(57)【要約】【課題】給水量を知らせるセンサの入力無しに最適な給水ポンプ制御を行うことができる給水装置を提供する。【解決手段】インバータ４の出力電流Ｉｏｕｔがバルブ全開時のＦ−Ｉ特性Ａに基づいて設定された誤差領域にあるとき、吐出圧力発振器６の出力信号に誤差が発生しているものとして当該吐出圧力発振器６の異常を検知する。吐出圧力発振器６が正常であるときは、当該吐出圧力発振器６の出力信号をフィードバック値としてＰＩＤ制御を行い、吐出圧力発振器６の異常を検知したときは、インバータ４の出力電流Ｉｏｕｔをフィードバック値として、バルブ全開時のＦ−Ｉ特性Ａに沿ってＰＩＤ制御を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプと、該ポンプを駆動するポンプモータと、前記インバータを介して前記ポンプモータの回転周波数を制御するモータ制御手段と、を備えた給水装置であって、
前記モータ制御手段は、
前記インバータの出力電流を検出する電流検出手段を備え、
前記電流検出手段で検出した出力電流を帰還信号として、前記ポンプの吐出圧が所定の設定圧と等しくなるように前記ポンプモータの回転周波数を制御することを特徴とする給水装置。
【請求項２】
前記モータ制御手段は、前記電流検出手段で検出した出力電流を帰還信号として、前記ポンプの吐出圧を前記設定圧と等しくする理想の制御状態における、前記インバータの出力周波数と出力電流との関係を示す理想特性に基づいて、前記ポンプモータの回転周波数を制御することを特徴とする請求項１に記載の給水装置。
【請求項３】
前記モータ制御手段は、
前記ポンプの吐出圧に応じた信号を出力する圧力検出手段と、
前記圧力検出手段の異常を検出する異常検出手段と、を備え、
前記異常検出手段で前記圧力検出手段の異常を非検出であるとき、前記圧力検出手段の出力信号を帰還信号として、前記ポンプの吐出圧が前記設定圧と等しくなるように前記ポンプモータの回転周波数を制御し、前記異常検出手段で前記圧力検出手段の異常を検出したとき、前記電流検出手段で検出した出力電流を帰還信号として、前記ポンプの吐出圧が前記設定圧と等しくなるように前記ポンプモータの回転周波数を制御することを特徴とする請求項２に記載の給水装置。
【請求項４】
前記モータ制御手段は、
前記異常検出手段で前記圧力検出手段の異常を非検出であるときの前記モータ制御手段によるモータ制御中に、前記インバータの出力周波数と出力電流とを逐次記録し、前記理想特性を更新する理想特性更新手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の給水装置。
【請求項５】
前記異常検出手段は、前記モータ制御手段によるモータ制御中における前記インバータの出力周波数と出力電流とから決まる動作点が、前記理想特性の線上の動作点を含む許容動作点領域外であるとき、前記圧力検出手段に異常が発生していると判断することを特徴とする請求項３又は４に記載の給水装置。
【請求項６】
前記異常検出手段は、前記モータ制御手段によるモータ制御中における前記インバータの出力周波数と出力電流とから決まる動作点が、一定時間、前記許容動作点領域外であるとき、前記圧力検出手段に異常が発生していると判断することを特徴とする請求項５に記載の給水装置。
【請求項７】
前記許容動作点領域は、前記理想特性を中心として所定のマージンを設けた領域であることを特徴とする請求項５又は６に記載の給水装置。
【請求項８】
前記異常検出手段で前記圧力検出手段の異常を検出したとき、異常検出信号を外部機器へ出力する異常報知手段を備えることを特徴とする請求項３〜６の何れか１項に記載の給水装置。
【請求項９】
前記異常報知手段は、前記外部機器との電気的接点の開閉制御及び前記外部機器との通信手段の駆動制御の何れかを行うことにより、前記異常検出信号を前記外部機器へ出力することを特徴とする請求項８に記載の給水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ駆動でポンプ制御する給水装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インバータ駆動でポンプ制御する給水装置では、ポンプ吐出側の圧力または流量をセンサで検出し、その検出値が予め定めた設定値と等しくなるように、インバータの出力電圧及び周波数を制御してポンプを運転する。
こうした給水装置として、センサから出力されるアナログ信号が規定範囲外のとき、センサに異常が発生しているとみなしてポンプの運転を強制的に停止するものがある。ところが、この場合、センサの修理が完了するまでの間、ポンプの運転を行えないため、断水を余儀なくされる。
