供水装置的制作方法

专利名称：供水装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及供水装置，特别是涉及通过换流器控制泵向公共住宅进行供水的供水装置。
背景技术：
例如，在供水装置等的旋转式机械装置中，广泛进行通过使用将工业交流电源的频率和电压变换为任意的频率和电压的换流器来变速运转泵。由于换流器任意地改变驱动泵的电动机的转速，因此，就能用与泵的负载相对应的最佳的转速进行运转，与用额定速度进行运转的情况相比，能够实现节省能源化。
这样的供水装置的换流器，通常在进行了泵的交换等的维修后，就能用试验运转模式进行运转，能按任意的频率手动进行运转。在该试验运转模式的运转中，在供水装置的二次侧没使用水的情况下，管道内压上升到泵的关死点压力，有从管道接头漏水的可能性。这样地，在现有的供水装置的换流器的试验运转中，有时就对输出压力上升到必要以上的管道产生了负担。此外，要想既使其他泵用正常的自动运转进行运转，又安全地进行其他泵的试验运转就很复杂且困难。

发明内容
本发明鉴于这样的现有技术的问题点，其目的在于提供一种能够防止试验运转时的供水装置的二次侧的管道内压过度上升的供水装置。
根据本发明的一个实施方式，提供一种具有泵、变速控制上述泵的旋转频率的换流器和控制上述换流器的控制部的供水装置。上述控制部控制上述泵的旋转频率，使得上述泵的试验运转时的旋转频率不上升到规定值以上。
根据这样的结构，能够在试验运转时抑制供水装置的二次侧的管道内压上升到泵的关死点压力，能够防止对管道施加过度的应力。
上述控制部设定上述试验运转时的最高旋转频率低于自动运转时的最高旋转频率。或者，上述控制部利用运算设定上述泵的上述试验运转时的最高旋转频率对于自动运转时的最高旋转频率的值，使得上述泵的试验运转时的最高旋转频率低于自动运转时的最高旋转频率。此外，上述控制部也可以限制上述泵的旋转频率，使得在上述泵的试验运转时，上述泵的输出压力不上升到自动运转时设定的压力以上。
如上所述，根据本发明，能够防止试验运转时的供水装置的二次侧的管道内压过度上升。


图1是示出本发明的第一实施方式中的供水装置的概略图。
图2是示出图1的换流器的概略图。
图3是示出图1的控制部的概略图。
图4是示出图2的换流器与图3的控制基板之间的电源系统的概略图。
图5是示出本发明的第二实施方式中的供水装置的概略图。
附图标记的说明1、101供水装置2受水槽3泵4电动机5换流器6控制部10管道12水位探测器14供水管16电磁阀18管道20排水管22止回阀24流量开关
26、103压力传感器28高压罐30串行通信电缆50主基板52、62操作面板54I/O基板(输入输出基板)56漏电断路器60控制基板102水管主管104进水管道105防逆流装置500整流器501开关元件(电力部)502、600通信部503、601存储器504、602CPU505电源部506、523、544、545接口507、608电源端子520运转转换开关521、620灯522、622操作按钮540、541、603、604输入端子542、605、606输出端子543、607下陷开关624显示部具体实施方式
以下，参照图1至图5详细地说明本发明涉及的供水装置的实施方式。此外，在图1至图5中，在相同或等效的结构要素上标记相同的符号并省略重复的说明。
图1是示出本发明的第一实施方式中的供水装置1的概略图。如图1所示，供水装置1具有2个受水槽2、通过管道10与各受水槽2连接的2个泵3、驱动泵3的电动机4、控制电动机4的旋转频率的换流器5和控制以换流器5为首的各种设备的控制部6。
在各受水槽2中设置了利用电极棒12a探测受水槽2的水位的水位探测器12。本实施方式中的水位探测器12探测4个液面电平(满水、缺水、复位、枯水)。从与水管主管(无图示)连接的供水管14通过电磁阀16向各受水槽2导入自来水。由水位探测器12探测受水槽2的水位，根据水位的增减，由控制部6开关电磁阀16。根据这样的结构，受水槽2中一旦蓄存自来水，就利用泵3将该蓄存的水供给住宅等终端需求对象。
在各泵3的排水侧连接了管道18和排水管20，由泵3向住宅等终端需求供给受水槽2内的自来水。在管道18上分别设置了止回阀22和流量开关24，将流量开关24的输出输入到各换流器5。再有，止回阀22是防逆流阀，用于防止在泵3停止了的情况下水从排水侧向进水侧逆流，流量开关24用于检测管道18内的水量已减少。
