回転機械装置
【課題】インバータを制御する基板に異常が発生しても、需要先の利用者に不具合を生じさせることなく運転を継続することができる回転機械装置を提供する。
【解決手段】回転機械装置としての給水装置１は、複数のポンプ３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５と、複数のインバータ５を制御する制御部６とを備えている。制御部６は、それぞれが複数のインバータ５を単独で制御可能な複数の制御基板６０ａ，６０ｂを備えており、運転中に一の制御基板６０ａまたは６０ｂに異常が発生した場合に、待機中の他の制御基板６０ｂまたは６０ａがバックアップして複数のインバータ５を制御する。
【解決手段】回転機械装置としての給水装置１は、複数のポンプ３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５と、複数のインバータ５を制御する制御部６とを備えている。制御部６は、それぞれが複数のインバータ５を単独で制御可能な複数の制御基板６０ａ，６０ｂを備えており、運転中に一の制御基板６０ａまたは６０ｂに異常が発生した場合に、待機中の他の制御基板６０ｂまたは６０ａがバックアップして複数のインバータ５を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給水装置などの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】
このような給水装置においては、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があり、この場合にはこれらのポンプおよびインバータを制御する制御部が設けられる。このような複数のポンプおよびインバータを用いた給水装置においては、あるポンプが故障（漏電、過電流、欠相など）した場合には、自動的に他のポンプに切り替え、断水を回避することができる。
【０００４】
しかしながら、ポンプおよびインバータを制御する制御部（制御基板）が何らかの不具合によって正常に動作しなくなった場合には、すべてのポンプが運転不能となってしまい、故障した制御基板を交換するまで断水状態が続くこととなる。
【０００５】
このような観点から、すべてのポンプを数台ごとにいくつかのグループに分けて、数台のポンプに対して１つの制御基板を設けて、複数の制御基板により制御することもなされている。この方法によれば、１つの制御基板が故障しても、他の制御基板によって給水を継続することが可能となる。しかしながら、この方法では、故障した制御基板以外の制御基板は、十分な入力端子を備えておらず、すべてのポンプを制御することができないので、供給できる給水量が減ってしまうという問題がある。したがって、この場合にも、故障した制御基板を交換するまでの間に需要先の利用者に不都合を与えてしまう可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、インバータを制御する基板に異常が発生しても、需要先の利用者に不具合を生じさせることなく運転を継続することができる、給水装置などの回転機械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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一態様は、複数の回転機械と、対応する回転機械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、前記制御部は、それぞれが前記複数のインバータを単独で制御可能な複数の制御基板を備え、運転中に前記複数の制御基板のうちの一の制御基板に異常が発生した場合に、待機中の他の制御基板が前記一の制御基板をバックアップして前記複数のインバータを制御することを特徴とする回転機械装置である。上記複数の制御基板は同一の構成を有していてもよい。あるいは、上記複数の制御基板は、上記複数のインバータを制御するために必要な最低限の構成を有するバックアップ運転用の制御基板を少なくとも１つ含んでいてもよい。
【０００８】
本発明の一参考例は、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。上記制御部は、それぞれが上記複数のインバータを単独で制御可能な複数の制御基板を備えている。この場合において、運転中に一の制御基板に異常が発生した場合に、待機中の他の制御基板が上記一の制御基板をバックアップして上記複数のインバータを制御することが好ましい。
【０００９】
このような構成により、一の制御基板に異常が発生しても、待機中の他の制御基板でバックアップすることで、給水装置の最大水量で運転を継続することができ、断水を回避することができる。
【発明の効果】
【００１０】
上述したように、本発明によれば、インバータを制御する基板に異常が発生しても、需要先の利用者に不具合を生じさせることなく運転を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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３の制御基板と図１のインバータとの関係を示すブロック図である。
【図５】図３の制御基板の他の例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を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る回転機械装置としての給水装置の実施形態について図１から図６を参照して詳細に説明する。また、図１から図６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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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２つの制御基板６０ａ，６０ｂと、各種設定を行う操作パネル６２とを備えている。制御基板６０ａ，６０ｂは同一の構成を有するものであるので、ここでは制御基板６０ａについてのみ説明する。
