JP2014077449A - 圧縮空気装置を制御する方法ならびに該方法を使用するための制御器および圧縮空気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮空気ネットワークの制御の改善
【解決手段】複数の圧縮空気ネットワーク２、および前記圧縮空気ネットワークの部分である要素を制御するための通信しあういくつかの制御器６、９、１３、を有する圧縮空気装置１を制御する方法であって、前記要素の制御が、制御器のうちどれも他の制御器によって制御される要素の動作条件を決定しないようなものであることを特徴とする方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮空気装置を制御する方法に関する。

特に、本発明は、一つまたは複数の圧縮空気ネットワークを有する圧縮空気装置を制御する方法、ならびに前記圧縮空気ネットワークの部分である要素を制御するためのいくつかの通信しあう制御器に関する。

圧縮空気装置という言葉は、圧縮ガスを使用する任意の装置を意味するものとする。ここで、圧縮ガスは、必ずしも圧縮空気のみには限定されない。

個別の制御器によって、圧縮空気装置の部分であるいくつかの圧縮機を個別に制御するやり方が公知である。この場合、それぞれの制御器は相互接続されておらず、また、それぞれの制御器は異なった圧力値に設定され、圧縮空気の消費量に応じて、圧縮機を順次にオンまたはオフするようになっている。

やはり公知なのは、いわゆる集中制御の使用であり、その場合、複数の圧縮機が単一の制御器によって制御され、そのために、常にこの制御器がすべての圧縮機の動作条件を決定する。

最後に、圧縮空気装置の集中制御のもう一つの方法も知られており、この場合、複数の相互接続された制御器が、これらの制御器のそれぞれに接続されたいくつかの圧縮機を制御するのに使用され、またこの場合、常にこれらの制御器のうち少なくとも一つが前記圧縮機それぞれの動作条件を決定する。

その結果、制御器のうち一つが常に“マスター”として働いて、他の“スレーブ”制御器に命令し、後者の制御器に接続されたそれぞれの圧縮機を制御することができる。

そのような構成のもう一つの可能な使用においては、制御器のそれぞれがすべての圧縮機の動作条件を決定し、他の圧縮機の条件を考慮して、その制御器に接続された圧縮機のみを制御する。

これらの公知の方法の欠点は、割合に要素の少ない簡単な圧縮空気ネットワークしか制御できない、ということである。

もう一つの欠点は、そのような方法の場合、複雑な制御器の使用が必要になり、そのような制御器は高価であり、また、そのような制御器により、圧縮空気装置の構成と制御論理とにかかる費用と規模とが割合に大きくなる、ということである。多数のパラメータを考慮しなければならない場合には、特にそうである。

本発明の目的は、前記およびその他の欠点のひとつまたはいくつかを克服することである。

そのために、本発明は、
一つまたは複数の圧縮空気ネットワーク、および前記圧縮空気ネットワークの部分である要素を制御するための通信しあういくつかの制御器を有する圧縮空気装置を制御する方法であって、
前記要素の制御が、前記制御器のうちどれも他の制御器によって制御される要素の動作条件を決定しないようなものであること、
を特徴とする方法、
に関する。

本発明による前記方法の主要な利点は、複雑で大規模な圧縮空気装置に適用できるが、いくつかの簡単な相互接続された制御器のみを使用するだけで良く、その結果、その圧縮空気装置の制御論理が簡単になり、複雑さが減少する。

本発明は、また、
一つまたは複数の圧縮空気ネットワークを有する圧縮空気装置内の一連の制御器の一部である、本発明の方法を使用するための制御器であって、通信しあう前記一連の制御器が前記圧縮空気ネットワークの部分である要素を制御するために備えられている場合の前記制御器において、
この制御器が、前記圧縮空気装置内の他の制御器によって制御される要素の動作条件を決定しないようなものであること、
を特徴とする制御器、
に関する。

本発明は、また、
一つまたは複数の圧縮空気ネットワーク、ならびに前記圧縮空気ネットワークの部分である要素を制御するための通信しあういくつかの制御器を有する、本発明の方法を使用するための圧縮空気装置であって、
前記制御器が、これらのうちどの制御器も他の制御器によって制御される要素の動作条件を決定しないようなものであること、
を特徴とする圧縮空気装置、
に関する。

