JP5484867B2 - 圧縮空気供給システムおよび方法 - Google Patents
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Description
この圧縮空気供給システムでは、運転コストの削減、CO2の排出量に代表される環境負荷の低減を目的として、負荷の変動に応じて、各空気圧縮機の運転を切替制御する機能が設けられている(例えば、特許文献1など参照)。
[第1の実施の形態]
まず、図1を参照して、本発明の第1の実施の形態にかかる圧縮空気供給システムについて説明する。図1は、第1の実施の形態にかかる圧縮空気供給システムの構成を示すブロック図である。
圧力計30は、圧力センサで気体の圧力を計測する圧力発信器からなり、供給部20を構成する任意の設備に設けられて、集気された圧縮空気の空気圧Pを計測して空気圧縮機制御装置10へ出力する機能を有している。
監視装置50は、LANなどの通信回線を介して空気圧縮機制御装置10とデータ通信を行うことにより、空気圧縮機制御装置10における空気圧縮機ACの制御状況を監視するための端末装置である。
次に、図1を参照して、本実施の形態にかかる空気圧縮機制御装置10の構成について詳細に説明する。
この空気圧縮機制御装置10は、全体として各種の設備機器やフィールド機器を自動制御するコントローラなどの制御装置からなり、主な機能部として、計測処理部11、記憶部12、切替制御部13、運転指令部14、および通信部15が設けられている。
プログラム12Pは、記憶部12から読み出されて切替制御部13で実行されることにより、各種処理部を実現するプログラムであり、予め外部装置(図示せず)や記録媒体(図示せず)から読み込まれて記憶部12へ格納されている。
記憶部12で記憶される主な処理情報として運転設定データ12A、運転状態データ12B、および目標値データ12Cがある。
目標値データ12Cは、供給部20内の圧縮空気の空気圧Pを保持する規定範囲を示すデータである。図4は、目標値データの構成例である。ここでは、規定範囲の上限値PHと下限値PLとがそれぞれ設定されている。
通信部15は、LANなどの通信回線を介して監視装置50とデータ通信を行うことにより、記憶部12の運転状態データ12Bなど、空気圧縮機制御装置10における空気圧縮機ACの制御状況に関する各種処理情報を監視装置50へ送信する機能を有している。
次に、図5を参照して、本実施の形態にかかる空気圧縮機制御装置10の動作について説明する。図5は、第1の実施の形態にかかる空気圧縮機制御装置の空気圧縮機制御処理を示すフローチャートである。
切替制御部13は、計測処理部11で新たに取得された空気圧Pを、記憶部12の目標値データ12Cを参照して、その下限値PLと比較する(ステップ101)。
ここで、一定期間継続して空気圧Pが上限値PH以上とならない場合(ステップ104:NO)、ステップ100へ戻る。
図2に示した運転設定データ12Aのように、空気圧縮機AC1〜AC5に対してロード優先順位が「1」〜「5」の順で設定されている場合、空気圧縮機制御の開始時に、空気圧縮機AC1が最初にロード状態へ切替制御された後、負荷量が単調増加するに連れて、空気圧縮機AC2〜AC5が順にロード状態へ制御される。
図7では、図2と比較して、空気圧縮機AC1〜AC5に対してアンロード優先順位が「1」〜「5」の順で設定されている。このため、ロード状態への切替順序については、図6と同様であるが、アンロード状態への切替順序が異なる。すなわち、すべての空気圧縮機AC1〜AC5がロード状態にある時点から、負荷量が単調減少するに連れて、空気圧縮機AC1〜AC5が順にロード状態へ制御される。
このように、本実施の形態は、空気圧縮機制御装置10において、空気圧縮機ACごとに切替制御の対象として選択する優先順位が予め設定されている運転設定データ12Aを記憶部12で記憶し、切替制御部13により、この運転設定データ12Aの優先順位に基づいて空気圧縮機ACのうちから切替制御の対象となる空気圧縮機ACを選択し、選択した当該空気圧縮機ACの運転状態を、空気圧の変化に応じて、圧縮空気を吐出するロード状態または圧縮空気を吐出しないアンロード状態へ切替制御している。
次に、本発明の第2の実施の形態にかかる空気圧縮機制御装置について説明する。
