CN104968939B - 流体压缩系统及其控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种即使在增加压缩机的设置台数时，也能够与流体的使用量的急剧变化对应地供给压缩流体的流体压缩系统及其控制装置。为解决上述课题，本发明提供一种流体压缩系统，其具备对流体进行压缩的多台压缩装置和控制多台所述压缩装置的运行台数的台数控制装置，多台所述压缩装置中的至少1台由多台压缩机主体构成，并进行如下运行，即根据压缩流体的使用量改变运行台数的容量控制运行或不顾虑压缩流体的使用量且不改变运行时的输出的固定控制运行，所述台数控制装置切换多台所述压缩装置以进行容量控制运行或固定控制运行中的任一运行。

Description

流体压缩系统及其控制装置
技术领域
本发明涉及一种流体压缩装置及其控制装置。
背景技术
专利文献1中记载有根据罐内压力的每单位时间的增加率或减少率来对多台压缩机的运行台数进行增加或减少的空气压缩装置的控制装置。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开2007-120497号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
专利文献1的空气压缩装置的控制装置中，即使运行所有的压缩机，空气量仍然不足时，将进一步增加设置的压缩机的运行台数。增加设置的压缩机的运行台数时，若将所有的压缩机通过专利文献1的控制装置进行控制，则在所有的压缩机处在停止状态时依次启动每1台压缩机，或在所有的压缩机处在运行状态时依次停止每1台压缩机。因此，无法与空气的使用量的急剧变化对应地供给空气。
鉴于上述问题点，本发明的目的在于提供一种在增加压缩机的设置台数时，也能够与流体的使用量的急剧变化对应地供给压缩流体的流体压缩系统及其控制装置。
用于解决技术课题的手段
为解决上述课题，本发明提供一种流体压缩系统，其特征在于具备：对流体进行压缩的多台压缩装置及控制多台所述压缩装置的运行台数的台数控制装置，多台所述压缩装置中的至少1台由多台压缩机主体构成，并进行如下运行，即根据压缩流体的使用量改变运行台数的容量控制运行或不顾虑压缩流体的使用量且不改变运行时的输出的固定控制运行，所述台数控制装置切换多台所述压缩装置以进行容量控制运行或固定控制运行中的任一运行。
并且，本发明提供一种流体压缩系统的控制装置，其特征在于，由多台压缩机主体构成，且控制包含至少1台压缩装置的多台压缩装置的运行台数，该压缩装置进行根据压缩流体的使用量改变运行台数的容量控制运行或不顾虑压缩流体的使用量且不改变运行时的输出的固定控制运行，所述压缩装置进行容量控制运行或固定控制运行中的任一运行。
发明效果
根据本发明，能够提供一种在增加压缩机的设置台数时，也能够与流体的使用量的急剧变化对应地供给压缩流体的流体压缩系统及其控制装置。
附图说明
图1是表示本发明的实施例1的空气压缩系统的结构的框图。
图2是表示基于本发明的实施例1的台数控制装置的压缩装置的启动或停止控制的处理的流程图。
图3是表示基于本发明的实施例1的压缩装置的压缩机主体的启动或停止控制的处理的流程图。
图4是基于本发明的实施例1的压缩机主体的压缩装置的启动和停止时的判定时序图。
图5是表示本发明的实施例1的罐压力、压缩机主体的ON/OFF及电力的时间变化的特性线图。
图6是表示本发明的实施例2的空气压缩系统的结构的框图。
图7是表示基于本发明的实施例2的台数控制装置的压缩装置的启动或停止控制的处理的流程图。
图8是表示基于本发明的实施例2的压缩装置的压缩机主体的启动或停止控制的处理的流程图。
图9是基于本发明的实施例2的压缩机主体的压缩装置的启动和停止时的判定时序图。
图10是表示本发明的实施例2的罐压力、压缩机主体的ON/OFF及电力的时间变化的特性线图。
具体实施方式
以下，作为基于本发明的实施方式的流体压缩系统，举出使用对罐分别供给压缩空气的4台空气压缩装置所构成的情况为例，根据附图进行详细说明。
实施例1
利用图1至图5对本发明的实施例1的空气压缩系统进行说明。图1中示出本实施例中的空气压缩系统的结构。图1中，台数控制装置1是控制压缩装置2A～2D的运行台数的装置。具备作为测定积存于空气罐12的空气的压力P’(t)的机构的压力传感器15，将所测定的压力作为电压信号读入控制电路16中，经由控制电路16的模拟/数字转换电路转换成数字信号。并且，具有利用压力测定值P’(t)的变化率来控制与台数控制装置连接的压缩装置的运行台数的功能。