【０００３】
そこで、センサに異常が発生している場合、ポンプを予め設定された固定出力周波数で運転する応急的なポンプ運転に切り換えることで、センサの修理が完了するまでの間、センサ入力無しに応急的に給水を続けられるようにするものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１０７８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の給水装置にあっては、センサ異常時には、断水防止のためにポンプをある一定の回転数で運転するので、この応急的なポンプ運転を行っている間は、最適な給水量となるようにポンプを制御する最適な給水ポンプ制御を行うことができない。
そこで、本発明は、給水量を知らせるセンサの入力無しに最適な給水ポンプ制御を行うことができる給水装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に係る給水装置は、ポンプと、該ポンプを駆動するポンプモータと、前記インバータを介して前記ポンプモータの回転周波数を制御するモータ制御手段と、を備えた給水装置であって、前記モータ制御手段は、前記インバータの出力電流を検出する電流検出手段を備え、前記電流検出手段で検出した出力電流を帰還信号として、前記ポンプの吐出圧が所定の設定圧と等しくなるように前記ポンプモータの回転周波数を制御することを特徴としている。
【０００７】
このように、流量（∝出力周波数）に比例する出力電流を帰還信号として給水ポンプ制御を行う。これにより、給水量を検出するセンサ（例えば、圧力センサや流量センサ等）を使用せずに、ポンプ吐出圧を設定圧とする給水ポンプ制御を行うことができる。したがって、センサが使用不可な状況下においても、センサ有りのときと同等の省エネルギー運転が可能となる。
【０００８】
また、請求項２に係る給水装置は、請求項１に係る発明において、前記モータ制御手段は、前記電流検出手段で検出した出力電流を帰還信号として、前記ポンプの吐出圧を前記設定圧と等しくする理想の制御状態における、前記インバータの出力周波数と出力電流との関係を示す理想特性に基づいて、前記ポンプモータの回転周波数を制御することを特徴としている。
これにより、出力電流を理想特性に基づく目標値に一致させることができるので、出力周波数と出力電流とで決定する動作点が理想特性線上に存在するように給水ポンプ制御を行うことができる。したがって、センサを使用せずに最適な給水ポンプ制御が可能となる。
【０００９】
さらに、請求項３に係る給水装置は、請求項２に係る発明において、前記モータ制御手段は、前記ポンプの吐出圧に応じた信号を出力する圧力検出手段と、前記圧力検出手段の異常を検出する異常検出手段と、を備え、前記異常検出手段で前記圧力検出手段の異常を非検出であるとき、前記圧力検出手段の出力信号を帰還信号として、前記ポンプの吐出圧が前記設定圧と等しくなるように前記ポンプモータの回転周波数を制御し、前記異常検出手段で前記圧力検出手段の異常を検出したとき、前記電流検出手段で検出した出力電流を帰還信号として、前記ポンプの吐出圧が前記設定圧と等しくなるように前記ポンプモータの回転周波数を制御することを特徴としている。
【００１０】
これにより、圧力検出手段に異常が発生した場合には、給水装置を停止させることなく、従来の応急的なポンプ制御とは異なる最適な給水ポンプ制御が可能となる。
また、請求項４に係る給水装置は、請求項３に係る発明において、前記モータ制御手段は、前記異常検出手段で前記圧力検出手段の異常を非検出であるときの前記モータ制御手段によるモータ制御中に、前記インバータの出力周波数と出力電流とを逐次記録し、前記理想特性を更新する理想特性更新手段を備えることを特徴としている。
【００１１】
これにより、常に最適な負荷電流に更新するので、初期設定時からの経時変化等に対応することができ、より最適な給水ポンプ制御が可能となる。
さらにまた、請求項５に係る給水装置は、請求項３又は４に係る発明において、前記異常検出手段は、前記モータ制御手段によるモータ制御中における前記インバータの出力周波数と出力電流とから決まる動作点が、前記理想特性の線上の動作点を含む許容動作点領域外であるとき、前記圧力検出手段に異常が発生していると判断することを特徴としている。
【００１２】
