(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
いくつかの速度制御ポンプ（２）を含むポンプステーション（１）の少なくとも一部を制御する方法であって、前記ポンプステーションの少なくとも一部のエネルギー原単位Ｅｓｐｅｃを最小限に抑えるように構成される方法（７）において、
仮想のまたは経過した第１の動作期間ｔ１と仮想のまたは経過した第２の動作期間ｔ２とに対応するパラメータのセットの形で入力データを取得するステップであり、前記ポンプステーションの進行中の動作期間を第３の動作期間ｔ３とした場合に、前記第２の動作期間ｔ２が第３の動作期間ｔ３に先行する期間であり、前記第１の動作期間ｔ１が第２の動作期間ｔ２に先行する期間であるステップと、
前記パラメータのセットに基づいて、
第１のポンプ速度Ｖ１に対応し、かつ前記パラメータのセットに基づいて導出される量の第１の値Ａ１であって、前記第１の動作期間ｔ１に関連する第１の値Ａ１と、第２のポンプ速度Ｖ２に対応し、かつ前記パラメータのセットから導出される前記量の第２の値Ａ２であって、前記第２の動作期間ｔ２に関連する第２の値Ａ２との間、および、
前記パラメータのセットに基づき導出され、かつ前記第１の動作期間ｔ１に関連する第１のエネルギー原単位Ｅｓｐｅｃ１と、前記パラメータのセットから導出され、かつ前記第２の動作期間ｔ２に関連する第２のエネルギー原単位Ｅｓｐｅｃ２との間
の、相互の相対的関係を判定するステップと、
判定された前記相互の相対的関係と、所定値を有する、前記量のパラメータＢ３、Ｂ４、Ｂ５およびＢ６とに基づいて、第３の動作期間ｔ３の第３のポンプ速度Ｖ３に対応する前記量の第３の値Ａ３の形の出力データを決定するステップであって、
条件Ａ２＜Ａ１およびＥｓｐｅｃ２＜Ｅｓｐｅｃ１が満たされる場合、Ａ３はＡ２−Ｂ３に等しく設定され、
条件Ａ２＞Ａ１およびＥｓｐｅｃ２＜Ｅｓｐｅｃ１が満たされる場合、Ａ３はＡ２＋Ｂ４に等しく設定され、
条件Ａ２＜Ａ１およびＥｓｐｅｃ２＞Ｅｓｐｅｃ１が満たされる場合、Ａ３はＡ２＋Ｂ５に等しく設定され、ならびに、
条件Ａ２＞Ａ１およびＥｓｐｅｃ２＞Ｅｓｐｅｃ１が満たされる場合、Ａ３はＡ２−Ｂ６に等しく設定される、判定するステップと、
を含むサブメソッド（Ｆｉｎｄ  Ｖ３）を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記ポンプステーションの少なくとも一部の前記エネルギー原単位は、仮想動作期間の所定値Ｅｓｐｅｃとして示され、または、経過動作期間のＥｓｐｅｃ＝ｋ＊Ｅに従って計算され、式中、Ｅは、前記経過動作期間中の前記いくつかの速度制御ポンプの少なくとも１つによる消費エネルギー、ｋは時間パラメータであり、前記量の値Ａは前記仮想動作期間の所定値として示され、または、前記経過動作期間に登録される、方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、前記量の前記第１の値Ａ１は前記ポンプ速度Ｖ１からなり、前記量の前記第２の値Ａ２は前記ポンプ速度Ｖ２からなり、前記量の前記第３の値Ａ３は前記ポンプ速度Ｖ３からなる、方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載の方法において、前記量の前記第１の値Ａ１は第１の電流給電周波数Ｆ１からなり、前記量の前記第２の値Ａ２は第２の電流給電周波数Ｆ２からなり、前記量の前記第３の値Ａ３は第３の電流給電周波数Ｆ３からなる、方法。
【請求項５】
請求項１または２に記載の方法において、前記量の前記第１の値Ａ１は第１の供給電圧Ｓ１からなり、前記量の前記第２の値Ａ２は第２の供給電圧Ｓ２からなり、前記量の前記第３の値Ａ３は第３の供給電圧Ｓ３からなる、方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の方法において、前記パラメータのセットは、前記量の前記第１の値Ａ１および関連付けられた前記第１のエネルギー原単位Ｅｓｐｅｃ１、ならびに、前記量の前記第２の値Ａ２および関連付けられた前記第２のエネルギー原単位Ｅｓｐｅｃ２を含む、方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の方法において、前記パラメータＢ３、Ｂ４、Ｂ５およびＢ６のそれぞれは、０．５Ｈｚを上回りかつ５Ｈｚを下回る電流給電周波数変化に対応する、方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、前記パラメータＢ３、Ｂ４、Ｂ５およびＢ６のそれぞれは、１Ｈｚの電流給電周波数変化に対応する、方法。
【請求項９】
請求項７または８に記載の方法において、前記パラメータＢ３は前記パラメータＢ５に等しく、前記パラメータＢ４は前記パラメータＢ６に等しい、方法。
【請求項１０】
請求項２に記載の方法において、動作期間の長さはｎ＊２４時間であり、式中、ｎは正の整数であり、前記時間パラメータｋは次の式に従って計算される、方法。
【数１】
0005815131.tif 000002
【請求項１１】
請求項２に記載の方法において、動作期間の長さはｎ＊２４時間であり、式中、ｎは正の整数であり、前記時間パラメータｋは次の式に従って計算され、
【数２】
0005815131.tif 000003
式中、ｃは等化パラメータである、方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、前記等化パラメータｃは次の式に従って計算され、
【数３】
