(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ装置と、
前記ポンプ装置の吐出側に接続された吐出側配管を有する配管ユニットと、
前記吐出側配管の圧力を検出する第１圧力センサ及び第２圧力センサを有する圧力検出ユニットと、
所定の設定圧力Ｐ１を目標圧力とした吐出圧力一定制御、もしくは所定の設定圧力Ｐ１と推定末端圧力Ｐ２との間の値を目標圧力とした推定末端圧一定制御にて、前記第１圧力センサで検出される第１吐出圧力が前記目標圧力になるよう、前記ポンプ装置を運転制御し、各ポンプ装置が小水量停止した際の小水量時運転周波数ｆ０を、毎回、検出・記憶するとともに、
前記第１圧力センサにて運転している状態において、給水量が減少して運転ポンプを小水量停止する際に、前記第１圧力センサと前記第２圧力センサの信号レベルの偏差である圧力偏差を算出し、当該圧力偏差が予め定めた所定の圧力偏差△ｈ以上であった場合、さらに、小水量時運転周波数ｆ０と、該当ポンプの初回小水量時運転周波数ｆ０’との周波数偏差ｆを算出し、当該周波数偏差ｆが予め定めた所定の周波数偏差△ｆ以上であった場合に、前記第１圧力センサの異常を外部に送出するとともに、
前記第２圧力センサで検出される第２吐出圧力を用いて前記ポンプ装置の運転制御を行うセンサ切替処理を行う、制御部と、を備える給水装置。
【請求項２】
小水量時運転周波数ｆ０と、該当ポンプの初回小水量時運転周波数ｆ０’との偏差を算出して、当該周波数偏差ｆが予め定めた所定の周波数偏差△ｆ未満であった場合、前記第２圧力センサの異常を外部に送出する請求項１に記載の給水装置。
【請求項３】
複数回の運転ポンプの小水量停止時に、前記圧力偏差の比較と前記運転周波数の比較を実施して、第１圧力センサまたは第２圧力センサの異常を判断する請求項１または２に記載の給水装置。
【請求項４】
前記第１圧力センサは、前記吐出側配管に水平方向に向けて取付けられ、
前記第２圧力センサは、前記吐出側配管に鉛直方向に向けて取付けられる、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の給水装置。
【請求項５】
前記吐出側配管に接続されるアキュムレータを備え、
前記第１圧力センサは、前記吐出側配管に取付けられ、
前記第２圧力センサは、前記吐出側配管とアキュムレータとの間の接続流路に取付けられる、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の給水装置。
【請求項６】
所定の設定圧力Ｐ１を目標圧力とした吐出圧力一定制御、もしくは所定の設定圧力Ｐ１と推定末端圧力Ｐ２との間の値を目標圧力とした推定末端圧一定制御にて、
ポンプ装置の吐出側に接続された吐出流路の圧力を検出する第１圧力センサで検出される第１吐出圧力が前記目標圧力になるよう、前記ポンプ装置を運転制御し、
各ポンプ装置が小水量停止した際の小水量時運転周波数ｆ０を、毎回、検出・記憶するとともに、前記第１圧力センサにて運転している状態において、給水量が減少して運転ポンプを小水量停止する際に、第１圧力センサと第２圧力センサからの信号レベルの偏差である圧力偏差を算出し、当該圧力偏差が予め定めた所定の圧力偏差以上であった場合、さらに、小水量時運転周波数と、該当ポンプの初回小水量時運転周波数との周波数偏差を算出し、当該周波数偏差が予め定めた所定の周波数偏差以上であった場合に、前記第２圧力センサで検出される第２吐出圧力を用いて前記ポンプ装置の運転制御を行うセンサ切替処理を行う、給水装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給水装置及び給水装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
住宅などへ送水する給水装置において、インバータにより、ポンプ装置を駆動するモータの回転速度を制御するものが知られている。例えば給水装置は、吸込側の流路が受水槽に接続され、吐出側の流路が給水先の複数の水道機器に接続される。給水装置において、例えば吐出管に配置された圧力センサにより吐出圧力を検出し、検出した吐出圧力と目標圧力とに基づき、吐出圧力一定制御方式や推定末端圧一定制御方式等の制御方式により、モータへの出力周波数を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１０６３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような給水装置において、例えば圧力センサの信号レベルが、予め定めた範囲を外れた場合に、圧力センサの故障と判断し、一定間隔毎にポンプを始動するバックアップ運転に移行する制御を行っている。