JP2014101854A

JP2014101854A - 圧縮空気計測システム

Info

Publication number: JP2014101854A
Application number: JP2012255800A
Authority: JP
Inventors: Ritsu Tei; 立鄭
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2012-11-22
Filing date: 2012-11-22
Publication date: 2014-06-05

Abstract

【課題】
圧縮空気を工場にロスなく供給するために、遠方にある負荷機器への圧縮空気の末端圧を効率よく計測して、省エネルギー効果を図る。
【解決手段】
圧縮機設備で生産された圧縮空気を工場設備にヘッダを通して供給する量を制御する中央制御装置と、
ヘッダ圧力を測るヘッダ圧力計と、
工場設備側の末端の圧力を測る末端圧発信器とからなる圧縮空気計測システムにおいて、
前記末端圧発信器は、発電機構を備えており、かつ無線通信により前記中央制御装置に末端圧値を送信することを特徴とする圧縮空気計測システムであって、
所定の場合に、末端圧値および発信器の異常を検知する発明である。
【選択図】図２

Description

本発明は、工場などでの圧縮空気装置の計測システムにかかり、特に負荷機器に分配供給された空気の末端圧力を中央の制御装置へ無線通信する自立発電型の圧力発信器に関する。

従来、複数の圧縮機を用いて工場や現場の設備に圧縮空気を供給する場合、安定した圧縮空気を供給するために、複数の圧縮機(コンプレッサ)の稼働時間の均一化や、工場の操業開始時刻と終了時刻に合わせた各圧縮機の起動・停止などを行って、その台数制御やスケジュール制御が行われている。工場設備に必要な末端圧縮空気の圧力がそれぞれ違い、さらに圧縮空気圧力が使用量によって変動する。このため、安定的に生産を確保するため、もっとも高い必要な末端圧力よりさらに最大変動分をプラスして、過剰な圧力で圧縮空気を供給するの現状であり、高い圧力の圧縮空気を発生するのに、より多くの電力が必要となっている。例えば、圧縮空気の供給圧力を７００Ｋｐａから１００ＫＰa減少できれば、約１５％の電力を節約できるとするデータがあるくらい、圧縮空気を発生するコンプレッサは工場全体の電力使用量の相当量を占めるので、工場の省エネルギー化の重要な課題になっている。

特許文献１で示される発明では、空気圧縮装置(コンプレッサ)Ｃ１〜Ｃｎを備える装置と、ここから出力される圧縮空気をレシーバータンク（ヘッダ）を介して接続される負荷機器Ｌ１〜Ｌｎに供給する圧縮空気供給部と、目標圧力とレシーバータンクから検出される元圧圧力とに基づいて空気圧縮装置から出力する圧縮空気を制御する圧縮空気制御部とを備える空気圧縮装置の制御装置において、圧縮空気制御部に、各所定時限における各負荷機器に供給される末端圧力中の最低末端圧力を検出して、該最低末端圧力とそれぞれの末端目標圧力との圧力偏差中の最小の末端圧力偏差を選択し、該末端圧力偏差を所定の割合で逓減または逓増する補正圧力を所定期間出力し、該補正圧力によって前記目標圧力を補正する目標圧力補正手段を設ける発明が開示されている。

また一方、プロセス制御の圧力等物理量の発信器分野では、自身で発電し、プロセス量を無線等で中央制御装置へ送信するタイプの発信器、伝送器の発明が開示されている（特許文献２，３）。そこでは、種々の発電素子機構の例が示されている。

特開２０００−０３８９９０号公報特開２００８−３０１６７５号公報特表２０１２−５０７７１８号公報

しかし、特許文献１のように末端圧力を計測するためには、多くの配線、配管工事が必要となり、特に、工場では圧縮空気の需要施設（ショップ）は分散しており、その末端までは中央制御装置からかなり遠方であるので、電源その他の配線コスト等が大きい。
そのため、実際には数が限られたポイントにしか末端圧の測定を行なわないのが現実である。

このような配線工事の負担を軽減するために、通信線の要らない無線通信の方法が考えられるが、その圧力発信器には電源の問題があり、それをバッテリ駆動型にすると定期的な電池交換の問題があった。

