(57)【要約】      （修正有）【課題】ポンプの限界負荷電流値を考慮して運転を行うことで信頼性を維持しつつ、高効率な給水装置を提供する。【解決手段】電動機により回転駆動されるポンプと、前記電動機を可変速に駆動する可変速手段と、ポンプの吐出側に設けられた圧力検出器とを備え推定末端圧一定制御を行う給水装置において、ポンプに設定される周波数の上限値が変わることとする。【選択図】図１
2010174841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機により回転駆動されるポンプと、
前記電動機を可変速に駆動する可変速手段とを備え、
該可変速手段により前記ポンプが可変速に回転駆動されることにより圧力制御が行われる給水装置において、
前記電動機に流す電流には予め上限値が設定され、該電流の上限値とポンプの周波数毎の水量−給水圧力曲線と水量−負荷電流曲線とからポンプの運転可能範囲が予め決定され、該運転可能範囲内において圧力制御が行われることを特徴とする給水装置。
【請求項２】
請求項１において、前記ポンプの水量−給水圧力曲線はポンプの性能に応じて変化し、前記水量−給水圧力曲線の示すカーブが緩やかになるほど前記ポンプの運転可能範囲が広がることを特徴とする給水装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の給水装置において、使用水量に応じた目標圧力が予め設定され、該目標圧力と前記運転可能範囲とにより前記ポンプの周波数の上限値が予め設定されることを特徴とする給水装置。
【請求項４】
請求項３において、前記目標圧力は配管抵抗曲線により予め設定され、該配管抵抗曲線上に運転点があるように前記ポンプの周波数が制御されることにより推定末端圧一定制御が行われることを特徴とする給水装置。
【請求項５】
電動機により回転駆動される複数のポンプと、
前記電動機を可変速に駆動する可変速手段と、
前記ポンプが可変速に回転駆動されることにより圧力制御が行われる給水装置において、
前記ポンプには周波数の上限値が設定され、該周波数の上限値は運転しているポンプ台数が多くなるほど大きく設定されることを特徴とする給水装置。
【請求項６】
請求項５において、前記ポンプの運転台数によって水量−給水圧力特性が変化することによりポンプの運転可能範囲が変わることを特徴とする給水装置。
【請求項７】
請求項５又は６において、前記電動機に流す電流には上限値が予め設定され、該電流の上限値とポンプの周波数毎の水量−給水圧力曲線と水量−負荷電流曲線とからポンプの運転可能範囲が予め決定されることを特徴とする給水装置。
【請求項８】
請求項６又は７において、使用水量に応じた目標圧力が予め設定され、該目標圧力と前記運転可能範囲とにより前記ポンプの周波数の上限値が設定されることを特徴とする給水装置。
【請求項９】
請求項８において、前記目標圧力は配管抵抗曲線により予め設定され、該配管抵抗曲線上に運転点があるように前記ポンプの周波数が制御されることにより推定末端圧一定制御が行われることを特徴とする給水装置。
【請求項１０】
ポンプを可変速に回転駆動して圧力制御を行う給水方法において、
前記ポンプに流す電流には上限値を予め設定し、該電流の上限値とポンプの周波数毎の水量−給水圧力曲線と水量−負荷電流曲線とからポンプの運転可能範囲を予め決定し、該運転可能範囲内で圧力制御を行うことを特徴とする給水方法。
【請求項１１】
複数のポンプを可変速に回転駆動して圧力制御を行う給水方法において、
前記ポンプには周波数の上限値を運転しているポンプ台数が多くなるほど大きく設定し、圧力制御を行うことを特徴とする給水方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変速駆動手段によって駆動されるポンプを用いた給水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
可変速ポンプを使用した従来技術の例として例えば特許文献１がある。この特許文献１は、２台のインバータ装置２００、２００を備え、２台のポンプ４１１、４１２を可変速駆動して吐出圧力一定制御により給水を行うようにしたものである。
【０００３】
この特許文献１のようにポンプを用いた圧力制御を行う場合の例について、図１９〜２１を用いて説明する。図１９〜図２１はポンプ特性を説明するための図である。図１９は運転範囲にポンプ１台運転におけるポンプ性能特性図を示している。図１９において、横軸に使用水量、縦軸に給水圧力と負荷電流値を示している。ここで曲線Ｃａはポンプを１００％の回転数で運転した際の使用水量−給水圧力特性曲線を示す。また、曲線Ｉａはポンプ１００％の回転数で運転した際の使用水量−負荷電流特性曲線を示す。
【０００４】
同様にＣｂ、Ｉｂはポンプを９０％で、Ｃｃ、Ｉｃはポンプを８０％で、Ｃｄ、Ｉｄはポンプを７０％で運転した際の使用水量−給水圧力特性曲線、使用水量−負荷電流特性曲線を示す。
【０００５】
図２０は推定末端圧一定制御におけるポンプ１台の運転特性を説明するための図である。曲線Ｌｒはポンプで揚水した場合に生じる弁類、配管等の配管抵抗曲線であり、ポンプの吐出し側圧力を制御する際の目標値となる。例えばＨ００は水量０の点、即ち、需要側で水が使われていない状態での目標圧力である。このときの運転点は前述した配管抵抗曲線Ｌｒとポンプ１台Ｆｍｉｎ回転数運転時の使用水量−給水圧力特性曲線Ｃｍｉｎとの交点で示される。