これにより、許容動作点領域を理想特性に設定し、出力周波数と出力電流とから決定される動作点が理想特性からずれたときに圧力検出手段に異常が発生していると判断することで、当該異常を圧力検出手段の出力信号の全領域で検知することができる。
また、請求項６に係る給水装置は、請求項５に係る発明において、前記異常検出手段は、前記モータ制御手段によるモータ制御中における前記インバータの出力周波数と出力電流とから決まる動作点が、一定時間、前記許容動作点領域外であるとき、前記圧力検出手段に異常が発生していると判断することを特徴としている。
【００１３】
これにより、圧力検出手段の異常を、当該圧力検出手段の出力信号の全領域で的確かつ確実に検知することができる。
さらに、請求項７に係る給水装置は、請求項５又は６に係る発明において、前記許容動作点領域は、前記理想特性を中心として所定のマージンを設けた領域であることを特徴としている。
【００１４】
これにより、圧力検出手段の異常検知にヒステリシス領域を設けることができる。
また、請求項８に係る給水装置は、請求項３〜６の何れかに係る発明において、前記異常検出手段で前記圧力検出手段の異常を検出したとき、異常検出信号を外部機器へ出力する異常報知手段を備えることを特徴としている。
これにより、圧力検出手段の異常を適切に外部へ知らせることができるので、迅速かつ確実に圧力検出手段の修復作業を行うことができる。
【００１５】
さらにまた、請求項９に係る給水装置は、請求項８に係る発明において、前記異常報知手段は、前記外部機器との電気的接点の開閉制御及び前記外部機器との通信手段の駆動制御の何れかを行うことにより、前記異常検出信号を前記外部機器へ出力することを特徴としている。
このように、比較的簡易な構成で異常報知手段を実現することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の給水装置によれば、給水量を知らせるセンサの入力無しに、当該センサ有りのときと同等の最適な給水ポンプ制御を行うことができる。
したがって、センサの出力信号を用いてポンプ制御を行う給水装置において当該センサに異常が発生した場合や、センサが使用できない給水装置でポンプ制御を行う場合であっても、必要以上に給水を行ったり、断水させたりすることなく、最適な給水ポンプ制御が可能であるため、給水装置としての利便性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る給水装置の構成を示す概略図である。
【図２】制御部１０の構成を示すブロック図である。
【図３】Ｆ−Ｉ特性マップである。
【図４】更新後のバルブ全開時のＦ−Ｉ特性を示す図である。
【図５】誤差検出マップである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
（構成）
図１は、本発明に係る給水装置の構成を示す概略図である。
図中、符号１は、給水装置である。この給水装置１は、複数台（ここでは２台）のポンプ２Ａ，２Ｂと、ポンプ２Ａ，２Ｂをそれぞれ駆動するポンプモータ３Ａ，３Ｂと、ポンプモータ３Ａ，３Ｂの回転周波数をそれぞれ制御するインバータ４とを備える。インバータ４は、各種機器からの検出情報を入力信号として内部処理により周波数指令を演算する制御部１０と、この周波数指令に基づいてポンプモータ３Ａ，３Ｂを駆動制御するＰＷＭ駆動部１１とから構成されている。
【００１９】
そして、インバータ４によってポンプモータ３Ａ又は３Ｂを駆動制御することで、ポンプ２Ａ及びポンプモータ３Ａ、又はポンプ２Ｂ及びポンプモータ３Ｂによる給水ポンプ制御が行われる。ポンプ２Ａ及びポンプモータ３Ａによる給水ポンプ制御と、ポンプ２Ｂ及びポンプモータ３Ｂによる給水ポンプ制御との切り替えは、モータ切替部２０によって行われる。
【００２０】
ポンプ２Ａ及び２Ｂは、図示しない受水槽に貯水された水道水を住宅等の末端の供給先へ供給するためのものである。ポンプ２Ａ及び２Ｂの吐出側にはそれぞれ配管２１Ａ及び２１Ｂが接続されており、２本の配管２１Ａ及び２１Ｂは吐出管２２で合流する。
吐出管２２には、流量スイッチ５が設けられている。この流量スイッチ５は、吐出管２２内の水の流量を検知するものであり、当該流量が所定値以上のときに流量スイッチ信号ＦＳ＝ＯＮ、当該流量が所定値未満のときに少水量であるとして流量スイッチ信号ＦＳ＝ＯＦＦを出力する。この流量スイッチ信号ＦＳは制御部１０に入力される。
【００２１】
また、吐出管２２の流量スイッチ５の下流側には、吐出圧力発振器６が設けられている。この吐出圧力発振器６は、ポンプ吐出圧力を検出する圧力検出器に相当するものであり、ポンプ吐出圧力に応じたアナログ信号を出力する。