0005815131.tif 000004
式中、Ｘｏｎは経過動作期間中にポンプが作動した回数であり、Σｔｏｎは前記経過動作
期間に前記ポンプが作動した累積時間である、方法。
【請求項１３】
請求項２に記載の方法において、動作期間の長さはｓ秒であり、ここでｓは正の整数で
あり、前記時間パラメータｋは、次の式によって計算され、
【数４】
0005815131.tif 000005
式中、ｃは等化パラメータである、方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、前記等化パラメータｃは、ｃ＝（Δｈｏｎ＋Δｈｏｆｆ）に従って計算され、式中、Δｈｏｎは、経過動作期間中の前記ポンプステーション液面変化であり、この経過動作期間は、前記いくつかの速度制御ポンプのうちの１つが作動し、その後すぐに前記ポンプが作動しない非作動期間が生じる間の作動期間の終了に関連して生じ、Δｈｏｆｆは、すぐ後の前記非作動期間の開始に関連して生じる次の動作期間中の前記ポンプステーション液面変化である、方法。
【請求項１５】
請求項７に記載の方法において、前記所定値のそれぞれは、０．５Ｈｚを上回りかつ２Ｈｚを下回る電流給電周波数変化に対応する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、ポンプステーションの少なくとも一部を制御する方法に関する。詳細には、本発明は、いくつかの速度制御ポンプを含むポンプステーションの少なくとも一部を制御する方法であって、前記ポンプステーションの少なくとも一部のエネルギー原単位Ｅｓｐｅｃを最小限に抑えるように構成される方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃水、下水、地表水などを対象としたポンプステーションのポンプの駆動には膨大なコストがかかる。かなり時代を遡ると、ポンプステーションの液面が所定のポンプ開始液面まで上昇した時にポンプステーションのポンプは最高速度で開始され、所定のポンプ停止液面に達するまでポンプは動作可能とされていたが、このような制御には非常に費用が掛かることは認識されていた。その解決策として、例えば、エネルギー消費量の観点から、ポンプへの電流給電周波数が、例えば、計算および／または検査によって判定されたより最適な値に選択された、周波数制御ポンプといった速度制御ポンプが導入された。これらの計算および／または検査によって、多種多様のシステム依存および／またはポンプ依存の曲線図がもたらされた。この曲線図から、例えば、電流給電周波数またはポンプのポンプ速度に関して、ポンプ汲み上げ体積ごとのエネルギー消費量が導出可能である。尚、前記最適な値は導出された最小点である。ポンプの公称曲線図に基づいた速度制御ポンプの導入および最適な電流給電周波数／ポンプ速度の利用には、かなりのコスト削減が強いられ、さらには、ポンプは最高速度ではめったにまたは一度も動作されないため、ポンプの使用は控えられていた。
【０００３】
しかしながら、明白な欠点によって、ポンプの公称曲線図に基づく速度制御は損なわれる。その欠点とは、ポンプモデルの曲線図は、このポンプモデル内の各ポンプの実体とは必ずしも全く同じではないことである。さらに、ポンプモデルの公称曲線図は時が経つにつれて静的になるが、これは特定のポンプの実体の実曲線図とは異なるものになる。より正確に言うと、ポンプ実体の実曲線図は、ポンプの部品が摩耗するのと同時に変化するものであり、ポンプ実体の最適な電流給電周波数／ポンプ速度はポンプモデルの最適な電流給電周波数／ポンプ速度と一致しないということを含意する。さらに、ポンプステーションおよび周囲のパイプシステムの設計は、ポンプ実体の実曲線図に影響を及ぼし、この影響によって、予測および／または計算が困難になったり不可能になったりする場合がある。
【０００４】
現在、ポンプで汲み上げられた液体体積と、特定の電流給電周波数／ポンプ速度におけるエネルギー消費量とを測定する装置がある（例えば、国際公開第２００９／０５３９２３号パンフレットを参照）。しかしながら、ポンプで汲み上げられた液体体積を測定することは費用が掛かりかつ複雑であり、ポンプで汲み上げられた液体体積を測定することのみを目的とした余分設備が必要とされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記欠点、およびポンプステーションの少なくとも一部を制御する従来から既知の方法の欠陥を除去し、改善された方法を提供することを目的とする。本発明の主要な目的は、ポンプで汲み上げられた液体体積を測定する必要のない、当初規定されたタイプのポンプステーションの少なくとも一部を制御するための改善された方法を提供することである。
【０００６】
本発明の別の目的は、ポンプの部品が摩耗しかつ取り替えられるのと同時に自己制御するとともに、ポンプステーションおよび周囲のパイプの設計に基づいて自己制御するポンプステーションの少なくとも一部を制御する方法を提供することである。
【０００７】
本発明の別の目的は、好適な一実施形態において、ポンプ汲み上げ体積の規模を測定せずに間接的に考慮する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によると、少なくとも主要な目的は、当初規定した方法によって達成され、この方法は、
仮想のまたは経過した第１の動作期間ｔ１と仮想のまたは経過した第２の動作期間ｔ２とに対応するパラメータのセットの形で入力データを取得するステップと、