【０００６】
図２１は推定末端圧一定制御におけるポンプ２台の運転特性を説明するための図である。図２０と同様に曲線Ｌｒは配管抵抗曲線を示し、ポンプの吐出側圧力を制御する際の目標値となる。曲線Ｃａ１はポンプ１台を１００％の回転数で運転した際の使用水量−給水圧力特性曲線を示す。同様に曲線Ｃａ２はポンプ２台を１００％の回転数で運転した際の使用水量−給水圧力特性曲線を示す。必要に応じて２台目のポンプを運転することにより、より高い圧力が必要な場合や多くの水量が必要になった場合等に対応している。
【０００７】
推定末端圧一定制御を実現するためには運転点が曲線Ｌｒ上にある必要があるため、ポンプ１台を１００％の回転数で運転したとしても推定末端圧一定制御が可能な範囲は曲線ＬｒとＣａ１との交点、即ち、水量がＱ１００、給水圧力がＨ１００までということになる。さらに、需要側で水が使われた場合には使用水量が増すことになるが、この場合にはポンプ２台を運転させることとなる。
【０００８】
【特許文献１】特開平０８−２５４１９５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記したように従来の給水装置においては、１台のポンプでは給水できない範囲についても給水を行えるように複数台のポンプを用いた圧力制御が開示されている。特許文献１のように、給水装置に複数台のポンプを用いると、例えば高いビルに給水装置を設置するなど、高い圧力や多くの給水量が必要な場合にも給水を可能とすることができる。しかしながら、特許文献１はその給水に際してより高効率となるような運転方法について記載されていない。
【００１０】
一方でポンプ制御においては、信頼性を維持するためにポンプの限界負荷電流値を考慮する必要がある。このポンプの限界負荷電流値とはこれ以上の電流を電動機に流してポンプを運転した場合、負荷が大きくなり過ぎて故障の虞がある使用できる最大電流値のことをいう。上記した特許文献１にはこの点について開示するものではなく、信頼性が低下する虞がある。
【００１１】
本発明は、ポンプの限界負荷電流値を考慮して運転を行うことで信頼性を維持しつつ、高効率な給水装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の一実施態様においては、電動機により回転駆動されるポンプと、電動機を可変速に駆動する可変速手段とを備え、ポンプが可変速に回転駆動されることにより圧力制御が行われる給水装置において、電動機に流す電流には上限値が設定され、該電流の上限値とポンプの周波数毎の水量−給水圧力曲線と水量−負荷電流曲線とからポンプの運転可能範囲が決定される。
【００１３】
この態様において、さらに好適な実施形態は以下の通りである。  
(１)ポンプの水量−給水圧力曲線はポンプの性能に応じて変化し、水量−給水圧力曲線の示すカーブが緩やかになるほど前記ポンプの運転可能範囲が広がること。  
(２)使用水量に応じた目標圧力が予め設定され、該目標圧力と前記運転可能範囲とによりポンプの周波数の上限値が設定されること。  
(３)目標圧力は予め求められる配管抵抗曲線により設定され、該配管抵抗曲線上に運転点があるようにポンプの周波数が制御されることにより推定末端圧一定制御が行われること。
【００１４】
また、上記目的を解決するための本発明の別の実施態様においては、電動機により回転駆動される複数のポンプと、電動機を可変速に駆動する可変速手段と、ポンプが可変速に回転駆動されることにより圧力制御が行われる給水装置において、ポンプには周波数の上限値が設定され、該周波数の上限値は運転しているポンプ台数が多くなるほど大きく設定される。
【００１５】
この態様において、さらに好適な実施形態は以下の通りである。  
(１)ポンプの運転台数によって水量−給水圧力特性が変化することによりポンプの運転可能範囲が変わること。  
(２)電動機に流す電流には上限値が設定され、該電流の上限値とポンプの周波数毎の水量−給水圧力曲線と水量−負荷電流曲線とからポンプの運転可能範囲が決定されること。  
(３)使用水量に応じた目標圧力が予め設定され、該目標圧力と運転可能範囲とによりポンプの周波数の上限値が設定されること。  
(４)目標圧力は予め求められる配管抵抗曲線により設定され、該配管抵抗曲線上に運転点があるようにポンプの周波数が制御されることにより推定末端圧一定制御が行われること。
【発明の効果】
【００１６】
上記手段によれば、信頼性を維持しつつ、高効率な給水装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１８】
本発明による給水装置の第１の実施例について図１〜図１４を用いて説明する。  
図１は給水システムの構成図を示している。８−１、８−２、８−３、８−４はそれぞれ複数のモータ９−１、９−２、９−３、９−４で駆動される複数のポンプであり、ここでは便宜上番号の小さい方より１号ポンプ、１号モータ、２号ポンプ、２号モータ、３号ポンプ、３号モータ、４号ポンプ、４号モータと呼ぶ。これらのポンプの吸込み側は吸込み管１１を介して水源側と接続される。水源側は、直結方式では図示していない水道本管らの水の供給を受ける。前記受水槽方式では、図示していない受水槽からの水の供給を受ける。１２−１、１２−２、１２−３、１２−４はそれぞれ逆止め弁、１３−１、１３−２、１３−３、１３−４及び１４−１、１４−２、１４−３、１４−４はそれぞれ仕切り弁、１５は給水管、１６はこの給水管１５に備わり、ここの圧力に応じて電気信号を発する圧力センサである。このセンサの圧力検出を基にポンプの吐出し圧力を推定末端圧一定制御する。１７は圧力タンクであり給水管１５のポンプに近い部位に設ける。更に、需要側として、給水管１５末端の先が、需要側給水管と接続して例えば集合住宅等の水栓に給水する。