第1の実施の形態では、定速回転方式の電気モータを用いた空気圧縮機AC、すなわちロード/アンロード機で圧縮空気供給システム1が構成されている場合を例として説明した、本実施の形態では、ロード/アンロード機と、インバータ制御方式の電気モータを用いた空気圧縮機AC、すなわちインバータ機とが混在する場合について説明する。
本実施の形態にかかる空気圧縮機制御装置10のうち、この他の構成については第1の実施の形態と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
次に、図9および図10を参照して、本実施の形態にかかる空気圧縮機制御装置10の動作について説明する。図9は、インバータ機に対する回転数制御特性を示すグラフである。図10は、インバータ機を用いた切替制御例を示す説明図である。なお、全体的な空気圧縮機制御処理については、前述した図5と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
図9の回転数制御特性では、空気圧PのPID出力レンジ0%−100%に対して、回転数指令出力Nの0%−100%が割り当てられている。この際、Nmaxはインバータ機の最高回転数であり、インバータの特性を考慮して最高回転数Nmaxの90%に回転数指令上限Nlimが設定されている。
また、この状態から負荷が上昇してPID出力が上昇してくると、切替制御部13は、回転数指令出力Nを徐々に上昇させ、ロード回転数Nloadに到達した時点で、インバータ機をアンロード状態からロード状態へ切替制御する。
また、この状態から負荷が上昇してPID出力が上昇してくると、切替制御部13は、回転数指令出力Nを徐々に上昇させ、最低回転数Nminに到達した時点で、インバータ機に対する回転数制御が再開される。
図11は、複数のインバータ機に対する回転数制御特性を示すグラフである。ここでは、2台のインバータ機を用いる場合の回転数制御特性が示されている。2台のインバータ機の操作能力が等しい場合、1台運転時の傾きは2台運転時の2倍になる。
この後、負荷量の増加に応じて回転数指令出力Nが上昇し、回転数指令上限Nlimに達した時点で、ロード優先順位にしたがって空気圧縮機AC3がロード状態に切替制御され、これ以降、負荷量が単調増加するに連れて、空気圧縮機AC4〜AC5が順にロード状態へ切替制御される。
このように、本実施の形態では、切替制御部13で、空気圧縮機ACのうちインバータ制御方式の空気圧縮機に対して、空気圧Pの変化に応じた回転数指令を出力することにより、目標気圧P’と一致するように空気圧Pを微調整するようにしたので、負荷量の変化に合わせて、各空気圧縮機ACからの圧縮空気供給総量が滑らかに変化させることができる。このため、過不足なく適切な量だけ圧縮空気を供給することができ、運転コストの削減、あるいは環境負荷の低減を、容易に実現することが可能となる。
次に、本発明の第3の実施の形態にかかる空気圧縮機制御装置10について説明する。
第1の実施の形態では、各空気圧縮機ACに対するロード優先順位およびアンロード優先順位として、それぞれ重複のない異なる順位が割り当てられている場合を例として説明した。本実施の形態では、複数の空気圧縮機ACに対して同一のロード優先順位およびアンロード優先順位を割り当て、これら空気圧縮機ACをローテーション運転する場合を例として説明する。
本実施の形態にかかる空気圧縮機制御装置10のうち、この他の構成については第1の実施の形態と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
次に、図13および図14を参照して、本実施の形態にかかる空気圧縮機制御装置10の動作について説明する。図13は、ローテーション運転時における運転設定データの構成例である。図14は、ローテーション運転例である。なお、全体的な空気圧縮機制御処理については、前述した図5と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
ここで、複数の空気圧縮機ACに対して、同一のロード優先順位が設定されている場合、切替制御部13は、これら空気圧縮機AC間で使用頻度が等しくなるよう、これら空気圧縮機ACのうちから新たにロード状態へ切替制御する空気圧縮機ACを選択する。
図15は、ローテーション運転時における他の運転設定データの構成例である。図16は、他のローテーション運転例である。
