CN112585355A - 流体机械系统和流体机械 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种流体机械系统，其具有：对流体进行压送的流体机械；与所述流体机械连接的配管；与所述配管连接的终端负载；和检测所述配管的终端压力的终端压力传感器，其中，所述终端压力传感器与所述流体机械以可通信的方式连接，所述流体机械进行：基于所述终端压力的输入值进行运转的终端压力传感器控制运转；和在规定的设定压力加上基于所述配管的容量和该配管的压损值的差而得到的压力下的终端压力预测控制运转，来自所述终端压力传感器的输入中断或停止时，从终端压力传感器控制运转切换为终端压力预测控制运转。

Description

流体机械系统和流体机械

技术领域

本发明涉及流体机械系统和流体机械，涉及基于外部配管路径中的压力值进行运转控制的流体机械系统和流体机械。

背景技术

作为流体机械已知压缩机、泵装置等各种流体机械。例如，以将空气等各种气体压缩的压缩机为例，排出的压缩气体被贮存在储罐中，从储罐经由设施配管等对各终端(负载)供给。压缩气体的压力因各终端中的压缩气体的规格状况和设施配管等的膨胀而产生压损。

作为对于这样的压损等在各终端处得到要求的压力的技术，已知基于在设施配管中途等配置的压力传感器值的输入来控制气体压缩机的驱动的技术，以及专利文献1至4公开的那样，不在设施配管中途等设置压力传感器，气体压缩机根据排出压力的变动而预测各终端处的压力以控制驱动的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利4425768号

专利文献2：日本专利4756081号

专利文献3：日本专利4786443号

专利文献4：日本专利5091787号

发明内容

发明要解决的技术课题

此处，考虑基于从在设施配管中途配置的终端压力传感器的输入来进行流体机械的驱动控制的结构。压力传感器与流体机械能够有线或无线通信地连接。存在如果是有线则因断线等、如果是无线则因通信故障，而在流体机械中终端压力值的输入发生中断的情况。特别是无线的情况下，易于受到通信线路上的环境(高温、高湿等)的影响，认为存在易于发生中断的倾向。通信的停止或中断对流体机械的驱动造成影响，担心不能确保要求的终端压力。

用于解决课题的技术方案

对于这样的课题，例如应用以下结构。即，一种流体机械系统，其具有：对流体进行压送的流体机械；与所述流体机械连接的配管；与所述配管连接的终端负载；和检测所述配管的终端压力的终端压力传感器，所述流体机械系统中，所述终端压力传感器与所述流体机械以可通信的方式连接，所述流体机械进行：基于所述终端压力的输入值进行运转的终端压力传感器控制运转；和在规定的设定压力加上基于所述配管的容量和该配管的压损值的差而得到的压力下的终端压力预测控制运转，来自所述终端压力传感器的输入中断或停止时，从终端压力传感器控制运转切换为终端压力预测控制运转。

另外，作为其他方式，一种流体机械系统，其具有：对流体进行压送的流体机械；与所述流体机械连接的配管；与所述配管连接的终端负载；和检测所述配管的终端压力的终端压力传感器，所述流体机械系统中，所述终端压力传感器与所述流体机械以可通信的方式连接，所述流体机械进行：基于所述终端压力的输入值进行运转的终端压力传感器控制运转；和与规定的设定压力相应的P控制、PI控制或PID控制中的任一种运转控制，来自所述终端压力传感器的输入中断或停止时，从终端压力传感器控制运转切换为P控制、PI控制或PID控制中的任一种控制。

发明效果

根据本发明，即使发生来自终端压力传感器的通信故障，也能够供给适当的终端压力的压缩气体。

本发明的其他课题、结构、效果通过以下记载能够明确。

附图说明

图1是表示应用了本发明的实施例1的空气压缩机系统的结构的示意图。

图2是表示实施例1的定速压缩机的结构的示意图。

图3是表示实施例1的变速压缩机的结构的示意图。

图4是实施例1的进行终端压力传感器控制和终端压力预测控制的流程图。

图5是实施例1的进行通信故障判断控制的流程图。

图6是实施例1的进行强制升压控制的流程图。

图7是实施例1的进行终端压力预测控制的流程图。

图8是变形例的进行终端压力传感器控制和终端压力预测控制的流程图。

图9是应用了本发明的实施例2的进行终端压力传感器控制和P/PI/PID控制的流程图。

具体实施方式

以下，使用附图说明本发明的具体实施方式。

实施例1

在图1中示意性地示出应用了本发明的实施例1的空气压缩机系统的结构。空气压缩机系统包括：具有压缩机主体1和在排出管路上配置的压力传感器P4的压缩机3；空气罐4；空气过滤器5；分支至各终端设备(负载7、9、11)的终端配管；和在各终端配管配置的终端压力传感器6、8、10。

