給水装置
【課題】構成要素を必要最小限にして製造コストを低減することができる給水装置を提供する。
【解決手段】給水装置１は、ポンプ３と、ポンプ３の回転周波数を可変制御するインバータ５と、インバータ５を制御する制御部６とを備える。制御部６は、インバータ５に関する情報を表示する表示部６２４を備えている。インバータ５は、インバータ５に電力を供給するとともに制御部６に電力を供給する電源部５０５を備えている。
【解決手段】給水装置１は、ポンプ３と、ポンプ３の回転周波数を可変制御するインバータ５と、インバータ５を制御する制御部６とを備える。制御部６は、インバータ５に関する情報を表示する表示部６２４を備えている。インバータ５は、インバータ５に電力を供給するとともに制御部６に電力を供給する電源部５０５を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機械装置に係り、特にポンプをインバータ制御して集合住宅などに給水を行う給水装置などの回転機械装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、給水装置などの回転機械装置においては、商用交流電源の周波数および電圧を任意の周波数および電圧に変換するインバータを用いることにより、ポンプを可変速運転することが広く行われている。インバータは、ポンプを駆動するモータの回転速度を任意に変えられるため、ポンプの負荷に対応した最適な回転速度で運転することが可能となり、定格速度で運転する場合に比較して省エネルギー化を図ることができる。
【０００３】
このようなインバータには、電流や周波数、インバータに関する情報を表示するための液晶ディスプレイや７セグメント表示器などからなる表示部と、インバータの設定（例えば加速時間や減速時間等の設定）や表示部に表示する内容を変更する（切り替える）ボタンなどの操作部とが設けられる。複数のポンプを複数のインバータを用いて制御する場合には、このような表示部および操作部がインバータごとに設けられる。また、インバータを制御する制御部が設けられる場合には、この制御部にも表示部と操作部が設けられる。
【０００４】
このように、従来の給水装置において複数のインバータを用いる場合には、インバータの数に制御基板の数を加えた分だけの表示部および操作部が設けられていた。このように、従来の給水装置などの回転機械装置においては、多くの表示部が必要となり、これらの表示部がコストの上昇を招いていた。また、多くの表示部が別々に存在していたため、操作者が表示内容を理解することが容易ではなかった。
【０００５】
また、任意のポンプやインバータを手動で強制停止したり、運転停止にしたりする場合に、制御部に接続された操作部および表示部を使って操作するのでは、対象とするポンプやインバータの指定などの操作が煩雑になる。また、ポンプごとにインターロック機構を設けることで操作を容易にすることができるが、部品が増えるので結果的にコストアップにつながってしまう。
【０００６】
また、従来、インバータにはインバータ自身が必要とする電源を設け、制御部には制御部自身が必要とする電源を設けていた。したがって、インバータ用の電源と制御部用の電源とそれぞれの電源開発が必要となり、これがコストアップの要因となっていた。また、これらの電源はスペースを必要とするため、電源を搭載する分だけインバータおよび制御部の基板の大きさが大きくならざるを得なかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、構成要素を必要最小限にして製造コストを低減することができる給水装置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】
本発明の一態様によれば、複数のポンプと、対応するポンプの回転周波数を可変制御する複数のインバータと、上記複数のインバータを制御する制御部とを備えた給水装置が提供される。上記インバータは、該インバータに電力を供給するとともに上記制御部に電力を供給する電源部を備えている。
【０００９】
このように、インバータの電源部から制御部に電力を供給することによって、制御部用の直流電源を別途設ける必要がなくなる。したがって、装置の製造コストを低減することができ、制御部の大きさも小さくすることができる。また、安定した電源の開発には相当の時間および費用がかかるが、上記態様によれば、インバータに搭載する電源部の開発だけでよいので、装置のコストダウンを図ることができる。また、制御部は、複数のインバータの電源部から電力の供給を受けているので、例えば、あるインバータの漏電遮断器が動作しても、他のインバータについて漏電遮断器が動作していなければ、該他のインバータの電源部から制御部に電力を供給することができる。このように、制御部への電源の供給を安定化することができる。
【００１０】
本発明の一参考例によれば、回転機械と、上記回転機械の回転周波数を可変制御するインバータと、上記インバータを制御する制御部とを備えた回転機械装置が提供される。上記制御部は、上記インバータに関する情報を表示する表示部を備えている。
【００１１】
本参考例によれば、従来インバータに設けられていた表示部をなくすことができ、必要最小限の構成のインバータとすることができる。インバータを制御する制御部に表示部を集約して設けているので、表示部の数を最小限にして、回転機械装置を安価に製造することができる。また、表示部の数が少ないので、操作者が容易に表示内容を理解することができ、操作性を向上させることができる。
【００１２】
上記インバータは、該インバータの設定を行うために必要最小限の操作部を備えていることが好ましい。このように、インバータの設定を行うために必要最小限の操作部をインバータに残しておけば、インバータの数が増減しても、制御部の操作部の構成を変更する必要がない。
【００１３】
本発明の他の参考例によれば、複数のポンプと、対応するポンプの回転周波数を可変制御する複数のインバータと、上記複数のインバータを制御する制御部とを備えた給水装置が提供される。上記複数のインバータは、上記対応するポンプの自動運転・停止・試験運転といったポンプの運転状態の切替を行う運転切替スイッチを備えている。
【００１４】
このように、自動運転・停止・試験運転といったポンプの運転状態の切替を行う運転切替スイッチが操作部として各インバータに設けられているので、任意のポンプを強制的に停止や運転させたい場合に、容易にその目的を達成することができる。
【００１５】
本発明のさらに他の参考例によれば、複数のポンプと、対応するポンプの回転周波数を可変制御する複数のインバータと、上記複数のインバータを制御する制御部とを備えた給水装置が提供される。上記複数のインバータは、点灯および消灯により上記対応するポンプの運転状態を示すランプを備えている。
【００１６】
このように、点灯および消灯により対応するポンプの運転状態を示すランプが各インバータに設けられているので、ポンプの運転状態を表示するために複雑で高価な液晶ディスプレイや７セグメント表示器を設ける必要がなくなり、給水装置のコストを低減することができる。
【発明の効果】
【００１７】
上述したように、本発明によれば、給水装置をはじめとする回転機械装置の構成要素を必要最小限にして製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態における給水装置を示す概略図である。
【図２】図１のインバータを示す概略図である。
【図３】図１の制御部を示す概略図である。
【図４】図２のインバータと図３の制御基板との間の電源系統を示す概略図である。
【図５】本発明の第２の実施形態における給水装置のインバータを示す概略図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における給水装置の制御部を示す概略図である。
【図７】本発明の第３の実施形態における給水装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る回転機械装置の実施形態について図１から図７を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、回転機械装置として給水装置を用いた例について説明する。また、図１から図７において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００２０】