对空气进行压缩的压缩装置2A主要通过3个对空气进行压缩的压缩机主体31A～33A、驱动压缩机主体的3个马达21A～23A、控制压缩机主体的运行台数的控制电路4A、积存压缩的空气的罐5A及作为测定罐5A的压力P(t)的机构的压力传感器6A构成。控制电路4A具有记录所测定的压力值的功能、记录各压缩机主体31A～33A的累积运行时间的功能及控制驱动各压缩机主体31A～33A的马达21A～23A的运行、停止的功能。控制电路4A利用所测定的压力值P(t)来控制压缩机主体的运行台数。并且，通过使用者设定的罐5A的下限压力Pmin和上限压力Pmax记录在控制电路4A中。
其他的压缩装置2B～2D与压缩装置2A相同，分别通过如下构成，即3个压缩机主体31B～33B、31C～33C及31D～33D，3个马达21B～23B、21C～23C及21D～23D，控制电路4B～4D，积存空气的罐5B～5D，及作为测定空气罐的压力的机构的压力传感器6B～6D。
压缩装置2A～2D通过配线7A～7D、8A～8D、9A～9D及17A～17D与台数控制装置1连接。对各配线的功能进行后述。另外，积存各空气的罐5A～5D经由输送空气的配管10A～10D将压缩的空气送入空气罐12。并且，罐12上安装有具备取出阀13的输出配管14。由此，罐12经由输出配管14与外部的空压机器(未图示)连接，并且通过开闭取出阀13而朝向该空压机器供给压缩空气。另外，空气罐12通过配管25与内置于台数控制装置1中的压力传感器15连接。
压缩装置2A～2D为分别独立的压缩装置，也可单独运行。通过与台数控制装置1连接的配线7A～7D，能够在单独运行和通过被台数控制装置1控制的运行之间进行切换。并且，信号线8A～8D为从台数控制装置1向各压缩装置的运行信号线，接收该运行信号而压缩装置2A～2D进行启动、停止。台数控制装置1通过信号线9A～9D对压缩装置2A～2D发送以哪个控制方式运行的命令。压缩装置2A～2D接收上述命令而在对压缩装置2A～2D的运行台数进行增减的定时，根据压缩空气的使用量改变运行台数来切换成以下任一种运行方式，即以改变吐出空气量(输出)的容量控制方式运行，或者以不顾虑压缩空气的使用量且不改变运行时的运行台数而吐出空气量(输出)成为恒定的固定控制方式运行。并且，压缩装置2A～2D发生异常时，通过17A～17D向台数控制装置1发送信号，台数控制装置1接收该信号而将该压缩装置从台数控制对象排除，并能够启动替代的压缩装置。
并且，空气罐12和空气罐5A～5D通过配管10A～10D连接，因此空气罐12的压力测定值P’(t)与空气罐5A～5D的压力测定值P(t)为相同的值。并且，空气罐12的上限压力值Pmax和下限压力值Pmin与空气罐5A～5D的上限压力值Pmax和下限压力值Pmin也设定成相同的值。
基于本实施例的空气压缩系统是具有如上述的结构的系统，接着，参考图1～图4，利用台数控制装置1和压缩装置(2A～2D)各自的压力测定值P’(t)与P(t)，对压缩装置(2A～2D)的运行台数和压缩机主体的运行台数的控制处理进行说明。
首先，参考图2说明台数控制装置1对压缩装置(2A～2D)的运行台数进行增减的控制方法。图2中示出的运行控制处理是对每隔预先确定的采样周期Ts(例如200ms)进行的处理。
步骤1中，利用来自压力传感器15的压力信号P’(t)，以恒定的采样周期Ts测量当前的空气罐12内的压力P’(t)。
接着，步骤2中，判定当前罐压力值P’(t)是否小于预先设定的空气罐12的下限压力值Pmin，若判定为“Yes”，则在下一个步骤3中使压缩装置(2A～2D)全台启动。当判定为“No”时，在下一个步骤4中判定当前压力值P’(t)是否为预先设定的空气罐12的上限压力值Pmax以上。若判定为“Yes”，则在下一个步骤5中将压缩装置(2A～2D)全台停止。当判定为“No”时，在步骤6中利用当前测定的压力P’(t)和上次测定的压力值P’(t-1)，通过数式1计算罐压力变化率K’。
(数式1)
K’＝(P’(t)-P’(t-1))/Ts
步骤7中判定上述计算的K’是否为负值。若判定为“Yes”，则由于压力在下降过程中而移到步骤8。当判定为“No”时，由于压力在上升过程中而移到步骤13。步骤8中，通过利用数式2将下限压力Pmin与当前压力P’(t)之差除以压力变化率K’，从而计算从当前状态达到下限压力Pmin为止的时间。将所计算的值设为Td’值。
(数式2)
Td’＝(Pmin-P’(t))/K’