前記パラメータのセットに基づいて、第１のポンプ速度Ｖ１に対応し、かつ前記パラメータのセットに基づいて導出される量の第１の値Ａ１であって、前記第１の動作期間ｔ１に関連する第１の値Ａ１と、第２のポンプ速度Ｖ２に対応し、かつ前記パラメータのセットから導出される前記量の第２の値Ａ２であって、前記第２の動作期間ｔ２に関連する第２の値Ａ２との間、および、前記パラメータのセットに基づき導出され、かつ前記第１の動作期間ｔ１に関連する第１のエネルギー原単位Ｅｓｐｅｃ１と、前記パラメータのセットから導出され、かつ前記第２の動作期間ｔ２に関連する第２のエネルギー原単位Ｅｓｐｅｃ２との間の、相互の相対的関係を判定するステップと、
判定された前記相互の相対的関係と、前記量のパラメータＢ３、Ｂ４、Ｂ５およびＢ６とに基づいて、第３の動作期間ｔ３の第３のポンプ速度Ｖ３に対応する前記量の第３の値Ａ３の形の出力データを判定するステップであって、条件Ａ２＜Ａ１およびＥｓｐｅｃ２＜Ｅｓｐｅｃ１が満たされる場合、Ａ３はＡ２−Ｂ３に等しく設定され、条件Ａ２＞Ａ１およびＥｓｐｅｃ２＜Ｅｓｐｅｃ１が満たされる場合、Ａ３はＡ２＋Ｂ４に等しく設定され、条件Ａ２＜Ａ１およびＥｓｐｅｃ２＞Ｅｓｐｅｃ１が満たされる場合、Ａ３はＡ２＋Ｂ５に等しく設定され、ならびに、条件Ａ２＞Ａ１およびＥｓｐｅｃ２＞Ｅｓｐｅｃ１が満たされる場合、Ａ３はＡ２−Ｂ６に等しく設定される、判定するステップと、を含むサブメソッドを含むことを特徴とする。
【０００９】
したがって、本発明は、ある期間の間、例えば２４時間または２４の倍数時間に、ポンプで汲み上げられた液体体積の合計が、より長い期間にわたって見るとほとんど一定であるということの理解に基づいている。
【００１０】
本発明の好適な実施形態は、さらに、従属請求項において定められている。
【００１１】
好ましくは、パラメータのセットは、前記量の前記第１の値Ａ１および関連付けられた第１のエネルギー原単位Ｅｓｐｅｃ１、ならびに、前記量の前記第２の値Ａ２および関連付けられた第２のエネルギー原単位Ｅｓｐｅｃ２を含む。
【００１２】
好ましくは、前記量の第１の値Ａ１は、ポンプ速度Ｖ１または第１の電流給電周波数Ｆ１からなり、前記量の第２の値Ａ２は、ポンプ速度Ｖ２または第２の電流給電周波数Ｆ２からなり、前記量の第３の値Ａ３は、ポンプ速度Ｖ３または第３の電流給電周波数Ｆ３からなる。
【００１３】
本発明のさらなる利点および特徴は、その他の従属請求項、および、以下の「発明を実施するための形態」に記載される。
【００１４】
本発明の上記の特徴および利点ならびに他の特徴および利点は、添付図面を参照すると共に以下の「発明を実施するための形態」から明らかとなり、さらに詳細に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ポンプステーションの概略図である。
【図２】本発明による方法の好適な一実施形態を示すフローチャートである。
【図３】本発明による方法の別の実施形態を示すフローチャートである。
【図４】サブメソッド「Ｆｉｎｄ  Ｖ３」を示すフローチャートである。
【図５】エネルギー原単位Ｅｓｐｅｃとポンプ速度Ｖｐｕｍｐとの関係を概略的に示す図である。
【図６】ポンプステーション液面ｈが時間ｔと共にどのように変化するのかを概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
初めに、特許請求の範囲および明細書において使用される用語「エネルギー原単位Ｅｓｐｅｃ」は、１つもしくは複数のポンプまたは１つもしくは複数のポンプステーションなどの時間単位当たりのエネルギー消費量の尺度に関連する、および当該尺度であることを指摘しなければならない。ここで、エネルギー原単位は、Ｅｓｐｅｃ＝ｋ＊Ｅに従って計算される。式中、Ｅはある経過した期間中の実エネルギー消費量であり、ｋは前記経過した期間の尺度である時間パラメータである。時間パラメータｋの判定に関する好適な実施形態ついては、異なる実施形態の文脈の中で後述する。最も単純な実施形態では、ｋは１に等しい。
【００１７】
図１において、符号１で示されるポンプステーションの全体を示す。当該ポンプステーションは、いくつかの速度制御ポンプ２、すなわち、１つまたは複数、通常は２つの速度制御ポンプ２を含む。速度制御ポンプ２は、ポンプステーション１に含まれる水溜３から出口管４まで、液体をポンプで汲み上げて、さらにポンプステーション１から出すように配置される。また、ポンプステーション１は、ポンプステーション液面ｈを判定するように配置される少なくとも１つの液面計５を含む。ここで指摘すべきことは、液面計５が、外部制御ユニット６に動作可能に接続される個別のデバイスあってよく、前記いくつかの速度制御ポンプ２のうちの１つに動作可能に接続可能とされ、前記いくつかの速度制御ポンプ２のうちの１つに組み込み可能といったことである。前記いくつかの速度制御ポンプ２は、ポンプ速度の調整を可能にするために、外部制御ユニット６に動作可能に接続されるのが好ましい。あるいは、前記いくつかの速度制御ポンプ２のうちの少なくとも１つは、内蔵型制御ユニット（図示せず）を含んでよい。
【００１８】
「速度制御」という表現によって、ポンプの速度を変更するための実行可能な方法すべてが包含される。上記電流給電周波数制御すべては、ポンプに内蔵されているか外付けの周波数変換器ＶＦＤを用いて行われるためのものであり、外付けＶＦＤは、外部制御ユニット６に配置されるのが好ましい。しかしながら、ポンプの駆動軸などに作用するのが好ましい内部機械式ブレーキの、内部制御されたまたは外部制御された供給電圧制御も意図される。したがって、本発明の全般的なレベルに基づくと、最も重要なことは、ポンプの速度がどのように制御されるかではなく、ポンプの速度が調整／制御可能であることである。