【００１９】
１−２、２−２、３−２、４−２はそれぞれ前述のモータ９−１、９−２、９−３、９−４を駆動するインバータの本体であり。それぞれ漏電遮断器ＥＬＢ１、ＥＬＢ２、ＥＬＢ３、ＥＬＢ４を介して電源側より電源の供給を受け、それぞれマイクロプロセッサＭＣＵ１−２、ＭＣＵ２−２、ＭＣＵ３−２、ＭＣＵ４−２を備えた制御基板１−１、２−１、３−１、４−１によりそれぞれ自己のインバータ本体の駆動及び制御を行う。これらの制御基板は、表示部、操作部を備えるとともに、ＩＤＮｏ．、圧力制御、台数制御、起動停止のためのパラメータ、圧力センサの検出した圧力信号等を記憶するメモリＭ０１〜Ｍ０４（例えばＥＥＰＲＯＭ）を備えている。
【００２０】
インターフェース基板Ｉ／Ｏは、制御電源遮断器ＣＰを介して電源供給を受け、マイクロプロセッサＭＣＵ４、ＩＤＮｏ．、圧力制御、台数制御、起動停止のためのパラメータ、圧力センサの検出した圧力信号等を記憶するメモリＭ０５（例えばＥＥＰＲＯＭ）、表示部ＳＣ、操作部Ｔ、運転モード選択スイッチＭＯＤＳＷ、前述した吐出し側圧力センサ入力端子Ｉ１を備えている。
【００２１】
更に、それぞれのインバータ本体と制御基板とは通信信号線Ｓ１〜Ｓ４で結線し、それぞれの制御基板とインバータ本体間は前述の信号線Ｓ１〜Ｓ４によって自身の駆動、制御、及び状態監視をする。インターフェース基板Ｉ／Ｏとそれぞれの制御基板は通信信号線Ｓ５〜Ｓ８とＳ９とで結線する。通信制御には例えばＲＳ４８５を用いる。
【００２２】
以上のように図１は４組で構成された例を示しているが、これを拡張してｎ重系給水システムを構成することができる。ここでそれぞれの制御基板、インバータ本体、インターフェース基板は、マイクロプロセッサを搭載し、これらを通信信号線で結び情報の授受が行われる。
【００２３】
次にポンプを用いた圧力制御を行う場合について図を用いて説明する。  
図２は１台のポンプの特性を示した図である。横軸に使用水量、縦軸に給水圧力と負荷電流値を取って示している。ここで曲線Ｃａはポンプを１００％の回転数で運転した際の使用水量−給水圧力特性曲線を示す。曲線Ｉａはポンプ１００％の回転数で運転した際の使用水量−負荷電流特性曲線を示す。同様にＣｂ、Ｉｂはポンプを９０％で、Ｃｃ、Ｉｃはポンプを８０％で、Ｃｄ、Ｉｄはポンプを７０％で運転した際の使用水量−給水圧力特性曲線、使用水量−負荷電流特性曲線を示す。
【００２４】
ここで本実施例においては、信頼性の向上を図るために運転範囲にリミットロードを持たせることとしている。このリミットロードとして、図２のＩｍがポンプの限界負荷電流値を示しており、この電流値を超えて長時間の運転を行えばポンプの故障などの原因となり得る。
【００２５】
そのため、１００％の回転数で運転する場合はＩａとＩｍの交点である点Ａの水量Ｑａまでが運転可能範囲であり，その時の給水圧力はＨａとなる。同様に９０％の回転数で運転する場合はＱｂ、Ｈｂ、８０％の回転数で運転する場合はＱｃ、Ｈｃの水量、給水圧力までが運転可能範囲となる。よってポンプ１台での給水は圧力軸と水量軸、曲線Ｃａ、及びＡ’、Ｂ’、Ｃ’を結んだ曲線Ｉｐで囲まれる範囲でのみ可能となる。
【００２６】
図３は推定末端圧一定制御におけるポンプ１台の運転特性を説明するための図である。また、図２で説明したポンプの限界負荷電流値を考慮して求められるＩｐを合わせて示している。曲線Ｌｒはポンプで揚水した場合に生じる弁類、配管等の配管抵抗曲線であり、ポンプの吐出し側圧力を制御する際の目標値となる。例えば、Ｈ００は水量０の点での目標圧力であり、前述した配管抵抗曲線Ｌｒとポンプ１台Ｆｍｉｎ回転数運転時の使用水量−給水圧力特性曲線Ｃｍｉｎとの交点で示される。
【００２７】
図２において説明した通り、ポンプ１台での給水可能範囲は圧力軸、水量軸、Ｃａ、Ｉｐで囲まれる領域となる為、目標圧力を満たす最大の水量はＬｒとＩｐの交点となるＱ００ｉ、全揚程はＨ００ｉとなる。この時の運転周波数がポンプの限界負荷電流値を考慮した、ポンプ制御における周波数上限値であり、ポンプ１台でこの値を超える周波数での運転はできないこととなる。このときの周波数上限値でのポンプ性能曲線は曲線Ｃｍａｘで示す曲線となる。
【００２８】
次に図４を用いてポンプ２台を用いて推定末端圧一定制御を行った場合について説明する。図４はこの場合におけるポンプ２台の運転特性図を示している。なお、図３と同様に曲線Ｌｒは配管抵抗曲線を示しており、推定末端圧一定制御においては、ポンプの吐出側圧力がこのＬｒ上となるように制御が行われる。ここで、曲線Ｃａ１はポンプ１台を１００％の回転数で運転した際の使用水量−給水圧力特性曲線を示す。同様に曲線Ｃａ２はポンプ２台を１００％の回転数で運転した際の使用水量−給水圧力特性曲線を示す。
【００２９】