【００３３】
制御基板６０ａ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。
【００３４】
また、制御基板６０ａ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６０ａはディップスイッチ６０７を備えている。
【００３５】
このように、制御基板６０ａ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６０ａ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。
【００３６】
制御基板６０ａ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６０ａ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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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６０ａ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。
【００４０】
なお、制御基板６０ａ，６０ｂのメモリ６０１やＣＰＵ６０２は、インバータ５の主基板５０の電源部５０５から電源端子５０７（図２参照）を介して直流電力の供給を受けて駆動するようになっている。このように、インバータ５から制御部６の制御基板６０ａ，６０ｂ用の電力を供給することによって、制御基板６０ａ，６０ｂ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６０ａ，６０ｂ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。
【００４１】
なお、すべてのインバータ５の電源端子５０７から両方の制御基板６０ａ，６０ｂに電力を供給するのではなく、制御基板６０ａに電力を供給するインバータ群と制御基板６０ｂに電力を供給するインバータ群とに分けてもよい。この場合には、制御基板が１つのときと比べて、インバータ５の電源部５０５の容量を大きくする必要もなくなる。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
図４は、図３の制御基板６０ａ，６０ｂと図１のインバータ５との関係を示すブロック図である。上述したように、制御基板６０ａ，６０ｂは同一の構成であり、互いにシリアル通信によって接続され相互に通信監視される。それぞれの制御基板は、単独ですべてのインバータ５を制御することができるようになっている。したがって、たとえ一方の制御基板６０ａまたは６０ｂに異常（ＣＰＵエラー・通信異常・システム異常など）が発生しても、もう一方の待機中の制御基板６０ｂまたは６０ａでバックアップすることで、給水装置の最大水量で運転を継続することができ、断水を回避することができる。なお、このとき、出力端子６０６を介して外部に異常発生信号を出力する。
【００４８】
また、上述したように、ポンプの系列ごとに必要とされる信号の入力端子および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の出力端子は、インバータ５に設けられているので、制御基板６０ａ，６０ｂにすべてのポンプを運転する能力を持たせるとしても、制御基板６０ａ，６０ｂの大きさをポンプ３の台数にかかわりなく必要最小限にすることができる。
【００４９】
ここで、制御基板６０ａと６０ｂのどちらを優先させて使用するかは、任意に設定することができ、必要に応じて切り替えることもできる。例えば、装置の駆動プログラムのアップデートが必要になった場合に、待機中の制御基板６０ａまたは６０ｂのメモリ６０１に新規のプログラムを導入した後、使用する制御基板を制御基板６０ａまたは６０ｂに切り替え、先ほどまで使用していた制御基板６０ｂまたは６０ａを待機状態にし、この制御基板６０ｂまたは６０ａのプログラムも書き換えることができる。これにより、給水装置１の運転を停止することなくプログラムを新規のものに書き換えることが可能となる。
【００５０】
上述した例では、制御基板６０ａと制御基板６０ｂとを同一の構成とした例について説明したが、制御基板６０ａと制御基板６０ｂは、インバータ５の制御に必要な最低限の構成を有していれば、必ずしも同一の構成を有する必要はない。例えば、図５に示すように、制御基板６０ｂをバックアップ運転用の基板として用いて、インバータ５（ポンプ）の制御に必要な最低限の構成を有するように機能を簡略化してもよい。このようにすることで、装置全体のコストを低減することができる。
【００５１】
主制御基板６０ａの不具合によりバックアップ運転用の制御基板６０ｂが動作すると、主制御基板６０ａが故障した旨の警報および通知がなされる。これにより、メンテナンスのため作業者が現地に行って修理を行うことになる。このように、バックアップ運転用の制御基板６０ｂの運転時には作業者が現地に行っているので、バックアップ運転用の制御基板６０ｂに不具合があっても外部に必ずしも通報する必要はない。したがって、図５に示すバックアップ運転用の制御基板６０ｂでは、図３に示す制御基板６０ａにおける入力端子６０３のうち故障および警報の外部通知用の出力端子６０６を省略している。また、入力端子６０３のうち、満水、減水、復帰の入力は、ポンプの制御には必ずしも必要ではないため、これらの端子を省略して入力端子６０３を簡略化している。
【００５２】
このように、バックアップ運転用制御基板６０ｂは、主制御基板６０ａの構成を簡略化したものであっても、ポンプの制御に必要な最低限の構成さえあれば、主制御基板６０ａを修理するまでの間であれば、十分にポンプの制御が可能である。これにより、装置全体のコストを低減することができる。なお、主制御基板６０ａの出力端子６０６（図３参照）から主制御基板６０ａ自身の故障を出力できないことも考えられるが、インバータ５の出力端子５４２（図２参照）からの故障信号によって主制御基板６０ａの故障を外部に知らせることも可能である。