【００１９】
本発明による方法は、このようなポンプステーション１の少なくとも一部のエネルギー原単位Ｅｓｐｅｃを最小限に抑えるために、いくつかの速度制御ポンプ２を含むポンプステーション１の前記少なくとも一部を制御することを目的とする。これに関連して、ポンプステーション１は、流入する液体が到達し、流出する液体がポンプで汲み上げられることを規定した設備として記載されているものとする。本発明に関しては、ポンプステーションは、液体のタイプに関係なく、かつ、液体がどこから生じて液体はどこから汲み上げられるべきであるのかに関係なく見なされるべきである。「いくつかの可変速度制御ポンプ」という表現によって、好ましくは、電流給電周波数に比例する、特定のポンプの速度を変更するために、各ポンプへの電流給電周波数Ｆが制御可能であることによって、個別のポンプの速度が制御可能である整数個のポンプ２が意図される。したがって、このようなポンプステーション１は、速度制御される１つまたは複数のポンプ、少なくとも１つのポンプ２を含んでよい。ポンプステーションが複数の速度制御ポンプ２を含む場合、その速度制御ポンプ２間では、適切に交替可能であるが、ここではそのような処理は行われない。
【００２０】
ポンプで汲み上げられた液体体積は、エネルギー原単位Ｅｓｐｅｃの判定に関連して測定されないまたは利用されないことは、本発明にとって必須である。その代わりに、本発明は、長期間にわたって見るとほとんど一定である、ある期間（通常は２４時間）中のポンプで汲み上げられた液体体積の合計に基づいている。本願では、前記期間は以降、動作期間と呼ばれ、ｎ＊２４時間の時間長が好ましい。ここでｎは正の整数である。動作期間はまた、本発明の一般的概念から逸脱しない別の時間長を有してもよいこと、および／または動作期間の時間長は１年にわたって変化することは、認識されるべきである。例えば、動作期間は、ポンプが作動している、すなわち、開始液面から停止液面まで液体をポンプで汲み出す期間、および、ポンプが作動していない、すなわち、停止液面から開始液面まで液面が上昇する期間を含む、１つのポンプサイクルに等しいものであってよい。ポンプが作動している期間およびポンプが作動していない期間の相互の順番はそれぞれ、任意である。
【００２１】
本発明による方法は、直接的にまたは間接的に互いと通信する１つのポンプまたはいくつかのポンプに対して、直接的にまたは間接的に互いと通信する１つまたは複数の全ポンプステーションに対して実行可能であることを指摘しなければならない。当該方法は例えば、ポンプ２の内蔵式制御ユニットにおいて、またはポンプ２に動作可能に接続される、制御キャビネットの外部制御ユニット６において実行されてよい。以降、別段他の記載がない限り、本発明はポンプステーション１のポンプ２において実行されるものとして記載されるが、相応のことが、本発明が外部制御ユニット６において実行される場合にも当てはまる。
【００２２】
ポンプステーション１は、ｈで示されるポンプステーション液面を有し、本願では、水溜３の液面とポンプ２の入口と間の距離である（図１を参照）。ポンプステーション液面ｈは、ポンプ２の実揚程に直結し、この実揚程は、ポンプステーション液面ｈが降下するにつれて増す。水溜３に液体が補給されるとポンプステーション液面ｈは上昇し、ポンプ２が作動して液体を汲み出すと、ポンプステーション液面ｈは降下する。ポンプ２が作動し液体が汲み出されるのと同時に、水溜３に液体を補給可能であることを指摘しなければならない。
【００２３】
本書を通して、進行中の動作期間は第３の動作期間ｔ３とも呼ばれる。尚、仮想のまたは経過した第１の動作期間ｔ１および仮想のまたは経過した第２の動作期間ｔ２は第３の動作期間ｔ３に先行する。経過／実動作期間がまだ生じていない時に、例えば、ポンプ、ポンプステーション、ポンプステーションのレジスタなどを開始または再開する時に、仮想動作期間は使用される。第１の動作期間ｔ１、第２の動作期間ｔ２および第３の動作期間ｔ３は、必ずしも即時に連続させる必要はないが、パラメータが登録されていない１つまたは複数の動作期間によって分離させてもよい。したがって、第３の動作期間ｔ３が完了し、パラメータが登録されると、それに応じて動作期間は第２の動作期間ｔ２と見なされることになり、新しい動作期間、恐らくは新しい第３の動作期間ｔ３が生じる。先の第２の動作期間は第１の動作期間ｔ１を構成することになり、先の第１の動作期間は、レジスタからは外されることになり、および／または、ポンプステーション１の進行の分析を可能にするために続行させる場合がある。
【００２４】
図２および３において、方法の好適な実施形態の全体を符号７で示す。当該方法は、いくつかの周波数制御ポンプ２を含むポンプステーション１の少なくとも一部を制御することである。本発明による方法７は、１つまたは複数のサブメソッドによって拡張されてよく、かつ／または、他の制御方法に並行して／連続して実行させてよいことを指摘しなければならない。後述に関連して、図５も考慮されるべきであるが、図５に描かれた曲線は、必ずしも本発明による方法に対して登録されたものではなく、かつ必要とされるものではない。
【００２５】