从压缩机3排出(压送)的压缩空气被输送至在压缩机3的下游侧设置的空气罐4，空气罐4贮存压缩空气。空气罐4贮存的压缩空气经由在空气罐4的下游侧设置的空气过滤器5，对需要压缩空气的终端装置即负载7、负载9、负载11供给。与负载7、负载9、负载11连接的各终端配管中配置的终端压力传感器6、8、10将检测出的压力按规定时间间隔发送至压缩机3。

在图2中示意性地示出压缩机3的结构。压缩机3具有压缩机主体1、控制装置13、吸入节流阀14、吸入过滤器15、包含止回阀17、压力传感器2的排出空气系统16的一部分、配管19和控制阀20，作为将它们收纳在箱体内的所谓封装型压缩机被提供。

压缩机主体1从驱动源(例如电动机或内燃机等)接受驱动力，从吸入侧经由吸入过滤器15吸入空气，对排出空气系统16排出压缩空气。在排出空气系统16配置止回阀17，在其下游配置压力传感器2。压力传感器2将检测出的压力值发送至控制装置13，控制装置13进行各种运转控制。在从排出空气系统16分支的配管19中，配置由电磁阀等构成的控制阀20。控制阀20根据来自控制装置13的指令进行阀的开闭，允许/限制配管19中的压缩空气的流通。

在比配管19靠下游的位置，配置吸入节流阀14。吸入节流阀14由利用压缩空气产生的控制压力进行吸入路径的开闭动作的活塞构成。例如，压缩空气的消耗量减少时，执行通过关闭吸入节流阀14、限制大气向压缩机主体1流入而减少动力消耗的无负载运转。

控制装置13例如是通过CPU和程序的协作而实现控制功能部的结构(一部分或全部可以是由模拟电路构成的控制结构)。控制装置根据规定的设定压力进行运转控制。本实施例中，设定压力例如是通过用户操作或从外部输入指定而设定的值。控制装置13监视来自终端压力传感器6、8、10的压力值，基于其对运转进行控制。即，通过设定在终端侧所要求的终端压力值作为设定压力，控制装置13监视来自终端压力传感器6、8、10的压力值和设定压力(要求的终端压力)，由此能够供给要求的终端压力的压缩空气。

上述压缩机3的结构是定速机的结构，但本发明也能够应用于变速机。在图3中示意性地示出变速机的情况下的压缩机33的结构。压缩机33具有：压缩机主体22；驱动该压缩机主体22的电动机23；对该电动机23的转速进行变速控制的逆变器24；控制该逆变器24的控制装置25；在压缩机主体22的吸入侧设置的吸入节流阀26；在该吸入节流阀26的上游侧设置的除去大气中的粉尘等的吸入过滤器27；和与压缩机主体22的排出侧连接的、对供给目标供给从压缩机主体22排出的压缩空气的排出空气系统28。

在排出空气系统28中配置止回阀29，并且在该止回阀29的下游侧配置压力传感器30作为检测压缩机主体22的排出压力的装置。另外，在排出空气系统28的止回阀29的上游侧，连接有将从压缩机主体22排出的压缩空气的一部分作为吸入节流阀26的操作用空气导入用的配管31，在该配管31设置有能够根据来自控制装置25的控制信号切换为连通/切断状态的控制阀32。而且，例如控制阀32从切断状态切换为连通状态时，吸入节流阀26驱动并切断压缩机主体22的吸气，使压缩机主体22从负载运转切换为无负载运转。

另外，控制装置25监视终端压力传感器6等的值并进行运转控制的结构与图2所示的压缩机3是同样的。

接着，说明作为本实施例的特征之一的、控制装置13在来自终端压力传感器6、8、10的输入中断或停止的情况下、自动地切换为终端压力预测运转的控制。

例如，如果在压缩机系统设置在工厂的建筑物内的情况下，在终端压力传感器6、8、10的全部或一部分与压缩机3的通信路径上发生终端压力传感器断电或故障、有线的情况下的通信线切断等作为阻碍通信的原因的现象，则压缩机3不能得知终端压力的实测值。如果是无线通信的情况，则阻碍通信的原因可以列举在通信线路上、卡车等大型车辆或钢筋等遮挡物横穿、或者从电炉等高温体辐射大量热等的情况。

