(57)【要約】【課題】並列運転される複数台のポンプを総合して効率良く運転するための各ポンプの目標流量を迅速に決定できるポンプ流量制御装置を得る。【解決手段】目標流量配分器３は、ポンプ９ａ，９ｂの合計の目標流量ＳＶに対して、ＳＶ＝Ｑ１＋Ｑ２となり、かつ両ポンプを総合した総合効率が最大となる流量Ｑ１，Ｑ２を流量対効率表記憶器４に記憶されている流量対効率表から求め、各ポンプの流量の初期値Ｑ０を（Ｑ１＋Ｑ２）／２としたときの総合効率ηｔ０を流量対効率特性計算式により求め、次に一方のポンプの流量を流量Ｑ０から所定の流量変化量ΔＱ増加させ，他方のポンプの流量をＱ０からΔＱ減少させ、総合効率を求める。この計算を流量Ｑ１，Ｑ２の間で繰り返し、総合効率ηｔが最大となる各ポンプの目標流量ＳＶ１，ＳＶ２を求めて目標流量を決定する。流量対効率表と補間計算を併用するので、目標流量を迅速に決定できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に運転される複数台の流量対効率特性の異なるポンプの合計流量の目標値を設定する目標流量設定手段、上記ポンプごとに流量と効率との関係を表形式にした流量対効率表を記憶する流量対効率表記憶手段、及び上記目標値及び上記流量対効率表から上記各ポンプの流量配分を決定するための流量の初期値を求め上記初期値の間において上記各ポンプの流量対効率特性計算式により上記複数台のポンプの効率を総合した総合効率を求め当該総合効率に基づき上記各ポンプの個別目標流量を決定する目標流量配分手段を備えたポンプ流量制御装置。
【請求項２】
上記流量対効率表記憶手段は上記ポンプごとに当該ポンプの揚程をパラメータとして流量と効率との関係を表形式にした揚程対応流量対効率表を記憶するものであり、上記目標流量配分手段は上記揚程及び上記揚程対応流量対効率表から上記各ポンプの流量配分を決定するための流量の初期値を求め上記初期値の間において上記各ポンプの流量対効率特性計算式により上記複数台のポンプの効率を総合した総合効率を求め当該総合効率に基づき上記各ポンプの個別目標流量を決定するものであることを特徴とする請求項１に記載のポンプ流量制御装置。
【請求項３】
上記各ポンプは交流電動機で駆動されるものであって、上記個別目標流量に基づいて上記各ポンプの回転数を制御することにより上記ポンプの吐出量が上記個別目標流量になるようにする可変電圧可変周波数制御装置を有するものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のポンプ流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプ流量制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
並列に動作して負荷を分担している機器例えばポンプで消費されるエネルギーが最小となるように最適化手法を用いて機器の最適負荷配分を負荷の変動範囲全域にわたって予め計算しておき、この計算結果を関数に近似して機器の制御を行う計算機の記憶装置に記憶させ、負荷配分要求に応じ記憶されている近似関数に基づいて機器の負荷配分をリアルタイムに決定するものがある（例えば、特許文献１参照）。
また、従来のポンプ流量制御装置として、複数台あるポンプのそれぞれについて吐出量と実揚程と使用電力との関係を表形式の流量対効率表として予め求めておき、総吐出量の設定値を満足する運転ポンプの全組み合わせを上記予め求めておいた流量対効率表を基にして求め、そのなかから使用電力が最小となるポンプの組み合わせを抽出しているものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−２０６６０５号公報（第２４頁左下欄第６行〜右下欄第１９行及び第１図）
【特許文献２】特開平７−３３２２８０号公報（段落番号００１５、表２及び図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の近似関数に基づいて計算を行うものはその計算量が増えそれだけ時間を要することになる。また、流量対効率表を基にして総吐出量の設定値を満足する運転ポンプの全組み合わせを求めるものは、流量対効率表として多数のデータを記憶しておく必要がある。さらに、最適なポンプ運転効率となる運転条件の組み合わせすなわち各ポンプに配分すべき目標流量を求めるためには流量対効率表に基づいて全ての組み合わせを求めその中から最適なものを抽出する必要があるため、データの記憶容量が大きくなり、また抽出に時間を要し各ポンプの目標流量を迅速に決定できないという問題点があった。例えば、３台のポンプについて揚程を一定値とした場合でも所定の流量について１％刻みにて各１００組（流量と効率の対）のデータがあった場合、流量対効率表のデータの組数は合計１００×３＝３００組となり、このデータの中から最適な組み合わせを抽出する場合、１００×１００×１００＝１，０００，０００すなわち１００万通りの組み合わせの中から最適データを抽出する必要がある。