【００５３】
図６は、本発明の第２の実施形態における給水装置１０１を示す概略図である。図６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。
【００５４】
上述した実施形態においては、給水装置１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。
【００５５】
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。
【００５６】
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６０ａ，６０ｂ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６０ａ，６０ｂ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。
【００５７】
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】
【００５８】
１，１０１ 給水装置
２ 受水槽
３ ポンプ
４ モータ
５ インバータ
６ 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 操作パネル
５４ Ｉ／Ｏ基板（入出力基板）
５６ 漏電遮断器
６０ａ，６０ｂ 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 電源端子
５２０ 運転切替スイッチ
５２１，６２０ ランプ
５２２，６２２ 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
６２４ 表示部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給水装置などの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】
このような給水装置においては、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があり、この場合にはこれらのポンプおよびインバータを制御する制御部が設けられる。このような複数のポンプおよびインバータを用いた給水装置においては、あるポンプが故障（漏電、過電流、欠相など）した場合には、自動的に他のポンプに切り替え、断水を回避することができる。
【０００４】
しかしながら、ポンプおよびインバータを制御する制御部（制御基板）が何らかの不具合によって正常に動作しなくなった場合には、すべてのポンプが運転不能となってしまい、故障した制御基板を交換するまで断水状態が続くこととなる。
【０００５】
このような観点から、すべてのポンプを数台ごとにいくつかのグループに分けて、数台のポンプに対して１つの制御基板を設けて、複数の制御基板により制御することもなされている。この方法によれば、１つの制御基板が故障しても、他の制御基板によって給水を継続することが可能となる。しかしながら、この方法では、故障した制御基板以外の制御基板は、十分な入力端子を備えておらず、すべてのポンプを制御することができないので、供給できる給水量が減ってしまうという問題がある。したがって、この場合にも、故障した制御基板を交換するまでの間に需要先の利用者に不都合を与えてしまう可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、インバータを制御する基板に異常が発生しても、需要先の利用者に不具合を生じさせることなく運転を継続することができる、給水装置などの回転機械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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一態様は、複数の回転機械と、対応する回転機械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、前記制御部は、それぞれが前記複数のインバータを単独で制御可能な複数の制御基板を備え、運転中に前記複数の制御基板のうちの一の制御基板に異常が発生した場合に、待機中の他の制御基板が前記一の制御基板をバックアップして前記複数のインバータを制御することを特徴とする回転機械装置である。上記複数の制御基板は同一の構成を有していてもよい。あるいは、上記複数の制御基板は、上記複数のインバータを制御するために必要な最低限の構成を有するバックアップ運転用の制御基板を少なくとも１つ含んでいてもよい。
【０００８】
本発明の一参考例は、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。上記制御部は、それぞれが上記複数のインバータを単独で制御可能な複数の制御基板を備えている。この場合において、運転中に一の制御基板に異常が発生した場合に、待機中の他の制御基板が上記一の制御基板をバックアップして上記複数のインバータを制御することが好ましい。
【０００９】
このような構成により、一の制御基板に異常が発生しても、待機中の他の制御基板でバックアップすることで、給水装置の最大水量で運転を継続することができ、断水を回避することができる。
【発明の効果】
【００１０】
上述したように、本発明によれば、インバータを制御する基板に異常が発生しても、需要先の利用者に不具合を生じさせることなく運転を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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３の制御基板と図１のインバータとの関係を示すブロック図である。