このような給水装置は、圧力センサの信号が定格出力範囲から外れた場合を故障条件としており、圧力センサの損壊が深刻な状態になるまで故障検出が遅れるといった問題があり、複数の圧力センサを有している給水装置の場合も、同一仕様の圧力センサを同一条件で使用している場合、それぞれの故障発生確率は同じである。従って、いずれの圧力センサが故障しているか不明であるため、予備の圧力センサを基準として使用中の圧力センサの故障を判定すると誤検出となりうるといった問題がある。したがって、迅速かつ確実に、使用しているメインの圧力センサの故障を検出し、サブの圧力センサによるバックアップ運転に移行できる給水装置及び給水装置の制御方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態にかかる給水装置は、ポンプ装置と、前記ポンプ装置の吐出側に接続された吐出側配管を有する配管ユニットと、前記吐出側配管の圧力を検出する第１圧力センサ及び第２圧力センサを有する圧力検出ユニットと、所定の設定圧力Ｐ１を目標圧力とした吐出圧力一定制御、もしくは所定の設定圧力Ｐ１と推定末端圧力Ｐ２との間の値を目標圧力とした推定末端圧一定制御にて、前記第１圧力センサで検出される第１吐出圧力が前記目標圧力になるよう、前記ポンプ装置を運転制御し、各ポンプ装置が小水量停止した際の小水量時運転周波数ｆ０を、毎回、検出・記憶するとともに、前記第１圧力センサにて運転している状態において、給水量が減少して運転ポンプを小水量停止する際に、第１圧力センサと第２圧力センサからの信号レベルの偏差である圧力偏差を算出し、当該圧力偏差が予め定めた所定の圧力偏差△ｈ以上であった場合、さらに、小水量時運転周波数ｆ０と、該当ポンプの初回小水量時運転周波数ｆ０’との周波数偏差ｆを算出し、当該周波数偏差ｆが予め定めた所定の周波数偏差△ｆ以上であった場合に、第１圧力センサの異常を外部に送出するとともに、前記第２圧力センサで検出される第２吐出圧力を用いて前記ポンプ装置の運転制御を行うセンサ切替処理を行う、制御部と、を備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、迅速かつ確実に故障判断を行い、正常な圧力センサによる自動運転に移行可能な給水装置及び給水装置の制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態にかかる給水装置の構成を示す側面図。
【図２】同給水装置の構成を示す正面図。
【図３】同給水装置の構成を示す説明図。
【図４】同給水装置の構成の一部を示す正面図。
【図５】同給水装置の各基準値と揚程及び電圧との対応を示す説明図。
【図６】同給水装置の各基準値と運転周波数との対応を示す説明図。
【図７】同給水装置の制御方法を示すフローチャート。
【図８】同給水装置の制御方法を示すフローチャート。
【図９】同給水装置の制御方法を示すフローチャート。
【図１０】他の実施形態にかかる給水装置の構成の一部を示す説明図。
【図１１】他の実施形態にかかる給水装置の構成の一部を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［第１実施形態］
以下、本発明の一実施の形態に係る給水装置について、図１乃至図７を用いて説明する。図１乃至図４は本発明の一実施の形態に係る給水装置の構成を示す。図１は給水装置の側面図、図２は正面図、図３は吐出側の配管ユニットを正面から見た説明図である。図４は給水装置の一部を示す説明図であり、図５は各基準値と揚程及び電圧との対応を示す説明図であり、図６は各基準値と運転周波数との対応を示す説明図であり、図７乃至図９は給水装置の制御方法を示すフローチャートである。なお、説明のため、各図において適宜構成を省略して示している。
【０００９】
図１乃至図４に示すように、給水装置１０は、ベース１１と、複数のポンプ装置１２と、配管ユニット１３と、複数のインバータや制御基板を備える制御盤１４と、を備え、例えば建物などの複数の給水先に送水する。給水装置１０の一次側の吸込側配管は、受水槽に接続される。
【００１０】
ベース１１は、複数のポンプ装置１２と配管ユニット１３とが搭載される防振架台１１ｂと、制御盤１４が搭載される制御盤架台１１ｃとを、所定の設置箇所に支持する。
【００１１】