さらに、吐出管２２の吐出圧力発振器６の下流側には、圧力タンク７が設けられている。この圧力タンク７は、給水圧力を蓄える蓄圧手段であり、流量スイッチ信号ＦＳ＝ＯＦＦで所定の少水量停止条件が成立し、ポンプ２Ａ及び２Ｂの運転を停止したときに、蓄えた圧力により圧送を行うものである。
【００２２】
制御部１０は、吐出圧力発振器６に異常が発生していない正常時には、吐出圧力発振器６の出力信号をフィードバック値としてＰＩＤ制御（本実施形態では、吐出圧力一定制御）を行う。一方、吐出圧力発振器６に異常が発生しているときには、インバータ４の出力電流をフィードバック値としてＰＩＤ制御を行う。これにより、本実施形態では、必要給水量を知らせるセンサとしての吐出圧力発振器６の異常発生の有無にかかわらず、最適な給水量となるようなポンプ制御（最適な給水ポンプ制御）を行うようにする。
【００２３】
なお、以下の説明においては、ポンプ２Ａ及び２Ｂを総括して説明する場合には、単にポンプ２と略記する。同様に、ポンプモータ３Ａ及び３Ｂを総括して説明する場合には、単にポンプモータ３と略記する。
【００２４】
次に、制御部１０の具体的構成について説明する。
図２は、制御部１０の構成を示すブロック図である。
この図２に示すように、出力電流検出部３１と、出力周波数検出部３２と、加算部３３と、特性マップ格納部３４、目標値出力部３５と、加算部３６と、制御切替部３７と、ＰＩＤ制御部３８と、加減速器３９と、誤差検出部４０と、誤差検出タイマ４１と、外部信号出力部４２と、少水量停止判定部４３と、少水量停止処理部４４と、空運転判定部４５と、空運転停止処理部４６と、を備える。
【００２５】
出力電流検出部３１は、インバータ４の出力電流Ｉｏｕｔを検出し、出力周波数検出部３２は、インバータ４の出力周波数Ｆｏｕｔを検出する。
加算部３３は、吐出圧力発振器６で検出した吐出圧力検出値Ｐと、予め設定された圧力設定値Ｐ*との偏差ΔＰを出力する。ここで、圧力設定値Ｐ*は、ポンプ吐出圧力の目標値であり、一定値とする。
【００２６】
特性マップ格納部３４は、図３に示すような、インバータ４の出力周波数Ｆｏｕｔと出力電流Ｉｏｕｔとの関係を示すＦ−Ｉ特性マップを格納する。Ｆ−Ｉ特性マップは、横軸に出力周波数Ｆｏｕｔ、縦軸に出力電流Ｉｏｕｔを取ったものであり、バルブ全開時のＦ−Ｉ特性Ａと、バルブ締切時のＦ−Ｉ特性Ｂと、バルブ全開時のＦ−Ｉ特性に対して所定のパーセント値を掛けたＦ−Ｉ特性Ｃとが格納されている。
【００２７】
ここで、バルブ全開時のＦ−Ｉ特性Ａは、吐出圧力発振器６で検出した吐出圧力検出値Ｐが圧力設定値Ｐ*と一致するようにポンプ２の回転周波数を制御して、ポンプ２の吐出圧力が一定となるように制御する吐出圧力一定制御を行ったとき（理想の制御状態）の出力周波数Ｆｏｕｔと出力電流Ｉｏｕｔとの関係を表すＦ−Ｉ特性（理想特性）である。つまり、このＦ−Ｉ特性Ａ上の動作点（Ｆｏｕｔ，Ｉｏｕｔ）では、ポンプ吐出圧力が圧力設定値Ｐ*で一定となる。
【００２８】
ところで、ある運転周波数において所定の圧力を出力する場合に、ポンプモータの負荷を表す電流値は、流量が小さくなるほど小さくなり、流量がゼロの場合は圧力の維持や摩擦による仕事を負荷するエネルギーだけとなる。バルブ締切時のＦ−Ｉ特性Ｂは、この流量ゼロ時におけるＦ−Ｉ特性である。
【００２９】
Ｆ−Ｉ特性を得るためには、各周波数ポイントとそれに対応する電流値とを記憶設定する必要がある。本実施形態では、例えば、給水ポンプ装置の竣工時やメンテナンス作業の動作確認時に、バルブの全開時と締切時との両方でオートチューニングの自動で記憶設定する。オートチューニングの自動設定ができない現場では、竣工前に（現場給水ポンプと同等の）試験装置で予めオートチューニング設定を済ませ、現場へ持ち込む。試験装置が無い場合は、手動で各周波数ポイントと電流値の理論値を記憶設定する。
【００３０】
また、Ｆ−Ｉ特性Ｃは、無負荷時の保護動作用に記憶設定するものであり、バルブ締切時のＦ−Ｉ特性Ｂより出力電流Ｉｏｕｔが小さくなるように、バルブ全開時のＦ−Ｉ特性Ａに上記パーセント値を設定して作成するものとする。
また、バルブ全開時のＦ−Ｉ特性Ａは、出力電流検出部３１で検出した出力電流Ｉｏｕｔと、出力周波数検出部３２で検出した出力周波数Ｆｏｕｔとを逐次記録することで、逐次更新可能となっている。すなわち、バルブ全開時のＦ−Ｉ特性Ａは、例えば、図４に示すＦ−Ｉ特性Ａ１からＦ−Ｉ特性Ａ２のように変化する。
【００３１】