このように、本実施の形態では、切替制御部13で、任意の優先順位の空気圧縮機ACを選択する際に、当該優先順位を持つ空気圧縮機ACが複数存在する場合、これら空気圧縮機ACの使用頻度に基づいて、これら空気圧縮機ACを順次ローテーションして選択するようにしたので、特定の空気圧縮機ACに関するローテーション運転を、任意の優先順位で実行することができる。これにより、ローテーション運転する特定の空気圧縮機AC間での装置寿命の延長だけでなく、特定の空気圧縮機AC以外の空気圧縮機ACとの運転優先順位を容易に設定することができ、各空気圧縮機の特徴を活かした適切な運転を実現できる。
なお、各空気圧縮機ACの使用頻度については、図5のステップ103,106で、実際に選択した空気圧縮機ACをロード状態あるいはアンロード状態へ切替制御する際、当該空気圧縮機AC積算運転時間や積算起動回数を計数し、例えば記憶部12の運転状態データ12Bへ記録しておけばよい。
次に、本発明の第4の実施の形態にかかる空気圧縮機制御装置10について説明する。
第1の実施の形態では、1つの運転設定データ12Aに基づき空気圧縮機ACの切替制御を行う場合を例として説明した。本実施の形態では、設定内容が異なる複数の運転設定データ12Aを運転スケジュールに応じて切替運用する場合について説明する。
本実施の形態にかかる空気圧縮機制御装置10のうち、この他の構成については第1の実施の形態と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
次に、図17および図18を参照して、本実施の形態にかかる空気圧縮機制御装置10の動作について説明する。図17は、複数の制御パターンからなる運転設定データの構成例である。図18は、運用スケジュールの構成例である。なお、全体的な空気圧縮機制御処理については、前述した図5と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
ここで、切替制御部13は、まず、記憶部12の運用スケジュールを参照して、現時点で適用すべき制御パターンを確認して、当該制御パターンに対応する運転設定データ12Aを取得し、この運転設定データ12Aのロード優先順位に基づき、新たにロード状態へ切替制御する空気圧縮機ACを選択する。
ここで、切替制御部13は、まず、記憶部12の運用スケジュールを参照して、現時点で適用すべき制御パターンを確認して、当該制御パターンに対応する運転設定データ12Aを取得し、この運転設定データ12Aのアンロード優先順位に基づき、新たにアンロード状態へ切替制御する空気圧縮機ACを選択する。
また、例えば当日が火曜日であれば、図18の運用スケジュールのうち「今週」の「火」の欄が参照されて、制御パターン「休日」が選択され、図17の運転設定データのうちから制御パターン「休日」のロード優先順位およびアンロード優先順位が、運転設定データ12Aとして取得される。
このように、本実施の形態によれば、記憶部12で、各空気圧縮機に対して設定された優先順位が異なる運転設定データを複数記憶し、切替制御部13で、予め設定された運転スケジュールにしたがって運転設定データのうちから選択したいずれか1つの運転設定データの優先順位に基づいて、切替制御の対象となる空気圧縮機を選択するようにしたので、個々の期間において圧縮空気の使用量が異なる場合でも、対応する優先順位に基づいて、ロード状態あるいはアンロード状態へ切替制御する空気圧縮機ACを選択することができ、負荷40の稼働内容に合わせて、空気圧縮機の運転を適切に制御することが可能となる。
次に、本発明の第5の実施の形態にかかる空気圧縮機制御装置について説明する。
第1の実施の形態では、通信部15から監視装置50に対して、空気圧縮機制御装置10における空気圧縮機ACの制御状況に関する各種処理情報を送信する点について説明した。
本実施の形態では、切替制御部13で、次回の切替制御でロード状態またはアンロード状態へ切り替える空気圧縮機ACを含む制御状況データを生成する場合について説明する。
本実施の形態にかかる空気圧縮機制御装置10のうち、この他の構成については第1の実施の形態と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
次に、図19を参照して、本実施の形態にかかる空気圧縮機制御装置10の動作について説明する。図19は、監視画面の表示例である。なお、全体的な空気圧縮機制御処理については、前述した図5と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