各ポンプ装置１２は、モータ２１と、モータ２１に接続されたインペラを有する１段または複数段のポンプ部２２と、を備え、流体を増圧して二次側に圧送する。本実施形態においては３台のポンプ装置１２が防振架台１１ｂ上に縦置きで第１方向に並んで設置されている。
【００１２】
モータ２１は例えばブラシレスモータである。モータ２１はそれぞれケーブルによって制御盤１４に接続される。モータ２１はインバータを介して制御基板に接続され、制御基板に搭載された制御部４１の制御によって回転数制御される。
【００１３】
ポンプ部２２は、例えば１以上のインペラと、ポンプ吸込口及びポンプ吐出口を備えるケーシングと、を備えるタービンポンプである。
【００１４】
ポンプ装置１２は、モータ２１の回転に伴ってケーシング２４内のインペラが回転することにより、水道配管に接続されたポンプ吸込口から液体を吸込み、給水先に接続されるポンプ吐出口から吐出する。複数のポンプ装置１２は同等の揚水性能を有する。例えば本実施形態において、３台のポンプ装置１２として、同じ揚水性能を有する、同機種の多段タービンポンプを用いた。
【００１５】
配管ユニット１３は、各ポンプ装置１２の一次側に接続された複数の吸込側配管３１と、各ポンプ装置１２の二次側に接続された吐出側配管３２と、を備える。
【００１６】
吸込側配管３１は、一端が水道配管に接続され、他端側が各ポンプ装置１２のポンプ吸込口に接続される。
【００１７】
吐出側配管３２は、複数の個別吐出管３３と、複数の個別吐出管３３同士を連結する吐出連結管３４と、を備える。吐出側配管３２の二次側は、複数に分岐して複数の給水先の水道機器に接続される。
【００１８】
複数の個別吐出管３３はそれぞれ、一端側が複数のポンプ装置１２のポンプ吐出口に接続され、他端側が共通の吐出連結管３４に接続される。個別吐出管３３には、連結曲管３５ａ、流量センサ３５ｂ、逆止弁３６、ボール弁３７（開閉弁）が、それぞれ設けられている。複数の個別吐出管３３は、吐出連結管３４に接続され、他のポンプ装置１２の個別吐出管３３に連通する。
【００１９】
流量センサ３５ｂは、各ポンプ吐出口の二次側における連結曲管３５ａの所定箇所に設けられている。流量センサ３５ｂは、ポンプ個別に設けられ、上昇流を検出するように取り付けられている流量センサ３５ｂは、回転羽根車式の流量センサを用いる。流量センサ３５ｂは、例えば水流方向に直交する回転軸を有するボディと、水流によって回転可能に設けられた磁石部を有する羽根車と、磁気検出素子である交番検知タイプのホールＩＣと、がボディ内に磁石の外周に対向配置して設けられている。流量センサ３５ｂは、信号線を介して制御部４１に接続されている。流量センサ３５ｂは、各ポンプの流量を検出し、検出流量に比例したパルス信号を制御部４１に送信する。流量センサ３５ｂは、検出流量に比例した電圧もしくは電流、パルス信号を出力するカルマン渦式流量センサなど、他の構成を用いてもよい。
【００２０】
逆止弁３６は、各個別吐出管３３の、流量センサ３５ｂの二次側であって吐出連結管３４との合流部よりも一次側に、それぞれ設けられている。逆止弁３６は、個別吐出管内の流路の流れを、一次側から二次側に向かう１方向となるように規制する。
【００２１】
ボール弁３７は、各個別吐出管の、流量センサ３５ｂ及び逆止弁３６よりも二次側であって吐出連結管３４との合流部よりも一次側に、それぞれ設けられている。ボール弁３７は回転により流路を開閉するボールと、ボールを回転させるレバーと、を備え、レバーの回動操作によって、流路を開閉する開閉弁である。
【００２２】
吐出連結管３４は、複数の個別吐出管３３内の個別吐出流路に連通する連結流路を形成する配管であり、個別吐出管３３と交差する第１方向に延びる。吐出連結管３４は給水先である蛇口等の水道機器に接続される。吐出連結管３４には、圧力検出ユニット３８及び複数のアキュムレータ３９がそれぞれ設けられている。
【００２３】
圧力検出ユニット３８は、第１圧力センサ３８ａと、第２圧力センサ３８ｂと、圧力計３８ｃと、を備える。圧力センサ３８ａ，３８ｂは、例えばダイヤフラム式のセンサであり、吐出連結管３４の流路の圧力を検出する。圧力センサ３８ａ、３８ｂは、信号線を介して制御盤１４の制御部４１に接続され、検出した圧力信号を制御部４１に送信する。
【００２４】
第１圧力センサ３８ａと第２圧力センサ３８ｂは、水平に延びる吐出連結管３４に対して、垂直な方向に向けて配されている。例えば第１圧力センサ３８ａと第２圧力センサ３８ｂは、吐出連結管３４の上方に配され、下方に向き、吐出連結管３４の周壁部における上側部分に接続される。第１圧力センサ３８ａ及び第２圧力センサ３８ｂは、同方向を向き、並列配置される。例えば本実施形態において、吐出連結管３４の一端が閉止フランジ３４ｂによって閉塞され、当該閉止フランジ３４ｂ側から、圧力計３８ｃ、第２圧力センサ３８ｂ、第１圧力センサ３８ａの順に並んで接続される。
