(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動系を構成するマイクロプロセッサを搭載した可変速制御装置と、前記可変速制御装置によって可変速駆動されるポンプと、前記ポンプの吐出側に設けた給水管の給水圧力を検知する圧力検出手段と、前記給水管の流量を検知する流量スイッチで構成され、給水管の圧力を所定圧力に制御する給水ポンプ装置において、
前記可変速制御装置は、制御パラメータとして、ポンプの配管抵抗曲線上の上限目標圧力と、これを満足するポンプのＱ−Ｈ性能を与えるポンプ回転速度と、保圧を考慮した停止圧力と、この停止圧力から定まる停止時ポンプ回転速度と、前記配管抵抗曲線上の下限値を始動圧力とするポンプの始動圧力と、これを満足するポンプのＱ−Ｈ性能を与えるポンプ回転速度とを有しており、
通常は、前記抵抗曲線上で所定圧力一定制御を行い、
現在運転しているポンプ回転速度が前記停止時ポンプ回転速度以下となった時この回転速度に固定して運転を継続し、
前記流量スイッチが過少水量を検出して、この状態がポンプ始動頻度抑制に十分な所定時間を経過したときポンプを停止し、
ポンプ停止後、前記圧力検出手段の検出圧力が前記ポンプ始動圧力となった時、ポンプを再始動するようにしたことを特徴とする給水ポンプ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の給水ポンプ装置において、
さらに、前記流量スイッチが過少水量を検出して、この状態がポンプ始動頻度抑制に十分な所定時間が経過する前に、前記流量スイッチが過少水量から復帰した時、現在固定しているポンプ回転速度を固定から開放するようにしたことを特徴とする給水ポンプ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の給水ポンプ装置において、
前記可変速制御装置は、上記各パラメータを設定する設定手段と、これらのパラメータを記憶する記憶手段を有していることを特徴とする給水ポンプ装置。
【請求項４】
請求項１に記載の給水ポンプ装置において、
前記制御パラメータのうち、始動圧力と停止圧力が抵抗曲線上の上限、下限目標圧力のいずれかの一量に基づいて決められることを特徴とする給水ポンプ装置。
【請求項５】
請求項１に記載の給水ポンプ装置において、
通常は前記抵抗曲線上で所定圧力一定制御を行い、流量スイッチが過少水量を検出した時、始動頻度抑制に十分な所定時間と現在速度と停止時速度からインバータの加速時間を求め、この加速時間でポンプの現在運転速度を停止時速度まで高める指令を発行し、この状態が満了するか否かを判定し、満了したら停止し、満了しない場合は所定圧力一定制御運転に戻すようにしたことを特徴とする給水ポンプ装置。
【請求項６】
請求項１に記載の給水ポンプ装置において、
前記可変速制御装置がインバータ制御系と給水ポンプ制御系とに分かれていることを特徴とする給水ポンプ装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の給水ポンプ装置において、
停止圧力ヘッドと再始動圧力ヘッドとの差が３〜５ｍとなるよう、過少水量時停止、再始動機能を作用させるようにしたことを特徴とする給水ポンプ装置。
【請求項８】
駆動系を構成するマイクロプロセッサを搭載した可変速制御装置と、前記可変速制御装置によって可変速駆動されるポンプと、前記ポンプの吐出側に設けた給水管の給水圧力を検知する圧力検出手段と、前記給水管の流量を検知する流量スイッチで構成され、給水管の圧力を所定圧力に制御する給水ポンプ装置において、
前記可変速制御装置は、制御パラメータとして、ポンプの配管抵抗曲線上の上限目標圧力と、これを満足するポンプのＱ−Ｈ性能を与えるポンプ回転速度と、保圧を考慮したポンプ停止圧力と、この停止圧力から定まる停止時のポンプ回転速度と、前記抵抗曲線上の下限値を始動圧力として有しており、
通常は、増速してポンプ回転速度が最高回転速度に達するまでは、前記抵抗曲線上の上限目標圧力とこれを満足するポンプのＱ−Ｈ性能を与えるポンプ回転速度を上限座標とし、下限目標圧力とこれを満足するポンプのＱ−Ｈ性能を与えるポンプ回転速度を下限座標としてこれらの座標の間を結ぶ線上で所定圧力一定制御を行い、
ポンプ回転速度が最高回転速度に達した後最低回転速度に達するまでは、前記保圧を考慮した停止圧力とこの停止圧力から定まる停止時ポンプ回転速度を下限座標として、この下限座標と前記上限座標との間を結ぶ線上で所定圧力一定制御を行い、
前記流量スイッチが過少水量を検出して、この状態がポンプ始動頻度抑制に十分な所定時間を経過したときポンプを停止し、
ポンプ停止後、前記圧力検出手段の検出圧力が前記ポンプ始動圧力となった時、ポンプを再始動するようにしたことを特徴とする給水ポンプ装置。
【請求項９】
請求項８に記載の給水ポンプ装置において、
前記制御パラメータのうち、始動圧力と停止圧力が抵抗曲線上の上限、下限目標圧力のいずれかの一量に基づいて決められることを特徴とする給水ポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水の使用が過少水量となった場合に流量スイッチを用いて確実に停止し、次の水使用で再始動し、且つ、これに伴う圧力変動を抑制すると共にポンプ及びこれの駆動系の始動頻度を抑制するのに好適な給水ポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