在下一个步骤9中判定Td’值是否小于预先确定的Td’阈值(例如2秒)。若判定为“No”，则移到步骤19并返回。若判定为“Yes”，则判定为在步骤10中将压缩装置(2A～2D)的运行台数增加1台。在下一个步骤11中优先启动累积运行时间最短且停止中的压缩装置(2A～2D)，将新启动的压缩装置(2A～2D)切换为容量控制。并且，在步骤12中将其他的运行中的压缩装置切换为空气吐出量恒定的固定控制。最后，移到步骤19并返回。
在步骤7中判定为“No”时，移到步骤13，并判定压力变化率K’是否为正。若判定为“No”，则移到步骤19并返回。若判定为“Yes”，则移到步骤14。在步骤14中，通过将上限压力Pmax与当前压力P’(t)之差除以压力变化率K’，从而计算从当前状态达到上限压力Pmax为止的时间。将所计算的值设为Tu’值。
(数式3)
Tu’＝(Pmax-P’(t))/K’
下一个步骤15中判定Tu’值是否低于预先确定的Tu’阈值(例如5秒)。若判定为“No”则移到步骤19并返回。当判定为“Yes”时，判定在步骤16中将压缩装置(2A～2D)的运行台数减少1台。下一个步骤17中停止以容量控制运行中的压缩装置(2A～2D)。并且，在步骤18中，将在运行中的压缩装置(2A～2D)中累积运行时间最长的装置优先切换为容量控制，最后，移到步骤19并返回。
台数控制装置1通过以上的台数控制处理，根据空气使用量能够在达到空气罐的上限压Pmax之前减少压缩装置的运行台数，避免较高的压力区域的运行并节省不必要的消耗电力。并且，在达到罐的下限压力Pmin之前，增加压缩装置(2A～2D)的运行台数，从而不会发生低于下限压力Pmin的情况。并且，通过在运行中一定保持1台以容量控制运行的压缩装置，从而能够进行精确的容量控制且能够防止多台压缩装置同时进行容量控制时发生的干扰现象。
从这里，参考图3对增减压缩装置(2A～2D)内部的压缩机主体的运行台数的控制方法进行说明。作为例子，假设压缩装置2A正在以容量控制运行。图3中示出的运行控制处理是以每预先确定的采样周期Ts(例如200ms)进行的处理。
步骤31中，使用来自压力传感器6A的压力信号，以恒定的采样周期Ts测量当前的空气罐5A内的压力P(t)。
接着，在步骤32中，判定当前罐压力值P(t)是否小于预先设定的空气罐5A的下限压力值Pmin，若判定为“Yes”，则在下一个步骤33中将压缩机主体(31A～33A)全台启动。当判定为“No”时，在下一个步骤34中判定当前压力值P(t)是否为预先设定的空气罐5A的上限压力值Pmax以上。若判定为“Yes”，则在下一个步骤35中将压缩机主体(31A～33A)全台停止。当判定为“No”时，在步骤36中利用当前测定的压力P(t)和上次测定的压力值P(t-1)，通过数式4计算罐压力变化率K。
(数式4)
K＝(P(t)-P(t-1))/Ts
在步骤37中判定上述计算的K是否为负值。若判定为“Yes”，则由于压力在下降过程中而移到步骤38。当判定为“No”时，由于压力在上升过程中而移到步骤42。步骤38中，通过利用数式5将下限压力Pmin与当前压力P(t)之差除以压力变化率K，从而计算从当前状态达到下限压力Pmin为止的时间。将所计算的值设为Td值。
(数式5)
Td＝(Pmin-P(t))/K
下一个步骤39中判定Td值是否小于预先确定的Td阈值。在此，压缩装置Td阈值和台数控制装置侧的Td’阈值必须维持Td阈值＞Td’阈值的关系。对于其理由容后再述。在此，假设Td阈值为3秒。
若在步骤39中判定为“No”，则移到步骤47并返回。若判定为“Yes”，则在步骤40中判定将压缩机主体(31A～33A)的运行台数增加1台。在下一个步骤41中启动累积运行时间最短且停止中的压缩机主体。最后，移到步骤47并返回。
Td阈值必须设为大于Td’阈值的理由是因为若将Td阈值设定成与Td’阈值相同的值，将引起压缩装置的启动和压缩机主体的启动同时发生的控制的干扰现象。在此，通过将Td阈值设为大于Td’阈值，步骤39的压缩机主体的启动判定必定比步骤9的压缩装置的启动判定更先判定为“Yes”，因此压缩机主体(31A～33A)的运行台数的增加比压缩装置(2A～2D)的增加更先进行。因此，能够防止压缩机主体运行台数的增加和压缩装置的增加同时发生的干扰现象。
在步骤37中，判定为“No”时移到步骤42，并判定压力变化率K是否为正。若判定为“No”，由于压力没有变化而移到步骤47并返回。若判定为“Yes”，由于压力在上升过程中而移到步骤43。步骤43中，通过将上限压力Pmax与当前压力P(t)之差除以压力变化率K，从而计算从当前状态达到上限压力Pmax为止的时间。将所计算的值设为Tu值。
(数式6)