【００２５】
制御部４１は、ポンプの運転制御に使用する対象センサを切替えるセンサ切替え制御を行う。一例として、制御部４１は、複数の圧力センサ３８ａ，３８ｂの一方を、通常状態においてポンプ運転制御に用いるメインセンサとし、メインセンサの故障検出時に用いるサブセンサとして、ポンプの運転制御に用いる。言い換えると、故障条件を満たさない場合にはメインセンサを対象センサとしてポンプの運転制御を行い、故障条件を満たす場合にはサブセンサを対象センサとしてポンプの運転制御を行う。
【００２６】
圧力計３８ｃは、吐出連結管３４の流路の圧力をブルドン管などの機械式機構によって測定された圧力測定結果を表示する。
【００２７】
本実施形態においては、個別吐出管と吐出連結管３４との合流点よりも一方側の管部に、２つの圧力センサ３８ａ，３８ｂと圧力計３８ｃがそれぞれ接続され、２つの圧力センサ３８ａ，３８ｂと圧力計３８ｃは吐出連結管３４の延出方向において順番に並んで配置されている。
【００２８】
アキュムレータ３９は、複数、例えば本実施形態においては２つ設けられ、吐出連結管３４における二次側に配される２つの各個別吐出管３３の、吐出連結管３４との合流点に、それぞれ接続される。
【００２９】
制御盤１４は、制御ボックスと、制御ボックス内に収容された制御基板と、インバータと、を備える。また、制御ボックス内には、漏電遮断器、直流リアクトルと、電源端子台、ノイズフィルタ等の、各種制御機器が設けられている。また、拡張基板を増設することも可能である。例えば制御基板、インバータ、漏電遮断器、直流リアクトル及び電源端子台、及びノイズフィルタは、複数のポンプ装置１２にそれぞれ対応して、複数設けられる。
【００３０】
制御基板は、回路基板であり、例えば記憶装置としてのＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）・ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）や、制御部４１等の各種制御機器が搭載されている。
【００３１】
記憶装置は、例えばプログラムメモリやＲＡＭ、書き換え可能なＲＯＭを備える。記憶装置には、例えば、制御に必要な情報として、各種プログラム、算出式、データテーブル、基準値、閾値等が記憶されている。
【００３２】
制御部４１はプロセッサを備える。制御部４１は、流量センサ３５ｂや圧力センサ３８ａ，３８ｂ等の各種検出装置によって検知した情報に基づき、予め記憶装置に記憶された各種プログラムに従って、複数のポンプ装置１２の動作を制御する。具体的には、制御部４１は、複数のインバータに制御信号を送信し、各ポンプ装置１２に対応するインバータを制御する。
【００３３】
例えば制御部４１は、各種センサ３８ａ，３８ｂ，３５ｂによって検出される検出値に基づき、各種の演算処理を行い、インバータの周波数制御により、ポンプ装置１２のモータ２１を変速運転し、または停止させる。具体的には、制御部４１は、圧力センサ３８ａ，３８ｂのいずれかの対象センサで検出される吐出圧力が所定の目標圧力Ｈになるように、吐出し圧力一定制御もしくは推定末端圧一定制御を行い、圧力フィードバック制御にて、回転数制御及び運転停止制御をする。
【００３４】
制御部４１は、通常運転処理として、流量センサ３５ｂや圧力センサ３８ａ，３８ｂ等の各種検出装置で検出した圧力値及び流量値を検出し、流量や圧力に基づくフィードバック制御を行う。具体的には、制御部４１は、吐出流路にて検出される吐出圧力と、目標圧力Ｈに基づいて、各インバータに制御信号を出力することで、１台以上のポンプ装置１２を駆動する。インバータは制御信号に応じた所定の周波数を出力することで、ポンプ装置１２のモータ２１を所定の回転速度で回転させる。
【００３５】
ポンプ装置１２の運転制御の一例として、制御部４１は、所定の設定圧力Ｐ１を目標圧力Ｈとして、吐出圧力一定制御を行う。あるいは、制御部４１は通常運転制御の他の一例として、推定末端圧力Ｐ２と、予め定められた設定圧力Ｐ１との間の変動値を目標圧力Ｈとして、推定末端圧一定制御を行う。
【００３６】
