JP3729648B2 - 空気圧縮装置の制御装置および制御方法 - Google Patents
空気圧縮装置の制御装置および制御方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気圧縮装置の制御装置および制御方法に係わり、特に、負荷機器から検出した末端圧力に基づいて目標圧力を補正し空気圧縮装置からの吐出圧力を制御する空気圧縮装置の制御装置および制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の空気圧縮装置の制御装置の一例を図１０に示す。これは４台の空気圧縮装置を用いて複数の負荷機器を制御するものであり、同図において、１−１〜１−４は電動機Ｍ１〜Ｍ４を制御する電動機制御装置、２−１〜２−４は空気圧縮機Ｃ１〜Ｃ４のバルブを制御するロード／アンロードバルブ制御装置、３はレシーバータンクＲ１から元圧圧力を検出する圧力変換装置、４は目標圧力と検出された元圧圧力とに基づいて空気圧縮装置を制御する圧縮空気制御装置、Ｌ１〜Ｌｎは負荷機器、Ｐ１は集合管、Ｐ２は吐出空気管、Ｐ３は末端配管である。さらに、圧縮空気制御装置４は、目標圧力を出力する目標圧力指令手段１１と、目標圧力と元圧圧力との偏差値を演算する偏差圧力演算手段１２と、前記偏差値に基づいてロード／アンロードバルブ制御装置２−１〜２−４を制御するための制御圧力信号を出力する圧力制御手段１３と、前記偏差値に基づいて電動機制御装置１−１〜１−４を制御して電動機Ｍ１〜Ｍ４の稼働台数を制御する台数制御手段１４と、入出力装置（Ｉ／Ｏ）１５とから構成されている。
【０００３】
この従来装置では、レシーバーータンクＲ１出口から負荷Ｌ１〜Ｌｎまでの配管系統損失を考慮して目標圧力指令手段１１において設定される吐出圧力の目標値と、レシーバーータンクＲ１出口から圧力変換器３により検出する元圧圧力信号を入力して両者の偏差を演算し、元圧圧力が目標圧力下限値以下の場合は、圧縮空気制御装置４は電動機制御手段１−１〜１−４およびロード／アンロードバルブ制御装置２−１〜２−４に制御信号を出力して、ロード状態にして圧縮空気を出すことによりレシーバーータンクＲ１の圧力を上げる。この際、並列運転中の４台の空気圧縮機Ｃ１〜Ｃ４のうち、負荷に供給する圧縮空気を発生するのに必要な全台、例えば、３台をロード状態とした後、所定の時間経過しても元圧圧力が目標圧力下限値以下の場合は４台目の空気圧縮機を始動する。また、元圧圧力が目標圧力上限値以上の場合はロード状態の運転とは逆に不要となる空気圧縮機をアンロード状態とし圧縮空気を止めレシーバーータンクＲ１の圧力を下げる。この時、１台の空気圧縮機をアンロード状態とした後、所定の時間経過しても元圧圧力が目標圧力上限値以上の場合は次の空気圧縮機を停止する。
【０００４】
一般に電動機Ｍ１〜Ｍ４の始動、停止は４台の空気圧縮機Ｃ１〜Ｃ４の運転時間を均一化するために所定の順序でローテーションさせる。また、ロード、アンロードも空気圧縮機Ｃ１〜Ｃ４の容量調整機構の寿命を延ばすため所定の順序でローテーションさせる。この代表的なものとして、特開昭５５−１５６３８号公報には、複数台の空気圧縮機を所定の順序で始動、停止、ロード、アンロードさせながら負荷の要求する圧縮空気を不足させることなく制御すると共に、空気圧縮装置の運転台数の過不足を防ぐ制御を行う空気圧縮装置の自動制御装置が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術のように、圧縮空気を負荷の変化に応じ必要とする圧縮空気を発生させる装置では、図１１（ａ）に示すように、目標圧力に対して元圧圧力は所定の範囲内に制御されるが、使用空気量が減少して空気圧縮機Ｃ１〜Ｃ４と負荷機器Ｌ１〜Ｌｎ間の配管系統Ｐ１〜Ｐ３の圧力損失が減少すると、図１１（ｂ）に示すように、負荷機器Ｌ１〜Ｌｎにおける末端目標圧力に対する末端圧力が必要以上に上昇した場合、空気圧縮機Ｃ１〜Ｃ４には動力源として無効となる余剰圧力が発生する問題点があった。
【０００６】
本発明の目的は、上記の問題点に鑑みて、空気圧縮装置の制御装置を安定的に制御すると共に、負荷機器への圧縮空気の供給を過不足なく制御して省エネルギー効果を発揮することのできる空気圧縮装置の制御装置および制御方法を提供することにある。
【０００７】
【発明が解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために、次のような手段を採用した。
【０００８】
並列運転する複数台の空気圧縮機を備える空気圧縮装置と、該空気圧縮装置から出力される圧縮空気をレシーバータンクを介して複数の配管にそれぞれ接続される負荷機器に供給する圧縮空気供給部と、目標圧力と前記レシーバーータンクから検出される元圧圧力とに基づいて前記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、前記圧縮空気制御部に、各所定時限における前記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、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たことを特徴とする。
【０００９】