这样的情况下，控制装置13等从基于终端压力传感器6等的实测压力的运转切换至专利文献1等中公开的终端压力预测运转的控制。由此，能够持续提供成为适当的终端压力的压缩空气。

另外，阻碍通信的原因可能是暂时的。于是，本实施例中，在来自终端压力传感器6等的通信中断经过规定时间之后切换为终端压力预测控制。或者，也可以基于规定时间中的通信中断的次数或累积中断时间切换控制。

说明以上结构中、压缩机3等进行的控制的流程。

在图4中示出压缩机3等与终端压力传感器6等的通信中断或切断时，在升压至上限压力之后进行终端压力预测控制的流程图。另外，以下处理由控制装置13、25进行。

在处理34中，关于运转时的压缩机单元的排出压力，将终端压力传感器值控制为目标值。

在处理35中，控制装置13等对于是否在规定条件下存在来自终端压力传感器6等的输入进行管理。然后，在处理36中，如果存在符合条件的输入则返回处理34(否(NO))，不存在符合条件的输入的情况下视为发生通信故障而前进至处理37(是(YES))。关于该“通信判断处理”在后文中叙述。

在处理37中，执行为了终端的空气压力不降低，进行负载运转直至升压到压缩机单元具有的压力传感器值成为上限压力的“强制升压控制”。上限压力是比终端压力传感器控制中的压力值高的压力，例如是比压缩机3等的安全压力低、比终端压力传感器6等的检测压力高的压力。

在处理38中，进行终端压力预测控制所需的最大压力损失、总配管容量、当前预测压力损失的运算。

在处理39中，基于处理38的运算结果进行终端压力预测控制。

在处理40、41中，与处理35、36同样地，确认是否正常地取得了终端压力传感器的值，已正常取得的情况下转移至处理34，再次开始终端压力传感器控制。未能正常取得的情况下，转移至处理38，继续终端压力预测控制。

接着，图5是表示图4的处理35中的“通信判断处理”的流程的流程图。

在处理55～59中，在一定时间以上不能接收终端压力传感器的值、断续地不能接收终端压力传感器的值、或者取得的终端压力传感器的值存在异常的情况下，视为发生通信故障，在一定时间以内接收了终端压力传感器的值、并非断续地未接收终端压力传感器值、取得的终端压力传感器的值不存在异常的情况下视为已正常地取得终端压力传感器的值，结束终端压力传感器通信判断处理。

像这样考虑输入时间和未接收次数等条件，在通信线路上发生的阻碍通信的因素是极短时间且暂时性的情况下，持续进行终端压力传感器控制在设备维护和系统的运转持续性的方面是优选的。

在图6中示出了进行图4的处理37的“强制升压控制”的流程图。

在处理60中，对压缩机单元的排出压力与上限压力进行比较，在单元的排出压力超过了上限压力的情况下结束强制升压控制。单元的排出压力在上限压力以下的情况下转移至处理61。在处理61、62中，压缩机单元处于停止或无载状态的情况下，强制切换为负载运转，转移至处理60。已经在进行负载运转的情况下，继续进行负载运转，转移至处理60。

这是因为终端压力因通信故障而不明，所以通过强制使其升压至上限压力而使必要的终端压力不会与规定压力相比降低。例如，发生了通信故障的情况下，存在各负载7等中的空气使用量与此前相比增加的情况。对此情况能够充分确保要求的终端侧的压力。进而，可以认为也有助于确保以下说明的终端压力预测控制所需的控制装置13、25等的运算时间等。

在图7中示出进行图4的“终端压力预测控制”的流程图。

在处理63、64中，如果终端压力预测控制所需的最大压力损失的计算已完成则转移至处理65，在终端压力预测控制所需的最大压力损失的计算尚未完成的情况下，根据趋势数据计算终端压力预测控制所需的最大压力损失，转移至处理65。在处理65～67中，如果并非定速机或者定速机的终端压力预测控制所需的总配管容量的计算已完成，则转移至处理68，在是定速机且定速机的终端压力预测控制所需的总配管容量的计算尚未完成的情况下，根据趋势数据计算定速机的终端压力预测控制所需的总配管容量，转移至处理68。在处理68中进行终端压力预测控制所需的压力损失的运算，结束终端压力预测控制用运算。

[变形例]

在上述图4所示的处理中，说明了在来自终端压力传感器6等的输入中断/停止(发生通信故障)之后开始“终端压力预测控制”的例子，但控制的切换因需要各种程序的启动等也存在不能立即进行控制切换的情况。