また、制御部４１は、ポンプ装置１２の運転制御において、複数の前記ポンプ装置１２のいずれかのポンプ装置１２を運転中に、所定の増台条件を満たす場合、例えば運転周波数が所定の上限周波数となった場合に、待機中のポンプ装置１２を起動して増台する増台処理を行う。また、制御部４１は、所定の減台条件を満たす場合、例えば複数の流量センサ３５ｂにより検出された給水量が所定の流量以下となった場合に、先発ポンプを停止して減台する減台処理を行う。さらに制御部４１は、所定の停止条件を満たす場合に、ポンプの回転を停止する。例えばポンプ１台の単独運転時に、個別吐出管３３に設けられた流量センサ３５ｂによって検出されたポンプ装置１２毎の吐出流量が、予め定められた停止流量を下回ると、ポンプを小水量停止する。
【００３７】
また、本実施形態においては、制御部４１は、単独運転していた各ポンプ装置が小水量停止した際の小水量時運転周波数ｆ０を、毎回、検出しており、各ポンプの電源投入後の初回小水量時運転周波数ｆ０’を記憶し、さらに、各ポンプが２回目以降に、小水量停止した際の小水量時運転周波数ｆ０を記憶・更新している。
【００３８】
制御部４１は、ポンプ装置１２の運転制御に用いる圧力センサを切替えるセンサ切替え制御を行う。センサ切替え制御として、例えば制御部４１は、複数の圧力センサ３８ａ，３８ｂの一方を、メインセンサ、他方をサブセンサと設定し、通常時、例えば所定の故障条件を満たさない場合には、メインセンサの測定結果を用いてポンプ装置１２の運転制御を行い、所定の故障条件を満たす故障時には、サブセンサの測定結果を用いてポンプ装置１２の運転制御を行うように、切替える。
【００３９】
例えば本実施形態においては、第１圧力センサ３８ａをメインセンサ、第２圧力センサ３８ｂをサブセンサとし、制御部４１は、メインセンサである第１圧力センサ３８ａで検出される第１吐出圧力Ｐｓ１にて運転制御を行っている状態において、まず、給水量が減少して運転ポンプを小水量停止する際に、サブセンサである第２圧力センサ３８ｂからの信号レベルと比較して、第１圧力センサ３８ａもしくは第２圧力センサ３８ｂに故障が発生したと判断する。
【００４０】
例えば、制御部４１は、サブセンサにおける検出圧力である第２吐出圧力Ｐｓ２と第１圧力センサ３８ａで検出される第１吐出圧力Ｐｓ１との差が、所定の圧力偏差△ｈ以上の場合に、第１圧力センサ３８ａもしくは第２圧力センサ３８ｂに故障が発生したと判断する。
【００４１】
圧力偏差△ｈは、制御部４１に設定された圧力を基準として設定される。例えば、本実施形態においては、例えば目標圧力Ｈに用いた推定末端圧力Ｐ２に、所定の係数ｋ１（例えば０．０２〜０．１０）を乗じた値とする。
【００４２】
図５は各基準値の設定の一例と、揚程及び電圧との対応を示す説明図である。本実施形態において、圧力センサ３８ａ，３８ｂとして、例えば最高使用圧力３ＭＰａ（＝３０６ｍ）のセンサを用いた。また、設定圧力Ｐ１は２５０ｍ、推定末端圧力Ｐ２は２２５ｍ、係数ｋ１を０．０３とした。この場合、圧力偏差△ｈは７ｍ（偏差電圧０．０９Ｖ）、上限基準値の揚程２３２ｍ、入力電圧は４．０３Ｖとなり、下限基準値の揚程２１８ｍ、入力電圧は３．８５Ｖとなる。したがって、圧力センサの測定上限の入力電圧である５．０００Ｖを、圧力センサの故障検出の閾値基準とした従来の故障検出方法と比べて、早期に故障検出が可能となる。さらに、制御部４１は、小水量停止時の運転周波数に基づいて、いずれの圧力センサが故障したかを決定する。制御部４１は、該当ポンプを停止する前の小水量時運転周波数ｆ０を検出し、該当ポンプの初回小水量時運転周波数ｆ０’との偏差を算出し、当該周波数偏差ｆが予め定めた所定の周波数偏差△ｆ以上であった場合に、第１圧力センサ３８ａの故障と判定する。
【００４３】
周波数偏差△ｆは、電源投入後に、各ポンプが最初に小水量停止したときの運転周波数ｆ０’を基準として設定される。例えば、本実施形態においては、周波数偏差△ｆは、例えば初回小水量停止時運転周波数ｆ０’に、所定の係数ｋ２（例えば０．０１〜０．０５）を乗じた値とする。
【００４４】
図６は、各基準値と小水量停止時運転周波数との対応を示す説明図である。本実施形態において、初回小水量停止時運転周波数ｆ０’を１９７．５Ｈｚとして、係数ｋ２を０．０１５とした。この場合、周波数偏差△ｆは３．０Ｈｚ、上限基準値ｆ１は２００．５Ｈｚ、下限基準値ｆ２は１９４．５Ｈｚとなる。なお、ポンプの発生圧力は、小水量運転時には運転周波数のほぼ２乗となるため、（１＋ｋ２）２≒（１＋ｋ１）となるように、係数ｋ１とｋ２を決定している。
【００４５】