給水ポンプ装置は、可変速駆動手段（誘導電動機を駆動する場合はインバータが使用され、永久磁石電動機を駆動する場合はこれ用のコントローラが使用されるが、このコントローラもインバータをべースにしたものである。）によって駆動されるポンプ装置を単独又は複数台使用している。これらの給水ポンプ装置は、無駄な運転を排除する観点から水の使用が極少ない場合には停止して、次の水使用時には再始動する機能を備える必要がある。水の使用が極少ない状態を検出する手段として、流量スイッチを用いる方式と流量スイッチを用いない方式とがあるが、ポンプ吸込側の圧力変動の影響を受けることなく確実に過少水量を検出できる点で流量スイッチを用いる方式が一般に使用されている。
【０００３】
これの従来技術として、昇速、昇圧に関するものに特許文献１、特許文献２等がある。特許文献１は、ポンプ運転速度が予め定めた低速度（インバータ周波数）に達した時探索運転を行い、その吐出圧力がポンプの過少水量域特有の変化になった時、吐出し圧力を再始動時圧力以上に高めてポンプの運転を止め、過少水量を検出しポンプの運転制御を行い得る様にしたものである。
【０００４】
特許文献２は、ポンプの運転速度変化（インバータ周波数）が予め定めた過少水量特有の関係である速度ヒステリシス内にあった場合に、この状態で吐出圧力が停止命令圧力以上に達したとき運転を止めることにより、過少水量を確実に検出してポンプを停止するようにしたものである。
【０００５】
また、従来の流量スイッチを用いた過少水量停止、再始動方式は概略次の通りである。本発明の実施例（後述）を示す図２の一部を利用して説明する。図２において、水使用がＱｍ〜Ｑ０の間は、抵抗曲線Ｆを目標圧力とする所定圧力一定制御運転を行う。水の使用水量が極少なくなると、流量スイッチが過少水量Ｑｍ（例えば５〜１０Ｌ／ｍｉｎ）を検出する。この時の給水圧力はＰＢ付近、インバータ周波数はｆ０１付近にある。この流量スイッチがＱｍを検出している状態が所定時間（ポンプの始動頻度を抑制するのに十分な時間、例えば６０〜１８０ｓ）経過するまで、インバータ周波数をｆ１に、給水圧力をＨｏｆｆにそれぞれ高めように運転して停止する。停止後は、需要側での水の使用に伴って給水圧力がＰＡまで低下するとポンプが再始動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−２０００９４号公報
【特許文献２】特開昭６１−０２８７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した従来技術では、過少水量を検出した後、ポンプ停止時の保圧のために昇速して昇圧を行うため、停止時に給水圧力が大きく変動する。この停止時の給水圧力の大きな変動は、需要側での使用機器に悪影響を与える恐れがある。
【０００８】
そこで、本発明は、従来技術の課題である過少水量停止、再始動時の圧力変動を抑制し、又、これに伴うポンプの始動頻度抑制と急峻な始動立ち上げを改良した給水ポンプ装置を提供することを目的とする。
【０００９】
具体的には、駆動系を構成するマイクロプロセッサを搭載した可変速制御装置及びポンプ、モータと、前記ポンプの吐出側給水管に設けた圧力タンクと圧力検出手段と流量スイッチとで構成した給水ポンプ装置において、前記可変速制御装置は過少水量時停止、再起動する機能を備えており、処理シーケンスによって停止時に昇速昇圧することなく、圧力変動を抑制するようにしたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するため、駆動系を構成するマイクロプロセッサを搭載した可変速制御装置と、前記可変速制御装置によって可変速駆動されるポンプと、前記ポンプの吐出側に設けた給水管の給水圧力を検知する圧力検出手段と、前記給水管の流量を検知する流量スイッチで構成され、給水管の圧力を所定圧力に制御する給水ポンプ装置において、
前記可変速制御装置は、制御パラメータとして、ポンプの配管抵抗曲線上の上限目標圧力と、これを満足するポンプのＱ−Ｈ性能を与えるポンプ回転速度と、保圧を考慮した停止圧力と、この停止圧力から定まる停止時ポンプ回転速度と、前記配管抵抗曲線上の下限値を始動圧力とするポンプの始動圧力と、これを満足するポンプのＱ−Ｈ性能を与えるポンプ回転速度とを有しており、
通常は、前記抵抗曲線上で所定圧力一定制御を行い、
現在運転しているポンプ回転速度が前記停止時ポンプ回転速度以下となった時この回転速度に固定して運転を継続し、
前記流量スイッチが過少水量を検出して、この状態がポンプ始動頻度抑制に十分な所定時間を経過したときポンプを停止し、
ポンプ停止後、前記圧力検出手段の検出圧力が前記ポンプ始動圧力となった時、ポンプを再始動するようにしたものである。
【００１１】
また、上記記載の給水ポンプ装置において、前記流量スイッチが過少水量を検出して、この状態がポンプ始動頻度抑制に十分な所定時間が経過する前に、前記流量スイッチが過少水量から復帰した時、現在固定しているポンプ回転速度を固定から開放するようにしたものである。
【００１２】
また、上記に記載の給水ポンプ装置において、前記可変速制御装置は、上記各パラメータを設定する設定手段と、これらのパラメータを記憶する記憶手段を有していることを特徴とする。
【００１３】
また、上記に記載の給水ポンプ装置において、前記制御パラメータのうち、始動圧力と停止圧力が抵抗曲線上の上限、下限目標圧力のいずれかに一量に基づいて決められることを特徴とする。本構成によれば、制御パラメータのうち、始動圧力と停止圧力が自動設定することができる。
【００１４】