【図５】図３の制御基板の他の例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を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る回転機械装置としての給水装置の実施形態について図１から図６を参照して詳細に説明する。また、図１から図６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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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２つの制御基板６０ａ，６０ｂと、各種設定を行う操作パネル６２とを備えている。制御基板６０ａ，６０ｂは同一の構成を有するものであるので、ここでは制御基板６０ａについてのみ説明する。
【００３３】
制御基板６０ａ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。
【００３４】
また、制御基板６０ａ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６０ａはディップスイッチ６０７を備えている。
【００３５】
このように、制御基板６０ａ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６０ａ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。
【００３６】
制御基板６０ａ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６０ａ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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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６０ａ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。
【００４０】
なお、制御基板６０ａ，６０ｂのメモリ６０１やＣＰＵ６０２は、インバータ５の主基板５０の電源部５０５から電源端子５０７（図２参照）を介して直流電力の供給を受けて駆動するようになっている。このように、インバータ５から制御部６の制御基板６０ａ，６０ｂ用の電力を供給することによって、制御基板６０ａ，６０ｂ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６０ａ，６０ｂ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。
【００４１】
なお、すべてのインバータ５の電源端子５０７から両方の制御基板６０ａ，６０ｂに電力を供給するのではなく、制御基板６０ａに電力を供給するインバータ群と制御基板６０ｂに電力を供給するインバータ群とに分けてもよい。この場合には、制御基板が１つのときと比べて、インバータ５の電源部５０５の容量を大きくする必要もなくなる。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
図４は、図３の制御基板６０ａ，６０ｂと図１のインバータ５との関係を示すブロック図である。上述したように、制御基板６０ａ，６０ｂは同一の構成であり、互いにシリアル通信によって接続され相互に通信監視される。それぞれの制御基板は、単独ですべてのインバータ５を制御することができるようになっている。したがって、たとえ一方の制御基板６０ａまたは６０ｂに異常（ＣＰＵエラー・通信異常・システム異常など）が発生しても、もう一方の待機中の制御基板６０ｂまたは６０ａでバックアップすることで、給水装置の最大水量で運転を継続することができ、断水を回避することができる。なお、このとき、出力端子６０６を介して外部に異常発生信号を出力する。
【００４８】
また、上述したように、ポンプの系列ごとに必要とされる信号の入力端子および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の出力端子は、インバータ５に設けられているので、制御基板６０ａ，６０ｂにすべてのポンプを運転する能力を持たせるとしても、制御基板６０ａ，６０ｂの大きさをポンプ３の台数にかかわりなく必要最小限にすることができる。
【００４９】
ここで、制御基板６０ａと６０ｂのどちらを優先させて使用するかは、任意に設定することができ、必要に応じて切り替えることもできる。例えば、装置の駆動プログラムのアップデートが必要になった場合に、待機中の制御基板６０ａまたは６０ｂのメモリ６０１に新規のプログラムを導入した後、使用する制御基板を制御基板６０ａまたは６０ｂに切り替え、先ほどまで使用していた制御基板６０ｂまたは６０ａを待機状態にし、この制御基板６０ｂまたは６０ａのプログラムも書き換えることができる。これにより、給水装置１の運転を停止することなくプログラムを新規のものに書き換えることが可能となる。
【００５０】
上述した例では、制御基板６０ａと制御基板６０ｂとを同一の構成とした例について説明したが、制御基板６０ａと制御基板６０ｂは、インバータ５の制御に必要な最低限の構成を有していれば、必ずしも同一の構成を有する必要はない。例えば、図５に示すように、制御基板６０ｂをバックアップ運転用の基板として用いて、インバータ５（ポンプ）の制御に必要な最低限の構成を有するように機能を簡略化してもよい。このようにすることで、装置全体のコストを低減することができる。
【００５１】
主制御基板６０ａの不具合によりバックアップ運転用の制御基板６０ｂが動作すると、主制御基板６０ａが故障した旨の警報および通知がなされる。これにより、メンテナンスのため作業者が現地に行って修理を行うことになる。このように、バックアップ運転用の制御基板６０ｂの運転時には作業者が現地に行っているので、バックアップ運転用の制御基板６０ｂに不具合があっても外部に必ずしも通報する必要はない。したがって、図５に示すバックアップ運転用の制御基板６０ｂでは、図３に示す制御基板６０ａにおける入力端子６０３のうち故障および警報の外部通知用の出力端子６０６を省略している。また、入力端子６０３のうち、満水、減水、復帰の入力は、ポンプの制御には必ずしも必要ではないため、これらの端子を省略して入力端子６０３を簡略化している。
