ポンプ運転支援システム
【課題】ポンプ特性あるいは配管特性を数式化し、省エネルギーについても精度の高い効果把握をできるポンプ運転支援システムを提供する。
【解決手段】ポンプ特性演算部３０１と配管抵抗特性演算部３０２とポンプ運転点演算部３０３とポンプ効率演算部３０４とモータ効率演算部３０５と力率演算部３０６と消費電力演算部３０７と消費電流演算部３０８と低効率判定部３０９と送水圧力判定部３１０を備え、前記各種演算部及び判定部の入力値及び演算結果を再利用するための記憶と、シミュレーションを可能にするためのディスプレイ上での可視化と、又、要因レベルの分析による実績水量データからの計画値の抽出と前記消費電力演算部３０８によるエネルギー演算と、ポンプ送水圧一定制御システムにおけるコントローラの送水圧力目標値の妥当性可否を行ない、適正なポンプ運転支援を行なう。
【解決手段】ポンプ特性演算部３０１と配管抵抗特性演算部３０２とポンプ運転点演算部３０３とポンプ効率演算部３０４とモータ効率演算部３０５と力率演算部３０６と消費電力演算部３０７と消費電流演算部３０８と低効率判定部３０９と送水圧力判定部３１０を備え、前記各種演算部及び判定部の入力値及び演算結果を再利用するための記憶と、シミュレーションを可能にするためのディスプレイ上での可視化と、又、要因レベルの分析による実績水量データからの計画値の抽出と前記消費電力演算部３０８によるエネルギー演算と、ポンプ送水圧一定制御システムにおけるコントローラの送水圧力目標値の妥当性可否を行ない、適正なポンプ運転支援を行なう。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は適正なポンプの運転を行なうとともに同時に省エネルギー効果を高めることができるようにポンプの運転を支援するポンプ運転支援システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、戻りヘッダーからの冷温水を冷凍機又は冷温水機又はボイラーを介して送りヘッダーに送る一次ポンプと、送りヘッダーから戻りヘッダーに冷温水を送る二次ポンプと、二次ポンプの回転数を制御するインバータと、ポンプ流量を測定する流量センサと、戻りヘッダーと送りヘッダーとの圧力差を測定する差圧センサとを具備し、インバータによりポンプの送水圧力を一定にするポンプ運転システムにおいて、送水圧力の制御目標値を演算するための摩擦水頭計算式の定数を、予め外気温・生産電力等の負荷に対応した季節・時間帯別のパターン化した値として選択し、送水圧力の制御目標値を負荷に対応した値にすることで、ポンプ動力の軽減を図り、省エネルギー効果を得るポンプ運転システムは知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、空調システムにおいてポンプを定流量方式から変流量方式に運転を変更した場合の省エネルギー効果を端的に把握できるように、ポンプの省エネルギー効果を簡便に算出する方法も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−１０６７３１号公報
【特許文献２】特開２００５−２４１１６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に開示されたポンプ支援システムでは、ポンプ送水圧力の制御目標値を、抵抗特性を表す摩擦水頭計算式で演算する際の固定抵抗Ｋ０と管路定数Ｋ１、Ｋ２と次元定数ｎを、外気温や季節あるいは稼働率等の負荷によりパターン化された値として選択して、送水圧力目標値を下げることで省エネ化を図るようにしているが、その場合次のような問題がある。すなわち、摩擦水頭計算式で演算される摩擦水頭はあくまでも系統全体の合成抵抗であり、各設備の時間軸に対する負荷特性としては、空調負荷等の季節あるいは時間に依存する設備、生産系統の生産稼動率に依存する設備、季節、時間に関係なく複数の設備に連動して複合的に負荷が変動する設備、あるいは年間を通して同等の負荷をもつ設備などがあり、全ての設備毎の負荷特性を数値化する必要がある。さらに精度を高めるに各設備の構成機器の制御ループでの応答特性を数値化し、同時に制御プロセスの状態監視を常時行なう必要がある。
【０００５】
このように全ての設備毎の時間軸に対する負荷特性を精緻に数値化し系統全体の負荷特性に展開し、さらに設備を構成する機器の制御ループまでの応答特性を精緻に数値化し、同時に制御プロセスの状態監視を常時行なった場合には、適正な運転が可能となるが、実際には高度な数値解析技術と膨大な解析作業が必要とされ、又大規模な制御ループの監視システムが別途必要となる。そのため、保守要員の教育コスト及びシステム費用の増大、体制整備の強化が余儀なくされる。但し、一般事務所ビル等でなお且つシステム性能の要求水準が低い場合は、例えば経験値やデータからの相関値を負荷によりパターン化された値として採用することも可能だが、あくまでも予測値であり設備によっては過流量あるいは流量不足に陥り適正な運転ができなくなる場合が発生することになる。
【０００６】
また、特許文献２に開示されたポンプ運転支援システムには次のような問題がある。省エネルギー計画を算出する場合のポンプ需要水量の根拠となる負荷条件については建物の熱負荷データに基づき計算するようにしているが、熱負荷データは空気調和衛生工学会等の簡易に設定された指標であって、精度も低く省エネルギー効果の規準となる計画値そのものの誤差が大きく、営業現場等のあくまでも簡易な省エネルギー計画値として適用されるべきものである。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、ポンプ特性あるいは配管特性を数式化して精度の高い適正なポンプ運転を維持でき、また省エネルギーについても精度の高い効果把握ができるポンプ運転支援システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のポンプ運転支援システムは、入力手段と演算手段と表示手段を備え、前記演算手段はポンプ特性演算手段と配管抵抗特性演算手段とポンプ運転点演算手段からなり、前記ポンプ特性演算手段は、前記入力手段から異なる２点のポンプ揚程及びポンプ流量を入力し、ポンプ締切揚程及びポンプ最大流量を演算するポンプ特性演算部１と、前記入力手段からポンプ運転流量とポンプ運転電源周波数及び定格電源周波数を入力し、前記ポンプ特性演算部１の演算結果を利用してポンプ揚程を演算するポンプ特性演算部２を有し、前記配管抵抗特性演算手段は、前記入力手段からポンプ流量と配管実揚程、あるいはポンプ揚程と配管実揚程、あるいは配管流量と配管全抵抗と配管実揚程を入力し、無次元化抵抗係数を演算する配管抵抗特性演算部１と、前記入力手段からポンプ運転流量を入力し、前記配管抵抗特性演算部１の演算結果を利用して配管抵抗を演算する配管抵抗特性演算部２を有し、前記ポンプ運転点演算手段は、前記ポンプ特性演算部１で決定されたポンプ締切揚程及びポンプ最大流量と、前記配管抵抗特性演算部１で決定された無次元化抵抗係数と、前記入力手段から入力された配管実揚程とから、ポンプ運転点の流量及び揚程を演算し、前記表示手段は、前記演算手段での演算結果を表示するものである。
【０００９】
これにより、ポンプ特性式及び配管抵抗特性式を数式化し、ポンプ運転点を求めることで、精度の高い適正なポンプ運転を維持することができ、実際の現場に導入できる運転支援機能を得ることができる。
【００１０】
また、前記演算手段が、前記入力手段からポンプ最大効率点のポンプ最大効率及びポンプ流量、該ポンプ流量未満での近似べき数１、該ポンプ流量以上での近似べき数２を入力し、変数としてポンプ運転流量を入力すると、前記ポンプ特性演算部１で決定されたポンプ最大流量を利用してポンプ効率を演算するポンプ効率演算手段を備えると、ポンプ効率特性式を求め、精度の高い適正なポンプ運転を維持することができる。
【００１１】
また、前記演算手段が、前記入力手段からポンプ締切時のモータ効率とポンプ最大効率点のモータ効率及びポンプ流量と該ポンプ流量未満での近似べき数１と該ポンプ流量以上での近似べき数２を入力し、変数としてポンプ運転流量を入力すると、前記ポンプ特性演算部１で決定されたポンプ最大流量を利用してモータ効率を演算するモータ効率演算手段を備えると、モータ効率特性式を求め、精度の高い適正なポンプ運転を維持することができる。
【００１２】
また、前記演算手段が、前記入力手段からポンプ締切時の力率とポンプ最大効率点の力率及びポンプ流量と該ポンプ流量未満での近似べき数１と該ポンプ流量以上での近似べき数２を入力し、変数としてポンプ運転流量を入力すると、前記ポンプ特性演算部１で決定されたポンプ最大流量を利用して力率を演算する力率演算手段を備えると、力率特性式を求め、精度の高い適正なポンプ運転を維持することができる。
【００１３】
また、前記演算手段が、前記入力手段からインバータロスと変数としてポンプ運転流量を入力すると、前記ポンプ特性演算部１で決定されたポンプ最大流量と、前記ポンプ効率演算部で演算されるポンプ効率と、前記モータ効率演算部で演算されるモータ効率を利用して消費電力を演算する消費電力演算手段を備えていると、ポンプ消費電力特性式を求め、精度の高い適正なポンプ運転を維持することができる。
【００１４】
また、前記演算手段が、前記入力手段から変数としてポンプ運転流量を入力すると、前記力率演算部で演算される力率と、前記消費電力演算部で演算される消費電力を利用して消費電流を演算する消費電流演算手段を備えていると、ポンプ消費電流特性式を求め、精度の高い適正なポンプ運転を維持することができる。
【００１５】
また、前記演算手段が、前記入力手段から最小の適正流量、最大の適正流量を入力し、変数として運転流量を入力すると、前記ポンプ特性演算部１で決定されるポンプ最大流量を利用して前記最小の適正流量以下の場合あるいは前記最大の適正流量の場合に低効率と判定する低効率判定手段を備えていると、低効率領域判定か否かをチェックし、精度の高い適正なポンプ運転を維持することができる。
【００１６】
また、入力値及び演算結果の値に属性情報を付加して記憶するとともに、前記属性情報を検索キーにして参照するようにした記憶手段を備えていると、ポンプの各種特性式及び配管抵抗特性式及び低効率領域判定値をデータベース化して簡単に再利用できるため、精度の高い適正なポンプ運転を維持することができる。
【００１７】
また、前記表示手段が、前記演算結果を、ディスプレイに特性図としてリアルタイムに可視化し、前記可視化された線図上で同時に数値を表示すると、ポンプ各種特性式及び配管抵抗特性式及び低効率領域がデイスプレイ上でリアルタイムに確認しつつ現場調整できるため、精度の高い適正なポンプ運転を維持することができる。
【００１８】
また、電力契約マスタ及び二酸化炭素換算係数マスタを記憶する記憶手段を有するとともに、前記演算手段が、月別時間帯別実績水量データより要因別に仕分けされた月別時間帯別水量計画データと月別時間帯別水量実績データを入力すると、該月別時間帯別水量計画データ及び該前記月別時間帯別水量実績データに対応する消費電力を前記消費電力演算部で演算し、該消費電力を消費電力量として前記電力契約マスタより電力料金を演算し、又前記消費電力量と前記二酸化炭素換算係数マスタより二酸化炭素排出量を演算し、前記月別時間帯別水量計画データと前記月別時間帯別水量実績データに対応する前記消費電力量及び前記消費電力料金及び前記二酸化炭素排出量を比較できるようにしたエネルギー演算手段を備えていると、要因別にレベルを設定された実績水量データより精度の高い計画データを抽出するとともに、前述のポンプ特性式及び配管抵抗特性より確実なエネルギー演算を可能とし、ポンプの省エネルギーについても精度の高い効果把握をすることができる。
【００１９】