また、上記に記載の給水ポンプ装置において、通常は前記抵抗曲線上で所定圧力一定制御を行い、流量スイッチが過少水量を検出した時、始動頻度抑制に十分な所定時間と現在速度と停止時速度からインバータの加速時間を求め、この加速時間でポンプの現在運転速度を停止時速度まで高める指令を発行し、この状態が満了するか否かを判定し、満了したら停止し、満了しない場合は所定圧力一定制御運転に戻すようにしたことを特徴とする。この構成によれば、加速時間を計算して、ポンプの停止に際し緩やかに昇圧させることができる。
【００１５】
また、上記に記載の給水ポンプ装置において、前記可変速制御装置がインバータ制御系と給水ポンプ制御系とに分かれていることを特徴とする。
【００１６】
また、上記に記載の給水ポンプ装置において、停止圧力ヘッドと再始動圧力ヘッドとの差が３〜５ｍとなるよう、過少水量時停止、再始動機能を作用させるようにしたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は上記課題を解決するため、駆動系を構成するマイクロプロセッサを搭載した可変速制御装置と、前記可変速制御装置によって可変速駆動されるポンプと、前記ポンプの吐出側に設けた給水管の給水圧力を検知する圧力検出手段と、前記給水管の流量を検知する流量スイッチで構成され、給水管の圧力を所定圧力に制御する給水ポンプ装置において、
前記可変速制御装置は、制御パラメータとして、ポンプの配管抵抗曲線上の上限目標圧力と、これを満足するポンプのＱ−Ｈ性能を与えるポンプ回転速度と、保圧を考慮したポンプ停止圧力と、この停止圧力から定まる停止時のポンプ回転速度と、前記抵抗曲線上の下限値を始動圧力として有しており、
通常は、増速してポンプ回転速度が最高回転速度に達するまでは、前記抵抗曲線上の上限目標圧力とこれを満足するポンプのＱ−Ｈ性能を与えるポンプ回転速度を上限座標とし、下限目標圧力とこれを満足するポンプのＱ−Ｈ性能を与えるポンプ回転速度を下限座標としてこれらの座標の間を結ぶ線上で所定圧力一定制御を行い、
ポンプ回転速度が最高回転速度に達した後最低回転速度に達するまでは、前記保圧を考慮した停止圧力とこの停止圧力から定まる停止時ポンプ回転速度を下限座標として、この下限座標と前記上限座標との間を結ぶ線上で所定圧力一定制御を行い、
前記流量スイッチが過少水量を検出して、この状態がポンプ始動頻度抑制に十分な所定時間を経過したときポンプを停止し、
ポンプ停止後、前記圧力検出手段の検出圧力が前記ポンプ始動圧力となった時、ポンプを再始動するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、流量スイッチを用いた過少水量停止、再始動において、確実に過少水量時の停止、再始動を行うことが出来、この時に生じる圧力変動を抑制することが出来る。また、これに伴うポンプ駆動系の始動頻度を十分に抑制することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明実施例１のポンプ運転特性図。
【図２】本発明実施例２のポンプ運転特性図。
【図３】本発明実施例１のインバータの上位に上位制御装置を備えるシステム構成図。
【図４】本発明実施例２のインバータのシステム構成図。
【図５】本発明実施例の動作のメインフローチャート。
【図６】同じく動作の割込み処理のフローチャート。
【図７】実施例１の過少水量停止、再始動処理の動作フローチャート。
【図８】実施例２の過少水量停止、再始動処理の動作フローチャート。
【図９】実施例３の過少水量停止、再始動処理の動作フローチャート。
【図１０】本発明実施例の記憶部のマップを示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例について、図１〜図１０を用いて説明する。
【００２１】
（実施例１）
本実施例１の詳細構成は後述するが、駆動系を構成するマイクロプロセッサを搭載した可変速制御装置と、前記可変速制御装置によって可変速駆動されるポンプと、前記ポンプの吐出側に設けた給水管の給水圧力を検知する圧力検出手段と、前記給水管の流量を検知する流量スイッチを備えて、給水管の圧力を所定圧力に制御するように構成される。
【００２２】
図１は、ポンプ２台を交互運転した場合の実施例１を説明するためのポンプ運転特性図であり、横軸に水量、縦軸に全揚程を取って示している。曲線Ｂはポンプ１台を最高回転数（インバータのｆ００周波数に対応、表示はｆ００）で運転した際のＱ−Ｈ性能曲線を示す。後述するフローチャート及びその説明ではｆｍａｘ（＝ｆ００）という記号を用いている。そして、この曲線Ｂは仕様点（需要側が所望な水量、全揚程である。）の水量Ｑ０、全揚程Ｈ０（後述のフローチャート及びその説明ではＨ０＝ＰＡという記号を用いている。）を満足するＱ−Ｈ性能曲線であり、ｆ００の回転数（周波数表示はｆ００）で運転した際に得られる。
【００２３】
曲線Ａは、最低回転数（インバータのｆ０１周波数に対応、表示はｆ０１）で運転時した際のＱ−Ｈ性能曲線を示す。後述のフローチャート及びその説明ではｆｍｉｎ（＝ｆ０１）という記号を用いている。
【００２４】
曲線Ｆは、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。ＰＡは配管抵抗曲線Ｆ上の上限側目標圧力であり、ＰＢは配管抵抗曲線Ｆ上の水量０（ゼロ）での下限値である下限側目標圧力であり、ポンプの始動圧力とする。
【００２５】
さて、給水ポンプ装置は、昼間や夜間の極少ない水使用の時間帯において無駄な運転を避けるために停止し、次の水使用に際し再始動する機能を備えている。以下、この機能を過少水量停止、再始動機能と呼ぶ。そして、水量Ｑｍは、流量スイッチ（後述）の過少水量検出流量を示しており、約５〜１０Ｌ／ｍｉｎである。
【００２６】
