(57)【要約】【課題】配水の安定を図りながらポンプの掛替を迅速に行う。【解決手段】コントローラ１は台数制御部７で、掛替によって起動する後発ポンプを起動し、ＰＩＤ制御を停止する。後発ポンプの吐出弁が寸開になって一定時間（Ｔ１）後に、回転数制御部６は現在の運転台数での目標回転数を実績データ４に基いて設定し、回転数制御を実行する。運転中の全ポンプが目標回転数に到達（所定偏差以内）し、後発ポンプの吐出弁が全開になると、台数制御部７は掛替によって停止する先発ポンプに停止指令を出し、一定時間（Ｔ２）後に目標回転数を掛替前回転数に戻し、先発ポンプを停止し、ＰＩＤ制御を再開する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラントなどに設置される複数のポンプに対し、新たに起動する起動ポンプ及び停止する停止ポンプの掛替を行うポンプ切替方法において、
掛替時に、前記起動ポンプの起動を指令するとともに運転中のポンプに対する制御を停止し、運転実績データに基いて現運転台数と流量に応じた目標回転数を設定して回転数制御を行うことを特徴とするポンプ切替方法。
【請求項２】
請求項１において、前記回転数制御で運転中の全ポンプの回転数が前記目標回転数の所定値内に到達し、且つ前記起動ポンプの吐出弁が全開したときに、前記目標回転数を掛替前の回転数に戻し、前記停止ポンプを停止すると共に前記回転数制御以前の制御を再開することを特徴とするポンプ切替方法。
【請求項３】
請求項２において、前記起動ポンプの吐出弁開度が寸開した後、所定のＴ１時間後に前記目標回転数を設定し、また前記起動ポンプの吐出弁開度が全開し、前記停止ポンプに停止指令が発行されてから所定のＴ２時間後に前記掛替前の回転数を設定することを特徴とするポンプ切替方法。
【請求項４】
プラントに複数のポンプを設置し、新たに起動する起動ポンプ及び停止する停止ポンプの掛替を行うポンプ切替装置において、
運転中のポンプを目標流量に応じてＰＩＤ制御するＰＩＤ制御部と、
掛替のための起動ポンプと停止ポンプを選択し、前記起動ポンプの起動指令と前記ＰＩＤ制御の停止指令、及び前記停止ポンプの停止指令と前記ＰＩＤ制御の再開指令を出力する台数制御部と、
運転実績データに基いて現運転台数と流量に応じた目標回転数を設定し、回転数制御を行う回転数制御部と、を設けることを特徴とするポンプ切替装置。
【請求項５】
請求項４において、前記回転数制御部は前記ＰＩＤ制御部の停止中に単独で回転数制御を行うように構成されていることを特徴とするポンプ切替装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプの掛替支援を実施するポンプ切替方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のポンプを運転する上下水道設備では、ポンプの稼働時間の均一化やメンテナンスのためポンプ掛替（切替）を行っている。従来のポンプの掛替は、起動指令と停止指令を同時に行うか、掛替中にもＰＩＤ制御を続けるか、回転数を徐々に上げ下げする方式がとられている。さらに、特許文献１には台数制御後に圧力制御を実施する記載がある。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２５１３０１号公報（段落００１７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、ポンプを起動または停止させた時に一時的に圧力が急変する問題がある。
【０００５】
また、起動指令と停止指令を同時に行う従来方式は、起動渋滞などによりポンプが起動できなかった場合に配水がストップする可能性があり、安定した配水供給が困難になる問題がある。
【０００６】
また、掛替中にＰＩＤ制御を続ける従来方式は、台数の増減が発生してから流量が安定するまでに時間がかかるため、掛替終了までに時間がかかるという問題がある。また、流量変動が大きく、圧力が上昇し配管に負担がかかるという問題もある。回転数を徐々に上げ下げする方式の場合も、掛替終了までに時間がかかるという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を克服し、掛替における圧力の急変を抑制し、掛替時間を短縮し、配水の安定供給を可能にするポンプ切替制御方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する本発明は、掛替時に一時的に回転数制御をすることで圧力（流量）の急変を抑制する。このため、運転実績データを内部データとして保持し、運転台数に応じた目標回転数を求める。
【０００９】