Tu＝(Pmax-P(t))/K
在下一个步骤44中判定Tu值是否低于预先确定的Tu阈值。在此，压缩装置侧的Tu阈值和台数控制装置侧的Tu’阈值必须维持Tu阈值＞Tu’阈值的关系。对于其理由容后再述。在此，假设Tu阈值为10秒。
若判定为“No”，则移到步骤47并返回。当判定为“Yes”时，在步骤45中判定为将压缩机主体(31A～33A)的运行台数减少1台，且在下一个步骤46中停止运行中的累积运行时间最长的压缩机主体，最后，移到步骤47并返回。
Tu阈值必须大于Tu’阈值的理由是因为若将Tu阈值设定成与Tu’阈值相同的值，将引起压缩装置的停止和压缩机主体的停止同时发生的控制的干扰现象。在此，通过将Tu阈值设为大于Tu’阈值，步骤44的压缩机主体的判定必定比步骤15的压缩装置的停止判定更先判定为“Yes”，因此压缩机主体(31A～33A)的运行台数的减少比压缩装置(2A～2D)的减少更先进行。因此，能够防止压缩机主体运行台数的减少和压缩装置的减少同时发生的干扰现象。
从这里，参考图4对空气罐12的压力上升和下降时压缩机主体的运行台数的增减及压缩装置运行台数的增减动作的定时进行说明。作为例子，在台数控制装置在运行中，压缩装置(2A～2D)处于1台都没有运行的状态，并且压缩装置的累积运行时间的关系为2A＜2B＜2C＜2D。以罐12的压力处于下降中的状态为前提来说明空气压缩系统整体的运作。
首先，台数控制装置每隔200ms利用空气罐12的压力P’(t)来计算Td’值。Td’值成为低于2秒时，台数控制装置启动累积运行时间最短的压缩装置2A，且以容量控制运行。启动的压缩装置2A利用罐5A的压力值P(t)来计算Td值。空气罐5A和空气罐12通过配管被连接，因此各自的压力值P’(t)和P(t)为相同的值。由此，所计算的Td值成为与Td’值相同的值(低于2秒)而小于Td阈值(3秒)，因此判定需要增加压缩机主体的运行台数，并启动累积运行时间最短的压缩机主体。并且，罐压力持续下降，Td’值和Td值每隔200ms被更新。压缩机主体的启动判定用Td阈值(3秒)大于压缩装置的启动判定用Td’阈值(2秒)，因此增加压缩机主体的运行台数的判定通常比增加压缩装置的运行台数的判定更先进行。由此，在压缩装置的运行台数增加之前，压缩装置2A内部的压缩机主体的运行台数首先增加。
若压缩装置2A内部的压缩机主体(31A～33A)即使在全台运行的状态下，压力P’(t)仍持续下降，则不存在能够启动的压缩机主体，因此Td值再次低于Td阈值(3秒)。若持续该状况，则Td’值低于Td’阈值(2秒)，台数控制装置判定压缩装置的运行台数的增加，启动累积运行时间最短的压缩装置2B，并以容量控制运行，且使压缩装置2A以吐出空气量成为恒定的固定控制运行。启动的压缩装置2B利用罐5B的压力值P(t)来计算Td值。此时，Td值低于2秒而小于Td阈值(3秒)，因此压缩装置2B启动累积运行时间最短的压缩机主体。
若压力P(t)上升且计算出的Tu小于Tu阈值(10秒)时，压缩装置2B判定减少压缩机主体的运行台数，并停止运行中的压缩机主体。在此，即使停止压缩机主体，压力仍持续上升时，即使再次变得小于Tu阈值(10秒)，由于压缩装置2B内部的压缩机主体为全部停止的状态，什么也不用做。之后，Tu’值变得小于Tu’阈值(5秒)时，台数控制装置判定减少压缩装置的运行台数，停止以容量控制运行中的压缩装置2B，并将压缩装置2A从固定控制切换为容量控制。若压缩装置2A切换为容量控制则计算Tu值。Tu值为与Tu’值相同的值(低于5秒)，小于Tu阈值(10秒)，因此压缩装置2A判定减少压缩机主体的运行台数，并停止累积运行时间最长的压缩机主体。然后，若压力持续上升，则再次牵涉到Tu阈值(10秒)而再停止1台压缩机主体。然后，根据Tu、Tu’值和Td、Td’值，重复压缩机主体或压缩装置的运行台数的增减。
从这里，参考图5在相同的空气使用量(整体吐出量的55％)的状态下，对使用现有技术的情况和本实施例的情况的运行模式及消耗电力进行比较。在现有技术中将具有台数控制功能的压缩装置以台数控制装置进一步进行台数控制时，存在相互干扰运行台数的增减的问题，因此，在此利用现有技术时，以只利用台数控制装置的压缩装置的台数控制功能并使压缩装置中的压缩机主体的台数控制无效为前提。