【００５２】
このように、バックアップ運転用制御基板６０ｂは、主制御基板６０ａの構成を簡略化したものであっても、ポンプの制御に必要な最低限の構成さえあれば、主制御基板６０ａを修理するまでの間であれば、十分にポンプの制御が可能である。これにより、装置全体のコストを低減することができる。なお、主制御基板６０ａの出力端子６０６（図３参照）から主制御基板６０ａ自身の故障を出力できないことも考えられるが、インバータ５の出力端子５４２（図２参照）からの故障信号によって主制御基板６０ａの故障を外部に知らせることも可能である。
【００５３】
図６は、本発明の第２の実施形態における給水装置１０１を示す概略図である。図６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。
【００５４】
上述した実施形態においては、給水装置１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。
【００５５】
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。
【００５６】
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６０ａ，６０ｂ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６０ａ，６０ｂ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。
【００５７】
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】
【００５８】
１，１０１ 給水装置
２ 受水槽
３ ポンプ
４ モータ
５ インバータ
６ 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 操作パネル
５４ Ｉ／Ｏ基板（入出力基板）
５６ 漏電遮断器
６０ａ，６０ｂ 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 電源端子
５２０ 運転切替スイッチ
５２１，６２０ ランプ
５２２，６２２ 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
６２４ 表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の回転機械と、
対応する回転機械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、
前記制御部は、それぞれが前記複数のインバータを単独で制御可能な複数の制御基板を備え、
運転中に前記複数の制御基板のうちの一の制御基板に異常が発生した場合に、待機中の他の制御基板が前記一の制御基板をバックアップして前記複数のインバータを制御することを特徴とする回転機械装置。
【請求項２】
前記複数の制御基板は同一の構成を有することを特徴とする請求項１に記載の回転機械装置。
【請求項３】
前記複数の制御基板は、前記複数のインバータを制御するために必要な最低限の構成を有するバックアップ運転用の制御基板を少なくとも１つ含むことを特徴とする請求項１に記載の回転機械装置。
【請求項４】
複数の回転機械と、
対応する回転機械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、
前記制御部は、それぞれが前記複数のインバータを単独で制御可能な複数の制御基板を備え、
前記複数の制御基板は、前記複数のインバータを制御するために必要な最低限の構成を有するバックアップ運転用の制御基板を少なくとも１つ含むことを特徴とする回転機械装置。
【請求項１】
複数の回転機械と、
対応する回転機械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、
前記制御部は、それぞれが前記複数のインバータを単独で制御可能な複数の制御基板を備え、
運転中に前記複数の制御基板のうちの一の制御基板に異常が発生した場合に、待機中の他の制御基板が前記一の制御基板をバックアップして前記複数のインバータを制御することを特徴とする回転機械装置。
【請求項２】
前記複数の制御基板は同一の構成を有することを特徴とする請求項１に記載の回転機械装置。
【請求項３】
前記複数の制御基板は、前記複数のインバータを制御するために必要な最低限の構成を有するバックアップ運転用の制御基板を少なくとも１つ含むことを特徴とする請求項１に記載の回転機械装置。
【請求項４】
複数の回転機械と、
対応する回転機械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、
前記制御部は、それぞれが前記複数のインバータを単独で制御可能な複数の制御基板を備え、
前記複数の制御基板は、前記複数のインバータを制御するために必要な最低限の構成を有するバックアップ運転用の制御基板を少なくとも１つ含むことを特徴とする回転機械装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２２５３４９（Ｐ２０１２−２２５３４９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１６１８３７（Ｐ２０１２−１６１８３７）
【出願日】平成２４年７月２０日（２０１２．７．２０）
【分割の表示】特願２００５−１３００２８（Ｐ２００５−１３００２８）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２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月２０日（２０１２．７．２０）
【分割の表示】特願２００５−１３００２８（Ｐ２００５−１３００２８）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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