図４に示すように、ポンプの台数が増えるほどその特性を表す使用水量−給水圧力特性曲線は緩やかなカーブとなる。これはポンプの容量が増えた場合も同様で、理論上は１台のポンプで図４に示す使用水量−給水圧力特性曲線Ｃａ２の性能を持つことも可能である。本実施例においては、ポンプ１台のもつ性能は１００％の周波数で運転した場合にＣａ１の使用水量−給水圧力特性曲線の描く特性を持つものとする。
【００３０】
ここで、Ｉｐ１は図２で説明したポンプの限界負荷電流値を考慮して求められるポンプ１台での運転可能な範囲を示す曲線である。したがって、このＩｐ１を考慮してポンプ１台で推定末端圧一定制御を行う場合の運転可能な周波数上限は曲線Ｃａ１が示す１００％の回転数ではなく、Ｉｐ１とＬｒの交点から求められる周波数Ｆｍａｘとなる。すなわち、Ｃｍａｘ１はポンプ１台がポンプの限界負荷電流値を考慮した制御における周波数上限値Ｆｍａｘ１で運転した時の使用水量−給水圧力特性曲線を示している。
【００３１】
次に、Ｃｍａｘ２はこの周波数Ｆｍａｘ１でポンプ２台を運転した時の使用水量−給水圧力特性曲線を示している。この場合において推定末端圧一定制御が行われていると、水量及び給水圧力はこの使用水量−給水圧力特性曲線Ｃｍａｘ２と配管抵抗曲線Ｌｒとの交点で示され、水量はＱ０２、給水圧力はＨ０２となる。
【００３２】
ここで、本実施例の特徴的なポンプの制御方法について説明する。図４において、Ｉｐ２はポンプの限界負荷電流値を考慮したうえでのポンプ２台での運転可能な範囲を示している。図２では、ポンプの限界負荷電流値Ｉｍからポンプ１台の運転可能範囲を示すＩｐ(図４におけるＩｐ１)を求めた。図４では詳細に示してはいないが、同様の考え方から限界負荷電流値Ｉｍを考慮したうえで、ポンプ２台の運転可能範囲Ｉｐ２を求めることができる。図４に示す通り、運転可能範囲Ｉｐ２はＩｐ１と比較して傾きの絶対値が小さくなっており、さらに図の右側にずれている。
【００３３】
上記したように推定末端圧一定制御を実現するためには、運転点が配管抵抗曲線Ｌｒ上となる必要がある。すると、Ｉｐ２の方が傾きが大きく右側にずれているため、配管抵抗曲線Ｌｒ上に運転点がある範囲が広がったということが分かる。上記したようにポンプ１台を運転した場合、限界負荷電流値を考慮すると周波数上限値はＦｍａｘ１であるが、ポンプ２台共がこのＦｍａｘで運転している場合の水量Ｑ０２、給水圧力Ｈ０２はポンプ運転可能範囲Ｉｐ２の内側にある。つまりこの場合、ポンプ１台の場合とは異なりポンプの負荷電流には余裕があることになる。
【００３４】
そこで、本実施例においては、ポンプ２台で運転する場合には、その周波数上限値をポンプ１台の周波数上限値Ｆｍａｘ１よりも大きいＦｍａｘ２とする。このＦｍａｘ２は、先に述べた通り限界負荷電流値を考慮したポンプ２台での運転可能範囲Ｉｐ２と配管抵抗曲線Ｌｒとの交点から求まる周波数である。
【００３５】
この周波数Ｆｍａｘ２で運転した場合の水量−全揚程特性はＣｍａｘ２’となる。曲線Ｃｍａｘ２’と曲線Ｌｒの交点の水量をＱ０１ｉ、全揚程をＨ０１ｉとする。図よりＱ０１ｉ≧Ｑ０２、Ｈ０１ｉ≧Ｈ０２となることが読み取れる。つまり、本実施例のように２台のポンプの周波数上限をＦｍａｘ２とすることにより、同じ２台のポンプの運転においてもより水量を大きく、そして給水圧力を高くして水供給を行うことが可能となる。
【００３６】
さらに本実施例においては、ポンプ３台、４台の場合にも同様に、それぞれの台数に応じた限界電流値を考慮して周波数上限値をＦｍａｘ３、Ｆｍａｘ４を定める。なお、このＦｍａｘ３、Ｆｍａｘ３≧Ｆｍａｘ２、Ｆｍａｘ４はＦｍａｘ４≧Ｆｍａｘ３となっている。この複数台のポンプ制御を行う場合について次に説明する。
【００３７】
まず、複数台のポンプを有する給水装置について、台数に応じて周波数上限値を変えない場合の圧力制御について説明する。  
図５はこのときの複数台のポンプを有する給水装置の運転特性図を示している。曲線Ｃｍａｘ１は、ポンプ１台を前述のポンプ限界負荷電流値を考慮した制御における周波数上限値Ｆｍａｘ１で運転した際の使用水量−給水圧力特性曲線を示す。曲線Ｃｍｉｎ１はポンプ１台を周波数Ｆｍｉｎ１で運転時の使用水量−給水圧力特性曲線を示す。
【００３８】
そして、曲線Ｃｍａｘ２はポンプ２台を、曲線Ｃｍａｘ３はポンプ３台を、曲線Ｃｍａｘ４はポンプ４台をいずれも同一の周波数上限値Ｆｍａｘ１で並列運転した際の使用水量−給水圧力特性曲線を示している。また、Ｃｍｉｎ２は１台をＦｍａｘ１、もう１台をＦｍｉｎ２で並列運転した際の使用水量−給水圧力特性曲線、Ｃｍｉｎ３は２台をＦｍａｘ１、もう１台をＦｍｉｎ３で並列運転した際の使用水量−給水圧力特性曲線、Ｃｍｉｎ４は３台をＦｍａｘ１、もう１台をＦｍｉｎ４で並列運転した際の使用水量−給水圧力特性曲線である。
【００３９】
曲線Ｌｒは図２と同様にポンプで揚水した場合に生ずる弁類、配管等の配管抵抗曲線を示しており、例えばＨ００は水量０の点での目標圧力である。つまり、推定末端圧一定制御の場合には運転点がこの曲線Ｌｒ上となるように制御が行われる。例えば、Ｈ０１はポンプ１台を周波数Ｆｍａｘ１で運転時の目標圧力である。また同時にＨ０１は、ポンプ１台周波数Ｆｍａｘ１運転と、もう１台周波数Ｆｍｉｎ２運転の並列運転時の目標圧力でもあり、曲線Ｃｍａｘ１、曲線Ｃｍｉｎ２、曲線Ｌｒの交点で示される。なお、この時の水量はＱ０１である。
【００４０】
また、Ｈ０４はポンプ４台を周波数Ｆｍａｘ１で並列運転した際の目標圧力であり、この時の水量はＱ０４である。同様にＨ０２はポンプ２台、Ｈ０３はポンプ３台を周波数Ｆｍａｘ１で並列運転した際の目標圧力である。このように、これらの目標圧力は曲線Ｌｒ上にある。
