプ及びこれらのポンプに連した給水管と、該給水管に取り付けた圧力検出手段と、前記前記可変速駆動手段の電流を検出する電流検出手段と、可変速駆動手段に速度指令する速度指令手段と、給水系の所望する圧力目標値を設定する設定手段と、該設定手段によって設定された設定値に基づいて末端圧力一定制御の演算式を自動生成又は更新する手段と、自動運転に所望な設定値を自動設定又は更新する手段と、これらの演算式及び設定値を記憶する記憶部とを有し、前記１台以上のポンプが前記自動生成又は更新した末端圧力一定制御の演算式及び設定値に従って可変速運転する可変速制御手段とを備えた給水装置において、変速ポンプ運転中、又は変速ポンプと定速ポンプとの並列運転中、又は変速ポンプと複数の定速ポンプとの並列運転中に使用水量の増加に伴い前記変速ポンプが増速してゆき、前記可変速駆動手段の電流検出手段が定格電流を所定時間検出した時、定速ポンプを始動するようにした。

また、本実施例は、変速ポンプ運転中、又は変速ポンプと定速ポンプとの並列運転中、又は変速ポンプと複数の定速ポンプとの並列運転中に使用水量の増加に伴い前記変速ポンプが増速してゆき、前記可変速駆動手段の電流検出手段が定格電流を検出した時、前記可変速駆動手段の周波数と圧力検出手段が検出した給水圧力、又はこれらのいずれかを前記記憶手段に記憶すると共に、前記可変速駆動手段の電流検出手段が定格電流を検出し、且つ、前記可変速駆動手段の周波数が、前記記憶部に記憶した前記可変速駆動手段の周波数以上を所定時間経過した時又は前記圧力検出手段が検出している給水圧力が、記記憶部に記憶した圧力検出手段が検出した給水圧力以下を所定時間検出したときに定速ポンプを始動するようにした。

また、本実施例は、可変速ポンプ最大能力運転中、又は可変速ポンプ最大能力と定速ポンプとの並列運転中、又は可変速ポンプ最大能力と複数の定速ポンプとの並列運転中の各段階で使用水量の増減に伴い前記可変速ポンプが増減速している際に、前記可変速ポンプの可変速駆動手段が各段階での前記電流検出手段が定格電流を検出した時の前記１台以上の定速ポンの周波数と前記電流検出手段が定格電流を検出した時の前記圧力検出手段の検出した圧力と、前記可変速ポンプの可変速駆動手段の最低周波数とを前記記憶手段の記憶部に記憶し、前記可変速ポンプの可変速駆動手段が前記記憶部に記憶している最低周波数を出力し、前記１台以上の定速ポンプの可変速駆動手段が前記記憶部に記憶している最高周波数を出力し、前記圧力検出手段が前記記憶手段の記憶部に記憶している圧力を検出した時、又は所定時間経過した時、可変速ポンプを停止し減台するようにした給水装置である。

また、本実施例は、可変速ポンプ最大能力運転中、又は可変速ポンプ最大能力と定速ポンプとの並列運転中、又は可変速ポンプ最大能力と複数の定速ポンプとの並列運転中の各段階で使用水量の増減に伴い前記可変速ポンプが増減速している際に、前記可変速ポンプの可変速駆動手段が各段階での前記電流検出手段が定格電流を検出した時の前記１台以上の定速ポンの周波数と前記電流検出手段が定格電流を検出した時の前記圧力検出手段の検出した圧力と、前記可変速ポンプの可変速駆動手段の最低周波数とを前記記憶手段の記憶部に記憶し、前記可変速ポンプの可変速駆動手段が前記記憶部に記憶している最低周波数を出力し、前記１台以上の定速ポンプの可変速駆動手段が前記記憶部に記憶している最高周波数を出力し、前記圧力検出手段が前記記憶手段の記憶部に記憶している圧力を検出した時、又は所定時間経過した時、可変速ポンプを停止して減台し、１台以上の定速ポンプのうちの最初に運転しているポンプを可変速ポンプとするようにした給水装置である。