図１は、本発明の第１の実施形態における給水装置１を示す概略図である。図１に示すように、給水装置１は、２つの受水槽２と、配管１０を介して各受水槽２に接続される２つのポンプ３と、ポンプ３を駆動するモータ４と、モータ４の回転周波数を制御するインバータ５と、インバータ５をはじめとする各種機器を制御する制御部６とを備えている。
【００２１】
各受水槽２には、電極棒１２ａにより受水槽２の水位を検知する水位検知器１２が設けられている。本実施形態における水位検知器１２は、４つの液面レベル（満水、減水、復帰、渇水）を検知する。各受水槽２には、水道本管（図示せず）に接続された給水管１４から電磁弁１６を介して水道水が導入されるようになっている。水位検知器１２により受水槽２の水位が検知され、水位の増減に応じて制御部６により電磁弁１６が開閉される。このような構成により、受水槽２に水道水がいったん貯水され、この貯水された水がポンプ３により住宅等の末端の需要先に供給されるようになっている。
【００２２】
各ポンプ３の吐出側には、配管１８および吐出管２０が接続されており、ポンプ３により受水槽２内の水道水が住宅等の末端の需要先に供給されるようになっている。配管１８にはチェッキ弁２２およびフロースイッチ２４がそれぞれ設けられており、フロースイッチ２４の出力は各インバータ５に入力される。なお、チェッキ弁２２はポンプ３が停止した場合に吐出側から吸込側に水が逆流することを防止するための逆流防止弁であり、フロースイッチ２４は配管１８内の水量が少なくなったことを検出するためのものである。
【００２３】
吐出管２０には、ポンプ３の吐出圧力を検出する圧力センサ２６が設置されており、この圧力センサ２６の出力信号は制御部６に入力されている。また、吐出管２０には圧力タンク２８が接続されており、フロースイッチ２４により水量が少なくなったことが検出された場合には、ポンプ３の締切運転を防止するために、圧力タンク２８に蓄圧してからポンプ３の運転を停止することができる。
【００２４】
この給水装置１においては、フロースイッチ２４や圧力センサ２６などの出力信号に基づいて、ポンプ３の回転速度（回転周波数）がインバータ５を用いて可変速制御される。一般的には、圧力センサ２６により検出された圧力信号が設定された目標圧力と一致するようにポンプ３の回転速度を制御してポンプ３の吐出圧力が一定になるように制御する吐出圧力一定制御や、ポンプ３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需要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などが行われる。これらの制御によれば、その時々の需要水量に見合った回転速度でポンプ３が駆動されるので、省エネルギーを達成することができる。
【００２５】
また、フロースイッチ２４がＯＮになると、水の使用のない、水量が少ない状態と判断され、ポンプ３の運転が停止される。吐出圧力の低下などにより水の使用が検知されると、ポンプが再起動される。水量の少ないときにポンプ３を停止する場合には、一度ポンプ３を加速して、圧力タンク２８に蓄圧してからポンプ３を停止する蓄圧運転を行ってもよい。
【００２６】
本実施形態の給水装置１は、複数のポンプを備えているので、追加解列を伴う複数台運転を行ったり、運転中に特定のポンプ３やインバータ５の異常が検知された場合に、他の正常なポンプ３やインバータ５に運転を切り替えて給水を継続することができる。
【００２７】
図２は、図１のインバータ５を示す概略図である。図２に示すように、インバータ５は、主基板５０と、インバータ５の設定（例えば加速時間や減速時間等の設定）などを行う操作パネル５２と、各種信号の入出力を行うＩ／Ｏ基板（入出力基板）５４とを備えている。
【００２８】
主基板５０は、漏電遮断器（Earth Leakage Circuit Breaker：ＥＬＢ）５６を介して入力された交流電力を整流する整流器５００と、整流器５００によって整流された電力を所望の周波数の交流電力に変換するスイッチング素子（電力部）５０１と、制御部６や他のインバータ５とシリアル通信ケーブル３０を介して情報の授受を行う通信部（シリアルポート）５０２と、各種のプログラムを記憶したメモリ（ＲＯＭや書換え可能な不揮発性記憶素子であるフラッシュメモリ等）５０３と、メモリ５０３に記憶されたプログラムに基づいて演算制御動作を行うＣＰＵ５０４とを備えている。
【００２９】
主基板５０は、漏電遮断器５６を介して入力される電力を整流器５００で直流電力に変換し、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのスイッチング素子５０１を駆動して所望の周波数の交流電力（制御部６から通信部５０２を介して送られる情報に応じた周波数の電力）に変換して、ポンプ３を駆動するモータ４にこの電力を供給する。
【００３０】
メモリ５０３には、スイッチング素子５０１の制御や通信部５０２を介した情報の授受、Ｉ／Ｏ基板５４や操作パネル５２との情報の授受を行うためのプログラムや、各種のインバータ制御および運転制御プログラムが記憶されている。これらのプログラムは、ＣＰＵ５０４によって実行される。なお、メモリ５０３とＣＰＵ５０４とは同一の半導体チップ上に搭載されたものであってもよい。メモリ５０３やＣＰＵ５０４などは直流電力で駆動されるため、インバータ５の主基板５０には、直流電力を主基板５０に供給する電源部５０５が設けられている。この電源部５０５は、トランスや整流器、コンデンサなどにより構成される。なお、この電源部５０５は操作パネル５２やＩ／Ｏ基板５４にも電力を供給するようになっている。
【００３１】
Ｉ／Ｏ基板５４は、インバータ５の使用用途により自由に改変可能な各種の入力端子および出力端子を備えている。図２に示すＩ／Ｏ基板５４では、各ポンプ３に設けられポンプ３の温度を検知するサーミスタからの信号が入力されるアナログ入力端子５４０と、インバータ５の１次側に設けられた漏電遮断器５６のトリップ信号やポンプ３の吐出側に設けられたフロースイッチ２４のＯＮ／ＯＦＦ信号が入力されるデジタル入力端子５４１と、ポンプ３が運転中であるかどうか（ポンプの発停）を示すＯＮ／ＯＦＦ信号である運転信号やポンプ３やインバータ５などの故障を知らせる故障信号を装置外部に出力するためのデジタル出力端子５４２とが設けられている。
【００３２】
また、Ｉ／Ｏ基板５４にはディップスイッチ５４３が設けられており、このディップスイッチ５４３は複数のインバータを有する給水装置におけるインバータ番号（ポンプ番号）の設定などに用いられる。
【００３３】
このように、Ｉ／Ｏ基板５４は、サーミスタや漏電遮断器５６、フロースイッチ２４などといった、ポンプの系列ごとに必要とされる信号（ポンプに依存する入力信号）の入力端子を備えており、同様に、運転や故障といった、ポンプの系列ごとに必要とされる信号（ポンプに依存する出力信号）の出力端子も備えている。したがって、従来のように制御部６にこれらの入出力端子を設ける必要がなくなり、ポンプの台数が増えた場合にも、これらの信号の入出力用に別途基板を用意する必要がなくなる。
【００３４】
Ｉ／Ｏ基板５４と主基板５０とは、インタフェイス５４４，５０６を介して互いに接続されている。Ｉ／Ｏ基板５４の入力端子５４０，５４１から入力された信号は、主基板５０のメモリ５０３に記憶されたプログラムに従って、通信部５０２から制御部６に送信される。また、制御部６や主基板５０のＣＰＵ５０４の判断に基づいて故障信号がインタフェイス５０６，５４４を介して出力端子５４２から外部に出力される。
【００３５】
図２に示すように、操作パネル５２は、インバータ５により駆動されるポンプ３の運転状態、すなわち試験・停止・自動運転を選択する運転切替スイッチ（操作部）５２０と、運転・故障を示すランプ５２１と、インバータ５の設定等を行うのに最低限必要な数の操作ボタン（操作部）５２２とを備えている。この操作パネル５２は、従来のインバータの操作パネルとは異なり、インバータ５に関する情報を表示するための液晶ディスプレイや７セグメント表示器などからなる表示部を備えていない。
【００３６】
操作パネル５２は、インタフェイス５２３，５４５を介してＩ／Ｏ基板５４に接続されている。運転切替スイッチ５２０を切り替えることにより、ポンプ３の運転状態を切り替えることができ、操作ボタン５２２を操作することによりインバータ５の設定（例えば加速時間や減速時間等の設定）や表示部に表示する内容を変更する（切り替える）ことができるようになっている。なお、本実施形態においては、操作パネル５２を主基板５０と別に形成し、インタフェイス５２３，５４５を介して操作パネル５２をＩ／Ｏ基板５４に接続しているが、操作パネル５２をＩ／Ｏ基板５４と一体に形成してもよい。