また、コントローラによりインバータ周波数を可変させてポンプの送水圧力が一定になるようポンプ回転数を制御するポンプ運転システムにおいて、前記ポンプ特性演算手段で決定されるポンプ特性式の定数となるポンプ締切揚程及びポンプ最大流量と前記配管特性演算手段で決定される配管抵抗特性式の定数となる配管実揚程及び無次元化抵抗係数と前記コントローラのポンプ送水圧力設定値とインバータ下限周波数とインバータ上限周波数を入力し、変数となるポンプ運転流量あるいは運転電源周波数及び定格電源周波数を入力すると、前記ポンプ特性式及び前記配管抵抗特性式により前記コントローラのポンプ送水圧力設定値の適正判定を行ない又適正値を設定する送水圧力判定部を備え、第１のケースとして前記送水圧力設定値が前記インバータ下限周波数でのポンプ運転点の揚程以下に設定されている場合にインバータ下限周波数をさらにポンプ運転点の揚程以下まで低くするかあるいはポンプが不安定領域に入るため下限周波数を低くできない場合は前記ポンプ特性演算手段で演算された揚程を適正値として設定し、また第２のケースとして前記圧力設定値がインバータ上限周波数でのポンプ運転点の揚程以上に設定されている場合に送水圧力設定値を低くして前記ポンプ特性演算手段で演算された揚程を適正値として設定するようにするあるいは系全体として流量不足に陥るため送水圧力設定値を低くできない場合はインバータ上限周波数を高くするが定格周波数を超える場合は系統の見直しをし、また第３のケースとして前記送水圧力設定値が定格周波数での抵抗特性上のポンプ運転点未満に設定されているため制御範囲を超えている場合に設計上前記送水圧力設定に余裕がある場合は前記送水圧力設定値を高くして前記配管抵抗特性演算手段で演算された配管抵抗の値を適正値として設定し適性化を図るか設計上余裕のない場合は負荷に対して供給する流量が不足するため系統の見直しをすると、ポンプの送水圧力一定制御を行なうシステムにおいて、コントローラの送水圧力目標値を条件として与えるだけで、省エネと適正運転の両面から目標値の妥当性を判定するとともに適正値を求めることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によるポンプ運転支援システムによれば、数式化された各種のポンプ特性及び配管抵抗特性の演算により省エネルギー化と最適運転方法を提供し、さらに需要水量の計画と実績からエネルギー分析システムを提供することで、次のように
（ア）異なる２点のポンプの運転点として流量及び揚程を入力するとポンプの流量に対する揚程特性及びポンプ効率特性及びモータ効率特性及び力率特性及び電力特性及び電流特性を数式化するとともに、ポンプ流量及び配管実揚程あるいはポンプ揚程及び配管実揚程あるいは配管流量及び配管全抵抗及び配管実揚程の３つの方法により入力すると配管抵抗特性を数式化するようにしており、ポンプの各種抵抗特性と配管抵抗特性の数式のモデル化を実現し、ポンプ運転点を決定する場合、従来、メーカー提供の特性図と照合しつつ煩雑で複合的な計算を行なっていた作業を大幅に簡略化できる。又、低効率領域として適正流量範囲を設定することによりポンプの適正化を図ることができ、
（イ）ポンプの各種特性及び配管抵抗特性を数式としてモデル化する演算部の入力及び演算部結果の数値を属性情報とともに記憶するようにし該属性情報を検索キーとして再利用することが可能になるため、試運転調整あるいは稼動後の運転分析の作業において大幅な工数を削減でき、
（ウ）モデル化されたポンプ消費電力特性式を活用し、月別時間帯別の需要水量計画データ及び水量実績データより消費電力量及び二酸化炭素排出量と同時に電力契約マスタより電力料金を演算し、月別時間帯別のエネルギー計画に対する消費エネルギーとコスト及び環境性の実績管理を行なうことができる。特に、従来電力量を監視するためには全てのポンプに個別に電力測定器を設置し測定データを収集する大掛かりな監視システムが必要だったが、そのような別途の監視システムも必要なくなり低コストでエネルギー監視を行なうことができ、
（エ）コントローラによりインバータ周波数を可変させてポンプの送水圧力が一定になるようポンプ回転数を制御するシステムにおいては、モデル化された各種ポンプ特性式及び配管特性式を活用して、送水圧力の設定値とポンプ運転点との比較により省エネ化と適正化の観点でポンプ運転の適正化を図ることができるようにし、運転作業者がポンプに関する理論的知識が不充分でも確実な運転方法を提供できる
という効果を発揮するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態について図１〜図４を参照して説明する。図１において、コンピュータ３には、キーボード１、外部センサあるいは外部指示調節器より信号を取り込む信号入力装置２、ハードディスクドライブ等の記憶装置４、ディスプレイ５が接続されている。コンピュータ３で動作する演算プログラム上では、キーボード１から数値を入力するか、流量センサ、圧力センサ等のセンサ信号あるいは指示調節器の出力信号等の信号を信号入力装置２で信号変換した数値として入力して演算を行なうようにしている。又、前記入力値と前記演算結果の値はディスプレイ５で表示するとともに記憶装置４で記憶するようにしている。図２は、コンピュータ３で動作する演算プログラムの構造を論理ブロック図として示している。
【００２２】
ポンプ特性演算部３０１は、運転中の２点の異なるポンプ揚程（Ｐ1 、Ｐ2 ）及びポンプ流量（Ｑ1 、Ｑ2 ）を入力した後、変数としてポンプ運転流量Ｑ及びポンプ運転電源周波数Ｆ及び定格電源周波数Ｆ0 を入力するようにし、以下のようにして演算している。
【００２３】
定格電源周波数Ｆ0 に対する運転電源周波数Ｆの比をｆとし、前記運転電源周波数Ｆで運転中の２点の異なるポンプ揚程（Ｐ1f、Ｐ2f）及びポンプ流量（Ｑ1f、Ｑ2f）を定格電源周波数Ｆ0 に換算すると、
Ｑ1 ＝Ｑ1f／ｆ、Ｐ1 ＝Ｐ1f／ｆ2 、
Ｑ2 ＝Ｑ2f／ｆ、Ｐ2 ＝Ｐ2f／ｆ2 式（１）
ポンプ最大流量Ｑ0 に対する運転流量Ｑの比ｑ及びポンプ締切揚程Ｐ0 に対する運転揚程Ｐの比ｐは、
ｑ＝Ｑ／Ｑ0 、ｐ＝Ｐ／Ｐ0 式（２）
ポンプ特性式を２次元モデル化すると運転流量比ｑ、運転揚程比ｐ、運転揚程Ｐ、締切揚程Ｐ0 の関係は、
ｐ＝１−ｑ2 、Ｐ＝Ｐ0 （１−ｑ2 ） 式（３）
式（３）よりポンプの最大流量Ｑ0 及び締切揚程Ｐ0 は次の式（４）、式（５）のようにして演算され、
【００２４】
【数１】
Ｐ0 ＝｜Ｐ1 ×Ｑ22−Ｐ2 ×Ｑ12｜／｜Ｑ22−Ｑ12｜ 式（５）
式（４）、式（５）に示すように、一度、異なる２つの運転点の流量、揚程を入力すると、最大流量Ｑ0 、締切揚程Ｐ0 、すなわち式（２）、式（３）で示すポンプ特性式の定数が決定される。ここで、定格電源周波数Ｆ0 に対する運転電源周波数Ｆの比をｆとすると、前記運転電源周波数比ｆに対応する式（３）の特性式は、
ｐ＝ｆ2 −ｑ2 、Ｐ＝Ｐ0 （ｆ2 −ｑ2 ） 式（６）
以降、式（２）、式（４）、式（５）、式（６）により変数として運転流量Ｑ及び運転電源周波数Ｆを入力すると揚程Ｐが演算される。なお、前述のポンプ揚程（Ｐ1 、Ｐ2 ）及びポンプ流量（Ｑ1 、Ｑ2 ）は、現場で測定した運転値あるいはセンサより取り込んだ値以外に、メーカー提供の特性値でもよい。
【００２５】
以上、ポンプ運転点を条件として２次元モデルによるポンプ特性を数式化し、ポンプの運転において正確なポンプ特性値を求めることができる。
【００２６】
配管抵抗特性演算部３０２は、コンピュータ３に入力し、第１の方法としてポンプ流量Ｑ3 と配管実揚程Ｈ0 を入力、第２の方法としてポンプ揚程Ｐ1 と配管実揚程Ｈ0 を入力、第３の方法として配管流量Ｑ4 と配管全抵抗Ｈ3 と配管実揚程Ｈ0 を入力するかの３の方法により配管抵抗特性式の定数となる無次元化抵抗係数を演算し、変数としてポンプ運転流量Ｑを入力するようにし、以下のようにして演算している。
【００２７】
配管抵抗特性を２次元化すると、ポンプ締切揚程Ｐ0 に対する配管抵抗比ｈ及び配管実揚程比ｈ0 、配管流量のポンプ最大流量Ｑ0 に対する比ｑの関係は、
ｈ＝ｈ0 ＋γ×ｑ 2 式（７）
なお、式（７）において、配管抵抗Ｈはポンプ締切揚程Ｐ0 、配管抵抗比ｈより、
Ｈ＝Ｐ0 ×ｈ 式（８）
ここで、式（７）のγは無次元抵抗係数で、次の３つの方法により決定される。
【００２８】
第１の方法は、ポンプ流量Ｑ3 と配管実揚程Ｈ0 より、
ポンプ最大流量Ｑ0 に対するポンプ流量比ｑ3 は、
ｑ3 ＝Ｑ3 ／Ｑ0 式（９）
ポンプ流量比ｑ3 に対するポンプ揚程比ｐ3 は、
ｐ3 ＝１−ｑ32 式（１０）
ポンプ締切揚程Ｐ0 に対する配管実揚程ｈ0 は、
ｈ0 ＝Ｈ0 ／Ｐ0 式（１１）
無次元抵抗係数γは、式（７）、式（９）、式（１０）、式（１１）より、
γ＝（１−ｑ32−ｈ0 ）／ｑ32 式（１２）
のように決定される。
【００２９】
第２の方法は、ポンプ揚程Ｐ1 と配管実揚程Ｈ0 より、
ポンプ揚程Ｐ0 に対するポンプ揚程比ｐ3 は、
ｐ3 ＝Ｐ3 ／Ｐ0 式（１３）
ポンプ揚程比ｐ3 に対するポンプ流量比ｑ3 は、
【００３０】
【数２】
ポンプ締切揚程Ｐ0 に対する配管実揚程ｈ0 は、
ｈ0 ＝Ｈ0 ／Ｐ0 式（１５）
無次元抵抗係数γは、式（７）、式（１３）、式（１４）、式（１５）より、
γ＝（ｐ3 −ｈ0 ）／（１−ｐ3 ） 式（１６）
のように決定される。
【００３１】
第３の方法は、配管流量Ｑ4 、配管全抵抗Ｈ3 、配管実揚程Ｈ0 より、
ポンプ揚程Ｐ0 に対する配管流量比ｑ4 は、
ｑ4 ＝Ｑ4 ／Ｐ0 式（１７）
ポンプ締切揚程Ｐ0 に対する配管全抵抗ｈ3 は、
ｈ3 ＝Ｈ3 ／Ｐ0 式（１８）
ポンプ締切揚程Ｐ0 に対する配管実揚程ｈ0 は、
ｈ0 ＝Ｈ0 ／Ｐ0 式（１９）
無次元抵抗係数γは、式（７）、式（１７）、式（１８）、式（１９）より、
γ＝（ｈ3 −ｈ0 ）／ｑ42 式（２０）
のように決定される。
【００３２】
このように、式（７）で示す配管抵抗特性式は、前述の３つの方法により決定される式（１２）、式（１６）、式（２０）の無次元抵抗係数γにより一義的に定数化され、以降、ポンプ運転流量を入力すると式（７）、式（８）により配管抵抗Ｈを演算する。なお、第１の方法とした場合のポンプ流量Ｑ3 と配管実揚程Ｈ0 、あるいは第２の方法とした場合のポンプ揚程Ｐ1 と配管実揚程Ｈ0 、あるいは第３の方法とした場合の配管流量Ｑ4 、配管全抵抗Ｈ3 、配管実揚程Ｈ0 は、現場で測定した運転値あるいは外部信号より取り込んだ値以外に、配管設計上の設計値でもよい。
【００３３】
以上、ポンプ運転点及び配管側揚程あるいは全抵抗を条件として２次元モデルによる配管抵抗特性を数式化し、ポンプの運転において正確な配管抵抗値を求めることができる。
【００３４】
ポンプ運転点演算部３０３は、変数としてポンプ運転電源周波数Ｆ及び定格電源周波数Ｆ0 を入力するようにし、前記ポンプ特性演算部３０１及び前記配管特性演算部３０２に演算された結果の値に基づき以下のようにして演算している。
【００３５】
定格電源周波数Ｆ0 に対する運転電源周波数Ｆの比をｆとすると、ポンプ運転流量比ｑ3 、ポンプ運転揚程比ｐ3 の関係は、
ｐ3 ＝ｆ2 −ｑ32 式（２１）
同様に、ポンプの運転点でのポンプ締切揚程に対する配管抵抗比ｈ3 、ポンプ最大流量に対する配管流量比ｑ3 の関係は式（７）より、
ｈ3 ＝ｈ0 ＋γ×ｑ32 式（２２）
ポンプの運転点ではｐ3 とｈ3 は同じ値になるので、式（２１）、式（２２）より、ポンプ運点流量Ｑ3 の最大流量に対する流量比ｑ3、ポンプ運点揚程Ｐ3 の締切揚程に対する比ｐ3 は、
【００３６】
【数３】
ｐ3 ＝（ｈ0 ＋ｆ2 ×γ）／（１＋γ） 式（２４）
式（２３）、式（２４）より、実際のポンプ運転点は、
【００３７】
【数４】
Ｐ3 ＝Ｐ0 ×（ｈ0 ＋ｆ2 ×γ）／（１＋γ） 式（２６）
式（２５）、式（２６）において、ポンプ締切揚程Ｐ0 及びポンプ最大流量Ｑ0 は前記ポンプ特性演算部３０１により、 また配管実揚程比ｈ0 及び無次元抵抗係数γは前記配管抵抗特性演算部３０２により設定されており、このようにしてポンプ運転点は一義的に決定される。
【００３８】
以上、ポンプ運転点及び配管側揚程あるいは全抵抗を条件として与えると、ポンプの運転において正確なポンプ運転点を求めることができる。
【００３９】
ポンプ効率演算部３０４は、ポンプ最大効率点のポンプ効率ΞPB及びポンプ流量ＱB 、ポンプ流量ＱB 未満での近似べき数ｎS 、ポンプ流量ＱB 以上での近似べき数ｎL を入力した後、前記ポンプ特性演算部３０１の演算されたポンプ最大流量Ｑ0 に基づき変数としてポンプ運転流量Ｑを入力するようにし、以下のようにして演算している。
【００４０】
前記ポンプ特性演算部３０１で決定されたポンプ特性式の定数となる式（５）のポンプ最大流量Ｑ0 に対するポンプ最大効率点の流量ＱB の比ｑB は、
ｑB ＝ＱB ／Ｑ0 式（２７）
