JP2004263649A

JP2004263649A - 圧縮空気装置制御システム

Info

Publication number: JP2004263649A
Application number: JP2003056484A
Authority: JP
Inventors: Toshihide Takahashi; 俊秀高橋
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2003-03-04
Filing date: 2003-03-04
Publication date: 2004-09-24

Abstract

【課題】負荷変動に適応した的確な制御を遂行できる圧縮空気装置制御システムを得る。
【解決手段】空気を圧縮する空気圧縮設備１からなる空気圧縮手段を駆動する可変速装置／制御装置７からなる可変速駆動手段を備え、前記空気圧縮設備１からなる空気圧縮手段により圧縮された空気の供給を受ける負荷設備〔１〕，〔２〕………〔Ｎ〕の現状圧力信号または所要流量信号からなる負荷変動信号に応じて前記可変速装置／制御装置７からなる可変速駆動手段を制御する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧縮空気装置制御システム、特に、多段圧縮機からなる空気圧縮手段を備えた圧縮空気装置に係る制御システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
空気を圧縮する圧縮機および同駆動用モータで構成された空気圧縮手段を備え、空気入り口にて空気流量を調整するバルブを設けた圧縮空気装置において、空気圧縮手段の吐出圧力を監視しながらインバータ制御する方式がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−３７０５３号公報（第２−３頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の圧縮空気装置において、空気入り口にて空気流量を調整するバルブを備えており、空気を圧縮する多段圧縮機にて所望の圧力まで昇圧する、多段圧縮機駆動用モータがあり通常一定回転している。
このため、空気流量を調整するバルブが抵抗となり、不要な動力が必要になるとともに、エネルギーロスが発生している。
また、圧縮空気装置の次にアキュムレータという蓄空気装置がある場合、供給過剰となり、圧力が過剰上昇した場合、リリーフバルブによって圧縮空気を放出している場合がある。
このため、例えば前述した特許文献１に示す圧縮機の出側圧力によるインバータ制御では、圧縮機が設置された系全体の圧力変動または流量変動に最適に適応できない課題があった。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、負荷変動に適応した的確な制御を遂行できる圧縮空気装置制御システムを得ようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る圧縮空気装置制御システムでは、空気圧縮手段により圧縮された空気の供給を受ける負荷設備の負荷変動信号に応じて前記空気圧縮手段を駆動する可変速駆動手段を制御するようにしたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明による実施の形態１を図１および図２に基づいて説明する。図１は実施の形態１における構成を示すブロック図である。図２は実施の形態１における動作特性を示す曲線図である。
【０００８】
図１において、空気圧縮設備１には多段圧縮空気装置を構成する圧縮機Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が設けられ、共通のモータＩＭにより駆動される。
入口弁（Ａｉｒ＿Ｉｎｌｅｔ＿Ｖａｌｖｅ）２を経て導入され圧縮機（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４により圧縮された空気は冷却タンク（Ｃｏｏｌｉｎｇ＿Ｔａｎｋ）３において冷却され、負荷設備〔１〕，〔２〕………〔Ｎ〕に供給される。
冷却タンク３の吐出側には、放圧弁（Ｒｅｌｉｅｆ＿Ｖａｌｖｅ）４が設けられている。
また、空気圧縮設備１における吐出側の空気温度を測定する温度測定手段５および冷却タンク３における吐出側の空気圧力を測定する圧力測定手段６が設けられている。
【０００９】
圧縮機Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を駆動するモータＩＭは、誘導電動機からなり、可変速装置／制御装置７を構成するインバータによって可変速制御を受けるものである。
可変速装置／制御装置７は、負荷設備〔１〕，〔２〕………〔Ｎ〕から、負荷設備〔１〕，〔２〕………〔Ｎ〕毎の現状圧力信号または所要流量信号からなる負荷変動信号を各別に受ける。
可変速装置／制御装置７は、負荷設備〔１〕，〔２〕………〔Ｎ〕から送られてきた負荷設備〔１〕，〔２〕………〔Ｎ〕別の現状圧力信号または所要流量信号について、合成加算演算等の演算処理を施し、その演算結果に基づいて可変速装置／制御装置７を構成するインバータによるモータＩＭの可変速制御を実行する。