【０００５】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、並列運転される複数台のポンプを総合して効率良く運転するための各ポンプの目標流量を迅速に決定できるポンプ流量制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るポンプ流量制御装置は、並列に運転される複数台の流量対効率特性の異なるポンプの合計流量の目標値を設定する目標流量設定手段、ポンプごとに流量と効率との関係を表形式にした流量対効率表を記憶する流量対効率表記憶手段、及び目標値及び流量対効率表から各ポンプの流量配分を決定するための流量の初期値を求め初期値の間において各ポンプの流量対効率特性計算式により複数台のポンプの効率を総合した総合効率を求め当該総合効率に基づき各ポンプの個別目標流量を決定する目標流量配分手段を備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明は、並列に運転される複数台の流量対効率特性の異なるポンプの合計流量の目標値を設定する目標流量設定手段、ポンプごとに流量と効率との関係を表形式にした流量対効率表を記憶する流量対効率表記憶手段、及び目標値及び流量対効率表から各ポンプの流量配分を決定するための流量の初期値を求め初期値の間において各ポンプの流量対効率特性計算式により複数台のポンプの効率を総合した総合効率を求め当該総合効率に基づき各ポンプの個別目標流量を決定する目標流量配分手段を備えたので、流量対効率表と流量対効率特性計算式とを用いることにより、複数台のポンプを総合して効率良く運転するための各ポンプの目標流量を迅速に決定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１、図２は、この発明を実施するための実施の形態１を示すものであり、図１はポンプ流量制御装置の構成を示す構成図、図２はポンプ流量に対する効率を示すポンプ特性図である。図１において、ポンプ流量設定装置１は、目標流量設定手段としての目標流量設定器２、目標流量配分手段としての目標流量配分器３、流量対効率表記憶手段としての流量対効率表記憶器４を有する。
【０００９】
目標流量配分器３はポンプ９ａ，９ｂの流量−効率特性を計算する流量対効率特性計算式を記憶している。流量対効率表記憶器４は、予めポンプ効率特性記憶器５とＶＶＶＦ効率特性記憶器６のデータに基づきポンプ本体の機械的効率とＶＶＶＦ（可変電圧可変周波数変換装置）の電気的効率とを合わせたポンプ流量−効率特性を汎用計算機により計算しておき、流量対効率を表形式にした流量対効率表として記憶している。例えば各ポンプ９ａ，９ｂについて、揚程を一定として、所定の流量について５％刻みにて各２０組のデータを作成すれば、流量対効率表のデータ数は合計２０×２＝４０となる。
【００１０】
目標流量配分器３から、流量調節器７ａ，７ｂに目標流量が入力され、流量調節器７ａ，７ｂの出力信号が可変電圧可変周波数制御装置としてのＶＶＶＦ８ａ，８ｂに入力される。ＶＶＶＦ８ａ，８ｂの出力側はポンプ９ａ，９ｂを駆動する交流可変速電動機（図示を省略している）に接続されている。交流可変速電動機で駆動される流量対効率特性が互いに異なる２台のポンプ９ａ，９ｂは配管により並列に接続され、吸込井１２から吸水した水を吸込井１２に戻し循環させている。ポンプ９ａ，９ｂの吐出側の配管に流量計１０ａ，１０ｂが設けられており、測定した流量データは流量調節器７ａ，７ｂにフィードバックされる。
【００１１】