同様に、ポンプ最大流量Ｑ0 に対するポンプ運転点の流量Ｑの比ｑは、
ｑ＝Ｑ／Ｑ0 式（２８）
ポンプ最大効率ΞPBに対するポンプ運転点でのポンプ効率ΞP の比ξP は、
ξP ＝ΞP ／ΞPB 式（２９）
ポンプ最大効率点の流量ＱB 未満とする小流量域の近似べき数ｎS 、ポンプ最大効率点の流量ＱB 以上とする大流量域の近似べき数ｎL を定数として入力すると、運転流量比ｑでのポンプ最大効率点に対するポンプ効率比ξP は、
ｑ＜ｑB の場合、ξP ＝１−｜（ｑB −ｑ）／ｑB ｜nS 式（３０）
ｑ≧ｑB の場合、ξP ＝１−｜（ｑB −ｑ）／ｑB ｜nL 式（３１）
式（２９）、式（３０）、式（３１）よりポンプ効率ΞP は、
ｑ＜ｑB の場合、ΞP ＝ΞPB×（１−｜（ｑB −ｑ）／ｑB ｜nS） 式（３２）
ｑ≧ｑB の場合、ΞP ＝ΞPB×（１−｜（ｑB −ｑ）／ｑB ｜nL） 式（３３）
式（３２）、式（３３）に示すように、ポンプ運転流量に対するポンプ効率特性が一義的に決定される。
【００４１】
以上、ポンプの運転点を条件として高次元モデルによるポンプ効率特性を数式化し、ポンプの運転において正確なポンプ効率を求めることができる。
【００４２】
モータ効率演算部３０５は、締切時のモータ効率ΞMC、ポンプ最大効率点のモータ効率ΞMB及びポンプ流量ＱB 、ポンプ流量ＱB 未満での近似べき数ｍS 、ポンプ流量ＱB 以上での近似べき数ｍL を入力した後、前記ポンプ特性演算部３０１の演算されたポンプ最大流量Ｑ0 に基づき変数としてポンプ運転流量Ｑを入力するようにし、以下のようにして演算している。
【００４３】
前記ポンプ特性演算部で決定されたポンプ特性式の定数となる式（５）のポンプ最大流量Ｑ0 に対するポンプ最大効率点の流量ＱB の比ｑB は、
ｑB ＝ＱB ／Ｑ0 式（３４）
同様に、ポンプ最大流量Ｑ0 に対するポンプ運転点の流量Ｑの比ｑは、
ｑ＝Ｑ／Ｑ0 式（３５）
ポンプ最大効率ΞMBに対する締切時のモータ効率ΞMCの比ξMCは、
ξMC＝ΞMC／ΞMB 式（３６）
ポンプ最大効率ΞPBに対するポンプ運転点でのモータ効率ΞM の比ξM は、
ξM ＝ΞM ／ΞMB 式（３７）
ポンプ最大効率点の流量ＱB 未満とする小流量域の近似べき数ｍS 、ポンプ最大効率点の流量ＱB 以上とする大流量域の近似べき数ｍL を定数として入力すると、運転流量比ｑでのポンプ最大効率点に対するモータ効率比ξM は、
ｑ＜ｑB の場合、
ξM ＝１−（１−ξMC）×｜（ｑB −ｑ）／ｑB ｜mS 式（３８）
ｑ≧ｑB の場合、
ξM ＝１−（１−ξMC）×｜（ｑB −ｑ）／ｑB ｜mL 式（３９）
式（３７）、式（３８）、式（３９）よりモータ効率ΞM は、
ｑ＜ｑB の場合、
ΞM ＝ΞMB×（１−ξMC）×（１−｜（ｑB −ｑ）／ｑB ｜mS） 式（４０）
ｑ≧ｑB の場合、
ΞM ＝ΞMB×（１−ξMC）×（１−｜（ｑB −ｑ）／ｑB ｜mL） 式（４１）
式（４０）、式（４１）に示すように、ポンプ運転流量に対するモータ効率特性が一義的に決定される。
【００４４】
以上、ポンプの運転点を条件として高次元モデルによるモータ効率特性を数式化し、ポンプの運転において正確なモータ効率を求めることができる。
【００４５】
力率演算部３０６は、締切時の力率ΦkC、ポンプ最大効率点の力率ΦkB及びポンプ流量ＱB 、ポンプ流量ＱB 未満での近似べき数ｋS 、ポンプ流量ＱB 以上での近似べき数ｋL を入力した後、前記ポンプ特性演算部３０１の演算されたポンプ最大流量Ｑ0 に基づき変数としてポンプ運転流量Ｑを入力するようにし、以下のようにして演算している。
【００４６】
前記ポンプ特性演算部で決定されたポンプ特性式の定数となる式（５）のポンプ最大流量Ｑ0 に対するポンプ最大効率点の流量ＱB の比ｑB は、
ｑB ＝ＱB ／Ｑ0 式（４２）
同様に、ポンプ最大流量Ｑ0 に対するポンプ運転点の流量Ｑの比ｑは、
ｑ＝Ｑ／Ｑ0 式（４３）
ポンプ最大効率ΦkBに対する締切時の力率ΦkCの比ξkCは、
φkC＝ΦkC／ΦkB 式（４４）
ポンプ最大効率ΦPBに対するポンプ運転点での力率Φk の比φk は、
φk ＝Φk ／ΦkB 式（４５）
ポンプ最大効率点の流量ＱB 未満とする小流量域の近似べき数ｋS 、ポンプ最大効率点の流量ＱB 以上とする大流量域の近似べき数ｋL を定数として入力すると、運転流量比ｑでのポンプ最大効率点に対する力率比φk は、
ｑ＜ｑB の場合、
φk ＝１−（１−φkC）×｜（ｑB −ｑ）／ｑB ｜kS 式（４６）
ｑ≧ｑB の場合、
φk ＝１−（１−φkC）×｜（ｑB −ｑ）／ｑB ｜kL 式（４７）
式（４５）、式（４６）、式（４７）より力率Φk は、
ｑ＜ｑB の場合、
Φk ＝ΦkB×（１−φkC）×（１−｜（ｑB −ｑ）／ｑB ｜kS） 式（４８）
ｑ≧ｑB の場合、
Φk ＝ΦkB×（１−φkC）×（１−｜（ｑB −ｑ）／ｑB ｜kL） 式（４９）
式（４８）、式（４９）に示すように、ポンプ運転流量に対する力率特性が一義的に決定される。
【００４７】
以上、ポンプの運転点を条件として高次元モデルによる力率特性を数式化し、ポンプの運転において正確な力率を求めることができる。
【００４８】
消費電力演算部３０７は、インバータロスＬI を入力し、前記ポンプ効率演算部３０１で演算された特性式、前記ポンプ効率演算部３０４の演算されたポンプ効率ΞP 、前記モータ効率演算部３０５の演算されたモータ効率ΞK 、前記ポンプ特性演算部３０１で演算されたポンプ特性式に基づき、変数としてポンプ運転流量Ｑを入力するようにし、以下のようにして演算している。
【００４９】
前記ポンプ特性演算部３０１の式（２）、式（３）よりポンプ運転流量Ｑのポンプ運転流量Ｑ0 に対する比ｑからポンプ揚程Ｐは、
Ｐ＝Ｐ0 （１−ｑ2 ） 式（５０）
ポンプ運転流量Ｑ及び式（５０）で決定されたポンプ揚程Ｐと、前記ポンプ効率演算部３０４の式（３２）、式（３３）で設定されたポンプ効率ΞP 、前記モータ効率演算部３０５の式（４０）、式（４１）で設定されたモータ効率ΞK より消費電力Ｗは、
Ｗ＝Ｐ×Ｑ／６．１２／ΞP ／ΞK ×（１＋ＬI ） 式（５１）
式（５１）に示すように、ポンプ運転流量に対する消費電力が一義的に決定される。
【００５０】
以上、ポンプの運転点を条件としてポンプ消費電力特性を数式化し、ポンプの運転において正確なポンプ消費電力を求めることができる。
【００５１】
消費電流演算部３０８は、消費電力演算部３０７で演算された消費電力Ｗ、前記力率演算部３０６で演算された力率Φ、前記ポンプ特性演算部３０１で演算されたポンプ特性式に基づき以下のようにして演算している。
【００５２】
Ｉ＝Ｗ／Φ 式（５２）
式（５２）に示すように、消費電力演算部３０７にてポンプ運転流量に対する消費電力が決定されると消費電流が一義的に決定される。
【００５３】
以上、ポンプの運転点を条件としてポンプ消費電流特性を数式化し、正確なポンプ消費電流を求めることができる。
【００５４】
低効率判定部３０９は、適性範囲を超えたと判断する最大流量に対する小流量域での流量比ｑaPS 及び大流量域での流量比ｑaPL を入力した後、前記ポンプ特性演算部３０１の演算されたポンプ最大流量Ｑ0 に基づき変数としてポンプ運転流量Ｑを入力するようにし、以下のようにして演算している。
【００５５】
ポンプ最大流量Ｑ0 に対するポンプ運転点の流量Ｑの比をｑとすると、
ｑ＝Ｑ／Ｑ0 式（５３）
ｑ≦ｑaPS の場合、低効率状態 式（５４）
ｑaPS ＜ｑ＜ｑaPL の場合、適性運転状態 式（５５）
ｑ≧ｑaPL の場合、低効率状態 式（５６）
前記式（５４）、式（５５）、式（５６）に示すように、低効率警報点ｑaPS ｑaPL を入力すると、ポンプ運転流量に対して適正範囲を越えた場合に低効率状態として警報を出すようにし、サージングやキャビテーション等の異常を防止するようにしている。
【００５６】
以上、ポンプの運転点を条件として低効率領域に入っているか否かの判定を行なうことができる。
【００５７】
式（１）から式（５６）に示した、コンピュータ３で動作する演算プログラムに対して、キーボード１あるいは信号入力装置２で入力した数値及び演算プログラムで演算した結果の数値は、ディスプレイ５で表示するとともに記憶装置４で以下の表１の例に示すような属性情報とともにデータベース化し記憶するようにしている。
【００５８】
【表１】
このようにして、一度演算した同形式、同型番のポンプについては表１に示すような属性情報のレイアウトによりデータベース化し、該当する属性情報を検索して別のポンプあるいは同系統の別ポンプの数値として再利用することができる。また、同じポンプについても作成日、作成者、用途、系統等の属性情報により検索し系統の追加変更の場合に簡単に変更することができる。このようにして、同メーカー、同形式、同型番のポンプについてはその特性式データを再利用できるとともに、同系統についてはその配管抵抗特性式データを再利用できるため、従来、都度、メーカー提供の特性データからポンプ特性を手動で参照したりまた測定データから相関関係式を求めていたが、前述のようにデータベース化することによりポンプ特性式あるいは配管抵抗特性式を再利用して簡単にセットアップできる。
【００５９】
コンピュータ３で演算した結果、式（１）から式（５６）に示したポンプ揚程特性、配管抵抗特性、ポンプ効率特性、モータ効率特性、力率特性、消費電力特性、消費電流特性、低効率特性については、図３に示すようにグラフとしてリアルタイムに可視化され、前記ディスプレイ５に表示される。ここで、前記ディスプレイ５上で表示された上述の各特性グラフの線上をマウスで移動するとマウス位置に対応した数値を図３のように近傍に表示するようにしている。例えば、現状のポンプの設定揚程に余裕のある場合、省エネ化を図るために、図３に示すように、マウス位置に対応した数値を前記ディスプレイ上で確認しながら、矢印ａのように、インバータ周波数を下げてポンプ特性１からポンプ特性２に変えるとともに、同様にして吐出絞り弁を開けて配管抵抗特性１から配管抵抗特性２に変え、運転揚程１から運転揚程２に変更して軸動力を軽減する。また、低効率領域に入りサージング等不安定状態入っているか確認する場合は、前述と同様にして、マウス位置に対応した数値と斜線領域に入っているか否かの判断を前期ディスプレイ上で瞬時に確認することができる。このように、実際の現場において、ディスプレイ上であらゆるシミュレーションがリアルタイムにできるようになる。
【００６０】
省エルギー管理については、計画となる需要水量計画データを策定する場合に水量実績データから要因別に仕分けして妥当な目標値とするようにしている。
【００６１】
【表２】
表２は前記要因をマスタとして設定した例で、負荷、生産ライン、施設原動の要因属性毎に要因を設定し、レベルに応じた要因レベルを設定するようにしている。例えば、外気温については記録データがあれば月別時間帯別に仕分けして要因レベルを設定し、ない場合はＷＥＢ上で提供サイトよりダウンロードして要因レベルを設定する。このように水量実績の要因を洗出し、この要因について年度別月別時間帯別の実績水量データについて要因別レベルを設定する。但し、実際の運用上は日時締めにより日単位で要因の結果を設定するのが望ましい。
【００６２】
【表３】
表３は、実際に年度別月別時間帯別の水量実績データに要因レベルを設定した表である。この年度別月別時間帯別の水量実績データを、要因をキーにデータマイニング等の手法により特殊要因を排除して基本となる月別時間帯別の水量データを抽出し、この抽出した水量データを計画水量のデータとするようにし、実際の運用に近い計画データとすることができる。
【００６３】
次に、前記抽出した水量計画データに基づき実際のエネルギー量を算出する。算出の基本となるマスタとして表４の電力契約マスタ及び表５の二酸化炭素換算係数マスタを前記記憶装置４にて記憶している。
【００６４】
【表４】
【００６５】
【表５】