以下、本発明の特徴をさらに十分に説明するために、本発明の方法の好ましい実施形態、ならびに本発明の方法を使用するための制御器および圧縮空気装置について、添付の図面を参照しつつ説明する。

図1は、本発明の方法によって制御できる圧縮空気装置1を示す。ここでは、この制御のために、圧縮空気装置1は、三つの分枝3、4および5が接続された通信ネットワーク2を有している。

この場合、第一の分枝3は、一連の制御器のうち第一の制御器6を有し、この制御器6には、温度センサー7および冷却塔8が接続されている。

第二の分枝4は、一連の制御器のうち第二の制御器9を有し、この制御器9は二つの圧縮機10と11を直接に制御し、また前記圧縮機10に接続されている乾燥機12を間接制御する。

第三の分枝5は、前記一連の制御器のうちの一部である第三の制御器13を有し、この第三の制御器13は、圧縮機14、乾燥機15および制御できる弁16を制御し、またこの場合、この制御器には圧力センサー17も接続されている。

最後に、流量センサー18も前記ネットワーク2に接続されている。

ここに示す例においては、圧縮空気装置1のそれぞれの要素が相互接続されていないばらばらの要素として示されているが、明らかに、これらの要素は、相互接続して配置することが可能であり、したがって任意のやり方で相互接続することができ、単一の圧縮空気ネットワークの部分とすることができる。

しかし、本発明においては、これらの要素が異なる圧縮空気ネットワークにグループまたは非グループとして属することは、排除されない。

その場合、前記圧縮機10、11および14のそれぞれを制御することができ、たとえば、各圧縮機が、それぞれの制御器9または13に接続された速度調節できるモーター(図示せず)によって公知のやり方で駆動されるようにする。

また、この場合、前記弁16を制御することもでき、たとえば、やはり前記制御器13に接続されたサーボモーター(図示せず)によって制御されるようにする。

乾燥機12および15を制御することができ、たとえば非限定例として、吸着乾燥機のドラムを駆動する周波数制御モーター(図示せず)または冷却乾燥機の圧縮機を駆動する周波数制御モーターを制御することによって、制御することができる。

冷却塔8は、たとえば、冷却塔8を通る冷却空気を吸い込む図示しないファンその他の駆動モーターの回転速度を調節することによって制御することができる。

圧縮空気装置1を制御する方法の特徴は、前記通信しあう制御器6、9および13がいわゆる圧縮空気装置1の分散制御を行うということであり、すなわち、通信しあう制御器6、9および13のうちどれも他の制御器によって制御される要素の動作条件を決定しないということである。

この場合、各制御器6、9および13は、当該制御器に直接または間接に接続された要素の動作条件しか決定しない。実際にこれが意味するのは、ここに示す例において、制御器6は前記冷却塔8の動作条件を決定し、制御器9は圧縮機10および11ならびに乾燥機12の動作条件を決定し、制御器13は圧縮機14、乾燥機15および弁16の動作条件を決定する、ということである。

安定した効率的な制御を行うために、それぞれの制御器6、9および13は、前記ネットワーク2を通じて相互通信する。

本発明においては、制御器6、9または13は、どれも、圧縮空気装置1のすべての要素の動作条件を知ることはないので、制御器6、9および13の間の前記通信は、これらの制御器が該制御器に接続されている要素のすべてのデータを他の制御器に送ることはなく、たとえば、これらのデータの限定された一部もしくはそれから派生する特性値のみが前記他の制御器に送られるように、構成される。これらの特性値は、圧縮空気装置1の“仮想”要素に関する指標となるものである。

各制御器6、9および13は、次に、他の制御器からのデータを比較し、最後に、当該制御器に接続されている圧縮空気装置1の要素の動作点を決定する。この決定は、センサー7、17および/または18のうち一つ以上のものの測定データに部分的にもとづくかまたはもとづかないでなされる。

圧縮機10、11および14が同一の圧縮空気ネットワークの部分である一つの実用的な実施形態では、制御器13が、たとえば、圧力センサー17からの圧力測定値にもとづいて、圧縮空気ネットワークに供給すべき圧縮ガスの必要流量を計算することができる。

この計算にもとづいて、この場合“マスター”制御器である制御器13は、圧縮機14の寄与、および制御器9に接続されている圧縮機10と11との全体の寄与に対する最適配分を、“スレーブ”制御器である制御器9に記憶されている仮想特性値にもとづいて、決定することができる。