Ｈｏｆｆは、前記流量スイッチで過少水量Ｑｍを検出後停止させるときの停止圧力で、ｆ０２はこの停止圧力を満足させるためのポンプ回転数（インバータのｆ０２周波数に対応、表示はｆ０２）である。ポンプの停止圧力と始動圧力が接近して設定されると、停止後の僅かな圧力低下で頻繁に始動するので、ポンプの停止時に際しポンプの始動頻度を抑制するのに十分な所定時間を経過するまで運転して保圧を与えて、停止圧力（Ｈｏｆｆ）を始動圧力（ＰＢ）より高くなるように設定する。
【００２７】
上記した、ポンプの配管抵抗曲線上の上限目標圧力ＰＡ、これを満足するポンプのＱ−Ｈ性能を与えるポンプ回転速度ｆ００（インバータ周波数）、保圧を考慮したポンプ停止圧力Ｈｏｆｆ、この停止圧力Ｈｏｆｆから定まる停止時のポンプ回転速度ｆ０２（インバータ周波数）、前記抵抗曲線上の下限値を始動圧力とするポンプ始動圧力ＰＢ、およびこれを満足するポンプのＱ−Ｈ性能を与えるポンプ回転速度ｆ０１（インバータ周波数）が制御パラメータとして記憶される。
【００２８】
本実施例１では、ポンプの停止圧力を配管抵抗曲線Ｆ上の下限側目標圧力ＰＢではなく、停止圧力Ｈｏｆｆとしている。そして、この停止圧力Ｈｏｆｆから定まるポンプ回転数をｆ０２として、ＰＡとＨｏｆｆとを結んだ線をＦ´としている。すなわち、前記配管抵抗曲線Ｆ上の上限側目標圧力ＰＡと、これを満足するポンプのＱ−Ｈ性能を与えるポンプ回転速度（インバータ周波数）ｆ００を上限座標とし、前記保圧を考慮した停止圧力Ｈｏｆｆと、この停止圧力から定まる停止時ポンプ回転速度ｆ０２（インバータ周波数）を下限座標とし、この上限座標と下限座標を結ぶ線をＦ´としている。
【００２９】
通常動作では、上限と下限の座標を結ぶ直線Ｆ´上で給水圧力を所定圧力一定制御し、前記流量スイッチが過少水量を検出して、この状態がポンプ始動頻度抑制に十分な所定時間を経過したときポンプを停止し、ポンプ停止後、前記圧力検出手段の検出圧力が前記ポンプ始動圧力ＰＢとなった時、ポンプを再始動するようにしたものである。更に、再始動後は直線Ｆ´上に戻り給水圧力を所定圧力一定制御する。
【００３０】
この制御によれば、直線Ｆ´に沿って給水圧力が制御され、直線Ｆ´上で、流量スイッチが過少水量を検出してポンプを停止するので、給水圧力が上昇変動することが無い。
【００３１】
（実施例２）
図２は、ポンプ２台を交互運転した場合の実施例２を説明するためのポンプ運転特性図である。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。
【００３２】
本実施例２の前記可変速制御装置は、制御パラメータとして、ポンプの配管抵抗曲線上の上限目標圧力と、これを満足するポンプのＱ−Ｈ性能を与えるポンプ回転速度（インバータ周波数）と、保圧を考慮した停止圧力と、この停止圧力から定まる停止時ポンプ回転速度（インバータ周波数）と、前記配管抵抗曲線上の下限値を始動圧力とするポンプの始動圧力と、これを満足するポンプのＱ−Ｈ性能を与えるポンプ回転速度（インバータ周波数）とを有している。
【００３３】
また、前記制御パラメータのうち、始動圧力と停止圧力は、抵抗曲線上の上限、下限目標圧力のいずれかに一量に基づいて決められ、始動圧力と停止圧力が自動設定することができる。
【００３４】
図１との相違点は、下限側目標圧力をＰＢとし、これに対応するポンプ回転数をｆ０１としている点である。即ち、本実施例２では、通常はＰＡ，ＰＢ間の前記抵抗曲線上で所定圧力に制御され、使用水量が減少しポンプの現在運転速度がｆ０２以下になっているか判定し、ｆ０２以下となったら、この速度ｆ０２を固定し水の使用状態をチエックするのである。当然、使用水量が少なくなると、運転速度がｆ０２で固定となっているので給水圧力はポンプＱ−Ｈ性能曲線Ｃ上に沿って増加する。そして、前記流量スイッチが過少水量Ｑｍを検出したら、給水圧力はＨｏｆｆ付近で停止する。停止後、始動圧力のＰＢを検出したら再始動するようにしたものである。
【００３５】
本実施例２の制御によれば、停止に至るまでの給水圧力はポンプＱ−Ｈ性能曲線Ｃ上に沿って穏かに増加するが、大きな圧力変動ではないため、需要側での使用機器に悪影響を与える恐れがない。
【００３６】
（実施例３）
実施例３では、通常はＰＡ，ＰＢ間で所定圧力に制御を行い、流量スイッチが過少水量Ｑｍを検出したら、始動頻度抑制タイマーでポンプの始動頻度を抑制するのに十分な所定時間ｔ１を発生させ（読みだし）、現在のポンプ運転速度ｆと停止時速度ｆ０２と前記所定時間ｔ１からインバータの加速時間Δｔ（（ｆ０２−ｆ）／ｔ１）を算出する。そして、現在のポンプ運転速度ｆから停止時速度ｆ０２までのｔ１秒間でΔｔの加速時間で徐々に昇速昇圧してポンプを停止する。このように制御すると、流量スイッチが過少水量Ｑｍを検出してから、停止、再始動時の圧力変動を抑制することができる。
【００３７】
尚、給水ポンプ装置は需要側使用水量の変動に伴い、圧力センサの検出した給水圧力が、目標圧力即ち、前記抵抗曲線Ｆ上にくるようにインバータ周波数を制御する。これを末端圧力一定制御と呼んでいる。当然、ＰＡ、ＰＢ、ｆ００（＝ｆｍａｘ）、ｆ０１（＝ｆｍｉｎ）、ｆ０２、Ｈｏｆｆは、制御パラメータとして前述のように予め設定され記憶されている。図示では、Ｑ−Ｈ性能曲線を代表の曲線Ａ（周波数ｆ０１）〜曲線Ｂ（周波数ｆ００）で示しているが、配管抵抗曲線Ｆ上で周波数を制御すれば、この周波数に対応したポンプ性能曲線が生ずるが明らかなので省略している。
【００３８】
前記した末端圧力一定制御を実行するのに、前述のパラメータＰＡ、ＰＢ、ｆ００（＝ｆｍａｘ）、ｆ０１（＝ｆｍｉｎ）を用いて関数化し、これに現在周波数を入力して、この周波数における目標圧力を求める等の方法が用いられている。