前記抽出した水量計画データに基づき、表６の例に示すような月別時間帯別水量計画データを計画データとして入力すると、前記消費電力演算部で消費電力を演算して表６に示すように電力量とし、表４の電力契約マスタの月、時間と適合する電力従量料金単価より表６に示すように従量料金を演算する。又同様に、表６の例に示すように月別時間帯別水量実績データについても実績データとして入力すると、前記消費電力演算部で消費電力を演算して表６に示すように電力量とし、表４の電力契約マスタの契約種別と適合する電力従量料金単価の月、時間帯で設定されている単価に基づき表６に示すように従量料金を演算する。さらに、月別の従量料金合計を集計し、前記消費電力のピーク値を基本契約電力とした表４の月額基本料金に前記従量料金合計を加算しさらに力率割引を行なった後の料金を表７のように月額電力料金としている。又、同様に月別の電力量合計と表５の二酸化炭素換算係数マスタより二酸化炭素排出量の月合計としている。このようにして、需要水量の計画データと実際の実績データとを電力料金及び二酸化炭素排出量で比較できるようにし、エネルギー計画値に対する実績値の監視を行うようにしている。
【００６６】
【表６】
【００６７】
【表７】
以上、要因別にレベルを設定された実績水量データよりデータマイニング等の統計手法により精度の高い計画データを抽出するとともに、前述のポンプ特性式及び配管抵抗特性より確実なエネルギー演算を可能とし、正確なエネルギーの実績管理を行なうことができる。
【００６８】
次に、コントローラによりインバータ周波数を可変させてポンプの送水圧力が一定になるようポンプ回転数を制御するシステムにおいて、図１の送水圧力判定部３１０は前記ポンプ特性演算部３０１で決定されるポンプ特性式の定数となるポンプ締切揚程Ｐ0 及びポンプ最大流量Ｑ0 と前記配管特性演算部で決定される配管抵抗特性式の定数となる配管実揚程Ｈ0 及び無次元化抵抗係数γと前記コントローラのポンプ送水圧力設定値ＰSPとインバータ下限周波数ＦS とインバータ上限周波数ＦL を入力し、変数となるポンプ運転流量Ｑあるいは運転電源周波数Ｆ及び定格電源周波数Ｆ0 を入力すると前記ポンプ特性演算部により演算されたポンプ特性式及び前記配管抵抗特性演算部により演算された配管特性式により前記コントローラのポンプ送水圧力設定値ＰSPの適正判定を行ない、又適正値を設定するようにしている。
【００６９】
ポンプ最大流量Ｑ0 に対するポンプ運転点の流量Ｑの比ｑは、
ｑ＝Ｑ／Ｑ0 式（５７）
ポンプ締切揚程Ｐ0 に対するポンプ運転点の揚程Ｐの比ｐは、
ｐ＝Ｐ／Ｐ0 式（５８）
運転電源周波数Ｆの定格電源周波数Ｆ0 に対する比ｆは、
ｆ＝Ｆ／Ｆ0 式（５９）
インバータ下限周波数ＦS の定格電源周波数Ｆ0 に対する比ｆS は、
ｆS ＝ＦS ／Ｆ0 式（６０）
インバータ上限周波数ＦL の定格電源周波数Ｆ0 に対する比ｆL は、
ｆL ＝ＦL ／Ｆ0 式（６１）
図４に示す第１のケースとして、以下の式（６２）のように送水圧力設定値１が運転揚程１以下の場合、
ＰSP≦Ｐ0 ×（ｆS 2 −ｑ2 ） 式（６２）
送水圧力設定値ＰSPがインバータ下限周波数ＦS でのポンプ運転点の揚程以下に設定されており、このような最小負荷付近での送水圧力設定については、インバータ下限周波数ＦS をさらに低くして省エネを図るようにするか、ポンプが不安定領域に入るため下限周波数ＦS を低くできない場合は式（６２）の右辺の値を適正値として設定する。
【００７０】
図４に示す第２のケースとして、以下の式（６３）のように送水圧力設定値２が運転揚程２以上の場合、
ＰSP≧Ｐ0 ×（ｆL 2 −ｑ2 ） 式（６３）
送水圧力設定値ＰSPがインバータ上限周波数ＦL でのポンプ運転点の揚程以上に設定されており、このような最大負荷付近での送水圧力設定については、送水圧力設定値ＰSPを低くして式（６３）の右辺の値を適正値として設定するようにして省エネを図るか、系全体として流量不足に陥るため送水圧力設定値ＰSPを低くできない場合はインバータ上限周波数ＦL を高くするが定格周波数Ｆ0 を超える場合は系統の見直しをする。
【００７１】
図４に示す第３のケースとして、以下の式（６４）のように送水圧力設定値３が定格周波数での配管抵抗未満の場合、
ｐ＜ｈ0 ＋γ×ｑ 2 式（６４）
送水圧力設定値ＰSPが定格周波数での抵抗特性上のポンプ運転点未満に設定されているため制御範囲を超えている。このような定格周波数での送水圧力設定については、設計上送水圧力設定に余裕がある場合は送水圧力設定値ＰSPを高くして式（６４）の右辺の値を適正値として設定し適性化を図るか、設計上余裕のない場合は負荷に対して供給する流量が不足するため系統の見直しをする。
【００７２】
以上、ポンプの送水圧力一定制御を行なうシステムにおいて、コントローラの送水圧力目標値を条件として与えると、省エネと適正運転の両面から目標値の妥当性を判定するとともに適正値を求めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明のポンプ運転支援システムは、各種ポンプ特性と配管抵抗特性を数式化してデータベース化し、ディスプレイ上でもリアルタイムに前記特性式をグラフ化し、運転者が容易にポンプの適正運転をできるように支援することができるとともに、正確な実績水量データに基づく省エネルギー管理もできるので、あらゆるポンプの運転管理に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明のポンプ運転支援システムの一実施形態の全体構成図。
【図２】同実施形態における演算プログラムの論理ブロック図。
【図３】同実施形態におけるディスプレイ内容の説明図。
【図４】同実施形態における運転方法に関する説明図。
【符号の説明】
【００７５】
１ キーボード
２ 信号入力装置
３ コンピュータ
４ 記憶装置
５ ディスプレイ
３０１ ポンプ特性演算部
３０２ 配管抵抗特性演算部
３０３ ポンプ運転点演算部
３０４ ポンプ効率演算部
３０５ モータ効率演算部
３０６ 力率演算部
３０７ 消費電力演算部
３０８ 消費電流演算部
３１０ 送水圧力判定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は適正なポンプの運転を行なうとともに同時に省エネルギー効果を高めることができるようにポンプの運転を支援するポンプ運転支援システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、戻りヘッダーからの冷温水を冷凍機又は冷温水機又はボイラーを介して送りヘッダーに送る一次ポンプと、送りヘッダーから戻りヘッダーに冷温水を送る二次ポンプと、二次ポンプの回転数を制御するインバータと、ポンプ流量を測定する流量センサと、戻りヘッダーと送りヘッダーとの圧力差を測定する差圧センサとを具備し、インバータによりポンプの送水圧力を一定にするポンプ運転システムにおいて、送水圧力の制御目標値を演算するための摩擦水頭計算式の定数を、予め外気温・生産電力等の負荷に対応した季節・時間帯別のパターン化した値として選択し、送水圧力の制御目標値を負荷に対応した値にすることで、ポンプ動力の軽減を図り、省エネルギー効果を得るポンプ運転システムは知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、空調システムにおいてポンプを定流量方式から変流量方式に運転を変更した場合の省エネルギー効果を端的に把握できるように、ポンプの省エネルギー効果を簡便に算出する方法も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−１０６７３１号公報
【特許文献２】特開２００５−２４１１６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に開示されたポンプ支援システムでは、ポンプ送水圧力の制御目標値を、抵抗特性を表す摩擦水頭計算式で演算する際の固定抵抗Ｋ０と管路定数Ｋ１、Ｋ２と次元定数ｎを、外気温や季節あるいは稼働率等の負荷によりパターン化された値として選択して、送水圧力目標値を下げることで省エネ化を図るようにしているが、その場合次のような問題がある。すなわち、摩擦水頭計算式で演算される摩擦水頭はあくまでも系統全体の合成抵抗であり、各設備の時間軸に対する負荷特性としては、空調負荷等の季節あるいは時間に依存する設備、生産系統の生産稼動率に依存する設備、季節、時間に関係なく複数の設備に連動して複合的に負荷が変動する設備、あるいは年間を通して同等の負荷をもつ設備などがあり、全ての設備毎の負荷特性を数値化する必要がある。さらに精度を高めるに各設備の構成機器の制御ループでの応答特性を数値化し、同時に制御プロセスの状態監視を常時行なう必要がある。
【０００５】
このように全ての設備毎の時間軸に対する負荷特性を精緻に数値化し系統全体の負荷特性に展開し、さらに設備を構成する機器の制御ループまでの応答特性を精緻に数値化し、同時に制御プロセスの状態監視を常時行なった場合には、適正な運転が可能となるが、実際には高度な数値解析技術と膨大な解析作業が必要とされ、又大規模な制御ループの監視システムが別途必要となる。そのため、保守要員の教育コスト及びシステム費用の増大、体制整備の強化が余儀なくされる。但し、一般事務所ビル等でなお且つシステム性能の要求水準が低い場合は、例えば経験値やデータからの相関値を負荷によりパターン化された値として採用することも可能だが、あくまでも予測値であり設備によっては過流量あるいは流量不足に陥り適正な運転ができなくなる場合が発生することになる。
【０００６】
また、特許文献２に開示されたポンプ運転支援システムには次のような問題がある。省エネルギー計画を算出する場合のポンプ需要水量の根拠となる負荷条件については建物の熱負荷データに基づき計算するようにしているが、熱負荷データは空気調和衛生工学会等の簡易に設定された指標であって、精度も低く省エネルギー効果の規準となる計画値そのものの誤差が大きく、営業現場等のあくまでも簡易な省エネルギー計画値として適用されるべきものである。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、ポンプ特性あるいは配管特性を数式化して精度の高い適正なポンプ運転を維持でき、また省エネルギーについても精度の高い効果把握ができるポンプ運転支援システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のポンプ運転支援システムは、入力手段と演算手段と表示手段を備え、前記演算手段はポンプ特性演算手段と配管抵抗特性演算手段とポンプ運転点演算手段からなり、前記ポンプ特性演算手段は、前記入力手段から異なる２点のポンプ揚程及びポンプ流量を入力し、ポンプ締切揚程及びポンプ最大流量を演算するポンプ特性演算部１と、前記入力手段からポンプ運転流量とポンプ運転電源周波数及び定格電源周波数を入力し、前記ポンプ特性演算部１の演算結果を利用してポンプ揚程を演算するポンプ特性演算部２を有し、前記配管抵抗特性演算手段は、前記入力手段からポンプ流量と配管実揚程、あるいはポンプ揚程と配管実揚程、あるいは配管流量と配管全抵抗と配管実揚程を入力し、無次元化抵抗係数を演算する配管抵抗特性演算部１と、前記入力手段からポンプ運転流量を入力し、前記配管抵抗特性演算部１の演算結果を利用して配管抵抗を演算する配管抵抗特性演算部２を有し、前記ポンプ運転点演算手段は、前記ポンプ特性演算部１で決定されたポンプ締切揚程及びポンプ最大流量と、前記配管抵抗特性演算部１で決定された無次元化抵抗係数と、前記入力手段から入力された配管実揚程とから、ポンプ運転点の流量及び揚程を演算し、前記表示手段は、前記演算手段での演算結果を表示するものである。
【０００９】
これにより、ポンプ特性式及び配管抵抗特性式を数式化し、ポンプ運転点を求めることで、精度の高い適正なポンプ運転を維持することができ、実際の現場に導入できる運転支援機能を得ることができる。
【００１０】
また、前記演算手段が、前記入力手段からポンプ最大効率点のポンプ最大効率及びポンプ流量、該ポンプ流量未満での近似べき数１、該ポンプ流量以上での近似べき数２を入力し、変数としてポンプ運転流量を入力すると、前記ポンプ特性演算部１で決定されたポンプ最大流量を利用してポンプ効率を演算するポンプ効率演算手段を備えると、ポンプ効率特性式を求め、精度の高い適正なポンプ運転を維持することができる。
【００１１】
また、前記演算手段が、前記入力手段からポンプ締切時のモータ効率とポンプ最大効率点のモータ効率及びポンプ流量と該ポンプ流量未満での近似べき数１と該ポンプ流量以上での近似べき数２を入力し、変数としてポンプ運転流量を入力すると、前記ポンプ特性演算部１で決定されたポンプ最大流量を利用してモータ効率を演算するモータ効率演算手段を備えると、モータ効率特性式を求め、精度の高い適正なポンプ運転を維持することができる。