一方、特許文献２，３のように、プラントの流体運動エネルギーを電気エネルギーに変えて自立的に発電するタイプの発信器の提案はあるが、本発明の対象とする圧縮空気の搬送系に応用することまでは計られておらず、また圧縮空気システムでは空気流体を計画的に流さない期間もあるために、そのときに発電が停止するなどの特有の問題が発生する。

そこで、末端圧発信器に単純に発電機構を設けたものを使用するだけでなく、空気流体の停止などにより発電が停止するような状況にあっても、適正に末端圧力の計測ができるシステムが望まれる。

本発明は、圧縮機設備で生産された圧縮空気を工場設備にヘッダを通して供給する量を制御する中央制御装置と、ヘッダ圧力を測るヘッダ圧力計と、
工場設備側の末端の圧力を測る末端圧発信器とからなる圧縮空気計測システムにおいて、
前記末端圧発信器は、発電機構を備えており、かつ無線通信により前記中央制御装置にその末端圧値を送信することを特徴とする圧縮空気計測システムである。

さらに、前記中央制御装置は、一定時間に前記末端圧発信器からの通信がない場合に、かつ当該末端に通じる配管への送気調節弁が全閉であった場合、
当該末端圧値を所定の下限値とみなし、また、
当該末端に通じる配管への送気調節弁が閉じていなかった場合には、
当該末端圧発信器に異常が発生したことを検知し警報を発することを特徴とする発明である。

本発明により、末端圧力をリアルタイムに検出し、送気調節弁で供給圧力をタイムリーに調節できるので、負荷へ供給する圧縮空気の圧力を最大限に抑えて、コンプレッサの電気消費量を節約する目的を達成できる。本発明では、管末に発電型の無線通信発信器を設けて末端圧力を計測することによって工事負担を軽減し、かつ適切に圧力供給を図ることができるので、工場の省エネルギーに効果が大きい。

本発明にかかる圧縮空気計測システムを示す本発明の中央制御装置のブロック図を示す本発明にかかる末端圧発信器の機能ブロックを示す本発明にかかる中央制御装置で行なわれる末端圧の異常検知のフロー図を示す

以下、本発明の実施形態にかかる圧縮空気計測システムについて、図面に基づいて説明する。まず、図１
に示すように本システムの中央制御装置１００は、圧縮機設備側１０にて、コンプレッサＣ１〜Ｃ３、ヘッダ圧力計Ｐに、また工場設備側２０にてはショップの負荷Ｌ１〜３にかかる送気調節弁Ｖ１〜Ｖ３および末端圧発信器２００−１〜３など、その他図示しないフィールド機器に接続されている。

なお、図１中の結線で、太線は圧縮空気流体の流れを示し、細線は電気信号、破線は無線信号を意味するものである。なお、各機器は３個ずつで示したが、３以上の複数で任意であることはもちろんである。また、コンプレッサは各種仕様、メーカー、ＯＮ／ＯＦＦ型またはインバータ型を組合せは自由である。

次に図２で中央制御装置１００のブロック図を示す。まず、ヘッダ圧入力部１０３でヘッダ圧力値を読み込む。さらに、無線通信部１０１が末端圧発信器２００と無線通信を行い、負荷に供給された空気管末の圧力値を取り込む。無線通信はあまり頻繁に行なわずに、間欠通信で行なうことが望ましい。当発信器の電力保持のためである。

次いで、末端圧処理部１０２で、取り込んだ末端圧値を検査する。プラント状況からみて適正かどうかをレンジチェック後に上下限の閾値などで判断する。さらに、無線通信部１０１で末端圧の信号を受信できない期間が一定期間あった場合には、特別な処理を行なう。詳細は後述する。

目標空気圧演算部１１０は、検出したヘッダ圧力値および各末端圧力値から、最適なヘッダ圧力Ｐの目標値を求める。この手法は特許文献１などにあるとおり、末端圧力に基づいてヘッダ圧力（吐出圧力）を増減補正するなどである。また、ショップごとに使用不使用の期間があるので、生産計画に応じて送気弁駆動部１０５で空気量を調節するべく送気調節弁Ｖに開度指令も行なう。