また、本実施例は、可変速ポンプ最大能力運転中、又は可変速ポンプ最大能力と定速ポンプとの並列運転中、又は可変速ポンプ最大能力と複数の定速ポンプとの並列運転中の各段階で使用水量の増減に伴い前記可変速ポンプが増減速している際に、前記可変速ポンプの可変速駆動手段が各段階での前記電流検出手段が定格電流を検出した時の前記１台以上の定速ポンの周波数と前記電流検出手段が定格電流を検出した時の前記圧力検出手段の検出した圧力と、前記可変速ポンプの可変速駆動手段の最低周波数とを前記記憶手段の記憶部に記憶し、前記可変速ポンプの可変速駆動手段が前記記憶部に記憶している最低周波数を出力し、前記１台以上の定速ポンプの可変速駆動手段が前記記憶部に記憶している最高周波数を出力し、前記圧力検出手段が前記記憶手段の記憶部に記憶している圧力を検出した時、又は所定時間経過した時、１台以上の定速ポンプのうちの最初に運転しているポンプを停止し減台する給水装置である。

そして、本実施例は、可変速ポンプ最大能力運転中、又は可変速ポンプ最大能力と定速ポンプとの並列運転中、又は可変速ポンプ最大能力と複数の定速ポンプとの並列運転中の各段階で使用水量の増減に伴い前記可変速ポンプが増減速している際に、前記可変速ポンプの可変速駆動手段が各段階での前記電流検出手段が定格電流を検出した時の前記１台以上の定速ポンの周波数と前記電流検出手段が定格電流を検出した時の前記圧力検出手段の検出した圧力と、前記可変速ポンプが、前記圧力検出手段が検出した圧力を検出したときの前記可変速駆動手段の最低周波数と、このときの可変速駆動手段の電流値を前記記憶手段の記憶部に記憶し、前記可変速ポンプの可変速駆動手段が前記記憶部に記憶している電流値を出力し、前記１台以上の定速ポンプの可変速駆動手段が前記記憶部に記憶している最高周波数を出力し、前記圧力検出手段が前記記憶手段の記憶部に記憶している圧力を検出した時、又は所定時間経過した時、前記可変速ポンプを停止し減台するようにしたこと、又、１台以上の定速ポンプのうちの最初に運転しているポンプを可変速ポンプにする給水装置である。

更に、本実施例は、可変速ポンプ最大能力運転中、又は可変速ポンプ最大能力と定速ポンプとの並列運転中、又は可変速ポンプ最大能力と複数の定速ポンプとの並列運転中の各段階で使用水量の増減に伴い前記可変速ポンプが増減速している際に、前記可変速ポンプの可変速駆動手段が各段階での前記電流検出手段が定格電流を検出した時の前記１台以上の定速ポンの周波数と前記電流検出手段が定格電流を検出した時の前記圧力検出手段の検出した圧力と、前記可変速ポンプが、前記圧力検出手段が検出した圧力を検出したときの前記可変速駆動手段の最低周波数と、このときの可変速駆動手段の電流値を前記記憶手段の記憶部に記憶し、前記可変速ポンプの可変速駆動手段が前記記憶部に記憶している電流値を出力し、前記１台以上の定速ポンプの可変速駆動手段が前記記憶部に記憶している最高周波数を出力し、前記圧力検出手段が前記記憶手段の記憶部に記憶している圧力を検出した時、又は所定時間経過した時、前記１台以上の定速ポンプのうちの最初に運転しているポンプを停止し減台する給水装置である。

更に、本実施例は、２台以上が運転する各区間では、上限値側の圧力設定値と周波数設定値は設定したものが記憶部に記憶してあり、下限値側の圧力設定値は運転中に定格電流となった時の給水圧力を検出して記憶部に記憶してあり、周波数設定値は並列運転中に定格電流となった時の給水圧力を目標とした一定制御より獲得検出して最低周波数として記憶部に記憶してあり、末端圧力一定制御の演算式を前記下限値側及び上限値側各設定値に基づいて自動生成または更新する給水装置である。