“マスター”制御器13は、この場合、適当なやり方で圧縮機14を制御する一方、算出した必要値を、ネットワーク2により、制御器9に送信する。

すると、制御器9は、圧縮機10と11を制御し、圧縮機14、10および11が協働して、圧縮空気装置1内の圧力の算出必要値が確実に実現されるようにする。このとき、この制御は、たとえば、最小消費、最小保守、最大寿命、その他にもとづいて決定される最適分配規則によってなされる。

本発明においては、制御器9は圧縮機14の動作条件を知らず、逆に制御器13は圧縮機10または11の動作条件を知らず、二つの圧縮機10と11に関する特性値のみを知っているだけである。

前述の例では圧縮機の制御についてのみ述べたが、明らかに、同様の方法を圧縮空気装置1の他の制御可能な要素に対して使用することができる。

さらに、必ずしも制御器13が“マスター”で、制御器9が“スレーブ”である必要はなく、逆も同様に可能である。あるいは、さらに制御器9と13が同格であって、相互通信によって分配の仕方を決定することも可能である。

本発明の方法は順次的に使用することができ、このとき、圧縮空気装置1のいくつかの制御可能要素を所定の順序に並べられる。

そのような順次的な方法の場合、いつでも、すでに作動している要素によって圧縮空気ユーザーの需要に合わせることができない場合、あるいは、圧縮空気装置1の十分な作動状態が保証されない場合には、前記順序における後続要素が作動させられる。

逆に、前記圧縮空気ユーザーの需要に合わせるのに、すべての要素の作動がもはや必要でない場合、前記順序における最後の要素がオフにされる。

明らかに、それぞれの要素をオン・オフする代わりに、これらの要素は、圧縮空気装置1の圧縮空気消費にもとづいて、連続的なやり方で制御することもできる。

本発明においては、異なった種類の要素、たとえば圧縮空気供給源、圧縮空気ユーザー、圧縮空気用の処理装置および圧縮空気弁を、要素の種類ごとに別々に順序配列することができるが、これらの異なった種類のものを区別しないで順序配列することもできる。

本発明においては、それぞれの順序は作業者が設定することができ、かつ/または測定可能な変数たとえば時刻、日付、圧力、流量、露点、空気の質および/または温度にもとづいて決定することができる。

本発明の独自の特徴によれば、圧縮空気装置1のそれぞれの制御できる要素を制御し、各要素がある時間間隔だけ作動して、これらの異なる要素の摩耗が交互に起こるようにし、圧縮空気装置1の寿命が延びるようにすることができる。

前記時間の設定値は、作業者が入力することができ、かつ/またはこれらの設定値は、ある変数、たとえば時刻、日付、圧力、流量、露点、空気の質および/または温度にもとづくものとすることができる。

本発明の方法においては、好ましくは、圧縮空気装置1のそれぞれの要素の保守が同時に確実に実施できるようなアルゴリズムが実行される。

圧縮空気装置1のそれぞれの要素の制御は、保守要件に影響するいろいろなパラメータにもとづいて実行でき、たとえば特に、作動時間数および作動条件にもとづいて実行できる。

本発明の好ましい特徴によれば、圧縮空気装置1の制御のための方法に対して、エネルギー節約アルゴリズムを使用することができる。このアルゴリズムにおいては、圧縮空気装置1の少なくとも一部の最適エネルギー消費が、この装置の要素の一つまたはいくつかのものの動作点を、エネルギー消費が最小限に抑えられ、しかも圧縮空気装置1の十分な動作が保証されるように設定することによって得られる。

一つの選択肢として、本発明の方法は、圧縮空気装置1の要素が、費用、特に圧縮空気装置1の要素および/または圧縮空気装置1の全体のエネルギー消費ならびに保守、修理、交換、その他の費用が常に最小限に抑えられるようなやり方で制御されるように実施することができる。

最後に、本発明の方法の使用のために、前記制御器6、9および/または13の一つまたはいくつかによって適当な要素を制御することにより、圧縮空気装置1が、一つまたはいくつかのパラメータが、たとえば非限定例として、温度、圧力、露点、体積、空気の質および流量がある目標値(directional value)に一致するように制御されるか、またはこれらのパラメータのうち一つまたはいくつかがある範囲内に保たれるように制御されるような、制御アルゴリズムを使用することもできる。