目標値出力部３５は、図３に示すＦ−Ｉ特性マップを参照し、出力周波数検出部３２で検出した出力周波数Ｆｏｕｔに対応する出力電流Ｉｏｕｔを算出し、これを電流目標値Ｉｏｕｔ*として出力する。
加算部３６は、目標値出力部３５で出力した電流目標値Ｉｏｕｔ*と、出力電流検出部３１で検出したインバータ４の出力電流Ｉｏｕｔとの偏差ΔＩを出力する。
【００３２】
制御切替部３７は、後述する誤差検出タイマ４１から出力される誤差検出信号が“０”であるときに実線で示す状態となり、誤差検出信号が“１”であるときに破線で示す状態となるスイッチである。すなわち、誤差検出信号が“０”であるときには、加算部３３から出力される偏差ΔＰがＰＩＤ制御部３８に入力され、誤差検出信号が“１”であるときには、加算部３６から出力される偏差ΔＩがＰＩＤ制御部３８に入力される。
【００３３】
ＰＩＤ制御部３８は、入力された偏差ΔＰまたはΔＩに基づいてＰＩＤ制御を行い、加減速器３９は、そのＰＩＤ出力に基づいてインバータ４の出力周波数を制御するための周波数指令を出力する。すなわち、偏差ΔＰに基づくＰＩＤ制御では、吐出圧力検出値Ｐが圧力設定値Ｐ*より大きいときは周波数を下降させ、反対に吐出圧力検出値Ｐが圧力設定値Ｐ*より小さいときは周波数を上昇させ、吐出圧力検出値Ｐと圧力設定値Ｐ*とが等しいときは周波数を固定させる。一方、偏差ΔＩに基づくＰＩＤ制御では、出力電流Ｉｏｕｔが電流目標値Ｉｏｕｔ*以上のときは周波数を上昇させ、反対に出力電流Ｉｏｕｔが電流目標値Ｉｏｕｔ*より小さいときは周波数を低下させる。
【００３４】
誤差検出部４０は、出力電流検出部３１で検出した出力電流Ｉｏｕｔと、出力周波数検出部３２で検出した出力周波数Ｆｏｕｔとに基づいて、図５に示す誤差検出マップを参照し、吐出圧力発振器６の出力信号の誤差を特定する。ここでは、図５の誤差検出マップをもとに、出力周波数Ｆｏｕｔと出力電流Ｉｏｕｔとで決定する動作点が、所定の許容動作点領域内に存在するか否かを判定する。そして、上記動作点が許容動作点領域外である誤差領域に存在する場合には、吐出圧力発振器６の出力信号に誤差が生じていると判断する。ここで、許容動作点領域は、上述したＦ−Ｉ特性Ａを中心として所定のマージンを設けた領域とする。
【００３５】
誤差検出タイマ４１は、誤差検出部４０による誤差特定結果に応じて誤差検出信号を出力する。具体的には、誤差検出部４０で吐出圧力発振器６の出力信号に誤差が生じていると判断している状態が一定時間以上継続しているとき、“１”となる誤差検出信号を出力し、それ以外の場合は“０”となる誤差検出信号を出力する。
【００３６】
外部信号出力部４２は、誤差検出タイマ４１から出力される誤差検出信号に応じて、統合管理システム等の外部機器５０との電気的接点の開閉制御を行う。ここで、電気的接点としては、トランジスタやリレー等を用いることができる。この外部信号出力部４１は、誤差検出信号が“１”であるとき、外部機器５０に対して吐出圧力発振器６の出力信号に誤差が生じていることを報知する外部信号出力を行う（異常検出信号を出力する）。
【００３７】
なお、ここでは、外部信号出力部４２が、誤差検出信号に応じて外部機器５０との電気的接点の開閉制御を行う場合について説明したが、誤差検出信号に応じて外部機器５０との通信手段の駆動制御を行うようにしてもよい。すなわち、誤差検出信号が“１”であるとき、通信手段を駆動して外部信号出力を行う。
【００３８】
少水量停止判定部４３は、流量スイッチ信号ＦＳと、出力電流検出部３１で検出した出力電流Ｉｏｕｔと、出力周波数検出部３２で検出した出力周波数Ｆｏｕｔとに基づいて、図３に示すＦ−Ｉ特性マップを参照して少水量停止の判定を行う。ここでは、流量スイッチ信号ＦＳ＝ＯＦＦで、且つ出力周波数Ｆｏｕｔと出力電流Ｉｏｕｔとで決定する動作点が図３に示す締切運転領域α内に存在する状態が、所定時間（所定の少水量判定時間）継続したとき、少水量を検出する。ここで、締切運転領域αは、バルブ締切時のＦ−Ｉ特性ＢとＦ−Ｉ特性Ｃとの間の領域である。
【００３９】
少水量停止処理部４４は、上記少水量停止判定部４３で少水量を検出したとき、インバータ４の駆動を停止し、ポンプ２の運転を停止する処理を行う。そして、次に流量スイッチ信号ＦＳがＯＮした（水量が流れた）場合、これを始動条件として、バルブ全開時のＦ−Ｉ特性Ａに従ってＰＩＤ制御で給水を開始する。
【００４０】