首先，需在现有技术的情况和本实施例的情况设定各自的上限压力P’max和Pmax。驱动压缩机主体的马达(21A～23A)、(21B～23B)、(21C～23C)、(21D～23D)产生停止时的反向感应电压及启动时的浪涌电流，因此若频繁ON/OFF马达的运行，则有可能烧毁马达和相关配线。因此，为了保护马达，停止→启动→停止的时间需成为最低循环限制时间TC以上。通常尽量将上限压力和下限压力的差压设定得较大，以便利用差压的大小成为最低循环控制时间Tc以上。在现有技术的情况下，对每1台压缩装置进行运行/停止，即，对每3台压缩机主体进行运行/停止，因此为了抑制运行ON/OFF频率且达到最低循环控制时间Tc以上，需将差压设定得较大。另一方面，本实施例中，能够对每1台压缩机主体进行运行/停止，因此与现有技术相比，能够在压力变动较小的状态下长时间运行，即使将上限压力和下限压力的差压设定得较小也没有问题。
在图5中示出在驱动压缩机主体的马达的停止→启动→停止的循环变得相同的条件下，对本实施例和现有技术的运行模式进行比较的结果。本实施例的空气压缩系统的运行模式用实线表示。利用现有技术的空气压缩系统的运行模式用虚线表示。根据压力的变化，压缩装置及压缩机主体的运行台数的增减以时序图表示，且消耗电力的比较示于图5的最下部。
首先，空气使用量为整体吐出量的55％时，本实施例中，使压缩装置2A和2B以固定控制运行，使压缩装置2C以容量控制运行，由此精确地控制压缩机主体的运行台数，且能够对吐出空气量进行微调。因此，压缩机主体以6台～7台运行。另一方面，现有技术中，由于运行/停止1台压缩装置，使压缩机主体的运行台数变动6台～9台，与本实施例相比，导致浪费驱动2台压缩机主体所需的电力。
并且，现有技术中运行循环以成为最小循环时间Tc以上的方式在较高的压力区域运行，存在更加浪费电力的问题。本实施例中，由于能够精确地对每1台压缩机主体台数进行控制，从而能够在保持最小循环时间的基础上在较低的压力范围内运行，节能效果较高。
并且，本实施例中，能够将12台压缩机主体汇集成4台压缩装置，并且与通过1台压缩装置控制12台压缩机主体时相比，能够减少配线配管工作的工作量和设置空间。
并且，通过1台压缩装置控制12台压缩机主体时，需从停止或运行全台数的压缩机主体的状态依次停止每1台压缩机主体，因此无法应对空气使用量急剧变化的情况。另一方面，本实施例中能够精确地对每一台压缩机主体台数进行控制的同时，即使空气使用量急剧变化，压缩装置对压缩机主体的台数进行增减的同时，台数控制装置也对压缩装置的运行台数进行增减，因此也能够迅速应对空气使用量的急剧变化。
并且，本实施例中，通过将新启动的压缩装置切换为容量控制，压缩系统能够根据空气使用量的变化连续增减压缩机主体。
并且，本实施例中，压缩装置的启动以累积运行时间短的顺序进行，而停止以累积运行时间长的顺序进行。另一方面，压缩机主体的启动和停止也与压缩装置相同，根据累积运行时间决定启动和停止顺序。因此，各压缩装置的累积运行时间被平均化，并且压缩装置内部的压缩机主体的累积运行时间也被平均化，从而不存在因负载的偏差而先发生故障的压缩机主体，机械维护变得轻松。
并且，本实施例中，压缩装置发生异常时，能够通过信号线17A～17D通知台数控制装置1。台数控制装置1接收这些信号并将发生异常的压缩装置从台数控制排除，并能够以剩下的压缩装置进行台数控制。
并且，本实施例中，当判定增加压缩装置2A～2D的运行台数时，从停止中的压缩装置中最优先启动累积运行时间最短的装置。但是，空气使用量没有变动，且压缩装置的运行状态持续时，有可能导致运行中的压缩装置的累积时间超过停止中的压缩装置的累积时间，并导致违反平均化各压缩装置的运行时间的目的。因此，本实施例中，若压缩装置连续运行一定时间(例如30分钟)，则在停止中的压缩装置中启动比该压缩装置累积运行时间短的装置，并进行停止该压缩装置的交替运行。因此，各压缩装置的累积运行时间即使在连续运行状态中也被平均化，并且最大差异限制在30分钟以内。由此，机械维护变得更加轻松。
实施例2
使用图6至图10对本发明的实施例2进行说明。对于与实施例1相同的结构标记相同的符号，并省略其说明。本实施例的特征在于，由具有多台压缩机主体，且可进行根据压缩空气的使用量改变运行台数而改变吐出空气量(输出)的容量控制运行的压缩装置和只进行不顾虑压缩空气的使用量且不改变运行时的运行台数，并且运行时的空气吐出量(输出)限制为恒定的固定控制运行的压缩装置构成。