【００３７】
操作パネル５２の運転切替スイッチ５２０を「自動」にすると、制御部６からの指令に従ってポンプ３が可変速制御される。運転切替スイッチ５２０を「停止」にすると、インバータ５は制御部６の指令にかかわらずポンプ３の駆動を停止する。また、運転切替スイッチ５２０を「試験」にすると、インバータ５、モータ４、およびポンプ３を手動で試験運転（試運転）することができる。給水装置１においては、装置の据付時やポンプ３やモータ４のメンテナンスを行った際などに、該当するポンプ３の試験運転を行う。この試験運転では、装置が動くかどうか、あるいはポンプの回転方向が正しいかどうかなどがチェックされる。
【００３８】
このような運転切替スイッチ５２０が、各インバータ５に設けられているので、任意のポンプを強制的に停止や運転させたい場合に、容易にその目的を達成することができる。なお、インバータ５は、運転切替スイッチ５２０が「停止」または「試験」に切り替えられると、停止状態または試験状態に切り替えられたことを制御部６に伝達し、制御部６はこれを考慮した制御を行うことができる。
【００３９】
図３は、図１の制御部６を示す概略図である。図３に示すように、制御部６は、信号の入出力および装置の制御を行う制御基板６０と、各種設定を行う操作パネル６２とを備えている。
【００４０】
制御基板６０は、インバータ５の通信部５０２と接続される通信部（シリアルポート）６００と、各種のプログラムを記憶したメモリ（ＲＯＭや書換え可能な不揮発性記憶素子であるフラッシュメモリ等）６０１と、メモリ６０１に記憶されたプログラムに基づいて演算制御動作を行うＣＰＵ６０２とを備えている。通信部６００を介してポンプ３の発停や回転周波数、インバータ５のトリップ等の情報の授受が行われる。なお、メモリ６０１とＣＰＵ６０２とは同一の半導体チップ上に搭載されたものであってもよい。
【００４１】
また、制御基板６０は、受水槽２の液面に関する信号（水位検知器１２の出力信号）等が入力される入力端子６０３と、圧力センサ２６からの出力信号が入力される入力端子６０４と、電磁弁１６への出力信号を出力するための出力端子６０５と、受水槽２の状態（満水・減水・渇水・故障など）を外部に出力するための出力端子６０６とを備えている。このように、入力端子６０３，６０４にはポンプに依存しない入力信号が入力され、出力端子６０５，６０６からはポンプに依存しない出力信号が出力される。また、制御基板６０はディップスイッチ６０７を備えている。
【００４２】
このように、制御基板６０には、受水槽２の液面に関する信号、吐出圧力や流入圧力など、ポンプごとに設ける必要のない入出力端子（ポンプに依存しない入出力端子）は設けられているが、上述したように、ポンプ系列ごとに必要な入出力端子（ポンプに依存する入出力端子）については、インバータ５のＩ／Ｏ基板５４に設けられているので、制御基板６０から入出力端子が減って小型化することができる。これに伴い、コストダウンを見込める。
【００４３】
制御基板６０は、メモリ６０１に記憶された制御プログラムを実行して、操作パネル６２で設定された条件や各種センサからの信号に基づいて、各ポンプ３の発停（運転台数）および運転周波数を決定し、インバータ５にそれらを送信してポンプ３の回転周波数制御を行う。また、制御基板６０は、各種センサからの信号やインバータ５からのトリップ信号により、ポンプ３の運転を停止する、あるいは他のポンプ３に運転を切り替えるなどの制御を行う。
【００４４】
ここで、装置の据付時、ポンプ３やモータ４のメンテナンス時には、ポンプ３の試験運転（試運転）が行われる。この試験運転は、インバータ５の操作パネル５２の運転切替スイッチ５２０を手動で「試験」に切り替えることにより行われる。試験運転時のモータ４の回転周波数は、操作パネル５２の操作ボタン（上下ボタン）５２２により任意の回転周波数に変更することができるようになっている。しかしながら、高い周波数で試験運転を行うと、水の使用がない場合などに給水装置１の２次側の配管内の圧力が大きく上昇してしまい、配管継手からの漏れなどの問題を生じてしまう。
【００４５】
このような問題を避けるため、試験運転時はインバータ５の最高運転周波数を通常運転時より低くなるように制御している。具体的には、インバータ５の設定において、試験運転時の最高運転周波数自体を設定する、あるいは試験運転時の最高運転周波数を通常運転時の最高運転周波数に対する比率として設定できるようになっている。これにより、給水装置１の２次側の配管内の圧力が過度に上昇することを防止することができる。
【００４６】
また、各インバータ５においては自由に試験運転を行うことができるようになっている。すなわち、他のポンプが自動運転中に、任意の他のポンプを試験運転することができる。この場合、試験運転中のポンプによって加圧された分は、圧力センサ２６に検出されるため、試験運転中のポンプの回転速度（回転周波数）が非常に大きくない限り、通常の圧力制御を行っていればよい。しかしながら、そのような回転速度を超えて手動で回転速度を上昇させてしまった場合には、吐出圧力は他のポンプを停止しても目標圧力以上になってしまう。したがって、制御基板６０は、試験運転状態のインバータ５に対して、吐出圧力が目標圧力以上に上昇してしまうような場合に、回転速度をそれ以上上昇しないように制御する、あるいは回転速度を低下させるよう制御することができる。すなわち、ポンプ３の試験運転時には吐出圧力が一定以上の圧力に上がらないように、自動的にポンプ３の運転周波数に制限をかけることにより、安全かつ簡単にポンプ３の試験運転を行うことができるようになる。
【００４７】
制御基板６０のメモリ６０１やＣＰＵ６０２は、インバータ５の主基板５０の電源部５０５から直流電力の供給を受けて駆動するようになっている。図４は、インバータ５と制御基板６０との間の電源系統を示す概略図である。
【００４８】
インバータ５の主基板５０の電源部５０５の容量は、インバータ５の駆動に必要な電力と制御基板６０の駆動に必要な電力とを合わせた電力を基準に設計されている。図２および図４に示すように、主基板５０は電源部５０５に接続された電源端子５０７を備えており、この電源端子５０７は、制御部６の制御基板６０に設けられた電源端子６０８に接続されている。このように、インバータ５の主基板５０の電源部５０５は、制御部６の制御基板６０に駆動電力（＋５Ｖ、＋１２Ｖ、＋２４Ｖ等の直流電力）を供給できるようになっている。
【００４９】
このように、インバータ５から制御部６の制御基板６０用の電力を供給することによって、制御基板６０用の直流電源を別途設ける必要がなくなる。したがって、給水装置の製造コストを低減することができ、制御基板６０の大きさも小さくすることができる。また、安定した電源の開発には相当の時間および費用がかかるが、本実施形態によれば、インバータに搭載する電源部の開発だけでよいので、装置のコストダウンを図ることができる。
【００５０】
本実施形態においては、図４に示すように、各インバータ５の電源端子５０７は直接制御基板６０の電源端子６０８に接続されている。このため、インバータ５の電源部５０５には、あるインバータの電力が他のインバータに逆流しないように、ダイオード等による逆流防止機構（図示せず）が設けられている。
【００５１】
また、本実施形態においては、複数のインバータ５から制御部６の制御基板６０に電力を供給できるようになっている。すなわち、制御基板６０には複数のインバータ５の電源部５０５が並列に接続されているので、仮に、あるインバータが漏電遮断器５６のトリップなどにより電力を供給することができなくなっても、他のインバータにより十分な電力を制御基板６０に供給することができる。このように、本実施形態における構成は、制御基板６０の動作を正常に継続し、給水装置１の運転が停止してしまうことを防止するというバックアップ機能を有し、制御部６への電源の供給を安定化することができる。また、インバータを増設する場合においても、既設のインバータと同形式のインバータを増設するだけでよいので、インバータの数の増減が容易になる。
【００５２】
なお、電源の数を減らすという意味では、図示はしないが、制御基板６０に電源部を設け、この電源部から各インバータ５に直流電力を供給するようにしてもよい。あるいは、インバータ５や制御基板６０とは別に電源部を設けて、この電源部からインバータ５と制御基板６０に直流電力を供給するようにしてもよい。このような場合は、電源部が正常に動作しなかったときに装置が停止してしまうこととなるので、上述したバックアップ機能を実現することができない。また、インバータの増設を考慮した場合、容量に余裕を持たせた電源部を用いるか、もしくはインバータの増設に合わせて電源部を増設する必要が生ずる。