【００１０】
次に、動作を図２について説明する。
図２において、曲線Ａは入口弁２の開度を１００％としたときの空気圧縮設備１における圧縮動作特性を示し、曲線Ｂは入口弁２の開度を２０％としたときの空気圧縮設備１における圧縮動作特性を示すものである。
この発明による実施の形態１においては、空気圧縮設備１は入口弁２の開度を常に１００％として運転される。
負荷設備〔１〕，〔２〕………〔Ｎ〕からの負荷変動信号により負荷設備〔１〕，〔２〕………〔Ｎ〕における所要圧力および所要流量が例えばＰ１，Ｆ１である場合には、可変速装置／制御装置７を構成するインバータによるモータＩＭの可変速制御により曲線ａで示す動作特性状態に移行され、負荷変動に適応する。この所要圧力Ｐ１，所要流量Ｆ１の状態では、空気圧縮設備１における圧縮機Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を駆動するモータＩＭの回転数は、所要圧力Ｐ２，所要流量Ｆ２のときの回転数よりも大幅に低下し、消費エネルギは大きく低減される。
負荷設備〔１〕，〔２〕………〔Ｎ〕の負荷が減った場合、冷却タンク３での圧力が上昇し、放圧弁４によって放圧される結果となり兼ねないが、この発明による実施の形態では、圧縮機駆動用モータＩＭの可変速制御により負荷の減少に適応するよう調整されるものである。
【００１１】
従来の装置においては、所要圧力Ｐ１，所要流量Ｆ１の場合には、曲線Ｂに示すように、入口弁２の開度が２０％に絞られる。従来の装置では、この状態においても、圧縮機駆動用モータＩＭの回転数は所要圧力Ｐ２，所要流量Ｆ２のときの回転数と同様であり、消費エネルギは変わらず、動力が浪費されていることになる。
この発明による実施の形態によれば、このようなエネルギロス問題は解消されるものである。
【００１２】
空気を圧縮すると温度が上昇するので図１に冷却タンク３として示すような冷却塔が必要であるが、これは負荷側が急変した場合に備えて緩衝機能（アキュムレータ機能）を持つ場合がある。
しかし、設備費が大きくなることや、衛生上好ましくない等の理由でアキュムレータ機能を無くする場合があるが、可変速による制御では負荷が急変しても十分に応答できるため、標準的に本機能を削除することが可能であり、支障なく所要の作用効果を遂行できる。
【００１３】
この発明による実施の形態１によれば、空気を圧縮する多段圧縮空気装置を構成する圧縮機Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を有する空気圧縮設備１からなる空気圧縮手段を駆動するインバータを有する可変速装置／制御装置５からなる可変速駆動手段を備え、前記空気圧縮設備１からなる空気圧縮手段により圧縮された空気の供給を受ける負荷設備〔１〕，〔２〕………〔Ｎ〕の現状圧力信号または所要流量信号からなる負荷変動信号に応じて前記可変速装置／制御装置５からなる可変速駆動手段を制御するようにしたので、負荷変動に適応した的確な制御を遂行できる多段圧縮空気装置制御システムを得ることができる。
【００１４】
実施の形態２．
この発明による実施の形態２を図３に基づいて説明する。図３は実施の形態２における構成を示すブロック図である。
この実施の形態２において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１における構成と同一の構成を有し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００１５】
図３において、空気圧縮設備として空気圧縮設備１Ａおよび空気圧縮設備１Ｂが設けられている。
二重系を構成する空気圧縮設備１Ａ，１Ｂには、入口弁２および圧縮機Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ならびに圧縮機駆動用モータＩＭがそれぞれ設けられる。
【００１６】
空気圧縮設備１Ａ，１Ｂは、二重系を構成する制御装置８Ａ，８Ｂによって制御される。
制御装置８Ａには、対をなすインバータ９ａ，９ｂが設けられ、インバータ切換制御器１０Ａによる制御によってインバータ切換器１１Ａを切換制御することにより、インバータ９ａで空気圧縮設備１Ａの圧縮機駆動用モータＩＭあるいは空気圧縮設備１Ｂの圧縮機駆動用モータＩＭを可変速制御するように、または、インバータ９ｂで空気圧縮設備１Ａの圧縮機駆動用モータＩＭ、あるいは、空気圧縮設備１Ｂの圧縮機駆動用モータＩＭを可変速制御するように設定する。
インバータ９ａ，９ｂは、実施の形態１で説明した図１に示す可変速装置／制御装置７を構成し、この可変速装置／制御装置７における制御動作にしたがって圧縮機駆動用モータＩＭを可変速制御する。
【００１７】
また、制御装置８Ａには、空気圧縮設備１Ａと空気圧縮設備１Ｂとの運転切換を行う圧縮機切換制御器１２Ａが設けられ、この圧縮機切換制御器１２Ａは空気圧縮設備１Ａおよび空気圧縮設備１Ｂからそれぞれ圧縮機状態信号を受ける。
制御装置８Ｂには、制御装置８Ａにおける対応する構成要素と同様の構成を持つインバータ９ａ，９ｂおよびインバータ切換制御器１０，インバータ切換器１１，圧縮機切換制御器１２が設けられている。