本実施例によれば、可変速ポンプの１台以上の可変速駆動手段によって駆動する複数のポンプを用いた給水装置の末端圧力一定制御において、運転時電流が定格電流を超えない処理を行って運転範囲を制限するとともに、可変速駆動手段の運転電流が定格電流となった時の圧力、周波数、並列運転から台数を減台する際の可変速駆動手段の最低周波数を検出して記憶部に記憶して、これを基に並列運転の増台処理、減台処理を実行するので、過負荷運転や過電流運転となることを気にする必要が無く、どのような性能を有するポンプにも末端圧力一定制御を適用することができる効果がある。

なお、以上の実施例において、ポンプ２台の例で説明しているが、１台でも、３台以上でも適用できる。

３−１・３−２・３−３…ポンプ、４−１・４−２・４−３…モータ、６…給水管、8…圧力センサ、ＩＮＶ１・ＩＮＶ２・ＩＮＶ３…インバータ、ＣＵ…制御装置。

Claims (5)

1. 給水管に連結されて給水を行う第１のポンプ及び第２のポンプと、
   該第１のポンプ及び第２のポンプをそれぞれ可変速に駆動する第１のインバータ及び第２のインバータと、
   前記第１のポンプ及び第２のポンプの吐出側の圧力を検出する圧力検出手段と、
   前記第１のポンプ及び第２のポンプの吐出側の目標圧力を設定する目標圧力設定手段と、
   前記圧力検出手段が検出する圧力が前記目標圧力となるように前記第１のインバータ及び第２のインバータを制御する制御部とを備えた給水装置において、
   前記第１のインバータ及び第２のインバータから前記第１のポンプ及び第２のポンプに流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記第１のインバータ及び第２のインバータから前記ポンプに流れる電流の上限値を前記第１のインバータ及び第２のインバータの定格電流値に設定する上限電流設定手段と、をさらに備え、
   前記第１のポンプが運転している状態で前記電流検出手段が検出する電流が前記上限値に達した場合に、前記制御部は、前記第２のポンプを追加して運転するように前記第２のインバータを制御することで前記電流検出手段が検出する電流が前記上限値以下となるようにすることを特徴とする給水装置。
2. 請求項１に記載の給水装置において、
   前記第１のポンプが運転している場合に前記電流検出手段が検出する電流が前記上限値を超えたときの前記第１のポンプの回転速度を記憶する記憶部と、をさらに備え、
   前記制御部は、前記第１のポンプの回転速度が前記記憶部に記憶された前記回転速度に達した場合に、前記第２のポンプを追加して運転するように前記第２のインバータを制御することで前記電流検出手段が検出する電流が前記上限値以下となるようにすることを特徴とする給水装置。
3. 請求項１に記載の給水装置において、
   前記第１のポンプが運転している場合に前記電流検出手段が検出する電流が前記上限値
   を超えたときの前記圧力検出手段が検出した圧力を記憶する記憶部と、をさらに備え、
   前記制御部は、前記圧力検出手段が検出する圧力が前記記憶部に記憶された前記圧力に達した場合に、前記第２のポンプを追加して運転するように前記第２のインバータを制御することで前記電流検出手段が検出する電流が前記上限値以下となるようにすることを特徴とする給水装置。
4. 請求項３に記載の給水装置において、
   前記記憶部は、前記第１のポンプが運転している場合に前記電流検出手段が検出する電流が前記上限値を超えたときの前記第１のポンプの回転速度をさらに記憶し、
   前記制御部は、前記第１のポンプの回転速度が前記記憶部に記憶された前記回転速度に達した場合に、前記第２のポンプを追加して運転するように前記第２のインバータを制御することで前記電流検出手段が検出する電流が前記上限値以下となるようにすることを特徴とする給水装置。
5. 請求項１〜４の何れかに記載の給水装置において、
   前記追加して運転した前記第２のポンプの回転速度が設定速度以下になった場合に、前記制御部は、前記第２のポンプを停止するように前記第２のインバータを制御することを特徴とする給水装置。

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