在排水管20上设置了检测泵3的输出压力的压力传感器26，将该压力传感器26的输出信号输入到控制部6中。此外，与排水管20连接了高压罐28，在由流量开关24检测到水量减少了的情况下，为了防止泵3的断流运转，能够在高压罐28中储压后停止泵3的运转。
在该供水装置1中，基于流量开关24和压力传感器26等的输出信号，使用换流器5变速控制泵3的转速(旋转频率)。一般进行输出压力恒定控制和推断终端压力恒定控制等，所述输出压力恒定控制是指，将泵3的转速控制成由压力传感器26检测到的压力信号与设定的目标压力一致后，将泵3的输出压力控制得恒定，所述推断终端压力恒定控制是指，通过使泵3的输出压力的目标值适当地变化，来将给终端的需求方的供供水压控制得恒定。根据这些控制，由于按照与这时的需求水量相称的转速来驱动泵3，因此能够达到节省能源。
此外，流量开关24一变为ON，就判断为设使用水和水量少的状态，停止泵3的运转。一旦根据输出压力的降低等探测到使用水，就再启动泵。在水量少时停止泵3的情况下，也可以加速一次泵3后，进行在高压罐28中储压后停止泵3的储压运转。
本实施方式的供水装置1由于具有多个泵，因此，能够进行伴随附加解列的多台运转，或者在运转中探测到了特定的泵3和换流器5的异常的情况下，将运转转换为其他正常的泵3和换流器5后继续供水。
图2是示出图1的换流器5的概略图。如图2所示，换流器5具有主基板50、进行换流器5的设定(例如，加速时间和减速时间等的设定)等的操作面板52、进行各种信号的输入输出的I/O基板(输入输出基板)54。
主基板50具有将通过漏电断路器(Earth Leakage Circuit BreakerELB)56输入的交流电力进行整流的整流器500；将由整流器500整流后的电力变换为期望频率的交流电力的开关元件(电力部)501；通过串行通信电缆30与控制部6和其他换流器5进行信息交换的通信部(串行端口)502、存储了各种程序的存储器(ROM和可重写的非易失性存储元件即快闪存储器等)503、基于存储在存储器503中的程序进行运算控制工作的CPU504。
主基板50用整流器500将通过漏电断路器56输入的电力变换为直流电力，驱动IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等开关元件501后，变换为期望频率的交流电力(根据从控制部6通过通信部502发送的信息的频率的电力)，将该电力供给到驱动泵3的电动机4中。
在存储器503中存储着用于进行开关元件501的控制、通过通信部502的信息交换、与I/O基板54和操作面板52的信息交换的程序和各种换流器控制及运转控制程序。利用CPU504执行这些程序。再有，存储器503和CPU504也可以搭载在同一半导体芯片上。为了用直流电力驱动存储器503和CPU504等，在换流器5的主基板50上设置了向主基板50供给直流电力的电源部505。该电源部505由变压器、整流器和电容器等构成。再有，该电源部505也向操作面板52和I/O基板54供给电力。
I/O基板54具有可根据换流器5的使用用途自由改变的各种输入端子和输出端子。在图2中示出的I/O基板54中设置了模拟输入端子540，输入来自设置在各泵3上的探测泵温度的热敏电阻的信号；数字输入端子541，输入设置在换流器5的一次侧上的漏电断路器56的断开信号和设置在泵3的排水侧上的流量开关24的ON/OFF信号；数字输出端子542，用于向装置外部输出示出泵3是否运转中(泵的启停)的ON/OFF信号即运转信号和通知泵3和换流器5等的故障的故障信号。
此外，在I/O基板54上设置了下陷开关543，该下陷开关543使用于具有多个换流器的供水装置中的换流器号码(泵号码)的设定等。
象这样地，I/O基板54具有所谓的热敏电阻和漏电断路器56、流量开关24等的泵的各系列所需的信号(依存于泵的输入信号)的输入端子，同样地，也具有所谓的运转和故障的泵的各系列所需的信号(依存于泵的输出信号)的输出端子。从而，不需要如现有技术这样地在控制部6中设置这些输入端子，在泵的台数增加的情况下，不需要另外准备用于这些信号的输入输出的基板。
I/O基板54和主基板50通过接口544、506相互连接。根据存储在主基板50的存储器503中的程序，从通信部502向控制部6发送从I/O基板54的输入端子540、541输入的信号。此外，基于控制部6和主基板50的CPU504的判断，通过接口506、544，从输出端子542向外部输出故障信号。