【００５３】
図３に示すように、制御部６の操作パネル６２は、装置の状態を示すランプ６２０と、給水装置１の目標圧力等の運転条件を設定する操作ボタン６２２と、装置に関する情報を表示するための液晶ディスプレイや７セグメント表示器などからなる表示部６２４とを備えている。操作ボタン６２２により、運転モードの選択や運転条件の設定を行う。また、表示部６２４には、運転中の装置のパラメータなどが表示される。
【００５４】
上述したように、各インバータ５の操作パネル５２には、従来のインバータの操作パネルとは異なり表示部が設けられていない。電流や運転周波数などのインバータ５に関する情報は、制御部６の操作パネル６２に設けられた表示部６２４に表示されるようになっている。すなわち、インバータ５の操作パネル５２の操作ボタン５２２を押すと、制御部６の操作パネル６２上の表示部６２４にインバータ５に関する情報が表示されるようになっている。この場合において、操作ボタン５２２のうち、いずれか１つのボタンを押せば表示部６２４を切り替えるようにしてもよいし、あるいは、操作ボタン５２２に表示切替用のボタンを設けてもよい。
【００５５】
このように、本実施形態によれば、インバータ５に液晶等の表示部を設ける必要がないため、装置のコストダウンを図ることができる。また、制御部６に表示部を集約して設けているので、操作者は容易に表示内容を理解することができ、操作性を向上させることができる。
【００５６】
一方、インバータ５の操作パネル５２には、必要最小限の操作ボタン５２２は残してあるため、インバータ５の操作パネル５２における操作により表示を切り替えることができる。したがって、制御部６の操作パネル６２における操作により表示を切り替える場合に比べて、表示の切替作業が簡便になり、ポンプ３およびインバータ５の増減があった場合にも、制御部６の操作パネル６２の表示部６２４の構造を変更する必要がない。なお、表示のための操作が多少煩雑になってもよい場合には、制御部６の操作パネル６２における操作により表示を切り替えて各インバータ５の情報を表示することとしてもよい。
【００５７】
制御部６の操作パネル６２は、上述したインバータ５に関する情報を表示する機能に加えて、操作ボタン６２２の操作により、給水装置１の運転中の吐出圧力や流入圧力等を選択的に表示させることができる機能を有している。また、操作ボタン６２２の操作により、給水装置１の目標圧力等の運転条件を設定することができる。また、この操作パネル６２は警報ブザーを備えており、警報が出されたときは、表示部６２４に警報内容が表示されるようになっている。
【００５８】
図５は、本発明の第２の実施形態における給水装置のインバータ５ａを示す概略図である。図２に示すインバータ５には、インバータ５の設定などを行う操作パネル５２が設けられていたが、本実施形態におけるインバータ５ａには操作パネルは設けられていない。その代わりに、Ｉ／Ｏ基板５４ａには、点灯および消灯により対応するポンプの運転状態を示すランプ５４６が設けられている。図５に示す例では、このようなランプ５４６として、運転、停止、故障、試験、自動を示すランプが設けられている。このようなランプ５４６を用いることで、ポンプの運転状態を表示するために複雑で高価な液晶ディスプレイや７セグメント表示器を設ける必要がなくなり、給水装置のコストを低減することができる。
【００５９】
図６は、本実施形態における制御部６ａを示す概略図である。図６に示す操作パネル６２ａは、図３に示す操作パネル６２の操作ボタン６２２と表示部６２４に加えて、設定するポンプを選択するボタン６２５と、選択されたポンプ３の運転状態、すなわち試験・自動運転・運転・停止を選択する運転切替ボタン６２６とを備えている。すなわち、第１の実施形態のインバータ５の操作パネル５２の機能が制御部６ａの操作パネル６２ａに付加されている。
【００６０】
なお、制御部６ａの制御基板６０ａには、給水装置の外部から強制的に運転を停止させるなどの指示を行うためのシステムインターロック端子６０９が設けられている。例えば、給水装置から隔離された場所に遠隔表示装置を設置し、この遠隔表示装置で運転状態を確認する場合において、外部から装置を停止させるときなどにこのシステムインターロック端子６０９が用いられる。
【００６１】
図７は、本発明の第３の実施形態における給水装置１０１を示す概略図である。図７に示す給水装置１０１は、ポンプ３を水道本管１０２に直結して水道本管１０２の圧力を利用して給水を行う直結タイプの給水装置である。この給水装置１０１においては、水道本管１０２の水圧を検知するための吸込側圧力センサ１０３が吸込配管１０４に設けられており、この出力は制御部６に入力される。また、吸込配管１０４には、逆流防止装置１０５が設けられている。
【００６２】
上述した実施形態においては、給水装置にインバータ５を適用した例について説明したが、これに限られるものではない。インバータ５の操作パネル５２とＩ／Ｏ基板５４とを適切なものに変更し、メモリ５０３内のプログラムを書き換えるだけで、上記インバータ５を給水装置以外の種々の装置に適用することができる。したがって、インバータ５の主基板５０のハードウェアの構成を変更することなく、種々の装置に本発明を適用できるため、装置のコストダウンを図ることができる。
【００６３】
また、ＤＣブラシレスモータを駆動する電源の周波数を制御するための機器は一般にドライバと呼ばれることも多いが、交流電源を整流してスイッチング素子により所望の周波数の電力とする点で、ドライバも誘導電動機を駆動するためのインバータと同一である。したがって、上述した構成のインバータを用いてＤＣブラシレスモータを駆動してもよい。なお、ＤＣブラシレスモータを使用する場合には、モータの回転信号や電流信号をインバータ５のＩ／Ｏ基板５４に入力してもよい。
【００６４】
受水槽２、ポンプ３、モータ４、インバータ５、制御部６、制御基板６０などの数は、図示のものに限られるものではないことは言うまでもない。また、インバータ５の通信部５０２と制御基板６０の通信部６００との間の通信はシリアル通信だけではなく、無線で行うこともできる。また、上述の実施形態においては、給水装置を例に説明したが、本発明は給水装置に限られるものではない。例えば、回転速度制御の必要なファンや圧縮機などの回転機械装置に用いられるインバータに適用することが可能である。すなわち、ポンプをファンや圧縮機にして、圧力センサを温度センサ等の装置の負荷を検出する装置に変更することにより、ファンや圧縮機を用いた種々の装置に適用することができる。
【００６５】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６６】
１，１０１ 給水装置
２ 受水槽
３ ポンプ
４ モータ
５，５ａ インバータ
６，６ａ 制御部
１０ 配管
１２ 水位検知器
１４ 給水管
１６ 電磁弁
１８ 配管
２０ 吐出管
２２ チェッキ弁
２４ フロースイッチ
２６，１０３ 圧力センサ
２８ 圧力タンク
３０ シリアル通信ケーブル
５０ 主基板
５２，６２，６２ａ 操作パネル
５４，５４ａ Ｉ／Ｏ基板（入出力基板）
５６ 漏電遮断器
６０ 制御基板
１０２ 水道本管
１０４ 吸込配管
１０５ 逆流防止装置
５００ 整流器
５０１ スイッチング素子（電力部）
５０２，６００ 通信部
５０３，６０１ メモリ
５０４，６０２ ＣＰＵ
５０５ 電源部
５０６，５２３，５４４，５４５ インタフェイス
５０７，６０８ 電源端子
５２０ 運転切替スイッチ
５２１，５４６，６２０ ランプ
５２２，６２２，６２５，６２６ 操作ボタン
５４０，５４１，６０３，６０４ 入力端子
５４２，６０５，６０６ 出力端子
５４３，６０７ ディップスイッチ
６０９ システムインターロック
６２４ 表示部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機械装置に係り、特にポンプをインバータ制御して集合住宅などに給水を行う給水装置などの回転機械装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、給水装置などの回転機械装置においては、商用交流電源の周波数および電圧を任意の周波数および電圧に変換するインバータを用いることにより、ポンプを可変速運転することが広く行われている。インバータは、ポンプを駆動するモータの回転速度を任意に変えられるため、ポンプの負荷に対応した最適な回転速度で運転することが可能となり、定格速度で運転する場合に比較して省エネルギー化を図ることができる。