ここで図２および３、ならびに好適な実施形態に共通する方法ステップを参照する。方法７を開始し、ポンプステーション１が、進行中の第３の動作期間ｔ３の途中である場合、または、第３の動作期間ｔ３が正確に完了した場合、すなわち、条件Ｔ≧ｔ３が満たされるかどうか、チェックが行われる。式中、Ｔは進行中の動作期間の経過時間である。完了した動作期間および開始した別の動作期間に関連して、進行中の動作期間の経過時間Ｔの測定値はゼロに設定される。Ｔはまた、実時間であってもよいし絶対時間であってもよく、その場合、むしろ、実時間と第３の動作期間の倍数との関係がチェックされることを指摘しなければならない。すなわち、例えば、実時間が００：００になる度に新しい動作期間が開始される。
【００２６】
動作期間が正確に完了した場合、方法７は「Ｆｉｎｄ  Ｖ３」と呼ばれるサブメソッドに進む。このサブメソッドは、ポンプステーション１の前記少なくとも一部のエネルギー原単位Ｅｓｐｅｃを最小限に抑えるために、開始したばかりである、または後に開始することになっている第３の動作期間ｔ３の最適なポンプ速度Ｖ３を見出すことを目的とする。サブメソッド「Ｆｉｎｄ  Ｖ３」については、方法７全体を説明した後に以下でより詳細に説明する。
【００２７】
サブメソッド「Ｆｉｎｄ  Ｖ３」後、またはポンプステーション１が進行中の第３の動作期間ｔ３の途中である場合、すなわち、条件Ｔ≧ｔ３が満たされない場合、方法７は次の方法ステップ「ポンプステーション液面ｈを検索する」に進む。
【００２８】
１つまたは複数の共働レベルの機器５、例えば、連続レベルおよび／または離散レベルの機器を含むことができる慣習レベルの機器の配置構成のある形式を用いて、ポンプステーション液面ｈは判定される。ポンプステーション液面ｈが検索されると、水溜３のポンプステーション液面ｈがポンプ停止液面ｈｓｔｏｐに対応する液面を下回るかどうか、すなわち、条件ｈ＜ｈｓｔｏｐが満たされるかどうか、チェックが行われる。条件ｈ＜ｈｓｔｏｐが満たされる場合、ポンプ速度Ｖｐｕｍｐはゼロに等しく設定され、作動したであろうポンプ２の電源を切り、方法７は終了して開始に戻る。条件ｈ＜ｈｓｔｏｐが満たされない場合、水溜３の液面がポンプ開始液面ｈｓｔａｒｔに対応する液面より高いかどうか、すなわち、条件ｈ＞ｈｓｔａｒｔが満たされるかどうか、チェックが行われる。条件ｈ＞ｈｓｔａｒｔが満たされる場合、ポンプ２を、サブメソッド「Ｆｉｎｄ  Ｖ３」によって先に判定された、進行中の第３の動作期間ｔ３の現ポンプ速度Ｖ３に等しいポンプ速度Ｖｐｕｍｐで作動させる。条件ｈ＞ｈｓｔａｒｔが満たされない場合、またはポンプ２がポンプ速度Ｖ３で作動後、図２による好適な実施形態に従って、方法７は終了して開始に戻る。
【００２９】
図３による別の実施形態によると、条件ｈ＞ｈｓｔａｒｔが満たされない場合、またはポンプ２がポンプ速度Ｖ３で作動した後、水溜３のポンプステーション液面ｈが降下／減少したかどうか、チェックが行われる。ポンプステーション液面ｈが降下した場合、ポンプ２が作動し液体をポンプで汲み出していること、および、水溜３の液面は降下しているがポンプ停止液面ｈｓｔｏｐにはまだ達していないことを示す。方法７は終了し、開始に戻る。条件ｈ＜ｈｓｔｏｐおよびｈ＞ｈｓｔａｒｔをチェックするステップは、それぞれの関連の後続の方法ステップと共に位置を入れ替えることができるが、当該方法は他の点においては影響を受けないことを指摘しなければならない。
【００３０】
ポンプステーション液面ｈが降下しない場合、ポンプが作動しているか、すなわち、ポンプの速度Ｖｐｕｍｐがゼロと異なるかどうか、チェックが行われる。ポンプの速度Ｖｐｕｍｐがゼロと等しい場合、ポンプステーション液面ｈがポンプ停止液面ｈｓｔｏｐとポンプ開始液面ｈｓｔａｒｔとの間にあること、および、ポンプステーションが動作期間の補給状態にあることを示す。その後、方法７は終了し開始に戻る。ポンプの速度Ｖｐｕｍｐがゼロと異なる場合、通常、ポンプ２が作動し液体を汲み出しているが、ポンプステーション１への瞬間的な液体の流入量が液体の流出量以上であることを示す。あるいは、この場合、例えば、ポンプ２が故障した結果、ポンプ２が全く作動しないことを示し、あるいは、ポンプ速度が、ポンプ２が有することができ、かつ、まだ何とかして液体をポンプで汲み出すことができる最小可能ポンプ速度Ｖｍｉｎ未満であることを示す。ポンプステーション液面ｈが降下しない場合、ポンプ速度Ｖｐｕｍｐは、好ましくは電流給電周波数の１〜５Ｈｚの増加に対応する、パラメータＢ１毎に増加する。さらに、進行中の第３の動作期間ｔ３の現ポンプ速度Ｖ３は、好ましくは電流給電周波数の０．１〜０．５Ｈｚの増加に対応する、パラメータＢ２毎に増加する。その後、方法７は終了して開始に戻る。
【００３１】
全く同一の動作期間中、通常動作の下では、ポンプ２は何度か作動することができることを指摘しなければならない。さらに指摘しなければならないことは、ポンプステーション１は、最高可能ポンプステーション液面ｈｍａｘを有することができ、この液面に達した場合、好ましくは、ポンプ２のポンプ速度はより速いポンプ速度までまたは最高可能ポンプ速度Ｖｍａｘまで増加し水溜３があふれ出るのを防止するが、これが機能しない場合、好ましくは前記最高可能ポンプ速度Ｖｍａｘで、進行中の第３の動作期間ｔ３の現ポンプ速度Ｖ３で、または、別の適したポンプ速度で、１つまたは複数のさらなるポンプを開始させることである。ポンプステーション１がいくつかのポンプを含む場合、全く同一の動作期間中、代わりのポンプを作動させてもよい。
【００３２】