在图6中示出本实施例的空气压缩系统的结构。与实施例1相同，由台数控制装置1、压缩装置2A～2D和空气罐12构成。台数控制装置1由测定控制基板16和罐12的压力的压力传感器15构成，相对于各压缩装置(2A～2D)具有切换运行/停止、控制方式的功能。作为组合例，压缩装置2A～2B与实施例1的空气压缩系统相同，由多台压缩机主体构成，且进行根据空气使用量对压缩机主体的运行台数进行增减的容量控制运行和运行时的空气吐出量(输出)成为恒定的固定控制运行。压缩装置2C和2D仅由1台压缩机主体构成，只进行空气吐出量(输出)成为恒定的固定控制运行。另外，在上述压缩装置2A～2D中需预先使台数控制装置1识别能够进行容量控制的机种。作为识别方法，有预先设定机种并将机种信息保存于台数控制装置1内部的控制电路16中的方法。或者，也有在连接台数控制装置和压缩装置时，使其自动识别机种的方法。
参考图7说明台数控制装置对压缩装置的运行台数进行增减的控制方法。图7中示出的台数控制处理与实施例1相同，是对每隔预先确定的采样周期Ts(例如200ms)进行的处理。
在步骤51中，与实施例1相同，使用压力传感器15并以恒定采样周期Ts测量当前的空气罐12内的压力P’(t)。
接着，在步骤52中，判定当前罐压力值P’(t)是否小于预先设定的空气罐12的下限压力值Pmin，若判定为“Yes”，则在下一个步骤53中将压缩装置(2A～2D)全台启动。当判定为“No”时，在下一个步骤54中判定当前压力值P’(t)是否为预先设定的空气罐12的上限压力值Pmax以上。若判定为“Yes”，则在下一个步骤55中使压缩装置(2A～2D)全台停止。当判定为“No”时，在步骤56中利用当前测定的压力P’(t)和上次测定的压力值P’(t-1)通过前述的数式1来计算罐压力变化率K’。
在步骤57中判定上述计算出的K’是否为负值。若判定为“Yes”，则由于压力在下降过程中而移到步骤58。当判定为“No”时，由于压力在上升过程中而移到步骤65。在步骤58中，利用前述的数式2将使用者所设定的罐12的最低压力Pmin(下限压力)与当前压力P’(t)之差除以压力变化率K’，由此计算从当前状态到之后几秒后会达到下限压力Pmin。将所计算的值设为Td’值。
在下一个步骤59中判定Td’值是否低于预先确定的Td’阈值(例如2秒)。若判定为“No”，则移到步骤73并返回。若判定为“Yes”，则在步骤60中将压缩装置(2A～2D)的运行台数增加1台。在下一个步骤61中，判定是否存在容量控制运行中的压缩装置。若判定为“Yes”，则在下一个步骤62中启动累积运行时间最短且停止中的压缩装置，并以空气吐出量成为恒定的固定控制运行。若在步骤61中判定为“No”，即，不存在容量控制运行中的压缩装置(若所有的压缩装置处于停止状态)，则在步骤63中优先启动运行时间最短的能够进行容量控制运行的压缩装置，并且，在下一个步骤64中将启动的压缩装置切换为容量控制。最后，移到步骤73并返回。
若在步骤57中判定为“No”，则移到步骤65，并判定K’是否为正值。若判定为“No”，即，罐12的压力没有变化，因此直接移到步骤73并返回。若在步骤65中判定为“Yes”，则罐12的压力处在上升过程中，因此在步骤66中通过前述的数式3计算Tu’值，即在之后该状态持续多少秒的话，能达到预先设定的上限压力Pmax。将计算出的Tu’值与在步骤67中预先确定的Tu’阈值(例如5秒)进行比较。若判定为“No”，则移到步骤73并返回。若判定为“Yes”，则在下一个步骤68中将压缩装置(2A～2D)的运行台数减少1台。在下一个步骤69中判定是否存在以固定控制运行中的压缩装置。若判定为“Yes”，则在步骤70中停止在以固定控制运行中的压缩装置中运行时间最长的装置，移到步骤73并返回。在步骤71中，判定是否存在以容量控制运行中的压缩装置。若在步骤71中判定为“No”，则说明容量控制的压缩装置全部停止，因此什么也不用做而直接移到步骤73并返回。若在步骤71中判定为“Yes”，即，只剩下以容量控制运行中的压缩机，因此在步骤72中停止该压缩装置。最后，移到步骤73并返回。即，在停止以容量控制运行中的压缩装置之前，首先停止以固定控制运行中的压缩装置。
在图8中示出压缩装置根据压力的变化对内部的压缩机主体的运行台数进行增减的处理。该处理也以恒定采样时间周期Ts(例如200ms)进行。由于图8的处理是与前述的图3的处理相同的处理，在此省略详细说明。
从这里，参考图9对压缩机主体的增减和压缩装置的增减动作的定时进行说明。作为例子，以在台数控制装置运行中没有1台压缩装置(2A～2D)运行的状态且压缩装置的累积运行时间的关系为2A＜2B＜2C＜2D，并且罐12的压力处于下降中的状态为前提来说明空气压缩系统整体运作。
首先，由于压力正在下降，台数控制装置利用空气罐12的压力P’(t)来计算Td’值。当Td’值低于2秒时，台数控制装置启动累积运行时间最短的能够进行容量控制的压缩装置2A，并以容量控制运行。