【００３９】
ここで、この過少水量停止、再始動機能に関連するパラメータ（記号）について説明する。停止圧力Ｈｏｆｆと始動圧力ＰＢとの圧力差を３〜５ｍ程度に選定すれば、停止、再始動の圧力変動を小さく抑制することができる。
【００４０】
図３は、本発明実施例１のシステム構成図を示し、給水ポンプ装置を２台設置し、インバータの上位に可変速制御装置を備えるシステムを示している。２−１〜２−４は仕切弁、３−１、３−２は逆止め弁、４−１、４−２はそれぞれモータで駆動されるポンプ（2台のポンプのうち４−１を１号ポンプ、４−２を2号ポンプと区別して表示）であり、これらのポンプの吸込み側はそれぞれ吸込み管１−１、１−２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が水道本管からの水の供給を受ける。受水槽方式では、図示していないが受水槽から水の供給を受ける。各ポンプは駆動モータ（ＩＭ１、ＩＭ２）とポンプ本体（Ｐ１、Ｐ２）で構成されている。
【００４１】
６は給水管、７は圧力タンクであり給水管６のポンプに近い部位に設ける。９−１、９−２は流量スイッチ（ＦＬＳＷ）であり、それぞれ１号ポンプ、２号ポンプの吐き出し側に設置され、給水管６の流量の過少水量を検出したとき接点開閉信号を出力する。前記流量スイッチ９−１、９−２からの接点開信号はケーブルＳ３、Ｓ４により後述する入力端子Ｉ／Ｏ−１を介して制御装置（後述）ＣＵに入力される。
【００４２】
ＳＷ（８）はこの給水管６に備わり、ここの給水圧力に応じて圧力を電気信号で出力する圧力センサ（圧力検出手段）である。このセンサの検出した圧力信号によりによりポンプの吐出し圧力が制御（例えば吐出し圧一定、推定末端圧力一定、実施例では推定末端圧力一定）される。この圧力センサの信号はケーブルＳ０により後で説明する入力端子Ｉ／Ｏ−１を介して制御装置更ＣＵに入力される。
【００４３】
需要側は、上記給水管６の端末の先が直送式の場合には、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され、高置水槽式の場合には、この需要側給水管と接続して高置水槽へ給水される。
【００４４】
ＩＮＶ１、ＩＮＶ２はそれぞれ前述のポンプ４−１、４−２を駆動する可変速制御装置（インバータ）の本体であり、マイクロプロセッサＣＰＵ１、ＣＰＵ２が搭載される。各可変速制御装置はそれぞれ漏電遮断器ＥＬＢ１と、漏電遮断器ＥＬＢ２を介して電源側より電源の供給を受ける。Ｃ０ＮＳ１、Ｃ０ＮＳ２はそれぞれ操作パネルであり、図時しない表示部、操作部を備えると共に、圧力制御のための制御パラメータ等の設定、これらの設定値と圧力センサの検出した圧力信号等を記憶するメモリＭ１、Ｍ２（例えばＥＥＰＲＯＭ）を備えている。
【００４５】
更に、Ｃ０ＮＳ１、Ｃ０ＮＳ２の操作部には運転、停止、ＦＵＮＣキー（このキーが押されると押されるごとに、例えば表示機能とパラメータ設定機能とが切り替わる）、ＰＲＧキー（このキーが押されると、表示部とタクトスイッチ等によって設定された圧力制御のための前記パラメータがメモリＭ１、Ｍ２に記憶される）、アップ、ダウン等の例えばタクトスイッチを備えている。尚、操作パネルは可変速制御装置ＩＮＶ１、ＩＮＶ２（インバータ）と分離してもこれに装着しても良い。
【００４６】
上記したパラメータとしては、ポンプの配管抵抗曲線上の上限目標圧力ＰＡ、これを満足するポンプのＱ−Ｈ性能を与えるポンプ回転速度ｆ００（インバータ周波数）、保圧を考慮したポンプ停止圧力Ｈｏｆｆ、この停止圧力Ｈｏｆｆから定まる停止時のポンプ回転速度ｆ０２（インバータ周波数）、前記抵抗曲線上の下限値を始動圧力とするポンプ始動圧力ＰＢ、およびこれを満足するポンプのＱ−Ｈ性能を与えるポンプ回転速度ｆ０１（インバータ周波数）とが、制御パラメータとして、前記メモリＭ１、Ｍ２記憶される。
【００４７】
Ｒ、Ｓは制御電源、ＣＵは、マイクロプロセッサＣＰＵ、記憶部Ｍ、操作パネルＣＯＮＳ３、入力端子Ｉ／Ｏ−１、および出力端子Ｉ／Ｏ−２から成る上位の可変速制御装置である。ＴＲは前記制御電源Ｒ、Ｓから入力した電圧を低電圧に変圧して前記制御装置ＣＵに出力するトランス、ＳＳは前記可変速制御装置ＣＵの入・切スイッチ、Ｒun１、Ｒun２はそれぞれインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２へ運転・停止を指令するリレーであり、前記出力端子Ｉ／Ｏ−２に接続され、前記上位の可変速制御装置ＣＵからの出力指令によって動作し、その接点Ｒun１、Ｒun２がＯＮしている時に前記インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２は運転がなされる。
【００４８】
又、Ｆ１、Ｆ２はそれぞれインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２への周波数指令信号であり、図示省略された出力端子を介して前記上位可変速制御装置ＣＵから出力指令される。Ｆ１０、Ｆ２０はそれぞれインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２の周波数到達信号（指令した周波数Ｆ１、Ｆ２に到達したという意味）であり、入力端子は図示を省略しているが前記可変速制御装置ＣＵへ出力される。尚、この周波数到達信号Ｆ１０、Ｆ２０は省略してそれぞれ周波数指令信号のＦ１、Ｆ２と兼用しても良い。更に、それぞれの周波数指令信号Ｆ１、Ｆ２有無をインバータの運転停止信号として、前記リレーＲun１、Ｒun２を省略しても良い。