なお、ここでは流量スイッチ５及び圧力タンク７を設置した給水装置について説明しているが、コストダウン等により流量スイッチ５や圧力タンク７を設置していない給水装置の場合には、次のように動作する。すなわち、バルブ全開時のＦ−Ｉ特性Ａに従ってＰＩＤ制御で給水中に、出力周波数Ｆｏｕｔと出力電流Ｉｏｕｔとで決定する動作点が図３に示す締切運転領域α内に存在する状態が所定時間（所定の少水量判定時間）継続すると、少水量を検出する。このとき、予め設定された最低周波数でポンプ２の運転を継続する。次にバルブ全開時のＦ−Ｉ特性Ａに復帰した場合は、これを始動条件として、バルブ全開時のＦ−Ｉ特性Ａに従ってＰＩＤ制御にて給水を開始する。
【００４１】
空運転判定部４５は、出力電流検出部３１で検出した出力電流Ｉｏｕｔと、出力周波数検出部３２で検出した出力周波数Ｆｏｕｔとに基づいて、図３に示すＦ−Ｉ特性マップを参照して空運転の判定を行う。ここでは、出力周波数Ｆｏｕｔと出力電流Ｉｏｕｔとで決定する動作点が図３に示す渇水・空運転領域β内に存在するとき、空運転を検出する。ここで、渇水・空運転領域βは、Ｆ−Ｉ特性Ｃより出力電流Ｉｏｕｔが小さくなる領域に設定する。
【００４２】
空運転停止処理部４６は、上記空運転判定部４５で空運転を検出したとき、インバータ４の駆動を停止し、ポンプ２の運転を停止する処理を行う。そして、所定時間（所定のリトライ時間）間隔で再始動のリトライ動作を行い、バルブ全開時のＦ−Ｉ特性Ａに復帰するまで、リトライを実施する。
なお、上記リトライ動作は行わなくてもよく、更には当該リトライ動作の有無を選択可能に構成してもよい。
【００４３】
図２において、吐出圧力発振器６が吐出圧力検出手段に対応し、制御部１０がモータ制御手段に対応し、出力電流検出部３１が電流検出手段に対応し、特性マップ格納部３４が理想特性更新手段に対応し、誤差検出部４０及び誤差検出タイマ４１が異常検出手段に対応し、外部信号出力部４２が異常報知手段に対応している。
【００４４】
（動作）
次に、本実施形態の動作について説明する。
先ず、吐出圧力発振器６に異常が発生していない正常時の動作について説明する。正常時には、吐出圧力発振器６の出力信号に誤差が生じていないため、インバータ４の出力周波数Ｆｏｕｔと出力電流Ｉｏｕｔから決定する動作点は、図５に示す誤差検出マップの許容動作領域内（Ｆ−Ｉ特性Ａ上）に存在する。そのため、誤差検出部４０は、吐出圧力発振器６の出力信号に誤差が生じていないと判断し、誤差検出タイマ４１は、吐出圧力発振器６が正常であることを示す“０”となる誤差検出信号を、制御切替部３７及び外部信号出力部４２に出力する。
【００４５】
このとき、制御切替部３７は、スイッチを図２の実線に示す状態とし、加算部３３から出力される偏差ΔＰをＰＩＤ制御部３８へ入力するようにする。この状態では、吐出圧力発振器６で検出した吐出圧力検出値Ｐと予め設定された圧力設定値Ｐ*との偏差ΔＰに基づいてＰＩＤ制御を行う。このように、吐出圧力発振器６が正常である場合は、吐出圧力検出値Ｐをフィードバック値（帰還信号）としてＰＩＤ制御を行う。これにより、ポンプ２の吐出側の圧力が圧力設定値Ｐ*で一定となるように、ポンプ２の回転数、即ちインバータ４の出力周波数Ｆｏｕｔが制御される。
【００４６】
また、上記のように、吐出圧力検出値Ｐをフィードバック値としてＰＩＤ制御を行っている間、各周波数での負荷電流を逐次記録し、特性マップ格納部３４に格納した図３のＦ−Ｉ特性Ａを作成して常に最適な負荷電流に更新する。
【００４７】
この状態から、吐出圧力発振器６に異常が発生すると、吐出圧力発振器６の出力信号に誤差が生じる。吐出圧力発振器６の出力信号に誤差が生じている状態で、ポンプ２の吐出側の圧力が圧力設定値Ｐ*で一定となるような吐出圧力一定制御を行うと、インバータ４の出力周波数Ｆｏｕｔと出力電流Ｉｏｕｔとで決定する動作点が、図５のＦ−Ｉ特性Ａの線上から大きくずれる。このとき、上記動作点が図５に示す許容動作点領域外に存在するため、誤差検出部４０は、吐出圧力発振器６の出力信号に誤差が生じていると判断する。そして、この状態が一定時間継続すると、誤差検出タイマ４１は、吐出圧力発振器６に異常が発生していることを示す“１”となる誤差検出信号を、制御切替部３７及び外部信号出力部４２に出力する。
【００４８】
このとき、制御切替部３７は、スイッチを図２の破線に示す状態とし、加算部３６から出力される偏差ΔＩをＰＩＤ制御部３８へ入力するようにする。この状態では、出力電流検出部３１で検出した出力電流Ｉｏｕｔと目標値出力部３５から出力される電流目標値Ｉｏｕｔ*との偏差ΔＩに基づいてＰＩＤ制御を行う。ここで、電流目標値Ｉｏｕｔ*は、図３のＦ−Ｉ特性Ａをもとに算出した、出力周波数Ｆｏｕｔに対応した出力電流Ｉｏｕｔである。このように、吐出圧力発振器６に異常が発生している場合は、出力電流Ｉｏｕｔの検出値をフィードバック値（帰還信号）としてＰＩＤ制御を行う。これにより、出力周波数Ｆｏｕｔと出力電流Ｉｏｕｔとで決定される動作点がＦ−Ｉ特性Ａの線上に存在するように制御することができる。したがって、ポンプ吐出圧力を圧力設定値Ｐ*で一定とするような最適な給水ポンプ制御が可能となる。図３のＦ−Ｉ特性Ａは、上述したように常に最適な特性となるように逐次更新されているため、吐出圧力発振器６の異常発生時には、常に最適な給水ポンプ制御が可能となる。