次に動作について説明する。まず、目標流量設定器２により、２台のポンプ９ａ，９ｂの合計の目標流量ＳＶを設定する。目標流量配分器３は、目標流量設定器２からの目標流量ＳＶに対して、流量対効率表記憶器４に記憶されているポンプ流量Ｑと効率ηとの関係を示す流量対効率表の中から、ＳＶ＝Ｑ１＋Ｑ２となり、かつ両ポンプを総合した総合効率ηｔが最大となる流量Ｑ１，Ｑ２を求める。このとき、仮にＱ１＜Ｑ２であったとする。次に、例えば計算のための各ポンプ９ａ，９ｂの流量の初期値ＳＶ１０及びＳＶ２０をＱ０＝（Ｑ１＋Ｑ２）／２を設定する（図２のＱ０を参照）。目標流量配分器３は、自己の記憶する図２に示すようなポンプ９ａ，９ｂの流量−効率特性を計算する流量対効率特性計算式により、各ポンプ９ａ，９ｂの流量ＳＶ１０，ＳＶ２０がＱ０のときの効率η１０，η２０を計算する。さらに、次の（１）式で表される計算式により、総合効率ηｔを求める。
【００１２】
ηｔ＝（ＳＶ１×η１＋ＳＶ２×η２）／（ＳＶ１＋ＳＶ２）      ・・・（１）
ここに、ＳＶ１：ポンプ９ａの流量
ＳＶ２：ポンプ９ｂの流量
η１：ポンプ９ａの流量ＳＶ１時の効率
η２：ポンプ９ｂの流量ＳＶ２時の効率
すなわち、上記（１）式にＳＶ１＝ＳＶ１０＝Ｑ０，ＳＶ２＝ＳＶ１０＝Ｑ０，η１＝η１０，η２＝η２０を代入して、このときの総合効率ηｔ０を次の（２）式により求める。
ηｔ０＝（Ｑ０×η１０＋Ｑ０×η２０）／２Ｑ０                ・・・（２）
【００１３】
次に、ＳＶ１とＳＶ２をそれぞれΔＱ減及び増させて、流量ＳＶ１＝Ｑ０−ΔＱ及びＳＶ２＝Ｑ０＋ΔＱのときの総合効率ηｔを、目標流量配分器３により算出する。流量ＳＶ１＝Ｑ０−ΔＱ，ＳＶ２＝Ｑ０＋ΔＱのときの各ポンプ９ａ，９ｂの効率をη１１、η２１とすると、上記（１）式の計算を行うことにより総合効率ηｔを求めることができる。なお、ΔＱをあまり大きくとると算出結果のきざみが大きくなり結果として流量変動が大きくなるおそれがあるので、流量変動を所定値以下に抑制できるような値に制限する。
【００１４】
さらに、ΔＱだけ流量の減及び増を行い（１）式の計算を繰り返し行い、ＳＶ１＜＝Ｑ１，ＳＶ２＞＝Ｑ２になるまで行う。次に、上記とは逆に、ＳＶ１とＳＶ２をそれぞれΔＱ減及び増させて、流量ＳＶ１＝Ｑ０＋ΔＱ，ＳＶ２＝Ｑ０−ΔＱのときの総合効率ηｔを、ポンプ特性計算式により算出する。さらに、ΔＱだけ流量の減及び増を行い、総合効率の計算を繰り返し行い、ＳＶ１＞＝Ｑ２，ＳＶ２＜＝Ｑ１になるまで行う。このようにして求めた総合効率の中でその値が最大になるときの各ポンプの流量ＳＶ１，ＳＶ２を求める。
【００１５】
これにより、流量対効率表から求めた総合効率が最大となる流量Ｑ１，Ｑ２を求め、求めた流量Ｑ１，Ｑ２の間を、目標流量配分器３により流量刻みΔＱにて流量対効率特性計算式により補間計算を行い、流量Ｑ１とＱ２との間における総合効率ηｔが最大となる流量ＳＶ１，ＳＶ２を求め、この流量ＳＶ１，ＳＶ２を効率よくポンプを運転するための目標流量として決定することができる。決定された各ポンプの流量ＳＶ１，ＳＶ２は、流量調節器７ａ，７ｂ（図１）に目標流量配分値ＳＶａ、ＳＶｂとして発信される。流量調節器７ａ、７ｂは、流量計１０ａ，１０ｂにて測定したポンプ９ａ，９ｂの吐出流量が目標流量配分値ＳＶａ、ＳＶｂになるようにＶＶＶＦ８ａ，８ｂに回転数の増／減指令を出力し、ポンプ９ａ，９ｂの回転数を制御する。
【００１６】
ここで、例えば上述のように各ポンプ９ａ，９ｂについて、所定の流量について５％刻みにて各２０組のデータを作成すれば、流量対効率表のデータの組数は合計２０×２＝２０組となり、このデータから最適な組み合わせを抽出する場合、２０×２０＝４００すなわち４００通りの組み合わせの中から最適データを抽出すれば足り、記憶するデータ数及び抽出時間を大幅に削減できる。これに対し、上記従来の流量対効率表を基にして求めるものは、各ポンプについて所定の流量について１％刻みにて各１００組のデータがあった場合、データの組数は合計１００×２＝２００組となり、このデータの中から最適な組み合わせを抽出する場合、１００×１００＝１０，０００すなわち１万通りの組み合わせの中から最適データを抽出する必要がある。
【００１７】
なお、上記では計算のための各ポンプ９ａ，９ｂの流量の初期値ＳＶ１０、ＳＶ２０をＱ０＝（Ｑ１＋Ｑ２）に設定するものを示したが、これに限られるものではない。例えば、次のようにして各ポンプ流量を決定することもできる。総合効率ηｔの計算を開始する各ポンプ９ａ，９ｂの流量の初期値ＳＶ１０、ＳＶ２０を上記Ｑ１，Ｑ２にする。そして、上記（１）式により、総合効率ηｔを計算する。次に、ＳＶ１とＳＶ２をそれぞれΔＱ増及び減させて、流量ＳＶ１＝Ｑ１＋ΔＱ及びＳＶ２＝Ｑ２−ΔＱのときの総合効率ηｔを、ポンプ特性計算式により算出する。これを繰り返して、総合効率ηｔの計算を行い、ＳＶ１＞＝Ｑ２，ＳＶ２＜＝Ｑ１になるまで行う。この結果の中から総合効率ηｔが最もよくなるポンプの流量ＳＶ１，ＳＶ２を求め、この流量ＳＶ１，ＳＶ２を効率よくポンプを運転するための目標流量として決定し、流量調節器７ａ，７ｂに指令信号を発する。