制御部４１はメインセンサである第１圧力センサ３８ａの故障と判定した場合には、警報信号を送出し、第１圧力センサ３８ａの異常を報知するとともに、サブセンサである第２圧力センサ３８ｂにて圧力制御を行うように切替える圧力センサ切替処理を行い、以降のポンプ装置１２の運転制御は、第２圧力センサ３８ｂにて検出される第２吐出圧力Ｐｓ２を用いる。具体的には、所定の目標圧力Ｈと、第２吐出圧力Ｐｓ２とに基づいて、目標圧力一定制御あるいは推定末端圧一定制御を行う。
【００４６】
また、制御部４１は、小水量時運転周波数ｆ０と初回小水量時運転周波数ｆ０’との偏差を算出し、当該周波数偏差ｆが予め定めた所定の周波数偏差△ｆ未満であった場合に、第１圧力センサ３８ａは正常であり、第２圧力センサ３８ｂの故障と判定し、第２圧力センサ３８ｂの異常を報知する。
【００４７】
各インバータは、信号線によってポンプ装置１２のモータ２１に電気的に接続されている。インバータは制御部４１からの制御信号に応じた所定の周波数を出力することで、ポンプ装置１２のモータ２１を所定の回転速度で回転させる。
【００４８】
本実施形態にかかる給水装置１０によれば、圧力と運転周波数の二重チェックとしたことにより、迅速かつ確実に、使用しているメインの圧力センサの故障を検出し、サブの圧力センサによるバックアップ運転に移行できるという効果が得られる。すなわち、給水装置１０では、２台の圧力センサを用い、一方の圧力センサの値と他方の圧力センサの値との偏差から、故障の発生を判定することにより、圧力信号が圧力センサの定格出力範囲から外れた場合を故障条件とした従来の方法と比べて、迅速に故障検出が開始できるという効果が得られる。また、給水装置１０において、圧力センサの故障範囲を、推定末端圧力Ｐ２に基づき、推定末端圧力Ｐ２にｋ１（０．０２〜０．１０）を乗じた値に設定したため、使用する圧力センサの定格範囲が異なっても機種毎に設定する必要がないという効果が得られる。
【００４９】
比較例として、例えば、圧力信号が圧力センサの定格出力範囲から外れた場合を故障条件とする給水装置の場合、通常の圧力センサの出力電圧範囲は、上限電圧５．０Ｖ（最高圧力時）、下限電圧１．０Ｖ（０ｍ時）となるため、故障と判断できない電圧範囲が広すぎ、高圧による配管漏れや電力消費、断水などの不具合を検出することが困難となる。例えば、圧力センサの出力電圧が０〜３０６ｍに対して１〜５Ｖであると、圧力センサの出力電圧が０．５Ｖ以下、あるいは５Ｖ超で故障であると判断する場合、本来、下限値１Ｖ＝０ｍは、揚水不能時に検出される可能性があり、圧力センサの故障ではない可能性があるが、圧力センサの出力電圧が基準の出力電圧よりも低下する場合に、圧力不足と判断して運転周波数をアップすると、小水量域で異常な高圧が発生する可能性がある。一方、故障検出の上限値５Ｖは圧力センサ内部の電源回路が故障に至らないと出力されない値であるが、５Ｖを超えた場合に圧力高と判断して周波数をダウンすると、圧力不足により断水する可能性がある。
【００５０】
すなわち、従来の故障検出方法の場合、その出力電圧が定格範囲外であるため確実に故障検出できるが、一方、故障を検出した時点では、電源回路が故障して高電圧が出力されている場合や、ダイヤフラムが破損して吐出し圧力をほとんど受圧していないなど、不具合が生じていた。
【００５１】
本実施形態にかかる給水装置の制御方法を、図７乃至図９に示すフローチャートを用いて説明すると、まず、電源投入後、各ポンプ装置の初回の小水量停止時の運転周波数ｆ０’を検出・記憶している（ＳＴ１２４）。そして、各ポンプ装置の２回目以降も、小水量停止時の運転周波数ｆ０を検出・記憶している（ＳＴ１２３）。
【００５２】
そして、運転台数が１台の制御ルーチンにおいて（ＳＴ１２１）、給水量が減少して停止流量以下となり、運転ポンプを小水量停止する際に（ＳＴ１２２）、第２圧力センサの信号レベルを検出し（ＳＴ１２６）、第１圧力センサと第２圧力センサの信号レベルとの圧力偏差を算出し（ＳＴ１２７）、圧力偏差が所定の圧力偏差△ｈ以上の場合に（ＳＴ１２８）、いずれかの圧力センサに故障が発生したと判断している。なお、圧力センサ異常フラグを設定して、第１もしくは第１圧力センサの異常を検出済み、すなわち、圧力センサ異常フラグがＯＮである場合は（ＳＴ１２５のＹｅｓ）、各ステップをスキップして小水量停止ステップ（ＳＴ１３５）へ進む。例えば、小水量停止時の第１圧力センサの信号レベルが推定末端圧力Ｐ２の２２５ｍ相当であるのに、第２圧力センサの信号レベルが２１５ｍ（ｈ＝１０ｍ）相当と低い場合、第２圧力センサの電源回路が劣化してその出力がドリフトしたために低圧検出している可能性もある。すなわち、この時点では第１圧力センサ、第２圧力センサのいずれが故障しているかは不明であるが、早期にいずれかの圧力センサの故障を検出可能である。