【００４９】
本実施例１では、可変速制御装置が、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２を制御するインバータ制御系の可変速制御装置ＣＵと、ポンプ４−１、４−２を駆動する給水ポンプ系の可変速制御装置（インバータ）ＩＮＶ１、ＩＮＶ２に分かれている。このように構成すれば、制御動作が並行して行えるので、高速処理が実現できる。
【００５０】
図４は、本発明実施例２のシステム構成図であり、給水ポンプ装置２台設置例のシステム構成を示している。図３に対して、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２の上位の可変速制御装置ＣＵを省略して、その制御機能をそれぞれのインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２に収納したものである。即ち、図３に対し、上位制御装置ＣＵ、トランスＴＲ、スイッチＳＳ、リレーＲun１、Ｒun２を省略している。更に、周波数指令信号Ｆ１、Ｆ２、周波数到達信号Ｆ１０、Ｆ２０はインバータ内部状態量を使用することによりこれも省いている。このようにすれば、制御系が簡素化され、コストダウンとなる。又、図３と同じ記号で示すものは同じ部品及び機能であり説明を省く。尚、圧力センサは複数のポンプ駆動系に共通に利用し、ケーブルＳ１、Ｓ２によりそれぞれのインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２の入力端子Ｉ０、Ｉ１に接続している。
【００５１】
図５、図６、図７、図８、図９は給水ポンプ装置の運転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上位制御装置ＣＵ、または可変速制御装置ＩＮＶ１、ＩＮＶ２のマイクロプロセッサＣＰＵ１、ＣＰＵ２に搭載されている。図１０はこれらのパラメータ等を格納するメモリマップである。
【００５２】
さて、使用開始に当たって図３、図４に示す電源側漏電遮断器ＥＬＢを投入すると、プログラムが作動する。そして、５０１ステップでイニシャル処理、５０２ステップでパラメータ設定処理を実行する。イニシャル処理では、レジスタ、割り込みベクタ、メモリ、スタックポインタなど各種の処理を実行し、パラメータ設定処理では前述した初期値を設定し運転準備を行う。５０３、５０４ステップでは割り込みを許可し、図６に示す割り込み処理に備える。当然、割り込みが発生し、６００ステップ以降の処理が実行される。
【００５３】
図６に示す６００ステップ以降のＩＮＴ０割り込み処理において、図６（Ａ）に示すように、６０１ステップで図３又は図４のキースイッチ（ＣＯＮＳ１，２，３に備わる）が押されたか判定する。判定した結果、押されていなけれ６０２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、６０９ステップで割り込み処理から割り込み前の処理へ戻るＲＥＴＩ処理を実行する。
【００５４】
６０１ステップの判定結果でキースイッチが押されていたら、６０３ステップへ進み、押されたキースイッチ（図２のＣＯＮＳ１、２、３、図３のＣＯＮＳ１、２）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、６０５ステップへ進み、パラメータ設定（変更が可能なことを示す）処理とメモリへの格納処理を実行する。この処理の結果は図１０に示されるように格納される。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。
【００５５】
６１０ステップ以降のＩＮＴ１での割り込み処理においては、図６（Ｂ）に示すように、６１１ステップで故障のチエック、監視を行う。６１２ステップでは圧力センサＳＷ（８）の信号を検出し（アナログレジスタＡＮ０（圧力）に保存されている。）、図１０のメモリＭ１１７に格納し、６１３ステップではインバータの現在周波数Ｆ１、Ｆ２、Ｆ１０、Ｆ２０のデータ（アナログレジスタＡＮ１、ＡＮ２、ＡＮ３、ＡＮ４（周波数指令）に保存されている。）をそれぞれメモリＭ１１９、Ｍ１２０、Ｍ１２１、Ｍ１２２に格納しておく。なお、ポンプの始動頻度を抑制するのに十分な所定時間ｔ１は、メモリＭ１１２に格納される。そして，６１４ステップで割り込み処理から割り込み前の処理に戻る。
【００５６】
図５に戻って、５０６ステップにおいて、圧力センサの検出した給水圧力が始動圧力ＰＢ以下になったか判定する。ＰＢ以下であれば５０７ステップへ進み、１台目のポンプを始動する。ここで、始動圧力はＰＢとしているが、ＰＢ近くの圧力を始動圧力としても良い。これを記号Ｈｏｎで示し、記憶部（メモリ）にもこの始動圧力Ｈｏｎを格納するエリアを確保している。
【００５７】
続いて、５０８ステップで目標圧力Ｈ０（初回は初期値のＰＢとしているが、実施例1においてはＨｏｆｆとなる。次からは５１２ステップで更新された目標圧力となる。）をメモリより読み出し、５０９ステップで給水圧力Ｈ（実際の給水圧力は圧力センサが検出した圧力データＡＮ０であり、メモリＭ１１７に格納されている。Ｈ＝ＡＮ０、フロー図では説明の便宜上目標圧力を記号Ｈ０、圧力センサの検出した給水圧力を記号Ｈで表現。）を、読み出し両データを比較する。
【００５８】
比較した結果、「Ｈ０＋α＜Ｈ」ならば５０９Ａステップへ進み、ここでインバータ現在周波数ｆ（例えば、指令周波数のＦ１又はＦ２が到達周波数のＦ１０又はＦ２０と一致したとき現在周波数をｆとしメモリＭ１１８に格納している）が最低周波数ｆ０１（ｆｍｉｎ）に到達しているか判定する。到達してなければ５１０ステップへ進み減速処理を実行する。なお、αは例えば１〜２ｍ程度のであり不感帯を示す。