【００１２】
また、前記演算手段が、前記入力手段からポンプ締切時の力率とポンプ最大効率点の力率及びポンプ流量と該ポンプ流量未満での近似べき数１と該ポンプ流量以上での近似べき数２を入力し、変数としてポンプ運転流量を入力すると、前記ポンプ特性演算部１で決定されたポンプ最大流量を利用して力率を演算する力率演算手段を備えると、力率特性式を求め、精度の高い適正なポンプ運転を維持することができる。
【００１３】
また、前記演算手段が、前記入力手段からインバータロスと変数としてポンプ運転流量を入力すると、前記ポンプ特性演算部１で決定されたポンプ最大流量と、前記ポンプ効率演算部で演算されるポンプ効率と、前記モータ効率演算部で演算されるモータ効率を利用して消費電力を演算する消費電力演算手段を備えていると、ポンプ消費電力特性式を求め、精度の高い適正なポンプ運転を維持することができる。
【００１４】
また、前記演算手段が、前記入力手段から変数としてポンプ運転流量を入力すると、前記力率演算部で演算される力率と、前記消費電力演算部で演算される消費電力を利用して消費電流を演算する消費電流演算手段を備えていると、ポンプ消費電流特性式を求め、精度の高い適正なポンプ運転を維持することができる。
【００１５】
また、前記演算手段が、前記入力手段から最小の適正流量、最大の適正流量を入力し、変数として運転流量を入力すると、前記ポンプ特性演算部１で決定されるポンプ最大流量を利用して前記最小の適正流量以下の場合あるいは前記最大の適正流量の場合に低効率と判定する低効率判定手段を備えていると、低効率領域判定か否かをチェックし、精度の高い適正なポンプ運転を維持することができる。
【００１６】
また、入力値及び演算結果の値に属性情報を付加して記憶するとともに、前記属性情報を検索キーにして参照するようにした記憶手段を備えていると、ポンプの各種特性式及び配管抵抗特性式及び低効率領域判定値をデータベース化して簡単に再利用できるため、精度の高い適正なポンプ運転を維持することができる。
【００１７】
また、前記表示手段が、前記演算結果を、ディスプレイに特性図としてリアルタイムに可視化し、前記可視化された線図上で同時に数値を表示すると、ポンプ各種特性式及び配管抵抗特性式及び低効率領域がデイスプレイ上でリアルタイムに確認しつつ現場調整できるため、精度の高い適正なポンプ運転を維持することができる。
【００１８】
また、電力契約マスタ及び二酸化炭素換算係数マスタを記憶する記憶手段を有するとともに、前記演算手段が、月別時間帯別実績水量データより要因別に仕分けされた月別時間帯別水量計画データと月別時間帯別水量実績データを入力すると、該月別時間帯別水量計画データ及び該前記月別時間帯別水量実績データに対応する消費電力を前記消費電力演算部で演算し、該消費電力を消費電力量として前記電力契約マスタより電力料金を演算し、又前記消費電力量と前記二酸化炭素換算係数マスタより二酸化炭素排出量を演算し、前記月別時間帯別水量計画データと前記月別時間帯別水量実績データに対応する前記消費電力量及び前記消費電力料金及び前記二酸化炭素排出量を比較できるようにしたエネルギー演算手段を備えていると、要因別にレベルを設定された実績水量データより精度の高い計画データを抽出するとともに、前述のポンプ特性式及び配管抵抗特性より確実なエネルギー演算を可能とし、ポンプの省エネルギーについても精度の高い効果把握をすることができる。
【００１９】
また、コントローラによりインバータ周波数を可変させてポンプの送水圧力が一定になるようポンプ回転数を制御するポンプ運転システムにおいて、前記ポンプ特性演算手段で決定されるポンプ特性式の定数となるポンプ締切揚程及びポンプ最大流量と前記配管特性演算手段で決定される配管抵抗特性式の定数となる配管実揚程及び無次元化抵抗係数と前記コントローラのポンプ送水圧力設定値とインバータ下限周波数とインバータ上限周波数を入力し、変数となるポンプ運転流量あるいは運転電源周波数及び定格電源周波数を入力すると、前記ポンプ特性式及び前記配管抵抗特性式により前記コントローラのポンプ送水圧力設定値の適正判定を行ない又適正値を設定する送水圧力判定部を備え、第１のケースとして前記送水圧力設定値が前記インバータ下限周波数でのポンプ運転点の揚程以下に設定されている場合にインバータ下限周波数をさらにポンプ運転点の揚程以下まで低くするかあるいはポンプが不安定領域に入るため下限周波数を低くできない場合は前記ポンプ特性演算手段で演算された揚程を適正値として設定し、また第２のケースとして前記圧力設定値がインバータ上限周波数でのポンプ運転点の揚程以上に設定されている場合に送水圧力設定値を低くして前記ポンプ特性演算手段で演算された揚程を適正値として設定するようにするあるいは系全体として流量不足に陥るため送水圧力設定値を低くできない場合はインバータ上限周波数を高くするが定格周波数を超える場合は系統の見直しをし、また第３のケースとして前記送水圧力設定値が定格周波数での抵抗特性上のポンプ運転点未満に設定されているため制御範囲を超えている場合に設計上前記送水圧力設定に余裕がある場合は前記送水圧力設定値を高くして前記配管抵抗特性演算手段で演算された配管抵抗の値を適正値として設定し適性化を図るか設計上余裕のない場合は負荷に対して供給する流量が不足するため系統の見直しをすると、ポンプの送水圧力一定制御を行なうシステムにおいて、コントローラの送水圧力目標値を条件として与えるだけで、省エネと適正運転の両面から目標値の妥当性を判定するとともに適正値を求めることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によるポンプ運転支援システムによれば、数式化された各種のポンプ特性及び配管抵抗特性の演算により省エネルギー化と最適運転方法を提供し、さらに需要水量の計画と実績からエネルギー分析システムを提供することで、次のように
（ア）異なる２点のポンプの運転点として流量及び揚程を入力するとポンプの流量に対する揚程特性及びポンプ効率特性及びモータ効率特性及び力率特性及び電力特性及び電流特性を数式化するとともに、ポンプ流量及び配管実揚程あるいはポンプ揚程及び配管実揚程あるいは配管流量及び配管全抵抗及び配管実揚程の３つの方法により入力すると配管抵抗特性を数式化するようにしており、ポンプの各種抵抗特性と配管抵抗特性の数式のモデル化を実現し、ポンプ運転点を決定する場合、従来、メーカー提供の特性図と照合しつつ煩雑で複合的な計算を行なっていた作業を大幅に簡略化できる。又、低効率領域として適正流量範囲を設定することによりポンプの適正化を図ることができ、
（イ）ポンプの各種特性及び配管抵抗特性を数式としてモデル化する演算部の入力及び演算部結果の数値を属性情報とともに記憶するようにし該属性情報を検索キーとして再利用することが可能になるため、試運転調整あるいは稼動後の運転分析の作業において大幅な工数を削減でき、
（ウ）モデル化されたポンプ消費電力特性式を活用し、月別時間帯別の需要水量計画データ及び水量実績データより消費電力量及び二酸化炭素排出量と同時に電力契約マスタより電力料金を演算し、月別時間帯別のエネルギー計画に対する消費エネルギーとコスト及び環境性の実績管理を行なうことができる。特に、従来電力量を監視するためには全てのポンプに個別に電力測定器を設置し測定データを収集する大掛かりな監視システムが必要だったが、そのような別途の監視システムも必要なくなり低コストでエネルギー監視を行なうことができ、
（エ）コントローラによりインバータ周波数を可変させてポンプの送水圧力が一定になるようポンプ回転数を制御するシステムにおいては、モデル化された各種ポンプ特性式及び配管特性式を活用して、送水圧力の設定値とポンプ運転点との比較により省エネ化と適正化の観点でポンプ運転の適正化を図ることができるようにし、運転作業者がポンプに関する理論的知識が不充分でも確実な運転方法を提供できる
という効果を発揮するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態について図１〜図４を参照して説明する。図１において、コンピュータ３には、キーボード１、外部センサあるいは外部指示調節器より信号を取り込む信号入力装置２、ハードディスクドライブ等の記憶装置４、ディスプレイ５が接続されている。コンピュータ３で動作する演算プログラム上では、キーボード１から数値を入力するか、流量センサ、圧力センサ等のセンサ信号あるいは指示調節器の出力信号等の信号を信号入力装置２で信号変換した数値として入力して演算を行なうようにしている。又、前記入力値と前記演算結果の値はディスプレイ５で表示するとともに記憶装置４で記憶するようにしている。図２は、コンピュータ３で動作する演算プログラムの構造を論理ブロック図として示している。
【００２２】
ポンプ特性演算部３０１は、運転中の２点の異なるポンプ揚程（Ｐ1 、Ｐ2 ）及びポンプ流量（Ｑ1 、Ｑ2 ）を入力した後、変数としてポンプ運転流量Ｑ及びポンプ運転電源周波数Ｆ及び定格電源周波数Ｆ0 を入力するようにし、以下のようにして演算している。
【００２３】
定格電源周波数Ｆ0 に対する運転電源周波数Ｆの比をｆとし、前記運転電源周波数Ｆで運転中の２点の異なるポンプ揚程（Ｐ1f、Ｐ2f）及びポンプ流量（Ｑ1f、Ｑ2f）を定格電源周波数Ｆ0 に換算すると、
Ｑ1 ＝Ｑ1f／ｆ、Ｐ1 ＝Ｐ1f／ｆ2 、
Ｑ2 ＝Ｑ2f／ｆ、Ｐ2 ＝Ｐ2f／ｆ2 式（１）
ポンプ最大流量Ｑ0 に対する運転流量Ｑの比ｑ及びポンプ締切揚程Ｐ0 に対する運転揚程Ｐの比ｐは、
ｑ＝Ｑ／Ｑ0 、ｐ＝Ｐ／Ｐ0 式（２）
ポンプ特性式を２次元モデル化すると運転流量比ｑ、運転揚程比ｐ、運転揚程Ｐ、締切揚程Ｐ0 の関係は、
ｐ＝１−ｑ2 、Ｐ＝Ｐ0 （１−ｑ2 ） 式（３）
式（３）よりポンプの最大流量Ｑ0 及び締切揚程Ｐ0 は次の式（４）、式（５）のようにして演算され、
【００２４】
【数１】
Ｐ0 ＝｜Ｐ1 ×Ｑ22−Ｐ2 ×Ｑ12｜／｜Ｑ22−Ｑ12｜ 式（５）
式（４）、式（５）に示すように、一度、異なる２つの運転点の流量、揚程を入力すると、最大流量Ｑ0 、締切揚程Ｐ0 、すなわち式（２）、式（３）で示すポンプ特性式の定数が決定される。ここで、定格電源周波数Ｆ0 に対する運転電源周波数Ｆの比をｆとすると、前記運転電源周波数比ｆに対応する式（３）の特性式は、
ｐ＝ｆ2 −ｑ2 、Ｐ＝Ｐ0 （ｆ2 −ｑ2 ） 式（６）
以降、式（２）、式（４）、式（５）、式（６）により変数として運転流量Ｑ及び運転電源周波数Ｆを入力すると揚程Ｐが演算される。なお、前述のポンプ揚程（Ｐ1 、Ｐ2 ）及びポンプ流量（Ｑ1 、Ｑ2 ）は、現場で測定した運転値あるいはセンサより取り込んだ値以外に、メーカー提供の特性値でもよい。
【００２５】
以上、ポンプ運転点を条件として２次元モデルによるポンプ特性を数式化し、ポンプの運転において正確なポンプ特性値を求めることができる。
【００２６】
配管抵抗特性演算部３０２は、コンピュータ３に入力し、第１の方法としてポンプ流量Ｑ3 と配管実揚程Ｈ0 を入力、第２の方法としてポンプ揚程Ｐ1 と配管実揚程Ｈ0 を入力、第３の方法として配管流量Ｑ4 と配管全抵抗Ｈ3 と配管実揚程Ｈ0 を入力するかの３の方法により配管抵抗特性式の定数となる無次元化抵抗係数を演算し、変数としてポンプ運転流量Ｑを入力するようにし、以下のようにして演算している。
【００２７】
配管抵抗特性を２次元化すると、ポンプ締切揚程Ｐ0 に対する配管抵抗比ｈ及び配管実揚程比ｈ0 、配管流量のポンプ最大流量Ｑ0 に対する比ｑの関係は、
ｈ＝ｈ0 ＋γ×ｑ 2 式（７）
なお、式（７）において、配管抵抗Ｈはポンプ締切揚程Ｐ0 、配管抵抗比ｈより、
Ｈ＝Ｐ0 ×ｈ 式（８）
ここで、式（７）のγは無次元抵抗係数で、次の３つの方法により決定される。
【００２８】
第１の方法は、ポンプ流量Ｑ3 と配管実揚程Ｈ0 より、
ポンプ最大流量Ｑ0 に対するポンプ流量比ｑ3 は、
ｑ3 ＝Ｑ3 ／Ｑ0 式（９）
ポンプ流量比ｑ3 に対するポンプ揚程比ｐ3 は、
ｐ3 ＝１−ｑ32 式（１０）
ポンプ締切揚程Ｐ0 に対する配管実揚程ｈ0 は、
ｈ0 ＝Ｈ0 ／Ｐ0 式（１１）
無次元抵抗係数γは、式（７）、式（９）、式（１０）、式（１１）より、