【００５３】
そして、次のステップにおいて、第１圧力センサが正常であった該当ポンプの初回の小水量停止時の運転周波数と、同じ目標圧力に対する今回の小水量停止時の運転周波数とを比較することにより、圧力センサ故障の判断をしている。
【００５４】
すなわち、初回の小水量停止時運転周波数ｆ０’（１９７．５Ｈｚ）と今回の小水量停止時運転周波数ｆ０（２０１Ｈｚ）との偏差ｆ（＝３．５Ｈｚ）を算出し（ＳＴ１２９）、予め定めた所定の周波数偏差△ｆ（＝３Ｈｚ）以上であるため、第１圧力センサ３８ａの故障と仮判定し、設定された第１圧力センサ異常カウンタＣｐ１（初期値＞１）より１を減算する（ＳＴ１３１）。なお、Ｃｐ１，Ｃｐ２の初期値は１より大きい整数である（例：３回）。
【００５５】
そして、複数回の運転ポンプの小水量停止時毎に、上記の圧力偏差比較を実施して（ＳＴ１２９）、上記の第１圧力センサ異常カウンタＣｐ１がゼロ（Ｃｐ１＝０）となった時点で（ＳＴ１３２のＹｅｓ）、第１圧力センサ３８ａの異常を報知する警報信号を外部に送出するとともに、以降の運転制御は、サブセンサである第２圧力センサ３８ｂにて検出される第２吐出圧力Ｐｓ２を用いている（ＳＴ１３３）。
【００５６】
一方、今回の小水量停止時運転周波数ｆ０が１９８．５Ｈｚであった場合、偏差ｆ＝１．０Ｈｚを算出し、周波数偏差△ｆ（＝３Ｈｚ）未満であるため、第２圧力センサ３８ｂの故障と仮判定し、設定された第２圧力センサ異常カウンタＣｐ２（初期値＞１）より１を減算する（ＳＴ１３６）。
【００５７】
そして、複数回の運転ポンプの小水量停止時毎に、上記の異なるポンプの運転周波数比較を実施して、上記の第２圧力センサ異常カウンタＣｐ２がゼロ（Ｃｐ２＝０）となった時点で（ＳＴ１３７のＹｅｓ）、第２圧力センサ３８ｂの異常を報知する警報信号を送出している。
【００５８】
このため、検出圧力＝電圧信号のみに基づいて故障を判定するよりも、迅速かつ確実に故障判断が可能となり、正常な圧力センサによる自動運転が可能となるという効果が得られる。
【００５９】
なお、上記の第１圧力センサ異常カウンタＣｐ１、または、第２圧力センサ異常カウンタＣｐ２がゼロとなり（ＳＴ１３２のＹｅｓ，ＳＴ１３７のＹｅｓ）、複数回の判定処理が終了し、いずれかの圧力センサの異常が確定した時点で、圧力センサ異常が検出済であることを示す圧力センサ異常フラグをＯＮしている（ＳＴ１３４）。
【００６０】
これにより、例えば、ポンプのシール部の磨耗により漏洩量が増加した場合、発生圧力を保つために運転周波数が増加する可能性があるが、異なるポンプの運転周波数比較により検証できるため、誤判定する恐れがなくなる。
【００６１】
また給水装置１の制御盤には、水道配管に直接接続され、吐出側の１台の圧力センサと吸込側の１台の圧力センサを有する直結給水装置用の制御盤の制御部を用いることができるため、製造コストを抑えることができる。
【００６２】
上述した実施形態によれば、迅速かつ確実に故障判断を行い、正常な圧力センサによる自動運転に移行可能な給水装置及び給水装置の制御方法を提供できる。
【００６３】
なお、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、各部の構成や、各種条件及び具体的な設定値は適宜変更して実施可能である。
【００６４】
例えば上記実施形態において、常時使用するメインセンサである第１圧力センサ３８ａには常時通電し、検出された第１吐出圧力Ｐｓ１が目標圧力になるよう、ポンプ装置を運転制御するとともに、サブセンサである第２圧力センサ３８ｂには、運転ポンプを小水量停止する際に通電して、第１圧力センサ３８ａと第２圧力センサ３８ｂからの信号レベルの偏差を算出するようにしてもよい。これにより、第２圧力センサ３８ｂの電源回路の稼働時間は激減するため、電気的な寿命を延長することが可能となる。
【００６５】
例えば上記実施形態において、第１圧力センサ３８ａ及び第２圧力センサ３８ｂがいずれも、水平に延びる吐出連結管３４に直交する鉛直方向に向き、吐出連結管３４の上部に、下向きに接続される例を示したが、これに限られるものではない。
【００６６】
例えば他の実施形態として図１０に示す給水装置１０Ａは、水平に延びる吐出連結管３４の一端が閉止され、当該閉止された一端部に、第１圧力センサ３８ａが、水平に取付けられている。即ち、第１圧力センサ３８ａは、吐出連結管３４の軸方向に沿って、水平方向に向けられ、吐出連結管３４の端部に接続されている。一方、第２圧力センサ３８ｂは、第１実施形態と同様に、吐出連結管３４の中途部の上方に、鉛直方向に沿って配され、吐出連結管３４の周壁の上方の一部に、接続されている。