完了した第３の動作期間ｔ３に関連して、好適な一実施形態では、第３の動作期間ｔ３の現ポンプ速度Ｖ３および第３の動作期間ｔ３の現エネルギー原単位Ｅｓｐｅｃ３が登録される。別の実施形態では、ポンプ速度Ｖ３が第２の動作期間ｔ２のポンプ速度Ｖ２を上回るかまたは下回るかどうか、およびエネルギー原単位Ｅｓｐｅｃ３が第２の動作期間ｔ２のエネルギー原単位Ｅｓｐｅｃ２を上回るかまたは下回るかどうかが登録される。第３のポンプ速度Ｖ３の代わりに、等価の対応する第３の値Ａ３を登録に使用してよい。等価は、電流給電周波数、供給電圧、ポンプの駆動軸の機械式ブレーキ出力、または別の対応する等価であってよい。進行中の第３の動作期間ｔ３中の本発明による方法７が、ポンプ速度Ｖｐｕｍｐを、例えば、ゼロおよびＶ３とは異なる任意の値に設定する必要がある場合、好ましくは、この動作期間のパラメータを登録すべきではないことを指摘しなければならない。
【００３３】
サブメソッド「Ｆｉｎｄ  Ｖ３」が図４に示され、パラメータのセットの形で、入力データを取得する／検索するステップを開始する。このパラメータのセットは、２つの仮想動作期間に対応する設定パラメータ、２つの経過動作期間に対応する登録済みパラメータ、または、仮想動作期間に対応する設定パラメータと、経過動作期間に対応する登録済みパラメータとの組み合わせであってよい。オペレータ／ポンプ製造業者／プログラマによって設定されたパラメータは、例えば、登録済みパラメータが利用可能とされるまで、ポンプステーション１の最初の実動作期間において使用される。
【００３４】
その後、前記パラメータのセットに基づいて、第１のポンプ速度Ｖ１に対応し、かつ前記パラメータのセットに基づいて導出される量の第１の値Ａ１であって、仮想のまたは経過した第１の動作期間ｔ１に関連する第１の値Ａ１と、第２のポンプ速度Ｖ２に対応し、かつ前記パラメータのセットから導出される前記量の第２の値Ａ２であって、仮想のまたは経過した第２の動作期間ｔ２に関連する第２の値Ａ２との間、および、前記パラメータのセットに基づき導出され、かつ前記第１の動作期間ｔ１に関連する第１のエネルギー原単位Ｅｓｐｅｃ１と、前記パラメータのセットから導出され、かつ前記第２の動作期間ｔ２に関連する第２のエネルギー原単位Ｅｓｐｅｃ２との間の、相互の相対的関係を判定する。
【００３５】
判定された前記相互の相対的関係に基づいて、第３の動作期間ｔ３の第３のポンプ速度Ｖ３に対応する前記量の第３の値Ａ３の形の出力データを判定する。この第３の動作期間ｔ３は、第２の動作期間ｔ２のすぐ後に生じる動作期間であってもよいし、次に生じる動作期間であってもよい。前述した量の第３の値Ａ３は、条件Ａ２＜Ａ１およびＥｓｐｅｃ２＜Ｅｓｐｅｃ１が満たされる場合、Ａ２−Ｂ３に等しく、条件Ａ２＞Ａ１およびＥｓｐｅｃ２＜Ｅｓｐｅｃ１が満たされる場合、Ａ２＋Ｂ４に等しく、条件Ａ２＜Ａ１およびＥｓｐｅｃ２＞Ｅｓｐｅｃ１が満たされる場合、Ａ２＋Ｂ５に等しく、ならびに、条件Ａ２＞Ａ１およびＥｓｅｃ２＞Ｅｓｐｅｃ１が満たされる場合、Ａ２−Ｂ６に等しく設定される。式中、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５およびＢ６は前記量のパラメータである。その後、サブメソッド「Ｆｉｎｄ  Ｖ３」は方法７に戻る。
【００３６】
パラメータＢ３、Ｂ４、Ｂ５およびＢ６はそれぞれ、第３の値Ａ３と第２の値Ａ２との間の差異を構成し、好ましくは所定の値、あるいは、例えば、Ａ２の値、Ａ１とＡ２との関係および／またはＥｓｐｅｃ１とＥｓｐｅｃ２との関係などによって決まる変数である。パラメータＢ３、Ｂ４、Ｂ５およびＢ６は同じ値を有するのが好ましいが、パラメータＢ３、Ｂ４、Ｂ５およびＢ６は、サブメソッド「Ｆｉｎｄ  Ｖ３」がほぼ最適なポンプ速度の２つの値の間におよびその間から飛び移ることを防止するために、それぞれ異なる値を有することも可能である。別の実施形態では、パラメータＢ３は、次にＢ６と等しくなるＢ４とは異なり、Ｂ５と等しい。パラメータＢ３、Ｂ４、Ｂ５およびＢ６のそれぞれは、好ましくは、０．５Ｈｚを上回り、５Ｈｚを下回り、好ましくは２Ｈｚを下回り、かつ最も好ましくは１Ｈｚである電流給電周波数変化に対応する。好ましくは、１Ｈｚの電流給電周波数変化は、ほぼ、２〜５パーセントのポンプ速度単位の変化に対応する。この変化の場合、最高可能ポンプ速度Ｖｍａｘは基準点１００％として使用される。さらに、サブメソッド「Ｆｉｎｄ  Ｖ３」が、ほぼ最適なポンプ速度におよびその速度から飛び移るということになった場合、パラメータＢ３、Ｂ４、Ｂ５およびＢ６は、例えば、二等分または三等分に減らすことが好ましい。上記パラメータＢ２は、パラメータＢ３、Ｂ４、Ｂ５およびＢ６と同じ量で示される場合、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５およびＢ６に関連して、例えば、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５および／またはＢ６のほぼ１５％未満程度に小さくするべきであることを、指摘しなければならない。
【００３７】
好適な実施形態では、前記量の第１の値Ａ１は、ポンプ速度Ｖ１、第１の電流給電周波数Ｆ１または第１の供給電圧Ｓ１からなり、前記量の第２の値Ａ２は、ポンプ速度Ｖ２、第２の電流給電周波数Ｆ２または第２の供給電圧Ｓ２からなり、前記量の第３の値Ａ３は、ポンプ速度Ｖ３、第３の電流給電周波数Ｆ３または第３の供給電圧Ｓ３からなる。
【００３８】