【０００３】
このようなインバータには、電流や周波数、インバータに関する情報を表示するための液晶ディスプレイや７セグメント表示器などからなる表示部と、インバータの設定（例えば加速時間や減速時間等の設定）や表示部に表示する内容を変更する（切り替える）ボタンなどの操作部とが設けられる。複数のポンプを複数のインバータを用いて制御する場合には、このような表示部および操作部がインバータごとに設けられる。また、インバータを制御する制御部が設けられる場合には、この制御部にも表示部と操作部が設けられる。
【０００４】
このように、従来の給水装置において複数のインバータを用いる場合には、インバータの数に制御基板の数を加えた分だけの表示部および操作部が設けられていた。このように、従来の給水装置などの回転機械装置においては、多くの表示部が必要となり、これらの表示部がコストの上昇を招いていた。また、多くの表示部が別々に存在していたため、操作者が表示内容を理解することが容易ではなかった。
【０００５】
また、任意のポンプやインバータを手動で強制停止したり、運転停止にしたりする場合に、制御部に接続された操作部および表示部を使って操作するのでは、対象とするポンプやインバータの指定などの操作が煩雑になる。また、ポンプごとにインターロック機構を設けることで操作を容易にすることができるが、部品が増えるので結果的にコストアップにつながってしまう。
【０００６】
また、従来、インバータにはインバータ自身が必要とする電源を設け、制御部には制御部自身が必要とする電源を設けていた。したがって、インバータ用の電源と制御部用の電源とそれぞれの電源開発が必要となり、これがコストアップの要因となっていた。また、これらの電源はスペースを必要とするため、電源を搭載する分だけインバータおよび制御部の基板の大きさが大きくならざるを得なかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、構成要素を必要最小限にして製造コストを低減することができる給水装置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】
本発明の一態様によれば、複数のポンプと、対応するポンプの回転周波数を可変制御する複数のインバータと、上記複数のインバータを制御する制御部とを備えた給水装置が提供される。上記インバータは、該インバータに電力を供給するとともに上記制御部に電力を供給する電源部を備えている。
【０００９】
このように、インバータの電源部から制御部に電力を供給することによって、制御部用の直流電源を別途設ける必要がなくなる。したがって、装置の製造コストを低減することができ、制御部の大きさも小さくすることができる。また、安定した電源の開発には相当の時間および費用がかかるが、上記態様によれば、インバータに搭載する電源部の開発だけでよいので、装置のコストダウンを図ることができる。また、制御部は、複数のインバータの電源部から電力の供給を受けているので、例えば、あるインバータの漏電遮断器が動作しても、他のインバータについて漏電遮断器が動作していなければ、該他のインバータの電源部から制御部に電力を供給することができる。このように、制御部への電源の供給を安定化することができる。
【００１０】
本発明の一参考例によれば、回転機械と、上記回転機械の回転周波数を可変制御するインバータと、上記インバータを制御する制御部とを備えた回転機械装置が提供される。上記制御部は、上記インバータに関する情報を表示する表示部を備えている。
【００１１】
本参考例によれば、従来インバータに設けられていた表示部をなくすことができ、必要最小限の構成のインバータとすることができる。インバータを制御する制御部に表示部を集約して設けているので、表示部の数を最小限にして、回転機械装置を安価に製造することができる。また、表示部の数が少ないので、操作者が容易に表示内容を理解することができ、操作性を向上させることができる。
【００１２】
上記インバータは、該インバータの設定を行うために必要最小限の操作部を備えていることが好ましい。このように、インバータの設定を行うために必要最小限の操作部をインバータに残しておけば、インバータの数が増減しても、制御部の操作部の構成を変更する必要がない。
【００１３】
本発明の他の参考例によれば、複数のポンプと、対応するポンプの回転周波数を可変制御する複数のインバータと、上記複数のインバータを制御する制御部とを備えた給水装置が提供される。上記複数のインバータは、上記対応するポンプの自動運転・停止・試験運転といったポンプの運転状態の切替を行う運転切替スイッチを備えている。
【００１４】
このように、自動運転・停止・試験運転といったポンプの運転状態の切替を行う運転切替スイッチが操作部として各インバータに設けられているので、任意のポンプを強制的に停止や運転させたい場合に、容易にその目的を達成することができる。
【００１５】
本発明のさらに他の参考例によれば、複数のポンプと、対応するポンプの回転周波数を可変制御する複数のインバータと、上記複数のインバータを制御する制御部とを備えた給水装置が提供される。上記複数のインバータは、点灯および消灯により上記対応するポンプの運転状態を示すランプを備えている。
【００１６】
このように、点灯および消灯により対応するポンプの運転状態を示すランプが各インバータに設けられているので、ポンプの運転状態を表示するために複雑で高価な液晶ディスプレイや７セグメント表示器を設ける必要がなくなり、給水装置のコストを低減することができる。
【発明の効果】
【００１７】
上述したように、本発明によれば、給水装置をはじめとする回転機械装置の構成要素を必要最小限にして製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態における給水装置を示す概略図である。
【図２】図１のインバータを示す概略図である。
【図３】図１の制御部を示す概略図である。
【図４】図２のインバータと図３の制御基板との間の電源系統を示す概略図である。
【図５】本発明の第２の実施形態における給水装置のインバータを示す概略図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における給水装置の制御部を示す概略図である。
【図７】本発明の第３の実施形態における給水装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る回転機械装置の実施形態について図１から図７を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、回転機械装置として給水装置を用いた例について説明する。また、図１から図７において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００２０】
図１は、本発明の第１の実施形態における給水装置１を示す概略図である。図１に示すように、給水装置１は、２つの受水槽２と、配管１０を介して各受水槽２に接続される２つのポンプ３と、ポンプ３を駆動するモータ４と、モータ４の回転周波数を制御するインバータ５と、インバータ５をはじめとする各種機器を制御する制御部６とを備えている。
【００２１】
各受水槽２には、電極棒１２ａにより受水槽２の水位を検知する水位検知器１２が設けられている。本実施形態における水位検知器１２は、４つの液面レベル（満水、減水、復帰、渇水）を検知する。各受水槽２には、水道本管（図示せず）に接続された給水管１４から電磁弁１６を介して水道水が導入されるようになっている。水位検知器１２により受水槽２の水位が検知され、水位の増減に応じて制御部６により電磁弁１６が開閉される。このような構成により、受水槽２に水道水がいったん貯水され、この貯水された水がポンプ３により住宅等の末端の需要先に供給されるようになっている。
【００２２】
各ポンプ３の吐出側には、配管１８および吐出管２０が接続されており、ポンプ３により受水槽２内の水道水が住宅等の末端の需要先に供給されるようになっている。配管１８にはチェッキ弁２２およびフロースイッチ２４がそれぞれ設けられており、フロースイッチ２４の出力は各インバータ５に入力される。なお、チェッキ弁２２はポンプ３が停止した場合に吐出側から吸込側に水が逆流することを防止するための逆流防止弁であり、フロースイッチ２４は配管１８内の水量が少なくなったことを検出するためのものである。
【００２３】