【００４１】
そして、Ｈ０１ｏｎは２台目が追加始動する際の始動圧力、Ｈ０２ｏｎ、Ｈ０３ｏｎはそれぞれ３台目、４台目が追従始動する際の始動圧力を示している。また、Ｈ０３ｏｆｆは４台運転中の１台を停止させる為の停止圧力、Ｈ０２ｏｆｆは３台運転中の１台を停止させる為の停止圧力、Ｈ０１ｏｆｆは２台運転中の１台を停止させる為の停止圧力である。このように給水圧力及び水量が配管抵抗曲線Ｌｒ上になるように、必要に応じてポンプの運転台数を増減しながら制御が行われる。
【００４２】
図６は、複数台のポンプを有する給水システムにおいて、本実施例の特徴であるポンプ運転台数に応じて周波数上限値を変化させた場合の運転特性を説明するための図である。図５と同じ記号については、図５と同じ意味で使用している為、説明を省く。図５においては、２台のポンプを運転させる際の上限値として、それぞれのポンプを周波数Ｆｍａｘ１、即ち、ポンプ１台の限界負荷電流値を考慮した場合の周波数上限値で動かした使用水量−給水圧力特性曲線をＣｍａｘ２で示していた。また同様にポンプ３台、４台を運転させる場合も周波数上限値はＦｍａｘ１として、それぞれの使用水量−給水圧力特性曲線をＣｍａｘ３、Ｃｍａｘ４で示していた。
【００４３】
しかしながら、上記したようにポンプ台数が増えた場合、その周波数上限値はＦｍａｘ１ではなく、実はさらに余裕があることを図４において示した。図６において、ポンプ２台がポンプ限界負荷電流値を考慮した制御における周波数上限値をＦｍａｘ２で示し、このときの使用水量−給水圧力特性曲線をＣｍａｘ２’で示している。上記した通りだが、Ｃｍａｘ２’はＣｍａｘ２と比べてより多くの水量と高い給水圧力が可能となっていることが分かる。つまり、周波数上限値をＣｍａｘ２とした場合には、水量(Ｑ０２〜Ｑ０１ｉ)においては、３台目を運転しなければならないが、周波数上限値をＣｍａｘ２’まで上げることにより２台で水量Ｑ０１ｉまで給水を行うことが可能となる。
【００４４】
また、曲線Ｃｍｉｎ３’はポンプ１台をＦｍａｘ２、もう１台をＦｍｉｎ３’で並列運転した場合の使用水量−給水圧力特性曲線を示す。このように３台目のポンプを運転開始するときは最低周波数であるＦｍｉｎ３’で運転することになるが、例えばポンプの駆動源が誘導電動機である場合には低回転であるほど電力ロスが大きい。すなわち、３台目のポンプを動かすことなく２台のポンプの運転で給水可能であれば効率の良い給水装置の提供が可能である。
【００４５】
同様に、曲線Ｃｍａｘ３’、曲線Ｃｍａｘ４’は、ポンプ３台又は４台におけるポンプ限界負荷電流値を考慮した制御における周波数上限値Ｆｍａｘ３又はＦｍａｘ４で、ポンプを運転した際の使用水量−給水圧力特性曲線を示している。また、曲線Ｃｍｉｎ３’はポンプ２台をＦｍａｘ３、もう１台をＦｍｉｎ３’で並列運転した場合の使用水量−給水圧力特性曲線を示しており、曲線Ｃｍｉｎ４’はポンプ３台をＦｍａｘ４、もう１台をＦｍｉｎ４’で並列運転した場合の使用水量−給水圧力特性曲線を示している。
【００４６】
例えばＨ０１ｉはポンプ２台で周波数Ｆｍａｘ２運転時の目標圧力である。また同時にポンプ２台を周波数Ｆｍａｘ２で運転すると共にもう１台のポンプを周波数Ｆｍｉｎ３’で運転する並列運転時の目標圧力でもある。この目標圧力は、曲線Ｃｍａｘ２’、曲線Ｃｍｉｎ２’、曲線Ｌｒの交点で示される。なお、この時の水量はＱ０１ｉである。
【００４７】
同様に、Ｈ０２ｉはポンプ３台を周波数Ｆｍａｘ３で並列運転した際の目標圧力であり、この時の水量はＱ０２ｉである。そしてＨ０３ｉはポンプ４台を周波数Ｆｍａｘ４で並列運転した際の目標圧力であり、この時の水量はＱ０３ｉで示されている。このように推定末端圧一定制御においては、目標圧力は曲線Ｌｒ上にあり、使用水量によって目標圧力が曲線Ｌｒ上を動くようにポンプの周波数及び台数が制御される。
【００４８】
なお、ポンプ台数が変わるタイミングとして、Ｈ０１ｉｏｎが３台目が追加始動する際の始動圧力、Ｈ０２ｉｏｎが４台目のポンプが追従始動する際の始動圧力を示している。また、Ｈ０２ｉｏｆｆは４台運転中の１台を停止させる為の停止圧力、Ｈ０１ｉｏｆｆは３台運転中の１台を停止させる為の停止圧力である。
【００４９】
図６よりＱ０１ｉ≧Ｑ０２、Ｑ０２ｉ≧Ｑ０３、Ｑ０３ｉ≧Ｑ０４、Ｈ０１ｉ≧Ｈ０２、Ｈ０２ｉ≧Ｈ０３、Ｈ０３ｉ≧Ｈ０４であり、運転台数により周波数上限値を変更することで、少ないポンプ台数のまま広い範囲の給水を可能とすることができる。
【００５０】
例えば、水量Ｑ０２〜Ｑ０１ｉの範囲は、周波数上限値をＦｍａｘ１とした場合にはポンプ３台を運転しなければ給水を行うことができないが、本実施例においてはポンプ２台で給水を行うことが可能となる。モータの効率は一般に回転数が高い時に効率がよくなるため、ポンプ３台の給水に対し、ポンプ２台で給水が行えればそれだけ省エネ効果が図れる。同様にＱ０３〜Ｑ０２ｉの範囲、Ｑ０４〜Ｑ０３ｉの範囲においても本実施例によれば省エネ効果を得る事ができる。
【００５１】
次に具体的な制御フローについて図面を用いて説明する。  
図７は、圧力制御に関するパラメータを持つデータ・テーブルを示している。これらの圧力制御パラメータはそれぞれの制御基板及びインターフェース基板のメモリに格納されている。説明は省略するが、パラメータの設定はこれらの制御基板あるいはインターフェース基板に備わる表示部、操作部等の設定手段によって設定する事ができる。これらのデータはマイクロプロセッサを搭載しているそれぞれの制御基板、インターフェース基板に保存しても良いし、どれか一箇所に保存しても良い。