如图2所示，操作面板52具有运转转换开关(操作部)520，选择被换流器5驱动的泵3的试验、停止和自动运转；灯521，示出运转和故障；所需最低数量的操作按钮(操作部)522，用于进行换流器5的设定等。该操作面板52与现有的换流器的操作面板不同，具有用于显示有关换流器5的信息的由液晶显示器和7段显示器等构成的显示部。
操作面板52通过接口523、545与I/O基板54连接。通过转换运转转换开关520，就能够转换泵3的运转状态，通过操作操作按钮522，就能够变更(转换)换流器5的设定(例如加速时间和减速时间等的设定)和显示部中显示的内容。再有，在本实施方式中，与主基板50另外形成操作面板52，通过接口523、545与I/O基板54连接着操作面板52，但也可以与I/O基板54一体地形成操作面板52。
一将操作面板52的运转转换开关520设为“自动”，就按照来自控制部6的指令变速控制泵3。一将运转转换开关520设为“停止”，就与控制部6的指令无关，换流器5停止泵3的驱动。此外，一将运转转换开关520设为“试验”，就能够用手动试验运转(试运转)换流器5、电动机4和泵3。在供水装置1中，在装置的装配时和进行了泵3和电动机4的维修时，进行泵3的该试验运转。在该试验运转中，检验装置是否工作，或者泵的旋转方向是否正确。
由于在各换流器5上设置了这样的运转转换开关520，因此，在想强制停止和运转任意泵的情况下，能够容易地达到其目的。再有，一将运转转换开关520转换为“停止”或“试验”，换流器5就向控制部6传递已转换为停止状态或试验状态的信息，控制部6能够进行考虑了这些信息的控制。
图3是示出图1的控制部6的概略图。如图3所示，控制部6具有进行信号的输入输出和装置的控制的控制基板60、进行各种设定的操作面板62。
控制基板60具有与换流器5的通信部502连接的通信部(串行端口)600、存储了各种程序的存储器(ROM和可重写的非易失性存储元件即快闪存储器等)601、基于存储在存储器601中的程序进行运转控制工作的CPU602。通过通信部600进行泵3的启停和旋转频率、换流器5的断开等的信息交换。再有，存储器601和CPU602也可以搭载在同一半导体芯片上。
此外，控制基板60具有输入端子603，输入有关受水槽2的液面的信号(水位探测器12的输出信号)等；输入端子604，输入来自压力传感器26的输出信号；输出端子605，用于输出对电磁阀的输出信号；输出端子606，用于向外部输出受水槽2的状态(满水、缺水、枯水、故障等)。这样地，向输入端子603、604输入不依存于泵的输入信号，从输出端子605、606输出不依存于泵的输出信号。此外，控制基板60具有下陷开关607。
这样地，在控制基板60上设置了有关受水槽2的液面的信号、输出压力和流入压力等不需要设置在各泵上的输入输出端子(不依存于泵的输入输出端子)，但如上所述地，关于各泵系列所需的输入输出端子(依存于泵的输入输出端子)，由于被设置在换流器5的I/O基板54上，因此，就能够从控制基板60减少输入输出端子而小型化。随之实现了成本的降低。
控制基板60执行存储器601中存储的控制程序，基于在操作面板62中设定的条件和来自各种传感器的信号，决定各泵3的启停(运转台数)和运转频率，将它们发送到换流器5后进行泵3的旋转频率控制。此外，控制基板60根据来自各种传感器的信号和来自换流器5的断开信号，进行停止泵3的运转或将运转转换为其他的泵3等的控制。
在此，在装置的装配时和泵3和电动机4的维修时进行泵3的试验运转(试运转)。通过用手动将换流器5的操作面板52的运转转换开关520转换为“试验”来进行该试验运转。可以利用操作面板52的操作按钮(上下按钮)522，将试验运转时的电动机4的旋转频率变更为任意的旋转频率。但是，若用高频进行试验运转，在没有水的使用的情况下，供水装置1的二次侧的管道内的压力就大幅上升，就产生了从管道接头漏水等的问题。
为了回避这样的问题，在试验运转时将换流器5的最高运转频率控制得低于正常运转时。具体地说，在换流器5的设定中设定试验运转时的最高运转频率自身。或者，也可以能够从外部设定试验运转时的最高运转频率，作为对于正常运转时的最高运转频率的比率或用于从正常运转时的最高运转频率扣除的恒定值。然后，利用基于在换流器5的内部设定的比率和恒定值的运算，设定试验运转时的最高运转频率。这样，就能够防止供水装置1的二次侧的管道内的压力过度上升。