すなわち、本発明のポンプ切替方法は、プラントなどに設置される複数のポンプに対し、新たに起動する起動ポンプ及び停止する停止ポンプの掛替を行う場合に、前記起動ポンプの起動を指令するとともに運転中のポンプに対する制御（例えばＰＩＤ制御）を停止し、運転実績データに基いて現運転台数と流量に応じた目標回転数を設定して回転数制御を行うことを特徴とする。
【００１０】
また、前記回転数制御で運転中の全ポンプの回転数が前記目標回転数の所定値内に到達し、且つ前記起動ポンプの吐出弁が全開したときに、前記目標回転数を掛替前の回転数に戻し、前記停止ポンプを停止すると共に前記回転数制御以前の制御を再開することを特徴とする。
【００１１】
本発明のポンプ切替装置は、プラントに複数のポンプを設置し、新たに起動する起動ポンプ及び停止する停止ポンプの掛替を行うものにおいて、運転中のポンプを目標流量に応じてＰＩＤ制御するＰＩＤ制御部と、掛替のための起動ポンプと停止ポンプを選択し、前記起動ポンプの起動指令と前記ＰＩＤ制御の停止指令、及び前記停止ポンプの停止指令と前記ＰＩＤ制御の再開指令を出力する台数制御部と、運転実績データに基いて現運転台数と流量に応じた目標回転数を設定して回転数制御を行う回転数制御部と、を設けることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ポンプの運転実績データから、掛替時の流量変動を確実に低く抑え、圧力（流量）の急変を抑制でき、配水の安定確保が可能になる。
【００１３】
また、掛替開始から目標回転数が設定されているので回転数の暴れが少なく、迅速に掛替を終了できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明のポンプ切替方法及び装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は一実施例によるポンプ掛替制御装置の構成を示す。ＣＲＴ１０からコントローラ１のマンマシンインターフェース２を介して、パラメータ記憶部３に掛替制御に必要なパラメータを設定する。パラメータとしては目標流量、起動と停止の選択号機、目標回転数設定タイマＴ１と掛替前回転数書き込みタイマＴ２などである。
【００１６】
台数制御部７は、掛替開始のタイミングで導水ポンプ９の運転台数を１台増やし、起動選択号機を起動する。同時にＰＩＤ制御部５の出力を停止する。この結果、一時的にポンプの台数が１台増加する。このため掛替前と同じ回転数でいると目標流量に対して実際の流量が大きくなってしまう。そこで、掛替時の流量を出力するのに必要な回転数を、回転数の運用実績データ４から取り込み、この回転数を目標とした回転数制御を行うことで目標流量と実際の流量の偏差を最小にする。
【００１７】
回転数制御部６は、実績データ記憶部４の実績データから求めた全ポンプの目標回転数により回転数制御を行う。全ポンプの回転数が揃ったら、台数制御部７は停止選択号機を停止し、導水ポンプ９の運転台数を１台減らす。その後、ポンプの目標回転数を掛替前の回転数に戻し、ＰＩＤ制御部５による制御を再開させる。
【００１８】
図２はＰＩＤ制御と回転数制御の関係を示す説明図である。コントローラ１による通常のポンプ制御は、目標流量と実測流量の偏差によるＰＩＤ制御を行い、その操作量を回転数制御（ＮＩＣ）に反映している。本発明による掛替制御時は、ＰＩＤ制御を停止し、実績データから直接回転数を求めて設定し、ＮＩＣ制御することで流量の変動を最小限に抑える。
【００１９】
図３は回転数と流量の実績データをグラフ化したものである。この例では、目標流量がＱのときに２台の導水ポンプで必要な回転数はＮ１である。たとえば掛替制御で、一時的に３台運転になるときは回転数がＮ２に下がる。実績データ記憶部４は図２の実績データを有しているので、回転数制御部６はその時の目標流量と運転台数の関係から、導水ポンプが１台増えた時に目標流量を維持できる回転数を求めて制御する。これにより、切替時の流量（圧力）急変を抑制できる。
【００２０】
図４は一実施例によるポンプ掛替処理のフロー図である。まず、オペレータがＣＲＴ１０より、運転させるポンプと停止させるポンプを１台ずつ選択する（Ｓ１０）。そして、掛替開始ボタンをクイックして掛替処理がスタートする（Ｓ１１）。次に、起動選択号機（後発機）に対して起動指令を出力し（Ｓ１２）、ＰＩＤ制御を停止し現状回転数を保持する（Ｓ１３）。ここまでは台数制御部７により行われる。
【００２１】
次に、後発機の吐出弁が寸開となり（Ｓ１４）、そのタイミングから一定時間（Ｔ１）経過したら（ｓ１５）、現在運転中のポンプ台数とこの時の流量から求めた目標回転数で回転数制御を行う（Ｓ１６）。Ｓ１７は、運転台数によって流量−回転数曲線を選択する分岐処理を示す。
【００２２】