好適な一実施形態では、上記パラメータのセットは、前記量の前記第１の値Ａ１および関連付けられた第１のエネルギー原単位Ｅｓｐｅｃ１、ならびに、前記量の前記第２の値Ａ２および関連付けられた第２のエネルギー原単位Ｅｓｐｅｃ２を含む。別の実施形態では、パラメータのセットは、例えば、前記第２の値Ａ２、ならびに第２の値Ａ２と第１の値Ａ１との間で拡張する曲線分の関数を含み、後に、上記相互の相対的関係が判定され得る。さらなる別の実施形態では、パラメータのセットは、第２の値Ａ２および第１の値Ａ１、ならびに、上述の量のこの２つの値の間で拡張する曲線分の傾きを含み、後に、上記相互の相対的関係が判定され得る。さらなるパラメータのセットがあり、そのパラメータのセットから、さらなる実施形態の例がここで示されていなくても、上記相互の相対的関係を判定することができることを、指摘しなければならない。追加される仮想のまたは経過した動作期間からの値を使用して、サブメソッド「Ｆｉｎｄ  Ｖ３」がほぼ最適なポンプ速度におよびその速度から飛び移ったかどうか、チェックすることができることを指摘しなければならない。
【００３９】
以下で、エネルギー原単位Ｅｓｐｅｃのさまざまな計算方法、より正確には、エネルギー原単位の上述した式Ｅｓｐｅｃ＝ｋ＊Ｅの時間パラメータｋがどのように計算されるかを提示する。Ｅｓｐｅｃは基本的に、ある経過時間中のポンプ汲み上げ体積で除算された消費エネルギーに等しい、または、瞬間流量によって除算された瞬間電力消費量に等しい。本発明によると、時間パラメータｋは、瞬間流量またはポンプ汲み上げ体積の代わりに使用され、この時、パラメータは、１に等しいものであってもよいし、動作期間の時間長、ポンプ開始液面ｈｓｔａｒｔとポンプ停止液面ｈｓｔｏｐとの間の鉛直高さ、動作期間中の開始数、動作期間中にポンプが作動した時間、動作期間中にポンプが作動しなかった時間、液面の速度などを考慮に入れてもよい。以下でいくつかの例を示すが、本発明はこれらに限定されない。
【００４０】
第１の変形によると、動作期間の長さはｎ＊２４時間であり、時間パラメータｋはｋ＝１／（ｎ＊２４）に従って計算される。この変形は、流入量が予測可能である時に使用され、長期間にわたって見ると動作期間中はほぼ一定である。
【００４１】
第２の変形によると、動作期間の長さはｎ＊２４時間であり、時間パラメータｋは、ｋ＝１／（ｃ＊（ｎ＊２４））に従って計算される。式中、ｃは等化パラメータである。この変形は、流入量が予測不可能である時に使用され、長期間にわたって見ると、動作期間中はより不規則である。
【００４２】
好ましくは、等化パラメータｃは、ｃ＝ｘｏｎ／Σｔｏｎに従って、計算されてよい。式中、ｘｏｎは経過動作期間中にポンプが作動した回数であり、Σｔｏｎは経過動作期間にポンプが作動した累積時間である。
【００４３】
あるいは、等化パラメータｃは、ｃ＝ΣＬ／Σｔｏｎに従って計算されてよい。式中、Ｌは、ポンプ開始液面ｈｓｔａｒｔとポンプ停止液面ｈｓｔｏｐとの間の鉛直高さであり、ΣＬは、ポンプ２が作動していた時の流入量に関わらず、経過動作期間中にポンプで汲み出された累積高さである。Σｔｏｎは、経過動作期間にポンプが作動した累積時間である。
【００４４】
第３の変形によると、動作期間の長さはｓ秒であり、ここでｓは正の整数であり、時間パラメータｋは、ｋ＝１／（ｃ＊ｓ）によって計算される。式中、ｃは等化パラメータである。図６を参照すると、ΔｔｏｎはΔｔｏｆｆと等しく、それぞれは動作期間の長さであるｓ秒と等しい。好ましくは、動作期間の長さｓ秒は６０〜１２０秒の範囲にある。
【００４５】
等化パラメータｃは、好ましくはｃ＝（Δｈｏｎ＋Δｈｏｆｆ）に従って計算される。式中、Δｈｏｎは、経過動作期間中のポンプステーション液面変化であり、この経過動作期間は、前述したいくつかの速度制御ポンプ２のうちの１つが作動し、その後すぐに前記ポンプが作動しない非作動期間が生じる間の作動期間の終了に関連して生じる。また、式中、Δｈｏｆｆは、すぐ後の非作動期間の開始に関連して生じる次の動作期間中のポンプステーション液面変化である。この変形では、非作動期間開始時の流入量は、先の作動期間終了時の流入量と同じであるとする。ΔｈｏｎおよびΔｈｏｆｆを加味することによって、ポンプ２が作動した時の流入量はおよそどれくらいであるかが考慮される。ΔｔｏｎおよびΔｔｏｆｆを、ポンプステーション液面ｈがポンプ停止液面ｈｓｔｏｐに達した時点ではできるだけ近くなるように位置付けなければならないが、Δｔｏｎは、ポンプステーション液面ｈがポンプ停止液面ｈｓｔｏｐに達した時点から十分遠ざけなければならない。これは、ポンプ２のいわゆるポンプ吸い込み効果、すなわち、ポンプ２が空気を吸い込むことによる効果によって影響されないようにするためである。そして、Δｔｏｆｆは、ポンプステーション液面ｈがポンプ停止液面ｈｓｔｏｐに達した時点から十分遠ざけなければならないが、これは、出口管４のいわゆるサイフォン効果、すなわち、ポンプ２が遮断されたにも関わらずポンプで汲み上げられた液体の慣性によって液体が出口管４に引き込まれる効果、または、ポンプ２が遮断された時の出口管４からの逆流効果による影響を受けないようにするためである。
【００４６】
上記変形のいくつかの混合である第４の変形によると、動作期間は、ポンプが作動する期間、すなわちｔｏｎ、および、ポンプが作動しない期間、すなわちｔｏｆｆを含む。尚、ここで相互の順番は重要ではない。ｈｏｎは、ポンプが作動する期間中のポンプステーション液面変化であり、ｈｏｆｆは、ポンプが作動しない期間中のポンプステーション液面変化である。この第４の変形では、ポンプの非作動期間中の流入量は、ポンプの作動期間中の流入量と同じであるとする。ｔｏｎおよびｔｏｆｆは同様の大きさである必要はないことを指摘しなければならない。
【００４７】