【００１８】
なお、上記実施の形態１では流量対効率特性の異なる２台のポンプを並列に使用した場合について説明したが、流量対効率特性の異なる３台以上のポンプを並列運転したときの運転制御についても同様に行うことができ、高い運転効率を得ることのできる目標流量を各ポンプに配分することができる。
【００１９】
以上のように、この実施の形態によれば、流量を小刻みにして作成した流量対効率表に基づいて全ての組み合わせを求めその中から最適なものを抽出する必要がなく、流量の刻みを比較的大きくして作成した流量対効率表に基づいて最も効率がよい各ポンプの流量の組み合わせを求め、求めた流量の間をポンプ流量対効率特性計算式に基づいて補間計算を行い最も総合効率の良い各ポンプの流量を求めて、効率よくポンプを運転するための目標流量として決定するので、並列運転される複数台のポンプを総合して効率良く運転するための各ポンプが分担すべき目標流量を迅速に決定できる。また、記憶すべき流量対効率表のデータが少なくてすむので、当該流量対効率表を記憶する記憶装置の容量を小さくできる。また、電気効率及び保守性に優れた交流電動機を用いているので、効率の一層の向上を図ることができる。
【００２０】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、ポンプ９ａと９ｂとの揚程の差が小さい場合について説明したが、この実施の形態においては並列運転する２台のポンプに大きな揚程の差がある場合のポンプ流量制御装置について説明する。図３は、この発明の実施の形態２であるポンプ流量制御装置の構成図である。図３において、ポンプ流量設定装置２１は流量対効率表記憶器２４を有する。流量対効率表記憶器２４は、揚程値をパラメータにして流量対効率を表形式にした揚程対応流量対効率表を記憶している。この揚程対応流量対効率表は、例えばパラメータとして揚程を１ｍ刻みにとり、流量を５％刻みにして効率との関係を表形式にしたものである。また、吸込井１２及び吸出井１３にそれぞれ水位計１４，１５を設け、吸込井１２及び吸出井１３の水位を目標流量配分器２３に水位信号Ｓ１，Ｓ２として入力する。
【００２１】
目標流量配分器２３は、目標流量設定器２から与えられた目標流量ＳＶと、水位計１４，１５から入力される水位信号Ｓ１，Ｓ２と、流量対効率表記憶器２４に記憶されたポンプの揚程をパラメータとして流量対効率を表形式にした各ポンプの揚程対応流量対効率表に基づいて、各揚程を満足しＳＶ＝ＱＰ１＋ＱＰ２となり、かつ両ポンプ９ａ，９ｂを総合した総合効率ηｔが最大となる流量ＱＰ１，ＱＰ２を求める。次に、上記実施の形態１と同様の方法でΔＱずつ流量を変化させて総合効率ηｔを求め、この中で最も総合効率のよい流量ＳＶ１，ＳＶ２を求め、この流量ＳＶ１，ＳＶ２を効率よくポンプを運転するための目標流量として決定し、流量調節器７ａ，７ｂに指令信号を発する。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【００２２】
これにより、複数台のポンプに揚程差がある場合においても、揚程値をパラメータにして流量対効率を表形式にした揚程対応流量対効率表と、補間計算により、総合効率のよいポンプ運転を実現できる。
なお、流量対効率特性の異なる２台のポンプを並列に使用した場合について説明したが、流量対効率特性の異なる３台以上のポンプを並列運転したときの運転制御についても同様に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の実施の形態１であるポンプ流量制御装置の構成図である。
【図２】ポンプ流量に対する効率を示すポンプ特性図である。
【図３】この発明の実施の形態２であるポンプ流量制御装置の構成図である。
【符号の説明】
【００２４】
１，２１  ポンプ流量設定装置、２  目標流量設定器、３，２３  目標流量配分器、
４，２４  流量対効率表記憶器、８ａ，８ｂ  ＶＶＶＦ、９ａ，９ｂ  ポンプ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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