吐出管２０には、ポンプ３の吐出圧力を検出する圧力センサ２６が設置されており、この圧力センサ２６の出力信号は制御部６に入力されている。また、吐出管２０には圧力タンク２８が接続されており、フロースイッチ２４により水量が少なくなったことが検出された場合には、ポンプ３の締切運転を防止するために、圧力タンク２８に蓄圧してからポンプ３の運転を停止することができる。
【００２４】
この給水装置１においては、フロースイッチ２４や圧力センサ２６などの出力信号に基づいて、ポンプ３の回転速度（回転周波数）がインバータ５を用いて可変速制御される。一般的には、圧力センサ２６により検出された圧力信号が設定された目標圧力と一致するようにポンプ３の回転速度を制御してポンプ３の吐出圧力が一定になるように制御する吐出圧力一定制御や、ポンプ３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需要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などが行われる。これらの制御によれば、その時々の需要水量に見合った回転速度でポンプ３が駆動されるので、省エネルギーを達成することができる。
【００２５】
また、フロースイッチ２４がＯＮになると、水の使用のない、水量が少ない状態と判断され、ポンプ３の運転が停止される。吐出圧力の低下などにより水の使用が検知されると、ポンプが再起動される。水量の少ないときにポンプ３を停止する場合には、一度ポンプ３を加速して、圧力タンク２８に蓄圧してからポンプ３を停止する蓄圧運転を行ってもよい。
【００２６】
本実施形態の給水装置１は、複数のポンプを備えているので、追加解列を伴う複数台運転を行ったり、運転中に特定のポンプ３やインバータ５の異常が検知された場合に、他の正常なポンプ３やインバータ５に運転を切り替えて給水を継続することができる。
【００２７】
図２は、図１のインバータ５を示す概略図である。図２に示すように、インバータ５は、主基板５０と、インバータ５の設定（例えば加速時間や減速時間等の設定）などを行う操作パネル５２と、各種信号の入出力を行うＩ／Ｏ基板（入出力基板）５４とを備えている。
【００２８】
主基板５０は、漏電遮断器（Earth Leakage Circuit Breaker：ＥＬＢ）５６を介して入力された交流電力を整流する整流器５００と、整流器５００によって整流された電力を所望の周波数の交流電力に変換するスイッチング素子（電力部）５０１と、制御部６や他のインバータ５とシリアル通信ケーブル３０を介して情報の授受を行う通信部（シリアルポート）５０２と、各種のプログラムを記憶したメモリ（ＲＯＭや書換え可能な不揮発性記憶素子であるフラッシュメモリ等）５０３と、メモリ５０３に記憶されたプログラムに基づいて演算制御動作を行うＣＰＵ５０４とを備えている。
【００２９】
主基板５０は、漏電遮断器５６を介して入力される電力を整流器５００で直流電力に変換し、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのスイッチング素子５０１を駆動して所望の周波数の交流電力（制御部６から通信部５０２を介して送られる情報に応じた周波数の電力）に変換して、ポンプ３を駆動するモータ４にこの電力を供給する。
【００３０】
メモリ５０３には、スイッチング素子５０１の制御や通信部５０２を介した情報の授受、Ｉ／Ｏ基板５４や操作パネル５２との情報の授受を行うためのプログラムや、各種のインバータ制御および運転制御プログラムが記憶されている。これらのプログラムは、ＣＰＵ５０４によって実行される。なお、メモリ５０３とＣＰＵ５０４とは同一の半導体チップ上に搭載されたものであってもよい。メモリ５０３やＣＰＵ５０４などは直流電力で駆動されるため、インバータ５の主基板５０には、直流電力を主基板５０に供給する電源部５０５が設けられている。この電源部５０５は、トランスや整流器、コンデンサなどにより構成される。なお、この電源部５０５は操作パネル５２やＩ／Ｏ基板５４にも電力を供給するようになっている。
【００３１】
Ｉ／Ｏ基板５４は、インバータ５の使用用途により自由に改変可能な各種の入力端子および出力端子を備えている。図２に示すＩ／Ｏ基板５４では、各ポンプ３に設けられポンプ３の温度を検知するサーミスタからの信号が入力されるアナログ入力端子５４０と、インバータ５の１次側に設けられた漏電遮断器５６のトリップ信号やポンプ３の吐出側に設けられたフロースイッチ２４のＯＮ／ＯＦＦ信号が入力されるデジタル入力端子５４１と、ポンプ３が運転中であるかどうか（ポンプの発停）を示すＯＮ／ＯＦＦ信号である運転信号やポンプ３やインバータ５などの故障を知らせる故障信号を装置外部に出力するためのデジタル出力端子５４２とが設けられている。
【００３２】
また、Ｉ／Ｏ基板５４にはディップスイッチ５４３が設けられており、このディップスイッチ５４３は複数のインバータを有する給水装置におけるインバータ番号（ポンプ番号）の設定などに用いられる。
【００３３】
このように、Ｉ／Ｏ基板５４は、サーミスタや漏電遮断器５６、フロースイッチ２４などといった、ポンプの系列ごとに必要とされる信号（ポンプに依存する入力信号）の入力端子を備えており、同様に、運転や故障といった、ポンプの系列ごとに必要とされる信号（ポンプに依存する出力信号）の出力端子も備えている。したがって、従来のように制御部６にこれらの入出力端子を設ける必要がなくなり、ポンプの台数が増えた場合にも、これらの信号の入出力用に別途基板を用意する必要がなくなる。
【００３４】
Ｉ／Ｏ基板５４と主基板５０とは、インタフェイス５４４，５０６を介して互いに接続されている。Ｉ／Ｏ基板５４の入力端子５４０，５４１から入力された信号は、主基板５０のメモリ５０３に記憶されたプログラムに従って、通信部５０２から制御部６に送信される。また、制御部６や主基板５０のＣＰＵ５０４の判断に基づいて故障信号がインタフェイス５０６，５４４を介して出力端子５４２から外部に出力される。
【００３５】
図２に示すように、操作パネル５２は、インバータ５により駆動されるポンプ３の運転状態、すなわち試験・停止・自動運転を選択する運転切替スイッチ（操作部）５２０と、運転・故障を示すランプ５２１と、インバータ５の設定等を行うのに最低限必要な数の操作ボタン（操作部）５２２とを備えている。この操作パネル５２は、従来のインバータの操作パネルとは異なり、インバータ５に関する情報を表示するための液晶ディスプレイや７セグメント表示器などからなる表示部を備えていない。
【００３６】
操作パネル５２は、インタフェイス５２３，５４５を介してＩ／Ｏ基板５４に接続されている。運転切替スイッチ５２０を切り替えることにより、ポンプ３の運転状態を切り替えることができ、操作ボタン５２２を操作することによりインバータ５の設定（例えば加速時間や減速時間等の設定）や表示部に表示する内容を変更する（切り替える）ことができるようになっている。なお、本実施形態においては、操作パネル５２を主基板５０と別に形成し、インタフェイス５２３，５４５を介して操作パネル５２をＩ／Ｏ基板５４に接続しているが、操作パネル５２をＩ／Ｏ基板５４と一体に形成してもよい。
【００３７】
操作パネル５２の運転切替スイッチ５２０を「自動」にすると、制御部６からの指令に従ってポンプ３が可変速制御される。運転切替スイッチ５２０を「停止」にすると、インバータ５は制御部６の指令にかかわらずポンプ３の駆動を停止する。また、運転切替スイッチ５２０を「試験」にすると、インバータ５、モータ４、およびポンプ３を手動で試験運転（試運転）することができる。給水装置１においては、装置の据付時やポンプ３やモータ４のメンテナンスを行った際などに、該当するポンプ３の試験運転を行う。この試験運転では、装置が動くかどうか、あるいはポンプの回転方向が正しいかどうかなどがチェックされる。
【００３８】
このような運転切替スイッチ５２０が、各インバータ５に設けられているので、任意のポンプを強制的に停止や運転させたい場合に、容易にその目的を達成することができる。なお、インバータ５は、運転切替スイッチ５２０が「停止」または「試験」に切り替えられると、停止状態または試験状態に切り替えられたことを制御部６に伝達し、制御部６はこれを考慮した制御を行うことができる。
【００３９】
図３は、図１の制御部６を示す概略図である。図３に示すように、制御部６は、信号の入出力および装置の制御を行う制御基板６０と、各種設定を行う操作パネル６２とを備えている。
【００４０】