【００４９】
また、誤差検出タイマ４１から“１”となる誤差検出信号が出力されると、外部信号出力部４２は、外部機器５０に対して外部信号出力を行う。これにより、吐出圧力発振器６に異常が生じていることを外部に適切に伝えることができ、迅速な修復作業が可能となる。
【００５０】
ところで、給水装置では、圧力検出器から出力されるポンプ吐出圧力のアナログ信号が規定範囲外のとき、当該圧力検出器の故障とみなしてポンプの運転を強制的に停止するのが一般的である。また、このとき、圧力検出器の修理が完了するまでの間、長時間断水してしまうのを回避するために、圧力検出器の故障を検出したときは応急的なポンプ運転に切り替えるものがある。しかしながら、上記応急的なポンプ運転では、ポンプを固定出力周波数で運転するため、最適な給水ポンプ制御はできない。
【００５１】
これに対して、本実施形態では、吐出圧力発振器６の異常を検知したとき、出力電流Ｉｏｕｔをフィードバック値としたＰＩＤ制御に切り替える。さらにこのとき、ポンプ２の吐出側の圧力が圧力設定値Ｐ*で一定となるような最適な給水ポンプ制御を行ったときのＦ−Ｉ特性Ａに基づいて電流目標値Ｉｏｕｔ*を算出し、出力電流Ｉｏｕｔと電流目標値Ｉｏｕｔ*との偏差ΔＩに基づいてＰＩＤ制御を行う。したがって、出力電流Ｉｏｕｔを電流目標値Ｉｏｕｔ*に一致するように制御することで、吐出圧力発振器６の出力信号の入力無しに最適な給水ポンプ制御を行うことができる。
【００５２】
また、上述したように、圧力検出器から出力されるポンプ吐出圧力のアナログ信号が規定範囲外のとき、当該圧力検出器が故障していると判断する一般的な給水装置にあっては、実際に圧力検出器が故障していても当該故障を検知できない場合がある。すなわち、圧力検出器が故障し出力信号に誤差が生じていても、上記規定範囲内である場合には故障が検知できない。したがって、この場合、少水量停止状態と誤判断して給水を停止してしまったり、反対に必要以上に給水を行って配管を損傷させてしまったり電気料金・水道料金に負担をかけてしまったりする不都合が生じる。
【００５３】
そこで、予備センサを設けることでセンサ入力を２つにして、正常なセンサのアナログ信号をもとにＰＩＤ制御を行うことが考えられている。しかしながら、この場合、センサを追加で設置する必要があるため、その分、設備の部品点数の増加や、ＰＩＤ制御を行うコントローラのアナログ入力端子数の増加等が必要となり、コストが嵩む。また、２つのセンサが同時に故障（異常または誤差発生）した場合は、センサ部品を交換するまで最適な給水ポンプ制御を行えない。
【００５４】
これに対して、本実施形態では、出力周波数Ｆｏｕｔと出力電流Ｉｏｕｔとで決定される動作点が、バルブ全開時のＦ−Ｉ特性Ａを中心として所定のマージンを設けた許容動作点領域外にあるとき、吐出圧力発振器６の出力信号に誤差が生じていると判断する。これにより、吐出圧力発振器６の出力信号の誤差を適切に検知することができる。
【００５５】
このように、吐出圧力発振器６の出力信号の誤差を適切に検知することができるので、吐出圧力発振器６の出力信号をフィードバック値としたＰＩＤ制御から出力電流検出部３１で検出した出力電流Ｉｏｕｔをフィードバック値としたＰＩＤ制御への切り替えを適切に行うことができる。その結果、吐出圧力発振器６の出力信号に誤差が発生しても最適な給水ポンプ制御を継続することができる。また、従来装置のように予備センサの追加を必要としないため、設備の低コスト化を図ることができ、給水ポンプ装置としての利用者の利便性向上を図ることができる。
【００５６】
（効果）
このように、本実施形態では、流量（∝出力周波数）に比例するインバータの出力電流をフィードバック値としてＰＩＤ制御（吐出圧力一定制御）を行うので、給水量を検出するセンサ（圧力センサや流量センサ等）を使用せずに、最適な給水ポンプ制御を行うことができる。したがって、上記センサが使用不可な状況下においても、センサ有りのときと同等の省エネルギー運転が可能となる。
【００５７】