図2は、本発明の圧縮空気装置1の変形を示す。この装置は、四つの分枝19〜22を備えたネットワークを有し、この場合、これらの分枝は、それぞれ制御器23〜26を備えている。

制御器23には、流量センサー27と圧力センサー28が接続されている。

さらに、この制御器23は、通信ネットワーク29により、制御器24および25ならびに冷却塔30に直接接続されている。

制御器24は、圧力センサー31と圧縮機32に接続されており、制御器25は、乾燥機33と最後の制御器26に接続されている。

最後に、この最後の制御器26には、制御できる弁34および二つの圧縮機35と36が接続されており、圧縮機36は乾燥機37に接続されている。

明らかに、この場合にも、圧縮空気装置1の制御可能な要素を、単一の圧縮空気ネットワークの一部とすることができ、あるいはこれらの要素を、異なる圧縮空気ネットワークに属するようにすることができる。

この図2の圧縮空気装置1を制御するときに使用される方法は、図1の圧縮空気装置1に関して前述した方法と同様である。

この場合にも、圧縮空気装置1の分散制御が適用され、このとき、通信しあう制御器23〜26のどれも、他の制御器によって制御される要素の動作条件を決定しない。

この場合、制御器26は、弁34、乾燥機37および圧縮機35と36の動作条件を直接または間接に決定し、また、圧縮空気装置1の“仮想”要素の動作条件を示す、制御器25によって検出されるデータにもとづいて誘導特性値を計算する。制御器26は、また、乾燥機33の動作条件をも決定する。

このやり方では、制御器25は、圧縮機35、36、乾燥機37または弁34の正確な動作条件は知らず、これらのものの実際の動作条件を示す大体の値を知っているだけである。

次に、制御器23および/または24は、同様のやり方で、これらに直接接続されている要素の動作条件を決定することができる。

各制御器23〜26は、受信するデータにもとづいて、これらの制御器に接続されているそれぞれの要素を制御する。

明らかに、本発明の圧縮空気装置1の制御器6、9、13および23〜26は、各種要素、すなわち圧縮空気ユーザー、圧縮空気供給源、圧縮空気用の処理装置、または圧縮空気弁のうちのいずれか少なくとも一つまたはこれらの組合せに接続することができる。

圧縮空気ユーザーという言葉は、あらゆる圧縮空気を使用するもの、たとえば圧縮空気工具を意味する。

圧縮空気供給源という言葉は、圧縮ガスの任意の供給源、たとえばスクリュータイプ圧縮機、ピストン圧縮機、ファン、その他を意味するが、これらの供給源は圧縮空気の供給源に限られず、他の任意の種類の圧縮ガスの供給源を意味しうるものとする。

圧縮空気用の処理装置という言葉は、圧縮空気の質または物理パラメータを変えるように考えられた任意の装置、たとえば乾燥機、熱交換器、フィルター、水分および油分離器、その他を意味する。

圧縮空気弁という言葉は、制御できる弁、弁、遮断弁、混合栓(mixing tap)、絞り弁、その他の任意の可能な実施形態を意味する。

ここに示した例では、図1および2の圧縮空気装置1の前記要素のそれぞれは、導線(physical pipe)によって、それぞれの制御器6、9、13、23、24、25または26に接続されている。

明らかに、そのような接続は、無線で行うこともでき、また、必ずしも直接の接続とする必要はなく、間接に、たとえば独立した通信装置によって、接続することもできる。

明らかに、前記制御器6、9、13および23〜26は独立の装置とすることができるが、また、内蔵要素とすることもできる。これらの内蔵要素は、演算装置、メモリ、スクリーン、周辺装置および/またはデータ入力のためのセンサーおよび/または信号の送受信のための通信部品のうちの一つまたはいくつかから成ることができるが、そうでなくても良い。

本発明は、例として説明した方法、制御器および圧縮空気装置に限定されるものではない。逆に、圧縮空気装置を制御する本発明の方法ならびに該方法を使用するための制御器および圧縮空気装置は、本発明の範囲を逸脱することのないあらゆる種類の変形を加えて具体化することができる。