【００５２】
図８はインターフェース基板から各制御基板に通信信号を送信する際の通信データフォーマットを示している。また、インターフェース基板、各制御基板はＩＤ番号によってそれぞれの基板が特定される。例えば次の通りである。  
基板名称                  ＩＤ番号  
インターフェース基板    ：    ０  
制御基板１台目            ：    １  
制御基板２台目            ：    ２  
制御基板３台目            ：    ３  
制御基板４台目            ：    ４  
図９は前述した通信信号の送信フォーマットのコマンドとそのデータの内容を示したものである。コマンド番号が０の場合、その内容は運転指令であり、１の場合パラメータ設定、２の場合データ送信要求を意味し、データとの組合せでコマンド指令する。例えば、送信フォーマットのＩＤ番号が１、コマンド番号が０、データが３の場合、これを受信した制御基板の１号機（ポンプ８−１、モータ９−１、インバータ１−２、制御基板１−１の系統）は、インターフェース基板Ｉ／Ｏからの先行運転指令と認識する。
【００５３】
図１０は各制御基板からインターフェース基板へ、信号を返信する場合の通信データフォーマットであり、インターフェース基板から制御基板への通信を、正常に受信した場合と、誤りを含むデータを受信した場合のものであり、図１１は、そのコマンド番号とコマンドに対するデータの内容を示したものである。
【００５４】
図１２はインターフェース基板の制御手順を示したフローチャートであり、これがプログラムとしてマイクロプロセッサＭＣＵに搭載されている。この制御フローについては、制御基板の制御フローを交えて後で詳細に説明する。
【００５５】
図１３は各制御基板の制御手順を示したフローチャートであり、これがプログラムとして各マイクロプロセッサＭＣＵ１−２〜ＭＣＵ４−２に同じものが搭載されている。尚、ここでいうｎ重系の給水制御システムとは、ポンプ、モータ、弁類、インバータ本体、制御基板を一組にしてｎ重系を構成し、これらのインバータ本体、制御基板には同一のソフトウェアを搭載しており同一の機能を付加している。但し、圧力センサ及びインターフェース基板はｎ重系に共通である。尚、図１２、図１３ともインターフェース基板−各制御基板間の通信処理や圧力検出信号取得処理を、繰返し処理の中に含んでいるが、これらの繰返し処理とは区別し、例えば割込み処理で通信制御、圧力検出信号取得処理を行っても良い。
【００５６】
図１４は、図１３の２０２ステップ（運転台数確認処理）の手順を示したフローチャートである。ポンプ台数に関するデータをメモリＭＯより読み出し（図１４の３００ステップ）、処理に必要な変数を初期化する（３０１、３０２ステップ）。３０３〜３０６ステップの繰返し処理で１号機からｍ号機までの受信指令を確認（図７のメモリＭ１０７〜Ｍ１１２の内容を確認）し、ポンプ運転状態とする先行運転、または追従運転の指令を受けている制御基板の数を調べ、その数を運転台数とする（図１４の３０７ステップ）。
【００５７】
図１の運転モード選択スイッチＭＯＤＳＷが切になっている時は全てのポンプを常に停止状態に、手動となっている時は、各制御基板の操作部からの手動操作でポンプを運転、停止、圧力制御を行い、自動となっている時は、インターフェース基板が記憶部に記憶している圧力制御、台数制御、起動停止のためのパラメータと、圧力センサの検出した給水圧力信号とを比較し、ポンプの起動、停止、圧力制御を行う。
【００５８】
インターフェース基板は運転モードに関わらず、常に制御基板への指令送信処理、それに対する制御基板からの信号の受信処理を行い、圧力センサの圧力検出信号の取得処理を行う（図１２の１００〜１０２ステップ）。今、ポンプが全て停止している状態で、運転モード選択スイッチＭＯＤＳＷが自動、給水圧力がポンプ始動圧力のＨｏｎ以下になったとする。インターフェース基板は、図１２の１０３〜１０５ステップを実行し、運転台数を１台とする。１０７、１０８ステップを経て、処理の最初に戻る。次に１００ステップを実行する際に、先行機とする制御基板、例えば制御基板１号機に対して先行運転の指令送信（送信フォーマットのＩＤ番号が１、コマンド番号が０、データが３）を実行する。１０１ステップで先行運転の指令送信に対する、制御基板からの受信信号を受け取る。
【００５９】
一方、制御基板は２００ステップでインターフェース基板、または他の制御基板からの受信処理を行う。インターフェース基板だけでなく、他の制御基板からの通信も受信するのは通信信号線（Ｓ５〜Ｓ８、Ｓ９）が共通となっているためである。インターフェース基板からの、何れかの制御基板への運転指令の場合には、指令内容を図７のＭ１０７〜Ｍ１１２の該当するメモリ領域に保存する（例えば１号機への待機「２」の指令であればＭ１０７のＣ１に「２」を保存する）。
【００６０】