図５は回転数選択の分岐処理のフローである。現在の運転台数で分岐し（Ｓ１７０）、２台運転しているときは２台運転時の流量−回転数曲線から回転数を算出する（Ｓ１７１）。３台運転しているときは３台運転時の流量−回転数曲線から回転数を算出（Ｓ１７２）、４台運転しているときは４台運転時の流量−回転数曲線から回転数を算出する（Ｓ１７３）。
【００２３】
再び台数制御部７により、運転中の全ポンプの実回転数が目標回転数あるいは近似値となり、且つ後発機の吐出弁が全開となったかを判定する（Ｓ１８）。判定条件が満足したら、Ｓ１０による停止選択号機（先発機）に対し停止指令を出力する。一定時間後に（Ｓ２０）、目標回転数を掛替前の回転数とし（Ｓ２１）、掛替前の状態に戻す。先発機の停止を確認したら（Ｓ２２）、ＰＩＤ制御を再開して（Ｓ２３）、掛替が終了する。
【００２４】
図６は掛替制御のタイミングチャートを示す。運転中のポンプ１号からポンプ２号に掛替した場合の例である。ポンプ１号は掛替前のポンプ目標回転数で運転し、ＰＩＤ制御が実行されている。ポンプ２号に対し起動指令が出力されると、ＰＩＤ制御が停止される。ポンプ２号が運転を開始し、その吐出弁開度の全閉信号が外れた状態（寸開）となってから、目標回転数設定タイマによる一定時間（Ｔ１）後に、運転中の全ポンプの目標回転数を設定し、回転数制御が実行される。
【００２５】
目標回転数設定タイマのＴ１は、吐出弁の動作のロスタイム（流量として水を押し出すまでの時間）により設定される。ポンプの吐出弁は全閉から寸開になってもすぐには流量が増加せず、ある一定の開度になってから急激に流量が増加するという特性がある。すなわち、起動機の吐出弁が寸開になってすぐに目標回転数を設定すると吐出量が十分に出ず、実流量が少なくなり過ぎてしまう。そこで、吐出弁が寸開になってからＴ１経過後に目標回転数を設定することで、目標流量に近い値での掛替制御が可能になる。
【００２６】
回転数制御により、ポンプ１号とポンプ２号の回転数が目標回転数に向けてそれぞれ下降、上昇する。両ポンプの実回転数が目標回転数と等しいか、もしくは近似し、且つポンプ２号の吐出弁が全開となったら、ポンプ１号に対して停止指令を出力する。
【００２７】
ポンプ１号へ停止指令を出力してから掛替前回転数書込みタイマのＴ２後に、目標回転数を掛替前の回転数に設定する。そして、ポンプ１号が停止中から停止になったら、ＰＩＤ制御を再開させ、掛替が終了する。
【００２８】
掛替前回転数書込みタイマのＴ２は停止指令から停止までのポンプのロスタイムである。導水ポンプは停止指令を出力すると最低回転数で運転され、一定時間後に停止する特性がある。最低回転数ではあっても流量が出ているので、停止指令を出してすぐに他のポンプの目標回転数を掛替前に戻してしまうと、目標流量に対し実流量が大きくなり過ぎてしまう。そこで、停止指令を出力してからＴ２経過後に目標回転数を設定することで、目標流量に近い値での掛替制御が可能になる。
【００２９】
本実施例によれば、回転数の運用実績データから掛替中の回転数を求めるので、目標流量と実際の流量との偏差が小さく、流量及び圧力の急変を抑制でき、安定な配水を確保できる。また、掛替開始から目標回転数が設定されているので、回転数の乱れが少なく、迅速に掛替が行える。
【００３０】
上記実施例では、流量と回転数の運転実績データから回転数を求めたが、圧力に対してのＰＩＤ制御を行っている場合には、圧力と回転数の運転実績データを用いて回転数を求めてもよい。また、図３に示した運転実績データの他に、ポンプ特性データでも同様の掛替制御が可能である。
【００３１】
また、オペレータ操作で掛替ポンプを選択して掛替を開始したが、これらの選択動作を含めて自動化することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】一実施例によるポンプ掛替制御装置の構成図。
【図２】ＰＩＤ制御と回転数制御の関係を示す説明図。
【図３】流量と回転数の実績データを曲線で表したグラフ。
【図４】一実施例によるポンプ掛替処理を示すフロー図。
【図５】回転数選択の分岐処理のフロー図。
【図６】掛替の実行例を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
【００３３】
１…コントローラ、２…マンマシンインターフェース、３…パラメータ記憶部、４…実績データ記憶部、５…ＰＩＤ制御部、６…回転数制御部、７…台数制御部、８…プロセス入出力処理部、９…導水ポンプ、１０…ＣＲＴ。
【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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