このようにして、目標空気圧演算部１１０はヘッダ圧を計算した後、コンプレッサの台数制御部１１１およびコンプレッサ駆動部１１２に指示を行なう。予め生産計画スケジュールにしたがって、コンプレッサの運転台数を切替えたりして、コンプレッサをロード／アンロード運転に切替えたりする。また、インバータ型のコンプレッサである場合には、その回転数を設定するように駆動制御する。

さて次に、図３にしたがって、末端圧発信器２００の構成を述べる。配管３００に適宜設置された発信器であって、配管内部には発電素子２０１および圧力プローブ２０２が挿入されている。
まず、発電素子２０１は空気流体の運動エネルギーを電気エネルギーに変えるもので、圧電素子、磁界素子、タービン歯車などが挙げられる。特に圧電素子では、図示のように流体の渦力を利用して運動エネルギーを効率よく採るように、三角形状の障害物を設置することでよい。センサ素子自体は障害物の内部に、または下流に配置してもよい。

発電部２０３が発電素子２０１で得られた起電力を積分等して直流電圧として取得し、蓄電部２０４にて蓄える。ここでキャパシタなどに蓄えられた電荷は本発信器２００内の各構成部分に供給される。そのため、蓄電部２０４の電荷が全て放電された場合には、本発信器２００の機能はほぼ停止する。

圧力プローブ２０２で伝えられた末端圧力は圧力センサ部２０５で、ダイアフラム式圧力センサ（ピエゾ半導体、静電容量など）によったブリッジ回路などで電気信号に変換される。その圧力値は演算部２１０に伝達されて、所定のレンジに変換されて、伝送メッセージに構成されて、無線通信部２１１を通じて、中央制御装置１００に伝達される。なお、工場の規模によっては、直接中央まで電波が届かないような場合には、適宜中継局が設けられてよい。

[末端圧異常検知の実施例]
以下では、図２にある中央制御装置１００内の末端圧処理部１０２で中心に行なわれるところの、末端圧の異常検知ロジックのフローを図４で説明する。

まず、定期的に末端圧発信器２００から末端圧値の受信があったかどうかをチェックする(図中ステップＳ１)。ただし、前提としていくつかのコンプレッサは駆動・運転されているものとする。

ここで、正常に受信していたなら末端圧は正常と判断する（Ｓ３）。
一方、一定時間にわたり受信がなかった場合はステップＳ２へ進む。

任意の負荷Ｌに通じる送気調節弁Ｖの開度をチェックし、
それが全閉の場合ならば、当該末端圧は所定の下限値とみなす（Ｓ４）。当該末端に空気流体はないのが普通であるので、発電は停止して発信器機能も停止となるからである。
下限値はレンジ下限値または大気圧である。
一方、送気調節弁が開いていた場合には、末端圧計（発信器２００）に異常があると判断する（Ｓ５）。当該末端にいくらかでも空気流体があるので発電は行なわれているはずで、発信器は動作するはずにもかかわらず返答がないのは、発信器の故障による何らかの異常発生である、と解釈するのである。

以上の結果は、中央制御装置１００に備えられたアラーム出力部１０４によって、適宜警報メッセージが出されることになる。

１００中央制御装置
２００末端圧発信器
３００負荷側配管

Claims

圧縮機設備で生産された圧縮空気を工場設備にヘッダを通して供給する量を制御する中央制御装置と、
ヘッダ圧力を測るヘッダ圧力計と、
工場設備側の末端の圧力を測る末端圧発信器とからなる圧縮空気計測システムにおいて、
前記末端圧発信器は、発電機構を備えており、かつ無線通信により前記中央制御装置にその末端圧値を送信することを特徴とする圧縮空気計測システム。
前記中央制御装置は、一定時間に前記末端圧発信器からの通信がない場合に、かつ
当該末端に通じる配管への送気調節弁が全閉であった場合、
当該末端圧値を所定の下限値とみなすことを特徴とする請求項１の圧縮空気計測システム。
前記中央制御装置は、一定時間に前記末端圧発信器からの通信がない場合に、かつ
当該末端に通じる配管への送気調節弁が閉じていなかった場合、
当該末端圧発信器に異常が発生したことを検知し警報を発することを特徴とする請求項１または請求項２の圧縮空気計測システム。