【００６７】
本実施形態によれば、メインセンサである第１圧力センサ３８ａを水平に、サブセンサである第２圧力センサ３８ｂを鉛直に接続することで、第１圧力センサ３８ａは水平姿勢であるため、吐出連結管３４との間にあるボール弁の流路内にあった空気は、気泡となって流出していき、過渡的な圧力変動にも応答よく反応するようになるが、第２圧力センサ３８ｂと吐出連結管３４との間にあるボール弁の流路内の空気は流出せず、長期間にわたって空気層が残存する。したがって、この空気層により、例えばウォーターハンマーなどによる衝撃的な圧力上昇から、第２圧力センサ３８ｂを保護することが可能となる。これにより、サブセンサである第２圧力センサ３８ｂのダイヤフラム部などの機械的寿命を延長することが可能となる。
【００６８】
さらに、他の実施形態として図１１に示す給水装置１０Ｂのように、第２圧力センサ３８ｂが、アキュムレータ３９の近傍に設けられていてもよい。例えば給水装置１０Ｂにおいて、吐出連結管３４は、周壁の一部から水平に分岐する接続流路３４ｃを備え、当該接続流路３４ｃの他端側に、ボール弁を介して、アキュムレータ３９が接続されている。また、接続流路３４ｃの他端側にはドレン管が設けられている。接続流路３４ｃは、水平方向に延びる吐出連結管３４の周壁の一部に接続され、吐出連結管３４から分岐して水平に延びる小径の流路である。第２圧力センサ３８ｂは、吐出連結管３４と、アキュムレータ３９との間を接続する接続流路３４ｃの中途部に、接続される。第２圧力センサ３８ｂは、水平に延びる接続流路３４ｃの、上方において、鉛直方向に沿って上向きに配され、接続流路３４ｃの周壁の上部領域に接続される。
【００６９】
一方、第１圧力センサ３８ａは、第１実施形態と同様に、吐出連結管３４の中途部の上方に、鉛直方向に沿って配され、吐出連結管３４の周壁の上方の一部に接続するか、もしくは、第２実施形態と同様に、吐出連結管３４の軸方向に沿って、水平方向に向けられ、吐出連結管３４の端部に接続してもよい。
また、圧力計３８ｃは、第１実施形態と同様に、吐出連結管３４の中途部の上方に、鉛直方向に沿って配され、接続されている。
【００７０】
本実施形態にかかる給水装置１０Ｂでは、第２圧力センサ３８ｂが、アキュムレータ３９の近傍に配置されることにより、アキュムレータ３９内の空気層により、例えばウォーターハンマーなどによる衝撃的な圧力上昇から、第２圧力センサ３８ｂを保護することが可能となる。これにより、サブセンサである第２圧力センサ３８ｂのダイヤフラム部などの機械的寿命を延長することが可能となる。
【００７１】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【符号の説明】
【００７２】
１０、１０Ａ、１０Ｂ…給水装置、１１…ベース、１１ｂ…防振架台、１１ｃ…制御盤架台、１２…ポンプ装置、１３…配管ユニット、１４…制御盤、２１…モータ、２２…ポンプ部、２４…ケーシング、３１…吸込側配管、３２…吐出側配管、３３…個別吐出管、３４…吐出連結管、３４ｂ…閉止フランジ、３４ｃ…接続流路、３５ａ…連結曲管、３６…逆止弁、３７…ボール弁、３８…圧力検出ユニット、３８ａ…第１圧力センサ、３８ｂ…第２圧力センサ、３８ｃ…圧力計、３９…アキュムレータ、４１…制御部。
【要約】
【課題】迅速かつ確実に圧力センサの異常を検出して正常な圧力センサによる自動運転に移行できる給水装置及び給水装置の制御方法を提供する。
【解決手段】実施形態にかかる給水装置は各ポンプ装置が小水量停止した際の小水量時運転周波数ｆ０を、毎回、検出・記憶するとともに、給水量が減少して運転ポンプを小水量停止する際に、第１圧力センサと第２圧力センサの信号レベルの偏差である圧力偏差を算出し、当該圧力偏差が予め定めた所定の圧力偏差△ｈ以上であった場合、さらに、小水量時運転周波数ｆ０と、該当ポンプの初回小水量時運転周波数ｆ０’との周波数偏差ｆを算出し、当該周波数偏差ｆが予め定めた所定の周波数偏差△ｆ以上であった場合に、前記第２圧力センサで検出される第２吐出圧力を用いて前記ポンプ装置の運転制御を行うセンサ切替処理を行う。
【選択図】      図８【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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