他の制御基板からインターフェース基板への、データ送信要求に対する返信の場合には、運転周波数を図７のＭ１１３〜Ｍ１１８の該当する領域に保存する（例えば１号機が運転周波数「６０」Ｈｚを返信したのであればＭ１３のＦ１に「６０」を保存する）。インターフェース基板から自身に対しての指令を受信した場合は、図１３の２０１ステップで、その受信指令に対する、インターフェース基板への信号の返信を行い、受信内容がインターフェース基板から他の制御基板へのものであった場合、または他の制御基板からの返信であった場合は、返信を行わず処理を終了する。
【００６１】
次に、運転台数の確認を行った後、圧力センサの圧力検出信号の取得処理を行う（図１３の２０２、２０３ステップ）。さらに図１３の２０４ステップを実行し、インバータ本体の制御状態を確認し、現在の運転周波数を取得、記憶する。インターフェース基板より先行運転の指令を受け取った場合は図１３の２０５、２０９、２１４、２１８ステップを実行する。
【００６２】
そして２１８ステップでポンプが運転中であれば、記憶部に記憶している圧力制御、台数制御、起動停止のためのパラメータと、圧力センサの検出した給水圧力信号とを比較し、圧力制御を行い、インバータ本体に最適な周波数を指令する（２１９、２２１、２２２ステップ）。一方で２１８ステップでポンプが停止中であればインバータ本体を起動させ、運転周波数を指令する（２１９、２２０、２２２ステップ）。以上により、先行機は給水圧力に応じて周波数を変化させる変速運転を行う。先行機であるため、このときの水量は図６において、０からＱ０１に増加している状態となる。
【００６３】
さらに使用水量が増大して図６に示すＱ０１に達すると、図１３の２２１ステップの圧力制御によって、インバータの運転周波数はＦｍａｘ１となり、給水圧力はＱ０１における目標値のＨ０１に到達する。よってポンプの使用水量−給水圧力特性曲線のＣｍａｘ１上にある。更に、使用水量が増加すると給水圧力が低下して、２台目追従ポンプ始動圧力Ｈ０１ｏｎに達する。このときのインターフェース基板の制御フローについて図１２を用いて説明する。  
インターフェース基板は図１２の１００〜１０４、１０６ステップの処理を実行し、１０７ステップで運転している先行機ポンプの運転周波数がＦｍａｘ１の状態か確認する。そしてこの場合には１１０ステップで運転周波数Ｆｍａｘ１の状態がｔ１秒経過したかを確認したうえで、その時に給水圧力（圧力センサが検出した圧力データＮＤＰ）が２台目追従ポンプ始動圧力Ｈ０１ｏｎ以下になっている場合は運転台数を２台とする（１１１ステップ）。１１３、１１４ステップを経て、処理の最初に戻る。
【００６４】
次に１００ステップを実行する際に、追従機とする制御基板、例えば制御基板の２号機に対して追従運転の指令送信（送信フォーマットのＩＤ番号が１、コマンド番号が０、データが４）を実行する。そして、１０１ステップで追従運転の指令送信に対する、制御基板からの受信信号を受け取る。
【００６５】
制御基板は図１３の２００〜２０４ステップを実行した後、インターフェース基板より追従運転の指令を受け取った場合は２０５、２０９、２１４、２１８、２２３ステップを実行し、既に運転中であれば処理を行わず、停止中であればインバータ本体を起動させる（２２４ステップ）。２２５ステップで現在の運転台数（２０２ステップで確認した台数）に対して指令周波数が適切か判断し、適切でない場合は指令周波数を更新する（２２６ステップ）。以上により、追従機は運転台数に応じて決まる、ある一定の周波数で運転する定速運転を行う。
【００６６】
この一定の周波数とは図６において示したように運転点が配管抵抗曲線上にあるようにポンプの周波数及び台数が制御されることをいう。例えば、使用水量Ｑ０１ｉを超えると、３号機が追従運転を開始し、３台並列運転となり、使用水量Ｑ０２ｉを超えると、４号機が追従運転を開始して、４台並列運転となる。ここで追従運転を行う号機は前述の通り、図１３の２２５ステップで現在の運転台数（２０２ステップで確認した台数）に対して指令周波数が適切か判断し、適切でない場合は運転台数に応じて指令周波数を更新する（２２６ステップ）。
【００６７】
次に１号機が先行運転、２号機が追従運転している状態で使用水量Ｑ０１ｉからＱ０１未満に減少した場合について説明する。図６において使用水量Ｑ０１では給水圧力はＨ０１となり、１号機は周波数Ｆｍｉｎ２、２号機は周波数Ｆｍａｘ１で定速運転となり、よってポンプの使用水量−給水圧力特性曲線のＣｍａｘ１上にある。これより更に使用水量が減少すると、給水圧力が２台運転時１台停止圧力Ｈ０１ｏｆｆを超える。インターフェース基板は図１２の１００〜１０４、１０６、１１２、１１３ステップの処理を実行し、１１４ステップで運転している先行機ポンプの運転周波数がＦｍｉｎ２の状態か確認し、１１５ステップで運転周波数Ｆｍｉｎ２の状態がｔ２秒経過したかを確認し、その時に給水圧力（圧力センサが検出した圧力データＮＤＰ）が２台運転時１台停止圧力Ｈ０１ｏｆｆ以上になっている場合は運転台数を１台として（１１６ステップ）、処理の最初に戻る。
【００６８】
次に１００ステップを実行する際に、先行機であった制御基板の１号機に対して待機の指令送信（送信フォーマットのＩＤ番号が１、コマンド番号が０、データが２）を実行し、追従機であった制御基板の２号機に対して先行運転の指令送信（送信フォーマットのＩＤ番号が１、コマンド番号が０、データが３）を実行する。１０１ステップでこれらの指令送信に対する、各制御基板からの受信信号を受け取る。
【００６９】
１号機は、図１３の２００〜２０５、２０９、２１４〜２１７ステップの順で停止して待機状態となる。２号機は、２００〜２０５、２０９、２１４、２１８、２１９、２２１、２２２ステップの順で、追従機としての定速運転から、先行機としての変速運転に切り替わる。