【００５９】
ステップ５０９の判定結果、「Ｈ０−α＜＝Ｈ＜＝Ｈ０＋α」ならば５１１ステップで所定時間ｔ０の待ち時間処理を実行し後５１２ステップの目標圧力更新処理を実行する。「Ｈ０−α＞Ｈ」ならば５０９Ｂステップへ進み、ここでインバータ現在周波数ｆ（例えば、指令周波数のＦ１又はＦ２が到達周波数のＦ１０又はＦ２０と一致したとき現在周波数をｆとしメモリＭ１１８に格納している）が最高周波数ｆ００（ｆｍａｘ）に到達しているか判定する。到達していなければ５１８ステップで増速処理を実行する。
【００６０】
５１０ステップの減速処理が終わったら、５１４ステップへ進み指令した周波数に到達したか到達するまで確認する。到達したら５１５ステップへ進み、ここで、前述の５１２ステップと同様の目標圧力更新処理を実行する。この後、図７，８，９に示す過少水量停止、再始動処理へ進む。
【００６１】
図７は、実施例1の過少水量停止、再始動処理の動作フローチャートを示している。７００ステップにおいて、流量スイッチ９−１又は９−２が過少水量を検出して、その接点が閉じているか判定する。図７では、1号ポンプ側の流量スイッチの過少水量検出データをＦＳＷ１、同様に２号ポンプ側をＦＳＷ２の記号で表示し、結果をメモリＭ１０５，Ｍ１０６に格納している。例えば、接点が閉じていれば００Ｈ、閉じてなければ０ＦＦＨを格納する。
【００６２】
７００ステップの判定結果でＮＯであれば、図５の５０９ステップへ戻り、ＹＥＳであれば次の７０１ステップへ進む。ここでは、ポンプの始動頻度を抑制するのに十分な所定時間ｔ１（例えば、６０〜１８０ｓ）のタイマー処理を実行する。計時を終了したら７０２ステップへ進み、１台目のポンプ停止処理を実行する。計時が終了していない場合は、図５の５０９ステップへ戻る。７０２ステップの停止処理後、図５の５１７ステップへ進み、交互切り替え処理を実行して、５０５ステップへ戻り、次の始動処理に備える。
【００６３】
図１において、目標圧力は上限座標（ＰＡ、ｆ００）、下限座標（Ｈｏｆｆ、ｆ０２）の２点を結ぶ抵抗曲線Ｆ´上にあり、通常はこの線Ｆ´に基づくインバータ周波数を制御して給水圧力を所定圧力に制御する（末端圧力一定制御という）。水の使用が過少水量使用状態のＱｍ以下となると、前述の処理フローのように曲線Ｃ上の圧力Ｈｏｆｆでポンプは停止する。水の使用があると、給水圧力がＨｏｎ（ＰＢと等しくても良い）以下となりポンプが再始動し、所定圧力一定制御運転する。
【００６４】
図８は実施例２の過少水量停止、再始動処理の動作フローチャートを示している。８００ステップにおいて、現在周波数ｆが停止時回転速ｆ０２以下となっているか判定する。ＮＯであれば８０１ステップ以降の処理へ進み、ＹＥＳであれば８０２ステップ以降の処理へ進む。
【００６５】
８０２ステップでは現在周波数ｆを停止時回転速ｆ０２に固定し、次の８０４ステップで流量スイッチ９−１又は９−２が過少水量を検出しているか判定する。これらのデータはメモリＭ１０５、Ｍ１０６のＦＳＷ１、ＦＳＷ２に格納されている。判定の結果、流量スイッチが過少水量を検出してなければ、図５の５０９ステップへ戻る。過少水量を検出していれば、次の８０５ステップへ進み、ここで、ポンプの始動頻度を抑制するのに十分な所定時間ｔ１（例えば、６０〜１８０ｓ）のタイマー処理を実行する。
【００６６】
計時を終了したら８０６ステップへ進み、１台目のポンプ停止処理を実行する。この後、図５の５１７ステップの交互切替処理に進む。計時が終了していない場合は、図５の５０９ステップへ戻る。
【００６７】
８０１ステップでは現在周波数ｆがｆ０２に固定されておれば、８０３ステップでｆ０２固定から開放して図５の５０９ステップへ戻る。ここでは、現在周波数ｆがｆ０２以下でないので、現在周波数ｆをｆ０２固定から開放して抵抗曲線Ｆに沿った末端圧一定制御に戻している。
【００６８】
図２において、水の使用水量が少なくなり、Ｑ１以下となり、現在のインバータ周波数がｆ０２以下となったらｆ０２に固定して運転を継続する。この状態で水の使用水量が減少すると、給水圧力はポンプＱ−Ｈ性能曲線Ｃ上を上昇する。更に、使用水量が減少して、流量スイッチが過少水量Ｑｍを検出し、この状態が所定時間ｔ１（ポンプの始動頻度を抑制するのに十分な所定時間）経過するとポンプは停止する。この時の停止圧力は前記ポンプＱ−Ｈ性能曲線Ｃ上のＨｏｆｆ点である。そして、次の水使用があり給水圧力が徐々に低下し、圧力検出手段が始動圧力Ｈｏｎ（ＰＢと等しくても良い）を検出するとポンプは再始動し、所定圧力一定制御運転する。
【００６９】
図９は実施例３の過少水量停止、再始動処理の動作フローチャートを示している。９００ステップにおいて、流量スイッチ９−１又は９−２が過少水量を検出しているかを判定する。これらのデータはメモリＭ１０５、Ｍ１０６のＦＳＷ１、ＦＳＷ２に格納されている。判定した結果、ＮＯ（過少水量を未検出）であれば９０１、９０３ステップの処理へ進む。ＹＥＳ（過少水量を検出）であれば９０２、９０４〜９０６ステップの処理へ進む。
【００７０】
９０２ステップでは、最低周波数ｆ０１（過少水量を検出した時のインバータ周波数）、停止時速度ｆ０２、ポンプの始動頻度抑制に十分な所定時間ｔ１から、
加速時間Δｔ（（ｆ０２−ｆ０１）／ｔ１）を計算して求める。
【００７１】