本発明の方法によって制御される圧縮空気装置を示す図である。 図1に示すものの変形を示す図である。

1 圧縮空気装置
2 通信ネットワーク
3 第一の分枝
4 第二の分枝
5 第三の分枝
6 第一の制御器
7 温度センサー
8 冷却塔
9 第二の制御器
10 圧縮機
11 圧縮機
12 乾燥機
13 第三の制御器
14 圧縮機
15 乾燥機
16 制御できる弁
17 圧力センサー
18 流量センサー
19 分枝
20 分枝
21 分枝
22 分枝
23 制御器
24 制御器
25 制御器
26 制御器
27 流量センサー
28 圧力センサー
29 通信ネットワーク
30 冷却塔
31 圧力センサー
32 圧縮機
33 乾燥機
34 制御できる弁
35 圧縮機
36 圧縮機
37 乾燥機

Claims (13)

1. 一つまたは複数の圧縮空気ネットワーク、および前記圧縮空気ネットワークの部分である要素を制御するための通信しあういくつかの制御器(6、9、13、23、24、25または26)、を有する圧縮空気装置(1)を制御する方法であって、
   前記要素の制御が、制御器(6、9、13、23、24、25または26)のうちどれも他の制御器によって制御される要素の動作条件を決定しないようなものであること、
   を特徴とする方法。
2. 圧縮空気装置(1)の当該要素が、少なくとも、圧縮空気ユーザー、圧縮空気供給源、圧縮空気の処理装置、または圧縮空気弁のうちのいくつかから成ることを特徴とする請求項1に記載の方法。
3. 順次的なものであることを特徴とする、言い換えると、圧縮空気装置(1)の当該制御できる要素のいくつかを、所定の順序に並べ、圧縮空気装置(1)の圧縮空気消費量にもとづき、前記順序にしたがって、スイッチをオンもしくはオフし、かつ/または調節することを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
4. いろいろな種類の要素が種類ごとに別々に順序配列されることを特徴とする請求項3に記載の方法。
5. いろいろな種類の要素が種類にかまわずに順序配列されることを特徴とする請求項3に記載の方法。
6. いろいろな順序が作業者によって設定され、かつ/または、たとえば時刻、日付、圧力、流量、露点、空気の質および/または温度のような変数にもとづいて定められることを特徴とする請求項3に記載の方法。
7. 圧縮空気装置(1)のいろいろな制御できる要素が、それぞれがある時間間隔だけ動作して、これらの異なる要素の摩耗が交互に起こるように制御されることを特徴とする請求項1から6の中のいずれか一つに記載の方法。
8. 圧縮空気装置(1)の要素が、これらの要素の保守を同時に行うことができるように制御されることを特徴とする請求項1から7の中のいずれか一つに記載の方法。
9. エネルギー節約アルゴリズムを使用し、それにより、圧縮空気装置(1)の少なくとも一部の最適エネルギー消費が、装置(1)の一つまたは複数の要素の動作点を調節することによって得られることを特徴とする請求項1から8の中のいずれか一つに記載の方法。
10. 圧縮空気装置(1)の要素が、圧縮空気装置(1)の要素および/または圧縮空気装置全体のエネルギー消費と保守、修理および/または交換にかかる費用が常に最小限に抑えられるように制御されることを特徴とする請求項1から9の中のいずれか一つに記載の方法。
11. 制御アルゴリズムを使用し、それにより、圧縮空気装置(1)が、当該制御器によって圧縮空気装置(1)の適当な要素を制御することにより、一つまたは複数のパラメータが目標値に一致するか、あるいはこれらのパラメータの一つまたは複数のものがある範囲内に保たれるように制御されることを特徴とする請求項1から10の中のいずれか一つに記載の方法。
12. 一つまたは複数の圧縮空気ネットワークを有する圧縮空気装置(1)内の一連の通信しあう制御器の一部である制御器であって、前記一連の通信しあう制御器が前記圧縮空気ネットワークの部分である要素を制御するために備えられている場合の前記制御器において、
    この制御器が、圧縮空気装置(1)内の他の制御器によって制御される要素の動作条件を決定しないようなものであること、
    を特徴とする制御器。
13. 一つまたは複数の圧縮空気ネットワーク、ならびに前記圧縮空気ネットワークの部分である要素を制御するための通信しあういくつかの制御器(6、9、13、23、24、25または26)を有する圧縮空気装置であって、
    前記制御器が、これらのうちどの制御器も他の制御器によって制御される要素の動作条件を決定しないようなものであること、
    を特徴とする圧縮空気装置。

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