監視装置50は、一定間隔であるいはオペレータ操作に応じて、空気圧縮機制御装置10に対して制御状況送信要求を送信し、これに応じて返送された各種処理情報に基づき、図19のような、監視画面を画面表示する。図19では、5つの空気圧縮機AC1〜AC5に対する制御状況が画面表示されている。
このように、本実施の形態では、切替制御部13で、運転設定データ12Aの優先順位に基づいて、空気圧縮機ACのうちから、次回の切替制御でロード状態またはアンロード状態へ切り替える空気圧縮機ACを選択し、この選択結果を各空気圧縮機ACに対する制御状況を示す制御状況データとして出力するようにしたので、空気圧縮機制御装置10における各空気圧縮機ACに対する切替制御状況、特に、現時点以降の負荷変動に対する将来の切替制御状況を容易に確認することができる。
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
Claims (5)
- 圧縮空気を生成する複数の空気圧縮機と、
前記空気圧縮機で生成された圧縮空気を集気して負荷へ供給する供給部と、
前記供給部で計測した前記圧縮空気の圧力を示す空気圧の変化に応じて、前記空気圧縮機の運転状態を切替制御することにより、前記空気圧を調整する空気圧縮機制御装置とを備え、
前記空気圧縮機制御装置は、
前記空気圧縮機ごとに前記切替制御の対象として選択する優先順位が予め設定されている運転設定データを記憶する記憶部と、
前記運転設定データの優先順位に基づいて前記空気圧縮機のうちから前記切替制御の対象となる空気圧縮機を選択し、選択した当該空気圧縮機の運転状態を、前記空気圧の変化に応じて、前記圧縮空気を吐出するロード状態または前記圧縮空気を吐出しないアンロード状態へ切替制御する切替制御部と
を含み、
前記切替制御部は、任意の優先順位の空気圧縮機を選択する際に、当該優先順位を持つ空気圧縮機が複数存在する場合、これら空気圧縮機の使用頻度に基づいて、これら空気圧縮機を順次ローテーションして選択する
ことを特徴とする圧縮空気供給システム。 - 請求項1に記載の圧縮空気供給システムにおいて、
前記切替制御部は、前記空気圧縮機のうちインバータ制御方式の空気圧縮機に対して、前記空気圧の変化に応じた回転数指令を出力することにより、前記空気圧を微調整することを特徴とする圧縮空気供給システム。 - 請求項1に記載の圧縮空気供給システムにおいて、
前記記憶部は、前記各空気圧縮機に対して設定された優先順位が異なる運転設定データを複数記憶し、
前記切替制御部は、予め設定された運転スケジュールにしたがって前記運転設定データのうちから選択したいずれか1つの運転設定データの優先順位に基づいて、前記切替制御の対象となる空気圧縮機を選択する
ことを特徴とする圧縮空気供給システム。 - 請求項1に記載の圧縮空気供給システムにおいて、
前記切替制御部は、前記運転設定データの優先順位に基づいて、前記空気圧縮機のうちから、次回の切替制御で前記ロード状態または前記アンロード状態へ切り替える前記空気圧縮機を選択し、この選択結果を前記各空気圧縮機に対する制御状況を示す制御状況データとして出力することを特徴とする圧縮空気供給システム。 - 複数の空気圧縮機が圧縮空気を生成するステップと、
供給部が前記空気圧縮機で生成された圧縮空気を集気して負荷へ供給するステップと、
空気圧縮機制御装置が、前記供給部で計測した前記圧縮空気の圧力を示す空気圧の変化に応じて、前記空気圧縮機の運転状態を切替制御することにより、前記空気圧を調整する空気圧縮機制御ステップとを備え、
前記空気圧縮機制御ステップは、
予め記憶部の運転設定データで前記空気圧縮機ごとに設定されている、前記切替制御の対象として選択する優先順位に基づいて、前記空気圧縮機のうちから前記切替制御の対象となる空気圧縮機を選択する選択ステップと、
選択した当該空気圧縮機の運転状態を、前記空気圧の変化に応じて、前記圧縮空気を吐出するロード状態または前記圧縮空気を吐出しないアンロード状態へ切替制御する切替制御ステップと
を含み、
前記切替制御ステップは、任意の優先順位の空気圧縮機を選択する際に、当該優先順位を持つ空気圧縮機が複数存在する場合、これら空気圧縮機の使用頻度に基づいて、これら空気圧縮機を順次ローテーションして選択する
ことを特徴とする圧縮空気供給方法。
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