好ましくは、この変形による動作期間の長さは１つのポンプサイクルに等しく、Ｌは、ポンプ開始液面ｈｓｔａｒｔとポンプ停止液面ｈｓｔｏｐとの間の鉛直高さである。したがって、この好適な実施形態では、ｈｏｎおよびｈｏｆｆのそれぞれはＬに等しく、このことは、ｔｏｆｆは、ポンプステーション液面ｈがポンプ停止液面ｈｓｔｏｐからポンプ開始液面ｈｓｔａｒｔまで上昇するのにかかる時間であり、ｔｏｎは、ポンプステーション液面ｈがポンプ開始液面ｈｓｔａｒｔからポンプ停止液面ｈｓｔｏｐまで降下するのにかかる時間であることを暗示している。
【００４８】
時間パラメータｋはｋ＝１／（ｃ＊ｔｍｅａｓ）に従って計算される。式中、ｃは等化パラメータであり、ｔｍｅａｓは、ポンプが作動する時で、消費電力が測定される間の期間のサブセットである。したがって、ｔｍｅａｓはｔｏｎ以下でなければならない。さらに、期間ｔｍｅａｓ中の消費エネルギーＥを、期間ｔｍｅａｓ中に合計される瞬時電力によって測定することができる。あるいは、瞬時電力は、期間ｔｍｅａｓ中のある時間に測定された後、この測定された瞬時電力を時間ｔｍｅａｓで乗算する。
【００４９】
一般的に、等化パラメータｃは、ｃ＝（ｈｏｆｆ／ｔｏｆｆ＋ｈｏｎ／ｔｏｎ）に従って計算される。したがって、この好適な実施形態では、等化パラメータｃはｃ＝（Ｌ／ｔｏｆｆ＋Ｌ／ｔｏｎ）に従って計算される。すなわち、ｃは、期間ｔｍｅａｓ中にポンプで汲み出された液体量の尺度である。
【００５０】
上記第４の変形の特殊変形である第５の変形によると、動作期間の長さは、１つのポンプサイクルと等しく、消費エネルギーは、ポンプが作動する、すなわち、ｔｍｅａｓがｔｏｎに等しい全期間に対して判定される。第４の変形に従って数式を単純化した後で、次を取得する。
【００５１】
したがって、ポンプサイクルは、ポンプが作動する期間、すなわちｔｏｎ、および、ポンプが作動しない期間、すなわちｔｏｆｆを含む。換言すると、動作期間の長さは（ｔｏｎ＋ｔｏｆｆ）に等しい。時間パラメータｋはｋ＝１／（ｃ＊（ｔｏｎ＋ｔｏｆｆ））に従って計算される。式中、ｃは等化パラメータである。ポンプサイクルの長さは、好ましくは、１〜１０分の範囲であるが、１時間または数時間に達してもよい。ｔｏｎおよびｔｏｆｆは同様の大きさである必要はないことを指摘しなければならない。
【００５２】
好ましくは、等化パラメータｃは、ｃ＝Ｌ／ｔｏｆｆに従って計算される。式中、Ｌはポンプ開始液面ｈｓｔａｒｔとポンプ停止液面ｈｓｔｏｐとの間の鉛直高さである。さらに、ｔｏｆｆは、経過ポンプサイクル中にポンプが作動しなかった時間である。この変形では、ポンプの非作動期間中の流入量は、ポンプの作動期間中の流入量と同じであるとする。前記第５の変形によると、動作期間／ポンプサイクル中の消費エネルギーＥは測定可能であり、または、瞬時電力は、ポンプが作動するポンプサイクルの期間中、すなわち、ｔｏｎ中のある時間に測定可能であり、その後、測定された瞬時電力を、ポンプが作動していた時間ｔｏｎで乗算する。好適な一実施形態によると、瞬時電力は、ポンプが作動するポンプサイクルの期間終了時に測定される。
【００５３】
本発明による方法７は、上記のように、ポンプを制御するために実行されてよい。さらに、方法７は、好ましくは、外部制御ユニット６で登録および制御が行われる、いくつかの可変速度制御ポンプ２を含むポンプステーションで実行されてよい。ポンプが作動していたかに関係なく、ポンプステーション１全体を制御してもよいし、各ポンプ別々に制御してもよい。ポンプステーション１全体を制御する場合、ポンプが作動していたかに関係なく、登録された各動作期間を考慮することによって、各ポンプ別々に制御する時よりも個々のポンプはより速く最適速度に向かい、さらには、外部制御ユニット６はどれくらいの可変速度制御ポンプ２が接続されているかを知る必要はない。各ポンプを別々に制御することによる利点は、個々のポンプ実体の性質が他のポンプ実体に影響を及ぼさないこと、すなわち、異なるタイプのポンプおよび各様に古いポンプは並列に使用できることである。別の実装形態では、個々のポンプ２それぞれの内蔵型制御ユニットにおいて登録および制御を行う。好ましくは、このような２つのポンプは、最新の既知の第３のポンプ速度Ｖ３に関する情報をやり取りするために動作可能に相互接続されてよい。
本発明の実行可能な修正
本発明は、上述されかつ図面において示された実施形態のみに限定されず、これらの実施形態は例示および例証のためのものに過ぎない。本願は本明細書に記載された好適な実施形態の適応形態および変形すべてを包含することを意図し、それ故に、本発明は添付の特許請求の範囲およびその等価物の表現によって定められる。したがって、添付の特許請求の範囲の範囲内の実行可能な方法すべてにおいて、設備を修正することができる。
【００５４】
用語「速度制御」および「ポンプ速度」は、特許請求の範囲および本明細書において簡略化のために使用されたが、当然のことながら、電流給電周波数制御、供給電圧制御など、そのすべてがポンプの速度を変更することを目的とし、かつそのすべてがポンプ速度に対する明白な関係を有するその他の等価形態のものも含まれることを、指摘しなければならない。
【００５５】
１つの特定の実施形態による特徴は、別の実施形態の特徴と組み合わせ可能であることが明示されていなくても、できるだけ明瞭に示されていると見なすべきであることを、指摘しなければならない。
【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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