γ＝（１−ｑ32−ｈ0 ）／ｑ32 式（１２）
のように決定される。
【００２９】
第２の方法は、ポンプ揚程Ｐ1 と配管実揚程Ｈ0 より、
ポンプ揚程Ｐ0 に対するポンプ揚程比ｐ3 は、
ｐ3 ＝Ｐ3 ／Ｐ0 式（１３）
ポンプ揚程比ｐ3 に対するポンプ流量比ｑ3 は、
【００３０】
【数２】
ポンプ締切揚程Ｐ0 に対する配管実揚程ｈ0 は、
ｈ0 ＝Ｈ0 ／Ｐ0 式（１５）
無次元抵抗係数γは、式（７）、式（１３）、式（１４）、式（１５）より、
γ＝（ｐ3 −ｈ0 ）／（１−ｐ3 ） 式（１６）
のように決定される。
【００３１】
第３の方法は、配管流量Ｑ4 、配管全抵抗Ｈ3 、配管実揚程Ｈ0 より、
ポンプ揚程Ｐ0 に対する配管流量比ｑ4 は、
ｑ4 ＝Ｑ4 ／Ｐ0 式（１７）
ポンプ締切揚程Ｐ0 に対する配管全抵抗ｈ3 は、
ｈ3 ＝Ｈ3 ／Ｐ0 式（１８）
ポンプ締切揚程Ｐ0 に対する配管実揚程ｈ0 は、
ｈ0 ＝Ｈ0 ／Ｐ0 式（１９）
無次元抵抗係数γは、式（７）、式（１７）、式（１８）、式（１９）より、
γ＝（ｈ3 −ｈ0 ）／ｑ42 式（２０）
のように決定される。
【００３２】
このように、式（７）で示す配管抵抗特性式は、前述の３つの方法により決定される式（１２）、式（１６）、式（２０）の無次元抵抗係数γにより一義的に定数化され、以降、ポンプ運転流量を入力すると式（７）、式（８）により配管抵抗Ｈを演算する。なお、第１の方法とした場合のポンプ流量Ｑ3 と配管実揚程Ｈ0 、あるいは第２の方法とした場合のポンプ揚程Ｐ1 と配管実揚程Ｈ0 、あるいは第３の方法とした場合の配管流量Ｑ4 、配管全抵抗Ｈ3 、配管実揚程Ｈ0 は、現場で測定した運転値あるいは外部信号より取り込んだ値以外に、配管設計上の設計値でもよい。
【００３３】
以上、ポンプ運転点及び配管側揚程あるいは全抵抗を条件として２次元モデルによる配管抵抗特性を数式化し、ポンプの運転において正確な配管抵抗値を求めることができる。
【００３４】
ポンプ運転点演算部３０３は、変数としてポンプ運転電源周波数Ｆ及び定格電源周波数Ｆ0 を入力するようにし、前記ポンプ特性演算部３０１及び前記配管特性演算部３０２に演算された結果の値に基づき以下のようにして演算している。
【００３５】
定格電源周波数Ｆ0 に対する運転電源周波数Ｆの比をｆとすると、ポンプ運転流量比ｑ3 、ポンプ運転揚程比ｐ3 の関係は、
ｐ3 ＝ｆ2 −ｑ32 式（２１）
同様に、ポンプの運転点でのポンプ締切揚程に対する配管抵抗比ｈ3 、ポンプ最大流量に対する配管流量比ｑ3 の関係は式（７）より、
ｈ3 ＝ｈ0 ＋γ×ｑ32 式（２２）
ポンプの運転点ではｐ3 とｈ3 は同じ値になるので、式（２１）、式（２２）より、ポンプ運点流量Ｑ3 の最大流量に対する流量比ｑ3、ポンプ運点揚程Ｐ3 の締切揚程に対する比ｐ3 は、
【００３６】
【数３】
ｐ3 ＝（ｈ0 ＋ｆ2 ×γ）／（１＋γ） 式（２４）
式（２３）、式（２４）より、実際のポンプ運転点は、
【００３７】
【数４】
Ｐ3 ＝Ｐ0 ×（ｈ0 ＋ｆ2 ×γ）／（１＋γ） 式（２６）
式（２５）、式（２６）において、ポンプ締切揚程Ｐ0 及びポンプ最大流量Ｑ0 は前記ポンプ特性演算部３０１により、 また配管実揚程比ｈ0 及び無次元抵抗係数γは前記配管抵抗特性演算部３０２により設定されており、このようにしてポンプ運転点は一義的に決定される。
【００３８】
以上、ポンプ運転点及び配管側揚程あるいは全抵抗を条件として与えると、ポンプの運転において正確なポンプ運転点を求めることができる。
【００３９】
ポンプ効率演算部３０４は、ポンプ最大効率点のポンプ効率ΞPB及びポンプ流量ＱB 、ポンプ流量ＱB 未満での近似べき数ｎS 、ポンプ流量ＱB 以上での近似べき数ｎL を入力した後、前記ポンプ特性演算部３０１の演算されたポンプ最大流量Ｑ0 に基づき変数としてポンプ運転流量Ｑを入力するようにし、以下のようにして演算している。
【００４０】
前記ポンプ特性演算部３０１で決定されたポンプ特性式の定数となる式（５）のポンプ最大流量Ｑ0 に対するポンプ最大効率点の流量ＱB の比ｑB は、
ｑB ＝ＱB ／Ｑ0 式（２７）
同様に、ポンプ最大流量Ｑ0 に対するポンプ運転点の流量Ｑの比ｑは、
ｑ＝Ｑ／Ｑ0 式（２８）
ポンプ最大効率ΞPBに対するポンプ運転点でのポンプ効率ΞP の比ξP は、
ξP ＝ΞP ／ΞPB 式（２９）
ポンプ最大効率点の流量ＱB 未満とする小流量域の近似べき数ｎS 、ポンプ最大効率点の流量ＱB 以上とする大流量域の近似べき数ｎL を定数として入力すると、運転流量比ｑでのポンプ最大効率点に対するポンプ効率比ξP は、
ｑ＜ｑB の場合、ξP ＝１−｜（ｑB −ｑ）／ｑB ｜nS 式（３０）
ｑ≧ｑB の場合、ξP ＝１−｜（ｑB −ｑ）／ｑB ｜nL 式（３１）
式（２９）、式（３０）、式（３１）よりポンプ効率ΞP は、
ｑ＜ｑB の場合、ΞP ＝ΞPB×（１−｜（ｑB −ｑ）／ｑB ｜nS） 式（３２）
ｑ≧ｑB の場合、ΞP ＝ΞPB×（１−｜（ｑB −ｑ）／ｑB ｜nL） 式（３３）
式（３２）、式（３３）に示すように、ポンプ運転流量に対するポンプ効率特性が一義的に決定される。
【００４１】
以上、ポンプの運転点を条件として高次元モデルによるポンプ効率特性を数式化し、ポンプの運転において正確なポンプ効率を求めることができる。
【００４２】
モータ効率演算部３０５は、締切時のモータ効率ΞMC、ポンプ最大効率点のモータ効率ΞMB及びポンプ流量ＱB 、ポンプ流量ＱB 未満での近似べき数ｍS 、ポンプ流量ＱB 以上での近似べき数ｍL を入力した後、前記ポンプ特性演算部３０１の演算されたポンプ最大流量Ｑ0 に基づき変数としてポンプ運転流量Ｑを入力するようにし、以下のようにして演算している。
【００４３】
前記ポンプ特性演算部で決定されたポンプ特性式の定数となる式（５）のポンプ最大流量Ｑ0 に対するポンプ最大効率点の流量ＱB の比ｑB は、
ｑB ＝ＱB ／Ｑ0 式（３４）
同様に、ポンプ最大流量Ｑ0 に対するポンプ運転点の流量Ｑの比ｑは、
ｑ＝Ｑ／Ｑ0 式（３５）
ポンプ最大効率ΞMBに対する締切時のモータ効率ΞMCの比ξMCは、
ξMC＝ΞMC／ΞMB 式（３６）
ポンプ最大効率ΞPBに対するポンプ運転点でのモータ効率ΞM の比ξM は、
ξM ＝ΞM ／ΞMB 式（３７）
ポンプ最大効率点の流量ＱB 未満とする小流量域の近似べき数ｍS 、ポンプ最大効率点の流量ＱB 以上とする大流量域の近似べき数ｍL を定数として入力すると、運転流量比ｑでのポンプ最大効率点に対するモータ効率比ξM は、
ｑ＜ｑB の場合、
ξM ＝１−（１−ξMC）×｜（ｑB −ｑ）／ｑB ｜mS 式（３８）
ｑ≧ｑB の場合、
ξM ＝１−（１−ξMC）×｜（ｑB −ｑ）／ｑB ｜mL 式（３９）
式（３７）、式（３８）、式（３９）よりモータ効率ΞM は、
ｑ＜ｑB の場合、
ΞM ＝ΞMB×（１−ξMC）×（１−｜（ｑB −ｑ）／ｑB ｜mS） 式（４０）
ｑ≧ｑB の場合、
ΞM ＝ΞMB×（１−ξMC）×（１−｜（ｑB −ｑ）／ｑB ｜mL） 式（４１）
式（４０）、式（４１）に示すように、ポンプ運転流量に対するモータ効率特性が一義的に決定される。
【００４４】
以上、ポンプの運転点を条件として高次元モデルによるモータ効率特性を数式化し、ポンプの運転において正確なモータ効率を求めることができる。
【００４５】
力率演算部３０６は、締切時の力率ΦkC、ポンプ最大効率点の力率ΦkB及びポンプ流量ＱB 、ポンプ流量ＱB 未満での近似べき数ｋS 、ポンプ流量ＱB 以上での近似べき数ｋL を入力した後、前記ポンプ特性演算部３０１の演算されたポンプ最大流量Ｑ0 に基づき変数としてポンプ運転流量Ｑを入力するようにし、以下のようにして演算している。
【００４６】
前記ポンプ特性演算部で決定されたポンプ特性式の定数となる式（５）のポンプ最大流量Ｑ0 に対するポンプ最大効率点の流量ＱB の比ｑB は、
ｑB ＝ＱB ／Ｑ0 式（４２）
同様に、ポンプ最大流量Ｑ0 に対するポンプ運転点の流量Ｑの比ｑは、
ｑ＝Ｑ／Ｑ0 式（４３）
ポンプ最大効率ΦkBに対する締切時の力率ΦkCの比ξkCは、
φkC＝ΦkC／ΦkB 式（４４）
ポンプ最大効率ΦPBに対するポンプ運転点での力率Φk の比φk は、
φk ＝Φk ／ΦkB 式（４５）
ポンプ最大効率点の流量ＱB 未満とする小流量域の近似べき数ｋS 、ポンプ最大効率点の流量ＱB 以上とする大流量域の近似べき数ｋL を定数として入力すると、運転流量比ｑでのポンプ最大効率点に対する力率比φk は、
ｑ＜ｑB の場合、
φk ＝１−（１−φkC）×｜（ｑB −ｑ）／ｑB ｜kS 式（４６）
ｑ≧ｑB の場合、
φk ＝１−（１−φkC）×｜（ｑB −ｑ）／ｑB ｜kL 式（４７）
式（４５）、式（４６）、式（４７）より力率Φk は、
ｑ＜ｑB の場合、
Φk ＝ΦkB×（１−φkC）×（１−｜（ｑB −ｑ）／ｑB ｜kS） 式（４８）
ｑ≧ｑB の場合、
Φk ＝ΦkB×（１−φkC）×（１−｜（ｑB −ｑ）／ｑB ｜kL） 式（４９）
式（４８）、式（４９）に示すように、ポンプ運転流量に対する力率特性が一義的に決定される。
【００４７】
以上、ポンプの運転点を条件として高次元モデルによる力率特性を数式化し、ポンプの運転において正確な力率を求めることができる。
【００４８】
消費電力演算部３０７は、インバータロスＬI を入力し、前記ポンプ効率演算部３０１で演算された特性式、前記ポンプ効率演算部３０４の演算されたポンプ効率ΞP 、前記モータ効率演算部３０５の演算されたモータ効率ΞK 、前記ポンプ特性演算部３０１で演算されたポンプ特性式に基づき、変数としてポンプ運転流量Ｑを入力するようにし、以下のようにして演算している。
【００４９】
前記ポンプ特性演算部３０１の式（２）、式（３）よりポンプ運転流量Ｑのポンプ運転流量Ｑ0 に対する比ｑからポンプ揚程Ｐは、
Ｐ＝Ｐ0 （１−ｑ2 ） 式（５０）
ポンプ運転流量Ｑ及び式（５０）で決定されたポンプ揚程Ｐと、前記ポンプ効率演算部３０４の式（３２）、式（３３）で設定されたポンプ効率ΞP 、前記モータ効率演算部３０５の式（４０）、式（４１）で設定されたモータ効率ΞK より消費電力Ｗは、
Ｗ＝Ｐ×Ｑ／６．１２／ΞP ／ΞK ×（１＋ＬI ） 式（５１）
式（５１）に示すように、ポンプ運転流量に対する消費電力が一義的に決定される。
【００５０】
以上、ポンプの運転点を条件としてポンプ消費電力特性を数式化し、ポンプの運転において正確なポンプ消費電力を求めることができる。
【００５１】
消費電流演算部３０８は、消費電力演算部３０７で演算された消費電力Ｗ、前記力率演算部３０６で演算された力率Φ、前記ポンプ特性演算部３０１で演算されたポンプ特性式に基づき以下のようにして演算している。
【００５２】
Ｉ＝Ｗ／Φ 式（５２）
式（５２）に示すように、消費電力演算部３０７にてポンプ運転流量に対する消費電力が決定されると消費電流が一義的に決定される。
【００５３】
以上、ポンプの運転点を条件としてポンプ消費電流特性を数式化し、正確なポンプ消費電流を求めることができる。
【００５４】
低効率判定部３０９は、適性範囲を超えたと判断する最大流量に対する小流量域での流量比ｑaPS 及び大流量域での流量比ｑaPL を入力した後、前記ポンプ特性演算部３０１の演算されたポンプ最大流量Ｑ0 に基づき変数としてポンプ運転流量Ｑを入力するようにし、以下のようにして演算している。
【００５５】
ポンプ最大流量Ｑ0 に対するポンプ運転点の流量Ｑの比をｑとすると、
ｑ＝Ｑ／Ｑ0 式（５３）
ｑ≦ｑaPS の場合、低効率状態 式（５４）
ｑaPS ＜ｑ＜ｑaPL の場合、適性運転状態 式（５５）
ｑ≧ｑaPL の場合、低効率状態 式（５６）
前記式（５４）、式（５５）、式（５６）に示すように、低効率警報点ｑaPS ｑaPL を入力すると、ポンプ運転流量に対して適正範囲を越えた場合に低効率状態として警報を出すようにし、サージングやキャビテーション等の異常を防止するようにしている。
【００５６】
以上、ポンプの運転点を条件として低効率領域に入っているか否かの判定を行なうことができる。
【００５７】
式（１）から式（５６）に示した、コンピュータ３で動作する演算プログラムに対して、キーボード１あるいは信号入力装置２で入力した数値及び演算プログラムで演算した結果の数値は、ディスプレイ５で表示するとともに記憶装置４で以下の表１の例に示すような属性情報とともにデータベース化し記憶するようにしている。