そして、これら二重系を構成する制御装置８Ａ，８Ｂは、エネルギ制御システム切換装置によって切換えられる。
【００１８】
空気圧縮設備１Ａが正常運転をしているときは、空気圧縮設備１Ｂは待機状態にある。
制御装置８Ａのインバータ切換制御器１０によって、例えばインバータ９ａがインバータ切換器１１を介して空気圧縮設備１Ａの圧縮機駆動用モータＩＭに接続され、インバータ９ｂは待機状態にある。インバータ９ａは可変速装置／制御装置７による制御動作によって空気圧縮設備１Ａの圧縮機駆動用モータＩＭを可変速制御するように動作する。
【００１９】
空気圧縮設備１Ａを故障，点検等のため休止させるときは、圧縮機切換制御器１２によって、空気圧縮設備１Ｂを運転状態に移行させる。
この場合は、インバータ９ａはインバータ切換器１１を介して空気圧縮設備１Ｂの圧縮機駆動用モータＩＭに接続される。
【００２０】
インバータ９ａが異常状態となったときは、制御装置８Ａのインバータ切換制御器１０Ａによって、インバータ９ｂがインバータ切換器１１を介して空気圧縮設備１Ａまたは空気圧縮設備１Ｂの圧縮機駆動用モータＩＭに接続される。
【００２１】
制御装置８Ａが異常状態となったときは、制御装置８Ａによる制御動作を制御装置８Ｂによる制御動作に切換えるように、エネルギ制御システム切換装置１３によってシステム切換が行われ、バックアップ運転が行われる。
【００２２】
この発明による実施の形態２によれば、空気を圧縮する多段圧縮空気装置を構成する圧縮機Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を有する空気圧縮設備１Ａ，１Ｂからなる空気圧縮手段を駆動するインバータ９ａを有する可変速装置／制御装置７からなる第１の可変速駆動手段と、空気を圧縮する多段圧縮空気装置を構成する圧縮機Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を有する空気圧縮設備１Ａ，１Ｂからなる空気圧縮手段を駆動するインバータ９ｂを有する可変速装置／制御装置７からなる空気を圧縮する空気圧縮手段を駆動する第２の可変速駆動手段と、前記インバータ９ａを有する可変速装置／制御装置７からなる第１の可変速駆動手段および前記インバータ９ｂを有する可変速装置／制御装置７からなる第２の可変速駆動手段を制御する制御装置８Ａからなる第１の制御手段と、前記インバータ９ａを有する可変速装置／制御装置７からなる第１の可変速駆動手段および前記インバータ９ｂを有する可変速装置／制御装置７からなる第２の可変速駆動手段を制御する制御装置８Ｂからなる第２の制御手段とを備え、前記制御装置８Ａ，８Ｂからなる第１および第２の制御手段により前記インバータ９ａ，９ｂを有する可変速装置／制御装置７からなる第１および第２の可変速駆動手段の一方によって前記空気圧縮設備１Ａ，１Ｂからなる空気圧縮手段を駆動するように制御し、一方の可変速駆動手段の異常に応動して他方の可変速駆動手段によって前記空気圧縮手段を駆動するように切換えるとともに、前記空気圧縮手段により圧縮された空気の供給を受ける負荷設備の負荷変動信号に応じて前記可変速駆動手段を制御し、かつ、前記第１および第２の制御手段の一方により前記第１および第２の可変速駆動手段を制御し、一方の制御手段の異常に応動して他方の制御手段によって前記第１および第２の可変速駆動手段を制御するように切換えるようにしたので、負荷変動に適応した的確な制御を遂行できるとともに、可変速駆動手段および制御手段を多重化して確実なバックアップ運転を行える多段圧縮空気装置制御システムを得ることができる。
【００２３】
この発明による実施の形態では、圧縮空気装置において、空気入り口にて空気流量を調整するバルブによる動力損失を無くし、空気を圧縮する多段圧縮機駆動用モータを、必要な圧縮空気量に応じて可変速制御実施するものである。
また、圧縮空気装置の次にアキュムレータという蓄空気装置がある場合、供給過剰の場合の圧力が過剰上昇分のリリーフバルブによる放出を防止することを目的としている。
このため、可変速／制御装置に負荷側の変動信号（圧力または流量）を事前にシステムに入力することによりフィードフォワード制御を可能とし、圧力変動を圧縮機側のみならず負荷側の変動も考慮して制御可能とするものである。
【００２４】
【発明の効果】
この発明によれば、負荷変動に適応した的確な制御を遂行できる圧縮空気装置制御システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による実施の形態１における構成を示すブロック図である。
【図２】この発明による実施の形態１における動作特性を示す曲線図である。
【図３】この発明による実施の形態２における構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１空気圧縮設備、２入口弁、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４圧縮機、ＩＭ圧縮機駆動用モータ、３冷却タンク、４放圧弁、５温度測定手段、６圧力測定手段、７可変速装置／制御装置、８Ａ，８Ｂ制御装置、９ａ，９ｂインバータ、１０インバータ切換制御器、１１インバータ切換器、１２圧縮機切換制御器、１３エネルギ制御システム切換装置。