制御基板６０は、インバータ５の通信部５０２と接続される通信部（シリアルポート）６００と、各種のプログラムを記憶したメモリ（ＲＯＭや書換え可能な不揮発性記憶素子であるフラッシュメモリ等）６０１と、メモリ６０１に記憶されたプログラムに基づいて演算制御動作を行うＣＰＵ６０２とを備えている。通信部６００を介してポンプ３の発停や回転周波数、インバータ５のトリップ等の情報の授受が行われる。なお、メモリ６０１とＣＰＵ６０２とは同一の半導体チップ上に搭載されたものであってもよい。
【００４１】
また、制御基板６０は、受水槽２の液面に関する信号（水位検知器１２の出力信号）等が入力される入力端子６０３と、圧力センサ２６からの出力信号が入力される入力端子６０４と、電磁弁１６への出力信号を出力するための出力端子６０５と、受水槽２の状態（満水・減水・渇水・故障など）を外部に出力するための出力端子６０６とを備えている。このように、入力端子６０３，６０４にはポンプに依存しない入力信号が入力され、出力端子６０５，６０６からはポンプに依存しない出力信号が出力される。また、制御基板６０はディップスイッチ６０７を備えている。
【００４２】
このように、制御基板６０には、受水槽２の液面に関する信号、吐出圧力や流入圧力など、ポンプごとに設ける必要のない入出力端子（ポンプに依存しない入出力端子）は設けられているが、上述したように、ポンプ系列ごとに必要な入出力端子（ポンプに依存する入出力端子）については、インバータ５のＩ／Ｏ基板５４に設けられているので、制御基板６０から入出力端子が減って小型化することができる。これに伴い、コストダウンを見込める。
【００４３】
制御基板６０は、メモリ６０１に記憶された制御プログラムを実行して、操作パネル６２で設定された条件や各種センサからの信号に基づいて、各ポンプ３の発停（運転台数）および運転周波数を決定し、インバータ５にそれらを送信してポンプ３の回転周波数制御を行う。また、制御基板６０は、各種センサからの信号やインバータ５からのトリップ信号により、ポンプ３の運転を停止する、あるいは他のポンプ３に運転を切り替えるなどの制御を行う。
【００４４】
ここで、装置の据付時、ポンプ３やモータ４のメンテナンス時には、ポンプ３の試験運転（試運転）が行われる。この試験運転は、インバータ５の操作パネル５２の運転切替スイッチ５２０を手動で「試験」に切り替えることにより行われる。試験運転時のモータ４の回転周波数は、操作パネル５２の操作ボタン（上下ボタン）５２２により任意の回転周波数に変更することができるようになっている。しかしながら、高い周波数で試験運転を行うと、水の使用がない場合などに給水装置１の２次側の配管内の圧力が大きく上昇してしまい、配管継手からの漏れなどの問題を生じてしまう。
【００４５】
このような問題を避けるため、試験運転時はインバータ５の最高運転周波数を通常運転時より低くなるように制御している。具体的には、インバータ５の設定において、試験運転時の最高運転周波数自体を設定する、あるいは試験運転時の最高運転周波数を通常運転時の最高運転周波数に対する比率として設定できるようになっている。これにより、給水装置１の２次側の配管内の圧力が過度に上昇することを防止することができる。
【００４６】
また、各インバータ５においては自由に試験運転を行うことができるようになっている。すなわち、他のポンプが自動運転中に、任意の他のポンプを試験運転することができる。この場合、試験運転中のポンプによって加圧された分は、圧力センサ２６に検出されるため、試験運転中のポンプの回転速度（回転周波数）が非常に大きくない限り、通常の圧力制御を行っていればよい。しかしながら、そのような回転速度を超えて手動で回転速度を上昇させてしまった場合には、吐出圧力は他のポンプを停止しても目標圧力以上になってしまう。したがって、制御基板６０は、試験運転状態のインバータ５に対して、吐出圧力が目標圧力以上に上昇してしまうような場合に、回転速度をそれ以上上昇しないように制御する、あるいは回転速度を低下させるよう制御することができる。すなわち、ポンプ３の試験運転時には吐出圧力が一定以上の圧力に上がらないように、自動的にポンプ３の運転周波数に制限をかけることにより、安全かつ簡単にポンプ３の試験運転を行うことができるようになる。
【００４７】
制御基板６０のメモリ６０１やＣＰＵ６０２は、インバータ５の主基板５０の電源部５０５から直流電力の供給を受けて駆動するようになっている。図４は、インバータ５と制御基板６０との間の電源系統を示す概略図である。
【００４８】
インバータ５の主基板５０の電源部５０５の容量は、インバータ５の駆動に必要な電力と制御基板６０の駆動に必要な電力とを合わせた電力を基準に設計されている。図２および図４に示すように、主基板５０は電源部５０５に接続された電源端子５０７を備えており、この電源端子５０７は、制御部６の制御基板６０に設けられた電源端子６０８に接続されている。このように、インバータ５の主基板５０の電源部５０５は、制御部６の制御基板６０に駆動電力（＋５Ｖ、＋１２Ｖ、＋２４Ｖ等の直流電力）を供給できるようになっている。
【００４９】
このように、インバータ５から制御部６の制御基板６０用の電力を供給することによって、制御基板６０用の直流電源を別途設ける必要がなくなる。したがって、給水装置の製造コストを低減することができ、制御基板６０の大きさも小さくすることができる。また、安定した電源の開発には相当の時間および費用がかかるが、本実施形態によれば、インバータに搭載する電源部の開発だけでよいので、装置のコストダウンを図ることができる。
【００５０】
本実施形態においては、図４に示すように、各インバータ５の電源端子５０７は直接制御基板６０の電源端子６０８に接続されている。このため、インバータ５の電源部５０５には、あるインバータの電力が他のインバータに逆流しないように、ダイオード等による逆流防止機構（図示せず）が設けられている。
【００５１】
また、本実施形態においては、複数のインバータ５から制御部６の制御基板６０に電力を供給できるようになっている。すなわち、制御基板６０には複数のインバータ５の電源部５０５が並列に接続されているので、仮に、あるインバータが漏電遮断器５６のトリップなどにより電力を供給することができなくなっても、他のインバータにより十分な電力を制御基板６０に供給することができる。このように、本実施形態における構成は、制御基板６０の動作を正常に継続し、給水装置１の運転が停止してしまうことを防止するというバックアップ機能を有し、制御部６への電源の供給を安定化することができる。また、インバータを増設する場合においても、既設のインバータと同形式のインバータを増設するだけでよいので、インバータの数の増減が容易になる。
【００５２】
なお、電源の数を減らすという意味では、図示はしないが、制御基板６０に電源部を設け、この電源部から各インバータ５に直流電力を供給するようにしてもよい。あるいは、インバータ５や制御基板６０とは別に電源部を設けて、この電源部からインバータ５と制御基板６０に直流電力を供給するようにしてもよい。このような場合は、電源部が正常に動作しなかったときに装置が停止してしまうこととなるので、上述したバックアップ機能を実現することができない。また、インバータの増設を考慮した場合、容量に余裕を持たせた電源部を用いるか、もしくはインバータの増設に合わせて電源部を増設する必要が生ずる。
【００５３】
図３に示すように、制御部６の操作パネル６２は、装置の状態を示すランプ６２０と、給水装置１の目標圧力等の運転条件を設定する操作ボタン６２２と、装置に関する情報を表示するための液晶ディスプレイや７セグメント表示器などからなる表示部６２４とを備えている。操作ボタン６２２により、運転モードの選択や運転条件の設定を行う。また、表示部６２４には、運転中の装置のパラメータなどが表示される。
【００５４】
上述したように、各インバータ５の操作パネル５２には、従来のインバータの操作パネルとは異なり表示部が設けられていない。電流や運転周波数などのインバータ５に関する情報は、制御部６の操作パネル６２に設けられた表示部６２４に表示されるようになっている。すなわち、インバータ５の操作パネル５２の操作ボタン５２２を押すと、制御部６の操作パネル６２上の表示部６２４にインバータ５に関する情報が表示されるようになっている。この場合において、操作ボタン５２２のうち、いずれか１つのボタンを押せば表示部６２４を切り替えるようにしてもよいし、あるいは、操作ボタン５２２に表示切替用のボタンを設けてもよい。
【００５５】
このように、本実施形態によれば、インバータ５に液晶等の表示部を設ける必要がないため、装置のコストダウンを図ることができる。また、制御部６に表示部を集約して設けているので、操作者は容易に表示内容を理解することができ、操作性を向上させることができる。