启动的压缩装置2A利用罐5A的压力值P(t)来计算Td值。压缩装置2A启动时，计算出的Td值为与Td’值相同的值(低于2秒)，比Td阈值(3秒)小，因此压缩装置2A判定需要增加压缩机主体的运行台数，并启动累积运行时间最短的压缩机主体。并且，罐压力持续下降而Td’值和Td值每隔200ms被更新。
由于压缩机主体的启动判定用Td阈值(3秒)大于压缩装置的启动判定用Td’阈值(2秒)，通常在增加压缩装置的运行台数的判定之前，首先进行增加压缩机主体的运行台数的判定。因此，压缩装置的运行台数增加之前，压缩装置2A内部的压缩机主体的运行台数首先增加。
即使压缩装置2A内部的压缩机主体(31A～33A)处于全台运行的状态，若压力P’(t)持续下降，则不存在能够启动的压缩机主体，Td值也再次变得低于Td阈值(3秒)。若该状况被持续，则Td’值变得低于Td’阈值(2秒)，且台数控制装置判定增加压缩装置的运行台数，并启动停止中的累积运行时间最短的压缩装置2B，且以固定控制运行，压缩装置2A仍以容量控制运行。
若压力P’(t)进一步持续下降，则压缩装置2C、2D也依次启动并以固定控制运行。若压缩装置2B启动而压力P’(t)上升，则压缩装置2A利用罐5A的压力值P(t)来计算Tu值。当Tu值小于Tu阈值(10秒)时，压缩装置2A判定减少压缩机主体的运行台数，因此使运行中的压缩机主体一台一台停止。
在此，即使停止1台压缩机主体，压力仍持续上升时，压缩装置2A内部的压缩机主体依次停止。即使所有压缩机主体21A～23A停止，压力仍持续上升并Tu’值变得小于Tu’阈值(5秒)时，台数控制装置判定减少压缩装置的运行台数，并停止以固定控制运行中的压缩装置2B。然后，空气使用量的变化较小时，通过对压缩装置2A内部的压缩机主体的运行台数进行增减来控制空气吐出量。另一方面，空气使用量的变化较大，且无法仅以压缩装置2A的容量控制进行应对时，通过对压缩装置2B～2D运行台数进行增减来控制吐出量。
从这里，参考图10，对在空气使用量(整体吐出量的55％)恒定的状态下，使用现有技术的情况和本实施例的情况的运行模式及消耗电力进行比较。在现有技术中，将具有台数控制功能的压缩装置以台数控制装置进一步进行台数控制时，存在导致相互干扰运行台数的增减的问题，为此，当利用现有技术时，以只进行台数控制装置的压缩装置的台数控制，而不进行压缩装置中的压缩机主体的台数控制为前提。
首先，在现有技术的情况和本实施例的情况下需设定各自的上限压力P’max和Pmax。驱动压缩机主体的马达(21A～23A)、(21B～23B)、20C及20D如在实施例1中所述，为了保护马达，停止→启动→停止的时间需成为最低循环限制时间Tc以上。通常尽量将上限压力与下限压力的差压设定得较大，以便利用差压的大小成为最低循环控制时间Tc以上。现有技术的情况，是对每1台压缩装置进行运行/停止，即，对每3台压缩机主体进行运行/停止，因此为了抑制运行ON/OFF频率且成为最低循环控制时间Tc以上，需将差压设定得较大。另一方面，本实施例中，能够对每1台压缩机主体进行运行/停止，因此与现有技术相比，能够在压力变动较小的状态下长时间运行，即使将上限压力与下限压力的差压设定得较小也没有问题。
在图10中示出在驱动压缩机主体的马达的停止→启动→停止的循环变得相同的条件下，对本实施例和现有技术的运行模式进行比较的结果。本实施例的空气压缩系统的运行模式用实线表示。利用现有技术的空气压缩系统的运行模式用虚线表示。根据压力的变化，压缩装置及压缩机主体的运行台数的增减以时序图表示，消耗电力的比较示于图10的最下部。
首先，当空气使用量为整体吐出量的55％时，本实施例中，使压缩装置2B和2C以固定控制运行，使压缩装置2A以容量控制运行，由此能够精确地控制压缩机主体的运行台数，且能够对吐出空气量进行微调。另一方面，现有技术中，对每1台压缩装置进行运行/停止，与本实施例相比，导致浪费驱动2台压缩机主体所需的电力。
并且，在现有技术中运行循环以成为最小循环时间Tc以上的方式在较高的压力区域运行，存在浪费电力的问题。本实施例中，能够精确地对每一台压缩机主体进行控制，从而能够在保持最小循环时间的基础上在较低的压力范围内运行。与现有技术相比，节能效果较高。
并且，本实施例中，与实施例1相比，若有1台以上的能够控制台数的压缩装置，就能够与只进行固定控制的压缩装置进行组合来进行精确的容量控制，获得节能效果的同时能够缩减空气压缩系统的引进成本。
并且，根据本实施例，优先启动能够进行容量控制的压缩装置，优先停止只能进行固定控制的压缩装置，因此能够进行精确的容量控制。