また、このとき、竣工時やメンテナンス作業時に各周波数の負荷電流を記録してバルブ全開時のＦ−Ｉ特性を作成し、このＦ−Ｉ特性に沿ってインバータの出力電流をフィードバック値としたＰＩＤ制御を行う。これにより、フィードバックの出力電流をＦ−Ｉ特性に基づく目標値に一致させることができる。このように、センサを使用せずに最適な給水ポンプ制御が可能となる。
【００５８】
また、吐出圧力発振器の正常時には、吐出圧力発振器の出力信号をフィードバック値としてＰＩＤ制御を行い、吐出圧力発振器の異常発生時には、出力電流検出部で検出した出力電流をフィードバック値としてＰＩＤ制御を行う。したがって、吐出圧力発振器に異常が発生した場合でも、給水装置を停止させることなく、従来の応急的なポンプ制御とは異なる最適な給水ポンプ制御が可能となる。
【００５９】
さらに、上記バルブ全開時のＦ−Ｉ特性は、吐出圧力発振器の出力信号をフィードバック値としてＰＩＤ制御中に記録したインバータの出力周波数と出力電流とに基づいて、逐次更新可能とする。これにより、常に最適な負荷電流に更新することができ、常に最適な給水ポンプ制御が可能となる。
【００６０】
さらにまた、インバータの出力周波数と出力電流とから決まる動作点が、上記バルブ全開時のＦ−Ｉ特性からずれたときに吐出圧力発信器の出力信号に誤差が発生していると判断するので、当該異常を吐出圧力発振器の出力信号の全領域で検知することができる。
【００６１】
また、インバータの出力周波数と出力電流とから決まる動作点が、一定時間、上記バルブ全開時のＦ−Ｉ特性からずれたときに吐出圧力発信器の出力信号に誤差が発生していると判断するので、当該異常を吐出圧力発振器の出力信号の全領域で的確かつ確実に検知することができる。
【００６２】
さらに、上記バルブ全開時のＦ−Ｉ特性を中心として所定のマージンを設けた許容動作点領域を設定し、インバータの出力周波数と出力電流とから決まる動作点が許容動作点領域外に存在するとき、吐出圧力発信器の出力信号に誤差が発生していると判断するので、当該誤差検知にヒステリシス領域を設けることができ、不必要にＰＩＤ制御の切り替えが行われるのを抑制することができる。
また、吐出圧力発振器の異常を検出したとき、これを外部へ報知するので、迅速かつ確実に吐出圧力発振器の修復作業を行うことができる。
【００６３】
以上のとおり、給水量を知らせるセンサの入力無しに、当該センサ有りのときと同等の最適な給水ポンプ制御を行うことができる。したがって、センサの出力信号を用いてポンプ制御を行う給水装置において当該センサに異常が発生した場合や、センサが使用できない給水装置でポンプ制御を行う場合であっても、必要以上に給水を行ったり、断水させたりすることなく、最適な給水ポンプ制御が継続可能であるため、給水装置としての利便性を向上させることができる。
【００６４】
（変形例）
なお、上記実施形態においては、ポンプ２の吐出圧に応じた信号を出力する圧力検出手段として、ポンプ吐出圧力を検出する吐出圧力発振器６を適用する場合について説明したが、これに代えて流量を検出する流量センサを適用することもできる。
また、上記実施形態においては、本発明を受水槽が設置された給水装置に適用する場合ついて説明したが、受水槽が設置されておらず、ポンプ２Ａ，２Ｂの吸込側の配管を水道本管に直結した構成の給水装置にも本発明を適用することができる。
さらに、上記実施形態においては、給水ポンプ制御として吐出圧力一定制御を行う場合について説明したが、ポンプ２の吐出圧力の目標値を適切に変化させることにより末端の供給先における供給水圧を一定に制御する推定末端圧力一定制御にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１…給水装置、２Ａ，２Ｂ…ポンプ、３Ａ，３Ｂ…ポンプモータ、４…インバータ、５…流量スイッチ、６…吐出圧力発振器、７…圧力タンク、１０…制御部、１１…ＰＷＭ駆動部、２０…モータ切替部、２１Ａ，２１Ｂ…配管、２２…吐出管、３１…出力電流検出部、３２…出力周波数検出部、３３…加算部、３４…特性マップ格納部、３５…目標値出力部、３６…加算部、３７…制御切替部、３８…ＰＩＤ制御部、３９…加減速器、４０…誤差検出部、４１…誤差検出タイマ、４２…外部信号出力部、４３…少水量停止判定部、４４…少水量停止処理部、４５…空運転判定部、４６…空運転停止処理部、５０…外部機器
【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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