【００５６】
一方、インバータ５の操作パネル５２には、必要最小限の操作ボタン５２２は残してあるため、インバータ５の操作パネル５２における操作により表示を切り替えることができる。したがって、制御部６の操作パネル６２における操作により表示を切り替える場合に比べて、表示の切替作業が簡便になり、ポンプ３およびインバータ５の増減があった場合にも、制御部６の操作パネル６２の表示部６２４の構造を変更する必要がない。なお、表示のための操作が多少煩雑になってもよい場合には、制御部６の操作パネル６２における操作により表示を切り替えて各インバータ５の情報を表示することとしてもよい。
【００５７】
制御部６の操作パネル６２は、上述したインバータ５に関する情報を表示する機能に加えて、操作ボタン６２２の操作により、給水装置１の運転中の吐出圧力や流入圧力等を選択的に表示させることができる機能を有している。また、操作ボタン６２２の操作により、給水装置１の目標圧力等の運転条件を設定することができる。また、この操作パネル６２は警報ブザーを備えており、警報が出されたときは、表示部６２４に警報内容が表示されるようになっている。
【００５８】
図５は、本発明の第２の実施形態における給水装置のインバータ５ａを示す概略図である。図２に示すインバータ５には、インバータ５の設定などを行う操作パネル５２が設けられていたが、本実施形態におけるインバータ５ａには操作パネルは設けられていない。その代わりに、Ｉ／Ｏ基板５４ａには、点灯および消灯により対応するポンプの運転状態を示すランプ５４６が設けられている。図５に示す例では、このようなランプ５４６として、運転、停止、故障、試験、自動を示すランプが設けられている。このようなランプ５４６を用いることで、ポンプの運転状態を表示するために複雑で高価な液晶ディスプレイや７セグメント表示器を設ける必要がなくなり、給水装置のコストを低減することができる。
【００５９】
図６は、本実施形態における制御部６ａを示す概略図である。図６に示す操作パネル６２ａは、図３に示す操作パネル６２の操作ボタン６２２と表示部６２４に加えて、設定するポンプを選択するボタン６２５と、選択されたポンプ３の運転状態、すなわち試験・自動運転・運転・停止を選択する運転切替ボタン６２６とを備えている。すなわち、第１の実施形態のインバータ５の操作パネル５２の機能が制御部６ａの操作パネル６２ａに付加されている。
【００６０】
なお、制御部６ａの制御基板６０ａには、給水装置の外部から強制的に運転を停止させるなどの指示を行うためのシステムインターロック端子６０９が設けられている。例えば、給水装置から隔離された場所に遠隔表示装置を設置し、この遠隔表示装置で運転状態を確認する場合において、外部から装置を停止させるときなどにこのシステムインターロック端子６０９が用いられる。
【００６１】
図７は、本発明の第３の実施形態における給水装置１０１を示す概略図である。図７に示す給水装置１０１は、ポンプ３を水道本管１０２に直結して水道本管１０２の圧力を利用して給水を行う直結タイプの給水装置である。この給水装置１０１においては、水道本管１０２の水圧を検知するための吸込側圧力センサ１０３が吸込配管１０４に設けられており、この出力は制御部６に入力される。また、吸込配管１０４には、逆流防止装置１０５が設けられている。
【００６２】
上述した実施形態においては、給水装置にインバータ５を適用した例について説明したが、これに限られるものではない。インバータ５の操作パネル５２とＩ／Ｏ基板５４とを適切なものに変更し、メモリ５０３内のプログラムを書き換えるだけで、上記インバータ５を給水装置以外の種々の装置に適用することができる。したがって、インバータ５の主基板５０のハードウェアの構成を変更することなく、種々の装置に本発明を適用できるため、装置のコストダウンを図ることができる。
【００６３】
また、ＤＣブラシレスモータを駆動する電源の周波数を制御するための機器は一般にドライバと呼ばれることも多いが、交流電源を整流してスイッチング素子により所望の周波数の電力とする点で、ドライバも誘導電動機を駆動するためのインバータと同一である。したがって、上述した構成のインバータを用いてＤＣブラシレスモータを駆動してもよい。なお、ＤＣブラシレスモータを使用する場合には、モータの回転信号や電流信号をインバータ５のＩ／Ｏ基板５４に入力してもよい。
【００６４】
受水槽２、ポンプ３、モータ４、インバータ５、制御部６、制御基板６０などの数は、図示のものに限られるものではないことは言うまでもない。また、インバータ５の通信部５０２と制御基板６０の通信部６００との間の通信はシリアル通信だけではなく、無線で行うこともできる。また、上述の実施形態においては、給水装置を例に説明したが、本発明は給水装置に限られるものではない。例えば、回転速度制御の必要なファンや圧縮機などの回転機械装置に用いられるインバータに適用することが可能である。すなわち、ポンプをファンや圧縮機にして、圧力センサを温度センサ等の装置の負荷を検出する装置に変更することにより、ファンや圧縮機を用いた種々の装置に適用することができる。
【００６５】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６６】
１，１０１ 給水装置
２ 受水槽
３ ポンプ
４ モータ
５，５ａ インバータ
６，６ａ 制御部
１０ 配管
１２ 水位検知器
１４ 給水管
１６ 電磁弁
１８ 配管
２０ 吐出管
２２ チェッキ弁
２４ フロースイッチ
２６，１０３ 圧力センサ
２８ 圧力タンク
３０ シリアル通信ケーブル
５０ 主基板
５２，６２，６２ａ 操作パネル
５４，５４ａ Ｉ／Ｏ基板（入出力基板）
５６ 漏電遮断器
６０ 制御基板
１０２ 水道本管
１０４ 吸込配管
１０５ 逆流防止装置
５００ 整流器
５０１ スイッチング素子（電力部）
５０２，６００ 通信部
５０３，６０１ メモリ
５０４，６０２ ＣＰＵ
５０５ 電源部
５０６，５２３，５４４，５４５ インタフェイス
５０７，６０８ 電源端子
５２０ 運転切替スイッチ
５２１，５４６，６２０ ランプ
５２２，６２２，６２５，６２６ 操作ボタン
５４０，５４１，６０３，６０４ 入力端子
５４２，６０５，６０６ 出力端子
５４３，６０７ ディップスイッチ
６０９ システムインターロック
６２４ 表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のポンプと、
対応するポンプの回転周波数を可変制御する複数のインバータと、
前記複数のインバータを制御する制御部と、
を備え、
前記インバータは、該インバータに電力を供給するとともに前記制御部に電力を供給する電源部を備えたことを特徴とする給水装置。
【請求項２】
前記制御部には、前記複数のインバータに備えられた複数の前記電源部が並列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の給水装置。
【請求項１】
複数のポンプと、
対応するポンプの回転周波数を可変制御する複数のインバータと、
前記複数のインバータを制御する制御部と、
を備え、
前記インバータは、該インバータに電力を供給するとともに前記制御部に電力を供給する電源部を備えたことを特徴とする給水装置。
【請求項２】
前記制御部には、前記複数のインバータに備えられた複数の前記電源部が並列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の給水装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１０２５９０（Ｐ２０１１−１０２５９０Ａ）
【公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６６２０（Ｐ２０１１−６６２０）
【出願日】平成２３年１月１７日（２０１１．１．１７）
【分割の表示】特願２００５−１３００２９（Ｐ２００５−１３００２９）の分割
【原出願日】平成１７年４月２７日（２００５．４．２７）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１７日（２０１１．１．１７）
【分割の表示】特願２００５−１３００２９（Ｐ２００５−１３００２９）の分割
【原出願日】平成１７年４月２７日（２００５．４．２７）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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