于是，作为变形例，也可以采用并行地执行“终端压力预测控制”和“终端压力传感器控制”，能够以发生通信故障为契机立即执行“终端压力预测控制”的结构(“终端压力预测运转”的后台运转)。

在图8中示出变形例中的与终端压力传感器控制同时并行地进行终端压力预测控制所需的运算，在压缩机单元与终端压力传感器的通信不能进行时进行终端压力预测控制的流程图。

在处理50中，关于运转时的压缩机单元的排出压力，将终端压力传感器值控制为目标。在处理51中，进行终端压力预测控制所需的最大压力损失、总配管容量、当前预测压力损失的运算。在处理52～54中确认是否正常地取得了终端压力传感器的值，已正常取得的情况下转移至处理50，继续进行终端压力传感器控制。未能正常取得的情况下，视为存在通信故障，转移至处理54，进行终端压力预测控制。然后，转移至处理51，进行终端压力预测控制所需的运算，确认是否正常地取得了终端压力传感器的值，已正常取得的情况下转移至处理50，再次开始终端压力传感器控制。未能正常取得的情况下，转移至处理54，继续进行终端压力预测控制。

这样，根据实施例1和变形例，即使发生终端压力传感器6等的通信故障，也能够进行抑制了终端压力降低的持续运转。

另外，上述例子中，在通信故障的判断中，以从终端压力传感器6等的接收间隔、规定时间间隔中的未接收次数等作为发生故障的条件，由此能够执行对于发生瞬间或暂时性的通信故障因素的情况不立即响应的稳定的控制。

另外，上述例子中，在发生通信故障时，进行强制升压运转直至上限压力，因此能够对于从故障发生直至控制切换及其运转恢复的终端压力进行一定的压力保障。

另外，上述例子中通信故障发生后的“终端压力预测控制”的执行中，持续确认终端压力传感器6等的通信状态，在已恢复时切换为“终端压力传感器控制”，因此作为具有以基于实测压力的运转控制为基调的后备控制的压缩机系统的可靠性提高。

实施例2

实施例1等中，是在与终端压力传感器6等的通信故障时切换为“终端压力预测运转控制”的结构，实施例2是改成切换为“P/PI/PID控制”的结构例。

在图9中示出实施例2中的压缩机33与终端压力传感器6等的通信不能进行时，以特定的压力值为目标进行P/PI/PID控制的流程图。其中，本实施例中，按照能够应用P控制、PI控制、PID控制中的任一种控制进行说明。

在处理46中，关于运转时的压缩机单元的排出压力，将终端压力传感器值控制为目标。在处理47～49中，确认是否正常地取得了终端压力传感器的值，已正常取得的情况下转移至处理46，继续进行终端压力传感器控制。未能正常取得的情况下，视为存在通信故障，转移至处理49，以使压缩机单元具有的压力传感器值成为预先输入的固定值、即将发生通信故障时(通信故障前)的目标终端压力值、或者对即将发生通信故障时的目标终端压力加上修正值得到的值中的某一者的方式进行P/PI/PID控制。

然后，转移至处理47～49，确认是否正常地取得了终端压力传感器的值，已正常取得的情况下转移至处理46，将终端压力传感器值控制为目标。未能正常取得的情况下，视为存在通信故障，转移至处理49，继续进行P/PI/PID控制。

根据实施例2，对于终端压力传感器6等的通信故障，能够进行基于特定的设定压力的压缩机系统的持续运转。

另外，从“终端压力传感器控制”切换为“P/PI/PID控制”时，也可以执行实施例1的处理37“强制升压运转”。另外，也可以与实施例1的变形例同样地，使“P/PI/PID控制”为“终端压力传感器控制”的后台控制地行运转，在通信故障发生时立即切换控制。

以上说明了用于实施本发明的实施例，但本发明不限定于上述各种例子，能够在不违背其主旨的范围内进行各种变更/置换。例如，终端压力传感器6等不限于配置在各负载的附近的上游，也可以以分支配管的上游等中间终端压力为基准。

另外，可以在配置于配管的多个终端压力传感器全部发生通信故障的情况下进行上述控制，也可以在一部分发生通信故障的情况下进行上述控制。

另外，上述例子中以压缩机为例，但也能够应用于对流体进行压送的泵装置等。另外，关于压缩机的形式，能够应用涡轮型或容积型等各种压缩机。另外，压缩机也可以是不限于空气地将其他气体压缩的压缩机。