此外，在各换流器5中能够自由地进行试验运转。即，能够在其他泵自动运转中试验运转任意的另外的泵。该情况下，为了被压力传感器26检测由试验运转中的泵所加压的部分，除非试验运转中的泵的转速(旋转频率)非常大，否则也可以进行通常的压力控制。但是，在超过这样的转速后手动使转速上升了的情况下，即使停止其他泵，输出压力也变为目标压力以上。从而，控制基板60能够对试验运转状态的换流器5进行控制，使得在输出压力上升到了目标压力以上的情况下，不使转速上升到它以上，或者使转速降低。即，通过自动地对泵3的运转频率加以限制，使得在泵3的试验运转时输出压力不上升到一定以上的压力，就能够安全且简单地进行泵3的试验运转。
控制基板60的存储器601和CPU602从换流器5的主基板50的电源部505接受直流电力的供给后进行驱动。图4是示出换流器5与控制基板60之间的电源系统的概略图。
以换流器5的驱动所需的电力和控制基板60的驱动所需的电力的合并电力为基准，来设计换流器5的主基板50的电源部505的容量。如图2和图4所示，主基板50具有与电源部505连接的电源端子507，该电源端子507与设置在控制部6的控制基板60上的电源端子608连接。这样地，换流器5的主基板50的电源部505就能够向控制部6的控制基板60供给驱动电力(+5V、+12V、+24V等的直流电力)。
这样地，通过从换流器5供给控制部6的控制基板60用的电力，就不需要另外设置控制基板60用的直流电源。从而，能够降低供水装置的制造成本，也能够减小控制基板60的大小。此外，稳定的电源的开发需要相当的时间和费用，但根据本实施方式，由于可以仅开发搭载在换流器上的电源部，因此，能够实现装置的成本降低。
在本实施方式中，如图4所示，各换流器5的电源端子507直接与控制基板60的电源端子608连接。因此，在换流器5的电源部505上设置了利用二极管等的防逆流机构(无图示)，使得某个换流器的电力不向其他换流器逆流。
此外，在本实施方式中，能够从多个换流器5向控制部6的控制基板60供给电力。即，由于与控制基板60并联了多个换流器5的电源部505，因此，即使假设某个换流器因漏电断路器56的断开等而不能供给电力，也能够利用其他换流器向控制基板60供给充足的电力。这样地，本实施方式中的结构具有防止正常地继续进行控制基板60的工作而供水装置1的运转停止了的支援功能，能够使给控制部6的电源的供给稳定。此外，在增设换流器的情况下，由于可以仅增设与已有的换流器同形式的换流器，因此，换流器的数量的增减容易。
再有，所述的减少电源的数量的意思没有图示，但也可以在控制基板60上设置电源部，从该电源部向各换流器5供给直流电力。或者，也可以与换流器5和控制基板60另外设置电源部，从该电源部向换流器5和控制基板60供给直流电力。在这样的情况下，由于在电源部没正常工作的情况下装置就停止了，因此，不能实现上述的支援功能。此外，在考虑了换流器的增设的情况下，就需要使用容量具有余裕的电源部或者配合换流器的增设而增设电源部。
如图3所示，控制部6的操作面板62具有示出装置状态的灯620、设定供水装置1的目标压力等运转条件的操作按钮622和用于显示有关装置的信息的显示部624，该显示部624由液晶显示器和7段显示器等构成。利用操作按钮622进行运转模式的选择和运转条件的设定。此外，在显示部624上显示运转中的装置的参数等。
如上所述地，与现有的换流器的操作面板不同，各换流器5的操作面板52上没设置显示部。在设置在控制部6的操作面板62上的显示部624上显示有关电流和运转频率等的换流器5的信息。即，一按下换流器5的操作面板52的操作按钮522，就在控制部6的操作面板62上的显示部624上显示有关换流器5的信息。该情况中，可以一按下操作按钮522中的某一个按钮，就转换显示部624，或者，也可以在操作按钮522上设置显示转换用的按钮。
这样地，根据本实施方式，由于不需要在换流器5上设置液晶等的显示部，因此，能够实现装置的成本降低。此外，由于在控制部6上集约设置显示部，因此，操作者能够容易理解显示内容，能够提高操作性。