次の９０４ステップで、加速時間をΔｔとし、現在運転周波数をｆ０１からｆ０２に加速し、給水圧力をＰＢ（過少水量を検出した時の給水圧力はＰＢ付近）からＨｏｆｆに徐々に高める。次の９０５ステップで、１台目ポンプの停止処理を実行して、図５の５１７ステップの交互切替処理に進む。９０１ステップでは、現在周波数ｆが加速中か判断し、加速中であれば９０３ステップで現在周波数ｆを加速中から開放して、図５の５０９ステップへ戻る。
【００７２】
図２において、水の使用水量が少なくなってＱ１以下となり、流量水スイッチが過少水量を検出すると、前述のように加速時間Δｔを求め、現在のインバータ周波数をｆ０１からｆ０２に高め、給水圧力をＰＡからＨｏｆｆに徐々に高めてポンプを停止させる。次の水使用により圧力検出手段が始動圧力Ｈｏｎ（ＰＢと等しくても良い）を検出するとポンプは再始動し、所定圧力一定制御運転する。
【００７３】
以上のように制御すれば、過少水量検出、停止、再始動時の一連の動作で、給水圧力の変動を低く抑え、急峻な圧力の変動も抑制することが出来る。
【００７４】
尚、交互切替処理とは、例えば、停止したポンプが１号機であれば、再始動に運転するポンプを２号機に設定し運転号機を切り替える処理をいう。
【００７５】
図５の５１８ステップでは増速処理を実行する。この後、５１９ステップへ進み指令した周波数に到達したか到達するまで確認する。到達したら５２０ステップへ進み、ここで、前述の５１２ステップと同様の目標圧力更新処理を実行して５０９ステップへ戻りこれ以降の処理を続ける。５１２、５１５、５２０の目標圧力更新処理は、現在周波数から新たな目標圧力を求めて更新する。目標圧力を求める方法は圧力パラメータと周波数パラメータによる演算式又はテーブルを用いることで実行する。
【００７６】
（実施例４）
本実施例４では、駆動系を構成するマイクロプロセッサを搭載した可変速制御装置と、前記可変速制御装置によって可変速駆動されるポンプと、前記ポンプの吐出側に設けた給水管の給水圧力を検知する圧力検出手段と、前記給水管の流量を検知する流量スイッチで構成され、給水管の圧力を所定圧力に制御する給水ポンプ装置において、前記可変速制御装置は、制御パラメータとして、ポンプの配管抵抗曲線上の上限目標圧力と、これを満足するポンプのＱ−Ｈ性能を与えるポンプ回転速度（インバータ周波数）と、保圧を考慮した停止圧力と、この停止圧力から定まる停止時ポンプ回転速度（インバータ周波数）と、前記配管抵抗曲線上の下限値を始動圧力とするポンプの始動圧力と、これを満足するポンプのＱ−Ｈ性能を与えるポンプ回転速度（インバータ周波数）とを有している。
【００７７】
通常は図１に示すように、増速してポンプ回転速度が最高回転速度に達するまでは、前記抵抗曲線Ｆ上の上限目標圧力ＰＡとこれを満足するポンプのＱ−Ｈ性能を与えるポンプ回転速度ｆ００を上限座標とし、下限目標圧力ＰＢとこれを満足するポンプのＱ−Ｈ性能を与えるポンプ回転速度ｆ０１を下限座標とし、これらの座標の間（ＰＡ、ＰＢ間）を結ぶ線Ｆに沿って所定圧力一定制御を行い、ポンプ回転速度が最高回転速度に達した後最低回転速度に達するまでは、前記保圧を考慮した停止圧力Ｈｏｆｆとこの停止圧力から定まる停止時ポンプ回転速度ｆ０２を下限座標として、この下限座標と前記上限座標との間（ＰＡ、Ｈｏｆｆ間）を結ぶ線Ｆ´に沿って所定圧力一定制御を行う。
【００７８】
そして前記流量スイッチが過少水量Ｑｍを検出して、この状態がポンプ始動頻度抑制に十分な所定時間を経過したときポンプを停止し、ポンプ停止後、前記圧力検出手段の検出圧力が前記ポンプ始動圧力ＰＢとなった時、ポンプを再始動するように構成されたものである。
【００７９】
即ち、図５の５０３ステップの初期化時に、目標圧力下限値をＰＢに設定すると共にこれに対応するポンプ最低回転速度をｆ０１（ｆｍｉｎ）に設定する。そして、５０８ステップで初回は目標圧力Ｈ０＝ＰＢに設定する。又、５１５、５１２、５２０の演算式による目標圧力を更新処理において、ポンプの回転速度が最高回転速度までは目標圧力下限値をＰＢ（これに対応する最低回転速度はｆ０１）に設定し、ポンプ回転速度が最高回転速度に達した後最低回転速度に達するまでは目標圧力下限値をＨＯｆｆ（これに対応する最低回転速度はｆ０２）に設定するようにすれば良い。
【００８０】
以上のように、過少水量Ｑｍを検出してポンプを停止する圧力Ｈｏｆｆを、目標圧力下限値ＰＢより高く設定することにより、目標圧力にヒステリシスを持たせることができ、ポンプが最高回転速度から最低回転速度に低下して、過少水量停止してその後再始動を行う場合でも、大きく圧力が変動することなく給水圧力が安定する。
【符号の説明】
【００８１】
１…吸込み管、２−１〜２−４…仕切弁、３−１，３−２…逆止め弁、４−１、４−２…１号及び２号ポンプ、６…給水管、７…圧力タンク、８…圧力検出手段（圧力センサ）、９−１、９−２…流量スイッチ、ＩＮＶ１、ＩＮＶ２、ＣＵ…可変速制御装置（インバータ）、ＣＰＵ，ＣＰＵ１、ＣＰＵ２…マイクロプロセッサ、ＥＬＢ１、ＥＬＢ２…漏電遮断器、Ｆ…配管抵抗曲線、Ｆ´…上限座標と下限座標を結ぶ線、ＣＯＮＳ１、ＣＯＮＳ２、ＣＯＮＳ３…設定手段（操作パネル）、ＰＡ…上限目標圧力、ＰＢ…始動圧力（下限目標圧力）、Ｑｍ…過少水量、ｔ１…ポンプ始動頻度を抑制するのに十分な所定時間、Ｒｕｎ１、Ｒｕｎ２…リレー。
【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】
0005815475.tif 000008
【図８】
0005815475.tif 000009
【図９】
0005815475.tif 000010
【図１０】
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