【００５８】
【表１】
このようにして、一度演算した同形式、同型番のポンプについては表１に示すような属性情報のレイアウトによりデータベース化し、該当する属性情報を検索して別のポンプあるいは同系統の別ポンプの数値として再利用することができる。また、同じポンプについても作成日、作成者、用途、系統等の属性情報により検索し系統の追加変更の場合に簡単に変更することができる。このようにして、同メーカー、同形式、同型番のポンプについてはその特性式データを再利用できるとともに、同系統についてはその配管抵抗特性式データを再利用できるため、従来、都度、メーカー提供の特性データからポンプ特性を手動で参照したりまた測定データから相関関係式を求めていたが、前述のようにデータベース化することによりポンプ特性式あるいは配管抵抗特性式を再利用して簡単にセットアップできる。
【００５９】
コンピュータ３で演算した結果、式（１）から式（５６）に示したポンプ揚程特性、配管抵抗特性、ポンプ効率特性、モータ効率特性、力率特性、消費電力特性、消費電流特性、低効率特性については、図３に示すようにグラフとしてリアルタイムに可視化され、前記ディスプレイ５に表示される。ここで、前記ディスプレイ５上で表示された上述の各特性グラフの線上をマウスで移動するとマウス位置に対応した数値を図３のように近傍に表示するようにしている。例えば、現状のポンプの設定揚程に余裕のある場合、省エネ化を図るために、図３に示すように、マウス位置に対応した数値を前記ディスプレイ上で確認しながら、矢印ａのように、インバータ周波数を下げてポンプ特性１からポンプ特性２に変えるとともに、同様にして吐出絞り弁を開けて配管抵抗特性１から配管抵抗特性２に変え、運転揚程１から運転揚程２に変更して軸動力を軽減する。また、低効率領域に入りサージング等不安定状態入っているか確認する場合は、前述と同様にして、マウス位置に対応した数値と斜線領域に入っているか否かの判断を前期ディスプレイ上で瞬時に確認することができる。このように、実際の現場において、ディスプレイ上であらゆるシミュレーションがリアルタイムにできるようになる。
【００６０】
省エルギー管理については、計画となる需要水量計画データを策定する場合に水量実績データから要因別に仕分けして妥当な目標値とするようにしている。
【００６１】
【表２】
表２は前記要因をマスタとして設定した例で、負荷、生産ライン、施設原動の要因属性毎に要因を設定し、レベルに応じた要因レベルを設定するようにしている。例えば、外気温については記録データがあれば月別時間帯別に仕分けして要因レベルを設定し、ない場合はＷＥＢ上で提供サイトよりダウンロードして要因レベルを設定する。このように水量実績の要因を洗出し、この要因について年度別月別時間帯別の実績水量データについて要因別レベルを設定する。但し、実際の運用上は日時締めにより日単位で要因の結果を設定するのが望ましい。
【００６２】
【表３】
表３は、実際に年度別月別時間帯別の水量実績データに要因レベルを設定した表である。この年度別月別時間帯別の水量実績データを、要因をキーにデータマイニング等の手法により特殊要因を排除して基本となる月別時間帯別の水量データを抽出し、この抽出した水量データを計画水量のデータとするようにし、実際の運用に近い計画データとすることができる。
【００６３】
次に、前記抽出した水量計画データに基づき実際のエネルギー量を算出する。算出の基本となるマスタとして表４の電力契約マスタ及び表５の二酸化炭素換算係数マスタを前記記憶装置４にて記憶している。
【００６４】
【表４】
【００６５】
【表５】
前記抽出した水量計画データに基づき、表６の例に示すような月別時間帯別水量計画データを計画データとして入力すると、前記消費電力演算部で消費電力を演算して表６に示すように電力量とし、表４の電力契約マスタの月、時間と適合する電力従量料金単価より表６に示すように従量料金を演算する。又同様に、表６の例に示すように月別時間帯別水量実績データについても実績データとして入力すると、前記消費電力演算部で消費電力を演算して表６に示すように電力量とし、表４の電力契約マスタの契約種別と適合する電力従量料金単価の月、時間帯で設定されている単価に基づき表６に示すように従量料金を演算する。さらに、月別の従量料金合計を集計し、前記消費電力のピーク値を基本契約電力とした表４の月額基本料金に前記従量料金合計を加算しさらに力率割引を行なった後の料金を表７のように月額電力料金としている。又、同様に月別の電力量合計と表５の二酸化炭素換算係数マスタより二酸化炭素排出量の月合計としている。このようにして、需要水量の計画データと実際の実績データとを電力料金及び二酸化炭素排出量で比較できるようにし、エネルギー計画値に対する実績値の監視を行うようにしている。
【００６６】
【表６】
【００６７】
【表７】
以上、要因別にレベルを設定された実績水量データよりデータマイニング等の統計手法により精度の高い計画データを抽出するとともに、前述のポンプ特性式及び配管抵抗特性より確実なエネルギー演算を可能とし、正確なエネルギーの実績管理を行なうことができる。
【００６８】
次に、コントローラによりインバータ周波数を可変させてポンプの送水圧力が一定になるようポンプ回転数を制御するシステムにおいて、図１の送水圧力判定部３１０は前記ポンプ特性演算部３０１で決定されるポンプ特性式の定数となるポンプ締切揚程Ｐ0 及びポンプ最大流量Ｑ0 と前記配管特性演算部で決定される配管抵抗特性式の定数となる配管実揚程Ｈ0 及び無次元化抵抗係数γと前記コントローラのポンプ送水圧力設定値ＰSPとインバータ下限周波数ＦS とインバータ上限周波数ＦL を入力し、変数となるポンプ運転流量Ｑあるいは運転電源周波数Ｆ及び定格電源周波数Ｆ0 を入力すると前記ポンプ特性演算部により演算されたポンプ特性式及び前記配管抵抗特性演算部により演算された配管特性式により前記コントローラのポンプ送水圧力設定値ＰSPの適正判定を行ない、又適正値を設定するようにしている。
【００６９】
ポンプ最大流量Ｑ0 に対するポンプ運転点の流量Ｑの比ｑは、
ｑ＝Ｑ／Ｑ0 式（５７）
ポンプ締切揚程Ｐ0 に対するポンプ運転点の揚程Ｐの比ｐは、
ｐ＝Ｐ／Ｐ0 式（５８）
運転電源周波数Ｆの定格電源周波数Ｆ0 に対する比ｆは、
ｆ＝Ｆ／Ｆ0 式（５９）
インバータ下限周波数ＦS の定格電源周波数Ｆ0 に対する比ｆS は、
ｆS ＝ＦS ／Ｆ0 式（６０）
インバータ上限周波数ＦL の定格電源周波数Ｆ0 に対する比ｆL は、
ｆL ＝ＦL ／Ｆ0 式（６１）
図４に示す第１のケースとして、以下の式（６２）のように送水圧力設定値１が運転揚程１以下の場合、
ＰSP≦Ｐ0 ×（ｆS 2 −ｑ2 ） 式（６２）
送水圧力設定値ＰSPがインバータ下限周波数ＦS でのポンプ運転点の揚程以下に設定されており、このような最小負荷付近での送水圧力設定については、インバータ下限周波数ＦS をさらに低くして省エネを図るようにするか、ポンプが不安定領域に入るため下限周波数ＦS を低くできない場合は式（６２）の右辺の値を適正値として設定する。
【００７０】
図４に示す第２のケースとして、以下の式（６３）のように送水圧力設定値２が運転揚程２以上の場合、
ＰSP≧Ｐ0 ×（ｆL 2 −ｑ2 ） 式（６３）
送水圧力設定値ＰSPがインバータ上限周波数ＦL でのポンプ運転点の揚程以上に設定されており、このような最大負荷付近での送水圧力設定については、送水圧力設定値ＰSPを低くして式（６３）の右辺の値を適正値として設定するようにして省エネを図るか、系全体として流量不足に陥るため送水圧力設定値ＰSPを低くできない場合はインバータ上限周波数ＦL を高くするが定格周波数Ｆ0 を超える場合は系統の見直しをする。
【００７１】
図４に示す第３のケースとして、以下の式（６４）のように送水圧力設定値３が定格周波数での配管抵抗未満の場合、
ｐ＜ｈ0 ＋γ×ｑ 2 式（６４）
送水圧力設定値ＰSPが定格周波数での抵抗特性上のポンプ運転点未満に設定されているため制御範囲を超えている。このような定格周波数での送水圧力設定については、設計上送水圧力設定に余裕がある場合は送水圧力設定値ＰSPを高くして式（６４）の右辺の値を適正値として設定し適性化を図るか、設計上余裕のない場合は負荷に対して供給する流量が不足するため系統の見直しをする。
【００７２】
以上、ポンプの送水圧力一定制御を行なうシステムにおいて、コントローラの送水圧力目標値を条件として与えると、省エネと適正運転の両面から目標値の妥当性を判定するとともに適正値を求めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明のポンプ運転支援システムは、各種ポンプ特性と配管抵抗特性を数式化してデータベース化し、ディスプレイ上でもリアルタイムに前記特性式をグラフ化し、運転者が容易にポンプの適正運転をできるように支援することができるとともに、正確な実績水量データに基づく省エネルギー管理もできるので、あらゆるポンプの運転管理に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明のポンプ運転支援システムの一実施形態の全体構成図。
【図２】同実施形態における演算プログラムの論理ブロック図。
【図３】同実施形態におけるディスプレイ内容の説明図。
【図４】同実施形態における運転方法に関する説明図。
【符号の説明】
【００７５】
１ キーボード
２ 信号入力装置
３ コンピュータ
４ 記憶装置
５ ディスプレイ
３０１ ポンプ特性演算部
３０２ 配管抵抗特性演算部
３０３ ポンプ運転点演算部
３０４ ポンプ効率演算部
３０５ モータ効率演算部
３０６ 力率演算部
３０７ 消費電力演算部
３０８ 消費電流演算部
３１０ 送水圧力判定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力手段と演算手段と表示手段を備え、
前記演算手段はポンプ特性演算手段と配管抵抗特性演算手段とポンプ運転点演算手段からなり、
前記ポンプ特性演算手段は、前記入力手段から異なる２点のポンプ揚程及びポンプ流量を入力し、ポンプ締切揚程及びポンプ最大流量を演算するポンプ特性演算部１と、前記入力手段からポンプ運転流量とポンプ運転電源周波数及び定格電源周波数を入力し、前記ポンプ特性演算部１の演算結果を利用してポンプ揚程を演算するポンプ特性演算部２を有し、
前記配管抵抗特性演算手段は、前記入力手段からポンプ流量と配管実揚程、あるいはポンプ揚程と配管実揚程、あるいは配管流量と配管全抵抗と配管実揚程を入力し、無次元化抵抗係数を演算する配管抵抗特性演算部１と、前記入力手段からポンプ運転流量を入力し、前記配管抵抗特性演算部１の演算結果を利用して配管抵抗を演算する配管抵抗特性演算部２を有し、
前記ポンプ運転点演算手段は、前記ポンプ特性演算部１で決定されたポンプ締切揚程及びポンプ最大流量と、前記配管抵抗特性演算部１で決定された無次元化抵抗係数と、前記入力手段から入力された配管実揚程とから、ポンプ運転点の流量及び揚程を演算し、
前記表示手段は、前記演算手段での演算結果を表示することを特徴とするポンプ運転支援システム。
【請求項２】
前記演算手段が、前記入力手段からポンプ最大効率点のポンプ最大効率及びポンプ流量、該ポンプ流量未満での近似べき数１、該ポンプ流量以上での近似べき数２を入力し、変数としてポンプ運転流量を入力すると、前記ポンプ特性演算部１で決定されたポンプ最大流量を利用してポンプ効率を演算するポンプ効率演算手段を備えていることを特徴とする請求項１記載のポンプ運転支援システム。
【請求項３】
前記演算手段が、前記入力手段からポンプ締切時のモータ効率とポンプ最大効率点のモータ効率及びポンプ流量と該ポンプ流量未満での近似べき数１と該ポンプ流量以上での近似べき数２を入力し、変数としてポンプ運転流量を入力すると、前記ポンプ特性演算部１で決定されたポンプ最大流量を利用してモータ効率を演算するモータ効率演算手段を備えていることを特徴とする請求項２記載のポンプ運転支援システム。
【請求項４】
前記演算手段が、前記入力手段からポンプ締切時の力率とポンプ最大効率点の力率及びポンプ流量と該ポンプ流量未満での近似べき数１と該ポンプ流量以上での近似べき数２を入力し、変数としてポンプ運転流量を入力すると、前記ポンプ特性演算部１で決定されたポンプ最大流量を利用して力率を演算する力率演算手段を備えていることを特徴とする請求項２記載のポンプ運転支援システム。