另一方面，由于在换流器5的操作面板52上剩余有必要的最小限度的操作按钮522，因此，能够利用换流器5的操作面板52中的操作来转换显示。从而，与利用控制部6的操作面板62中的操作转换显示的情况相比，显示的转换操作简便，在有泵3和换流器5的增减的情况下，也不需要变更控制部6的操作面板62的显示部624的结构。再有，在用于显示的操作有点儿复杂的情况下，也可以利用控制部6的操作面板62中的操作转换显示后来显示各换流器5的信息。
控制部6的操作面板62在显示有关上述换流器5的信息的功能的基础上，加之具有能够根据操作按钮622的操作选择性地显示供水装置1的运转中的输出压力和流入压力等的功能。此外，能够利用操作按钮622的操作来设定供水装置1的目标压力等的运转条件。此外，该操作面板62具有警报蜂鸣器，在发出了警报时，就在显示部624上显示警报内容。
图5是示出本发明的第二实施方式中的供水装置101的概略图。图5中示出的供水装置101是与水管主管102直接连结泵3，利用水管主管102的压力进行供水的直接连结型的供水装置。在该供水装置101中，在进水管道104上设置了用于探测水管主管102的水压的进水侧压力传感器103，向控制部6输入该输出。此外，在进水管道104上设置了防逆流装置105。
在上述实施方式中，关于在供水装置1中适用了换流器5的例子进行了说明，但不限于此。可以将换流器5的操作面板52和I/O基板54适当地变更，重写存储器503内的程序，将上述换流器5适用于除了供水装置以外的各种各样的装置。从而，由于不变更换流器5的主基板50的硬件结构，而能够在各种各样的装置中适用本发明，因此能够实现装置的成本降低。
此外，许多情况下一般都将用于控制驱动DC无刷电动机的电源频率的机器称作驱动器，但在整流交流电源后利用开关元件设定为期望频率的电力的观点上来说，驱动器也与用于驱动感应电动机的换流器相同。从而，也可以使用上述结构的换流器来驱动DC无刷电动机。再有，在使用DC无刷电动机的情况下，也可以向换流器5的I/O基板54输入电动机的旋转信号和电流信号。
受水槽2、泵3、电动机4、换流器5、控制部6和控制基板60等的数量不限于图示所示的。此外，换流器5的通信部502与控制基板60的通信部600之间的通信不仅是串行通信，也可以用无线通信。此外，在上述实施方式中，以供水装置为例进行了说明，但本发明不限于供水装置。例如，可以适用于在需要转速控制的风扇和压缩机等的旋转式机械装置中所使用的换流器。即，设泵为风扇和压缩机，通过将压力传感器变更为温度传感器等检测装置的负载的装置，就能够适用在使用了风扇和压缩机的各种各样的装置中。
到此为止关于本发明的一个实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式，可以在其技术思想范围内实施各种各样的变形。
权利要求
1.一种供水装置，其特征在于包括泵；可变控制上述泵的旋转频率的换流器；和控制上述换流器的控制部，上述控制部控制上述泵的旋转频率，使得上述泵的试验运转时的旋转频率不上升到规定值以上。
2.如权利要求1所述的供水装置，其特征在于，上述控制部设定试验运转时的最高旋转频率和自动运转时的最高旋转频率，使得上述泵的上述试验运转时的最高旋转频率低于上述自动运转时的最高旋转频率。
3.如权利要求1所述的供水装置，其特征在于，上述控制部利用运算设定相对于自动运转时的最高旋转频率、上述泵的试验运转时的最高旋转频率的值，使得上述泵的上述试验运转时的最高旋转频率低于自动运转时的最高旋转频率。
4.如权利要求1所述的供水装置，其特征在于，上述控制部限制上述泵的旋转频率，使得在上述泵的试验运转时，上述泵的输出压力不上升到自动运转时设定的压力以上。
全文摘要
本发明提供一种能够防止试验运转时的供水装置的二次侧的管道内压过度上升的供水装置。供水装置(1)具有泵(3)、变速控制上述泵(3)的旋转频率的换流器(5)和控制上述换流器(5)的控制部(6)。控制部(6)控制泵(3)的旋转频率，使得泵(3)的试验运转时的旋转频率不上升到规定值以上。控制部(6)设定试验运转时的最高旋转频率和自动运转时的最高旋转频率，使得泵(3)的试验运转时的最高旋转频率低于自动运转时的最高旋转频率。
文档编号H02M5/16GK1755110SQ200510083778
公开日2006年4月5日 申请日期2005年5月10日 优先权日2004年5月10日
发明者平岩广直, 中岛薰, 小松崇秀, 手岛友治, 中原聪, 桧垣展宏, 黑田清志 申请人:株式会社荏原制作所, 株式会社荏原电产