【００７０】
なお本実施例では、図６において、４台並列運転の状態より使用水量がＱ０３ｉを超えた後にＱ０１未満にまで減少すると、先行運転の１号機の変速運転ポンプが停止し、２号機が定速運転から先行機として変速運転に、３号機、４号機は定速運転の状態を継続となり、続いて、２号機が停止し、３号機が変速運転に、４号機は定速運転を継続となり、更に３号機が停止し、４号機が変速運転となる。定速運転を継続するポンプの運転周波数は、運転台数に応じて変化する。
【実施例２】
【００７１】
本発明による給水装置の第２の実施例について図面を用いて説明する。  
本実施例においては、運転台数を先行運転指令の内容によって確認することを特徴とする。図１５は本実施例における通信信号の送信フォーマットのコマンドとそのデータの内容を示したものである。先行運転の指令を、運転台数１台（単独運転）の「３」と、運転台数２台（２台並列時）の「５」から運転台数６台（６台並列時）「９」までと区別する。例えば、送信フォーマットのＩＤ番号が１、コマンド番号が０、データが６の場合、３台並列運転時における先行機変速運転である。
【００７２】
そして制御基板は図１３の２０２ステップ（運転台数確認処理）において、図１６に示す手順で運転台数を確認する。ポンプ台数に関するデータをメモリＭＯより読み出し（図１６の４００ステップ）、処理に必要な変数を初期化する（４０１、４０２ステップ）。４０３〜４０６ステップの繰返し処理で１号機からｍ号機のうち先行運転指令を受信している号機番号を確認（図７のメモリＭ１０７〜Ｍ１１２の内容を確認）し、号機番号ｘが０でない（何れかの号機が先行運転指令を受け取っている）場合、先行運転指令を受けたｘ号機の指令内容を確認し、指令内容より運転台数を判断する（図１６の４０７、４０９、４１０ステップ、または４０７、４０９、４１１ステップ）。号機番号が０である場合、運転台数は０である（図１６の４０７、４０８ステップ）。
【実施例３】
【００７３】
本発明による給水装置の第３の実施例について図面を用いて説明する。  
本実施例では追従運転を行う制御基板の指令周波数を、運転台数だけでなく、先行機の運転周波数にも応じて変化させる（変速運転させる）。図１７は本実施例における制御手順のフローチャートである。制御基板が追従運転時の処理に２３０ステップ（追従周波数更新処理）を追加している。
【００７４】
追従周波数更新処理の詳細手順を図１８で説明する。５００ステップでポンプ台数に関するデータをメモリＭＯより読み出し、処理に必要な変数を初期化する（５０１、５０２ステップ）。５０３〜５０６ステップの繰返し処理で１号機からｍ号機のうち先行運転指令を受信している号機番号を確認（図７のメモリＭ１０７〜Ｍ１１２の内容を確認）し、先行運転指令を受けたｘ号機の運転周波数を確認（図７のメモリＭ１１３〜Ｍ１１８のうち先行機に該当するアドレスを確認）し、ｘ号機の運転周波数が自身のインバータに対する指令周波数より大きい場合には、ｘ号機の運転周波数を指令周波数とする（５０７、５０８ステップ）。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の給水システムの構成を示したシステム構成図。
【図２】ポンプの使用水量−給水圧力特性と、負荷制限によるポンプ運転可能範囲の説明図。
【図３】推定末端圧一定制御におけるポンプ１台の運転特性図。
【図４】推定末端圧一定制御におけるポンプ２台の運転特性図。
【図５】複数台のポンプを有する給水システムの運転特性図。
【図６】本発明による複数台のポンプを有する給水システムの運転特性図。
【図７】圧力制御に関するパラメータを持つデータ・テーブル。
【図８】インターフェース基板から制御基板へ送信する通信データフォーマット。
【図９】送信データのコマンドと、コマンドに対するデータ内容一覧。
【図１０】制御基板からインターフェース基板へ返信する通信データフォーマット。
【図１１】返信データのコマンドと、コマンドに対するデータ内容一覧。
【図１２】インターフェース基板の制御フローチャート。
【図１３】制御基板の制御フローチャート。
【図１４】運転台数判定処理のフローチャート。
【図１５】第２の実施態様における、インターフェース基板から制御基板へ送信する通信データフォーマット。
【図１６】第２の実施態様における、運転台数判定処理のフローチャート。
【図１７】第３の実施態様における、制御基板の制御フローチャート。
【図１８】第３の実施態様における、指令周波数更新処理フォーマット。
【図１９】従来のポンプ１台運転における運転特性図。
【図２０】従来の推定末端圧一定制御におけるポンプ１台の運転特性図。
【図２１】従来の推定末端圧一定制御におけるポンプ２台の運転特性図。
【符号の説明】
【００７６】
１−１、２−１、３−１、４−１  制御基板、１−２、２−２、３−２、４−２  インバータ本体、８  ポンプ、９  モータ、１１  吸込み管、１２  逆止め弁、１３、１４  仕切り弁、１５  給水管、１６  センサ、１７  圧力タンク、Ｉ／Ｏ  インターフェース基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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