附图标记说明

1、22……压缩机主体，空气罐……4，空气过滤器……5，

6、8、10……终端压力传感器，7、9、11……负载，13……控制装置，14、26……吸入节流阀，15、27……吸入过滤器，16、28……排出空气系统，17、29……止回阀，18、30……压力传感器，19……配管，20……控制阀，23……电动机，24……逆变器，31……配管，32……控制阀，33……压缩机。

Claims (14)

1.一种流体机械系统，其具有：对流体进行压送的流体机械；与所述流体机械连接的配管；与所述配管连接的终端负载；和检测所述配管的终端压力的终端压力传感器，所述流体机械系统的特征在于：

所述终端压力传感器与所述流体机械以可通信的方式连接，

所述流体机械进行：

基于来自所述终端压力的输入值进行运转的终端压力传感器控制运转；和

在规定的设定压力加上基于所述配管的容量和该配管的压损值的差而得到的压力下的终端压力预测控制运转，

当来自所述终端压力传感器的输入中断或停止时，从终端压力传感器控制运转切换为终端压力预测控制运转。

2.如权利要求1所述的流体机械系统，其特征在于：

所述流体机械在从所述终端压力传感器控制运转切换为终端压力预测控制运转之前，进行升压运转直至比所述终端压力和所述规定的设定压力高的压力。

3.如权利要求1所述的流体机械系统，其特征在于：

在规定时间中未从所述终端压力传感器接收到信号的情况和规定时间间隔中未接收到信号的次数超过一定次数的情况的至少一种情况下，视为来自所述终端压力传感器的输入已中断或停止。

4.如权利要求1所述的流体机械系统，其特征在于：

所述流体机械是压缩机或泵。

5.一种流体机械系统，其具有：对流体进行压送的流体机械；与所述流体机械连接的配管；与所述配管连接的终端负载；和检测所述配管的终端压力的终端压力传感器，所述流体机械系统的特征在于：

所述终端压力传感器与所述流体机械以可通信的方式连接，

所述流体机械进行：

基于来自所述终端压力的输入值进行运转的终端压力传感器控制运转；和

与规定的设定压力相应的P控制、PI控制或PID控制中的任一种运转控制，

当来自所述终端压力传感器的输入中断或停止时，从终端压力传感器控制运转切换为P控制、PI控制或PID控制中的任一种控制。

6.如权利要求5所述的流体机械系统，其特征在于：

所述流体机械在从所述终端压力传感器控制运转切换为P控制、PI控制或PID控制中的任一种控制之前，进行升压运转直至比所述终端压力和所述规定的设定压力高的压力。

7.如权利要求5所述的流体机械系统，其特征在于：

在规定时间中未从所述终端压力传感器接收到信号的情况和规定时间间隔中未接收到信号的次数超过一定次数的情况的至少一种情况下，视为来自所述终端压力传感器的输入已中断或停止。

8.如权利要求5所述的流体机械系统，其特征在于：

所述流体机械是压缩机或泵。

9.一种流体机械，其具有：对流体进行压送的流体机械主体；和有线或无线地接收来自配置于配管的检测该配管的终端压力的终端压力传感器的压力值的控制装置，其中，所述配管供向流体机械的外部压送的流体流通，所述流体机械的特征在于：

所述控制装置进行：

基于来自所述终端压力的输入值进行运转的终端压力传感器控制运转；和

基于在该控制装置中预先设定的规定的设定压力或者该控制装置存储的已知的值和通过规定的运算得到的运算压力进行运转的任一种控制运转，

当来自所述终端压力传感器的输入中断或停止时，从终端压力传感器控制运转切换为所述任一种控制运转。

10.如权利要求9所述的流体机械，其特征在于：

基于在该控制装置中预先设定的规定的设定压力的控制运转包括P控制、PI控制或PID控制中的任一种运转控制。

11.如权利要求9所述的流体机械，其特征在于：

基于该控制装置存储的已知的值和通过规定的运算得到的运算压力的运转，是对所述规定压力加上基于所述配管的容量和该配管的压损值的差而得到的压力下的终端压力预测控制运转。

12.如权利要求9所述的流体机械，其特征在于：

所述控制装置在从所述终端压力传感器控制运转切换为所述任一种控制运转之前，进行升压运转直至比所述终端压力、所述规定的设定压力和所述运算压力高的压力。

13.如权利要求9所述的流体机械，其特征在于：

在规定时间中未从所述终端压力传感器接收到信号的情况和规定时间间隔中未接收到信号的次数超过一定次数的情况中的至少一种情况下，视为来自所述终端压力传感器的输入已中断或停止。

14.如权利要求9所述的流体机械，其特征在于：

所述流体机械是压缩机或泵。

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