到目前为止说明的实施例均不过是表示将实施本发明时的情况具体化的一例，本发明的技术范围并不会由此被限制性地解释。即，本发明不脱离其技术思想或其主要特征，能够以各种形态实施。
附图标记说明
1-台数控制装置，2-压缩装置，4、16-控制电路，5、12-空气罐，6、15-压力传感器，20、21、22、23-马达，30、31、32、33-压缩机主体。

Claims (15)

1.一种流体压缩系统，其特征在于，具备：
对流体进行压缩的多台压缩装置；及
控制多台所述压缩装置的运行台数的台数控制装置，
多台所述压缩装置中的至少1台由多台压缩机主体构成，并进行如下运行，即根据压缩流体的使用量改变运行台数的容量控制运行或不顾虑压缩流体的使用量且不改变运行时的输出的固定控制运行，
所述台数控制装置切换多台所述压缩装置以进行容量控制运行或固定控制运行中的任一运行，
若在积存所述压缩装置所生成的流体的流体罐内的压力达到规定的上限压力值或下限压力值为止的时间成为第1阈值以下，所述台数控制装置则对所述压缩装置的运行台数进行增减，若所述流体罐内的压力达到规定的上限压力值或下限压力值为止的时间成为大于所述第1阈值的第2阈值以下，所述压缩装置则对所述压缩机主体的运行台数进行增减。
2.根据权利要求1所述的流体压缩系统，其特征在于，
2台以上的所述压缩装置由多台压缩机主体构成，所述台数控制装置使1台所述压缩装置进行容量控制运行，使其他所述压缩装置进行固定控制运行。
3.根据权利要求2所述的流体压缩系统，其特征在于，
所述台数控制装置使新启动的所述压缩装置进行容量控制运行。
4.根据权利要求1所述的流体压缩系统，其特征在于，
所述台数控制装置在对所述压缩装置的运行台数进行增减的时刻切换容量控制运行或固定控制运行。
5.根据权利要求1所述的流体压缩系统，其特征在于，
所述台数控制装置优先启动累积运行时间较短的所述压缩装置，优先停止累积运行时间较长的所述压缩装置。
6.根据权利要求1所述的流体压缩系统，其特征在于，
多台所述压缩装置中的至少1台进行不顾虑压缩流体的使用量且不改变运行时的输出的固定控制运行。
7.根据权利要求6所述的流体压缩系统，其特征在于，
多台所述压缩装置中，比进行固定控制运行的压缩装置更先启动进行容量控制运行或固定控制运行的压缩装置。
8.根据权利要求6所述的流体压缩系统，其特征在于，
多台所述压缩装置中，比进行容量控制运行或固定控制运行的压缩装置更先停止进行固定控制运行的压缩装置。
9.一种流体压缩系统的控制装置，其特征在于，
由多台压缩机主体构成，且控制包含至少1台压缩装置的多台压缩装置的运行台数，该至少1台压缩装置进行根据压缩流体的使用量改变运行台数的容量控制运行或不顾虑压缩流体的使用量且不改变运行时的输出的固定控制运行，且控制所述压缩装置进行容量控制运行或固定控制运行中的任一运行，
若在积存所述压缩装置所生成的流体的流体罐内的压力达到规定的上限压力值或下限压力值为止的时间成为第1阈值以下，则对所述压缩装置的运行台数进行增减，若所述流体罐内的压力达到规定的上限压力值或下限压力值为止的时间成为大于所述第1阈值的第2阈值以下，所述压缩装置则对所述压缩机主体的运行台数进行增减。
10.根据权利要求9所述的流体压缩系统的控制装置，其特征在于，
2台以上的所述压缩装置由多台压缩机主体构成，所述台数控制装置使1台所述压缩装置进行容量控制运行，使其他所述压缩装置进行固定控制运行。
11.根据权利要求9所述的流体压缩系统的控制装置，其特征在于，
使新启动的所述压缩装置进行容量控制运行。
12.根据权利要求9所述的流体压缩系统的控制装置，其特征在于，
在对所述压缩装置的运行台数进行增减的时刻切换容量控制运行或固定控制运行。
13.根据权利要求9所述的流体压缩系统的控制装置，其特征在于，
优先启动累积运行时间较短的所述压缩装置，且优先停止累积运行时间较长的所述压缩装置。
14.根据权利要求9所述的流体压缩系统的控制装置，其特征在于，
多台所述压缩装置中的至少1台进行不顾虑压缩流体的使用量且不改变运行时的输出的固定控制运行，且多台所述压缩装置中，比进行固定控制运行的压缩装置更先启动进行容量控制运行或固定控制运行的压缩装置。
15.根据权利要求9所述的流体压缩系统的控制装置，其特征在于，
多台所述压缩装置中的至少1台进行不顾虑压缩流体的使用量且不改变运行时的输出的固定控制运行，且多台所述压缩装置中，比进行容量控制运行或固定控制运行的压缩装置更先停止进行固定控制运行的压缩装置。
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