Claims

空気を圧縮する空気圧縮手段を駆動する可変速駆動手段を備え、前記空気圧縮手段により圧縮された空気の供給を受ける負荷設備の負荷変動信号に応じて前記可変速駆動手段を制御することを特徴とする圧縮空気装置制御システム。
空気を圧縮する空気圧縮手段を駆動する可変速駆動手段を備え、前記空気圧縮手段により圧縮された空気の供給を受ける負荷設備の現状圧力からなる負荷変動信号に応じて前記可変速駆動手段を制御することを特徴とする圧縮空気装置制御システム。
空気を圧縮する空気圧縮手段を駆動する可変速駆動手段を備え、前記空気圧縮手段により圧縮された空気の供給を受ける負荷設備の所要流量信号からなる負荷変動信号に応じて前記可変速駆動手段を制御することを特徴とする圧縮空気装置制御システム。
空気を圧縮する空気圧縮手段を駆動する第１の可変速駆動手段と、空気を圧縮する空気圧縮手段を駆動する第２の可変速駆動手段と、前記第１および第２の可変速駆動手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段により前記第１および第２の可変速駆動手段の一方によって前記空気圧縮手段を駆動するように制御し、一方の可変速駆動手段の異常に応動して他方の可変速駆動手段によって前記空気圧縮手段を駆動するように切換えるとともに、前記空気圧縮手段により圧縮された空気の供給を受ける負荷設備の負荷変動信号に応じて前記可変速駆動手段を制御することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の圧縮空気装置制御システム。
前記第１および第２の可変速駆動手段を制御する第１の制御手段と、前記第１および第２の可変速駆動手段を制御する第２の制御手段とを備え、前記第１および第２の制御手段の一方により前記第１および第２の可変速駆動手段を制御し、一方の制御手段の異常に応動して他方の制御手段によって前記第１および第２の可変速駆動手段を制御するように切換えるようにしたことを特徴とする請求項４に記載の圧縮空気装置制御システム。