【請求項５】
前記演算手段が、前記入力手段からインバータロスと変数としてポンプ運転流量を入力すると、前記ポンプ特性演算部１で決定されたポンプ最大流量と、請求項２記載のポンプ効率演算部で演算されるポンプ効率と、請求項３記載のモータ効率演算部で演算されるモータ効率を利用して消費電力を演算する消費電力演算手段を備えていることを特徴とするポンプ運転支援システム。
【請求項６】
前記演算手段が、前記入力手段から変数としてポンプ運転流量を入力すると、請求項４記載の力率演算部で演算される力率と、請求項５記載の消費電力演算部で演算される消費電力を利用して消費電流を演算する消費電流演算手段を備えていることを特徴とするポンプ運転支援システム。
【請求項７】
前記演算手段が、前記入力手段から最小の適正流量、最大の適正流量を入力し、変数として運転流量を入力すると、前記ポンプ特性演算部１で決定されるポンプ最大流量を利用して前記最小の適正流量以下の場合あるいは前記最大の適正流量の場合に低効率と判定する低効率判定手段を備えていることを特徴とする請求項１記載のポンプ運転支援システム。
【請求項８】
入力値及び演算結果の値に属性情報を付加して記憶するとともに、前記属性情報を検索キーにして参照するようにした記憶手段を備えていることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のポンプ運転支援システム。
【請求項９】
前記表示手段は、演算結果を、ディスプレイに特性図としてリアルタイムに可視化し、前記可視化された線図上で同時に数値を表示することを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のポンプ運転支援システム。
【請求項１０】
電力契約マスタ及び二酸化炭素換算係数マスタを記憶する記憶手段を有するとともに、前記演算手段が、月別時間帯別実績水量データより要因別に仕分けされた月別時間帯別水量計画データと月別時間帯別水量実績データを入力すると、該月別時間帯別水量計画データ及び該前記月別時間帯別水量実績データに対応する消費電力を前記消費電力演算部で演算し、該消費電力を消費電力量として前記電力契約マスタより電力料金を演算し、又前記消費電力量と前記二酸化炭素換算係数マスタより二酸化炭素排出量を演算し、前記月別時間帯別水量計画データと前記月別時間帯別水量実績データに対応する前記消費電力量及び前記消費電力料金及び前記二酸化炭素排出量を比較できるようにしたエネルギー演算手段を備えていることを特徴とする請求項６記載のポンプ運転支援システム。
【請求項１１】
コントローラによりインバータ周波数を可変させてポンプの送水圧力が一定になるようポンプ回転数を制御するポンプ運転システムにおいて、
前記ポンプ特性演算手段で決定されるポンプ特性式の定数となるポンプ締切揚程及びポンプ最大流量と前記配管特性演算手段で決定される配管抵抗特性式の定数となる配管実揚程及び無次元化抵抗係数と前記コントローラのポンプ送水圧力設定値とインバータ下限周波数とインバータ上限周波数を入力し、変数となるポンプ運転流量あるいは運転電源周波数及び定格電源周波数を入力すると、前記ポンプ特性式及び前記配管抵抗特性式により前記コントローラのポンプ送水圧力設定値の適正判定を行ない又適正値を設定する送水圧力判定部を備え、
第１のケースとして前記送水圧力設定値が前記インバータ下限周波数でのポンプ運転点の揚程以下に設定されている場合にインバータ下限周波数をさらにポンプ運転点の揚程以下まで低くするかあるいはポンプが不安定領域に入るため下限周波数を低くできない場合は前記ポンプ特性演算手段で演算された揚程を適正値として設定し、また第２のケースとして前記圧力設定値がインバータ上限周波数でのポンプ運転点の揚程以上に設定されている場合に送水圧力設定値を低くして前記ポンプ特性演算手段で演算された揚程を適正値として設定するようにするあるいは系全体として流量不足に陥るため送水圧力設定値を低くできない場合はインバータ上限周波数を高くするが定格周波数を超える場合は系統の見直しをし、また第３のケースとして前記送水圧力設定値が定格周波数での抵抗特性上のポンプ運転点未満に設定されているため制御範囲を超えている場合に設計上前記送水圧力設定に余裕がある場合は前記送水圧力設定値を高くして前記配管抵抗特性演算手段で演算された配管抵抗の値を適正値として設定し適性化を図るか設計上余裕のない場合は負荷に対して供給する流量が不足するため系統の見直しをすることを特徴とする請求項１記載のポンプ運転支援システム。
【請求項１】
入力手段と演算手段と表示手段を備え、
前記演算手段はポンプ特性演算手段と配管抵抗特性演算手段とポンプ運転点演算手段からなり、
前記ポンプ特性演算手段は、前記入力手段から異なる２点のポンプ揚程及びポンプ流量を入力し、ポンプ締切揚程及びポンプ最大流量を演算するポンプ特性演算部１と、前記入力手段からポンプ運転流量とポンプ運転電源周波数及び定格電源周波数を入力し、前記ポンプ特性演算部１の演算結果を利用してポンプ揚程を演算するポンプ特性演算部２を有し、
前記配管抵抗特性演算手段は、前記入力手段からポンプ流量と配管実揚程、あるいはポンプ揚程と配管実揚程、あるいは配管流量と配管全抵抗と配管実揚程を入力し、無次元化抵抗係数を演算する配管抵抗特性演算部１と、前記入力手段からポンプ運転流量を入力し、前記配管抵抗特性演算部１の演算結果を利用して配管抵抗を演算する配管抵抗特性演算部２を有し、
前記ポンプ運転点演算手段は、前記ポンプ特性演算部１で決定されたポンプ締切揚程及びポンプ最大流量と、前記配管抵抗特性演算部１で決定された無次元化抵抗係数と、前記入力手段から入力された配管実揚程とから、ポンプ運転点の流量及び揚程を演算し、
前記表示手段は、前記演算手段での演算結果を表示することを特徴とするポンプ運転支援システム。
【請求項２】
前記演算手段が、前記入力手段からポンプ最大効率点のポンプ最大効率及びポンプ流量、該ポンプ流量未満での近似べき数１、該ポンプ流量以上での近似べき数２を入力し、変数としてポンプ運転流量を入力すると、前記ポンプ特性演算部１で決定されたポンプ最大流量を利用してポンプ効率を演算するポンプ効率演算手段を備えていることを特徴とする請求項１記載のポンプ運転支援システム。
【請求項３】
前記演算手段が、前記入力手段からポンプ締切時のモータ効率とポンプ最大効率点のモータ効率及びポンプ流量と該ポンプ流量未満での近似べき数１と該ポンプ流量以上での近似べき数２を入力し、変数としてポンプ運転流量を入力すると、前記ポンプ特性演算部１で決定されたポンプ最大流量を利用してモータ効率を演算するモータ効率演算手段を備えていることを特徴とする請求項２記載のポンプ運転支援システム。
【請求項４】
前記演算手段が、前記入力手段からポンプ締切時の力率とポンプ最大効率点の力率及びポンプ流量と該ポンプ流量未満での近似べき数１と該ポンプ流量以上での近似べき数２を入力し、変数としてポンプ運転流量を入力すると、前記ポンプ特性演算部１で決定されたポンプ最大流量を利用して力率を演算する力率演算手段を備えていることを特徴とする請求項２記載のポンプ運転支援システム。
【請求項５】
前記演算手段が、前記入力手段からインバータロスと変数としてポンプ運転流量を入力すると、前記ポンプ特性演算部１で決定されたポンプ最大流量と、請求項２記載のポンプ効率演算部で演算されるポンプ効率と、請求項３記載のモータ効率演算部で演算されるモータ効率を利用して消費電力を演算する消費電力演算手段を備えていることを特徴とするポンプ運転支援システム。
【請求項６】
前記演算手段が、前記入力手段から変数としてポンプ運転流量を入力すると、請求項４記載の力率演算部で演算される力率と、請求項５記載の消費電力演算部で演算される消費電力を利用して消費電流を演算する消費電流演算手段を備えていることを特徴とするポンプ運転支援システム。
【請求項７】
前記演算手段が、前記入力手段から最小の適正流量、最大の適正流量を入力し、変数として運転流量を入力すると、前記ポンプ特性演算部１で決定されるポンプ最大流量を利用して前記最小の適正流量以下の場合あるいは前記最大の適正流量の場合に低効率と判定する低効率判定手段を備えていることを特徴とする請求項１記載のポンプ運転支援システム。
【請求項８】
入力値及び演算結果の値に属性情報を付加して記憶するとともに、前記属性情報を検索キーにして参照するようにした記憶手段を備えていることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のポンプ運転支援システム。
【請求項９】
前記表示手段は、演算結果を、ディスプレイに特性図としてリアルタイムに可視化し、前記可視化された線図上で同時に数値を表示することを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のポンプ運転支援システム。
【請求項１０】
電力契約マスタ及び二酸化炭素換算係数マスタを記憶する記憶手段を有するとともに、前記演算手段が、月別時間帯別実績水量データより要因別に仕分けされた月別時間帯別水量計画データと月別時間帯別水量実績データを入力すると、該月別時間帯別水量計画データ及び該前記月別時間帯別水量実績データに対応する消費電力を前記消費電力演算部で演算し、該消費電力を消費電力量として前記電力契約マスタより電力料金を演算し、又前記消費電力量と前記二酸化炭素換算係数マスタより二酸化炭素排出量を演算し、前記月別時間帯別水量計画データと前記月別時間帯別水量実績データに対応する前記消費電力量及び前記消費電力料金及び前記二酸化炭素排出量を比較できるようにしたエネルギー演算手段を備えていることを特徴とする請求項６記載のポンプ運転支援システム。
【請求項１１】
コントローラによりインバータ周波数を可変させてポンプの送水圧力が一定になるようポンプ回転数を制御するポンプ運転システムにおいて、
前記ポンプ特性演算手段で決定されるポンプ特性式の定数となるポンプ締切揚程及びポンプ最大流量と前記配管特性演算手段で決定される配管抵抗特性式の定数となる配管実揚程及び無次元化抵抗係数と前記コントローラのポンプ送水圧力設定値とインバータ下限周波数とインバータ上限周波数を入力し、変数となるポンプ運転流量あるいは運転電源周波数及び定格電源周波数を入力すると、前記ポンプ特性式及び前記配管抵抗特性式により前記コントローラのポンプ送水圧力設定値の適正判定を行ない又適正値を設定する送水圧力判定部を備え、
第１のケースとして前記送水圧力設定値が前記インバータ下限周波数でのポンプ運転点の揚程以下に設定されている場合にインバータ下限周波数をさらにポンプ運転点の揚程以下まで低くするかあるいはポンプが不安定領域に入るため下限周波数を低くできない場合は前記ポンプ特性演算手段で演算された揚程を適正値として設定し、また第２のケースとして前記圧力設定値がインバータ上限周波数でのポンプ運転点の揚程以上に設定されている場合に送水圧力設定値を低くして前記ポンプ特性演算手段で演算された揚程を適正値として設定するようにするあるいは系全体として流量不足に陥るため送水圧力設定値を低くできない場合はインバータ上限周波数を高くするが定格周波数を超える場合は系統の見直しをし、また第３のケースとして前記送水圧力設定値が定格周波数での抵抗特性上のポンプ運転点未満に設定されているため制御範囲を超えている場合に設計上前記送水圧力設定に余裕がある場合は前記送水圧力設定値を高くして前記配管抵抗特性演算手段で演算された配管抵抗の値を適正値として設定し適性化を図るか設計上余裕のない場合は負荷に対して供給する流量が不足するため系統の見直しをすることを特徴とする請求項１記載のポンプ運転支援システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００７−２９７９１９（Ｐ２００７−２９７９１９Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１２４０６７（Ｐ２００６−１２４０６７）
【出願日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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