また、並列運転する複数台の空気圧縮機を備える空気圧縮装置と、該空気圧縮装置から出力される圧縮空気をレシーバータンクを介して複数の配管にそれぞれ接続される負荷機器に供給する圧縮空気供給部と、目標圧力と前記レシーバーータンクから検出される元圧圧力とに基づいて前記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、前記圧縮空気制御部に、各所定時限における前記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する最低末端圧力検出手段と、前記各最低末端圧力とそれぞれの末端目標圧力との圧力偏差を演算する末端圧力偏差演算手段と、前記圧力偏差中の最小の圧力偏差を選択する最小圧力偏差選択手段と、前記最小の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する補正演算手段とからなる目標圧力補正手段とを設け、前記補正圧力によって前記目標圧力を補正することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載の空気圧縮装置の制御装置において、前記補正演算手段は、前記補正圧力によって前記目標圧力の補正中において、当該補正中の最小圧力偏差より小さい最小圧力偏差が検出されたときは、検出された最小の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することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に記載の空気圧縮装置の制御装置において、前記補正演算手段は、前記最小偏差選択手段によって選択された最小の圧力偏差を所定の係数を乗じて減じた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する補正演算手段とからなることを特徴とする。
また、並列運転する複数台の空気圧縮機を備える第１の空気圧縮装置と、前記空気圧縮機と並列運転する第２の空気圧縮装置と、前記第１および第２の空気圧縮装置から出力される圧縮空気をレシーバータンクを介して複数の配管にそれぞれ接続される負荷機器に供給する圧縮空気供給部と、目標圧力と前記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前記第１の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、前記圧縮空気制御部に、各所定時限における前記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、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において所定の圧力偏差以上であってかつ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たことを特徴とする。
【００１２】
また、並列運転する複数台の空気圧縮機から出力される圧縮空気をレシーバータンクを介して複数の配管にそれぞれ接続される負荷機器に供給し、目標圧力と前記レシーバーータンクから検出される元圧圧力とに基づいて前記空気圧縮機から出力する圧縮空気を制御する空気圧縮装置の制御方法において、各所定時限における前記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するステップと、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するステップと、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ステップとからなることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
はじめに、本発明の一実施形態を図１から図８を用いて説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態に係わる空気圧縮装置の制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【００１５】
同図において、２０は各負荷機器Ｌ１〜Ｌｎから検出される末端圧力信号ｐｓ１〜ｐｓｎに基づいて目標圧力補正信号を出力する目標圧力補正手段、２１は目標圧力指令手段１１から出力される目標圧力信号と目標圧力補正信号とを加算する目標圧力補正信号加算器、２２−１〜２２−ｎは各負荷機器Ｌ１〜Ｌｎの末端圧力を検出して末端圧力信号ｐｓ１〜ｐｓｎを出力する圧力変換器である。
【００１６】
なお、同図において、図１０に示す符号と同符号の箇所は同一箇所を示すので説明を省略する。
【００１７】
図２は、図１に示す目標圧力補正手段２０の詳細な構成を示すブロック図である。
【００１８】
同図において、２０１−１〜２０１−ｎは圧力変換器２２−１〜２２−ｎにおいて検出された末端圧力信号ｐｓ１〜ｐｓｎの所定期間毎にそれぞれの最低圧力信号ｐｓ１’〜ｐｓｎ’を検出する最低圧力検出手段、２０２は各負荷機器Ｌ１〜Ｌｎにおける最適な末端目標圧力ｐｒｅｆ１〜ｐｒｅｆｎが設定される末端目標圧力設定手段、２０３−１〜２０３−ｎは最低圧力検出手段２０１−１〜２０１−ｎから出力される最低圧力信号ｐｓ１’〜ｐｓｎ’と末端目標圧力設定手段２０２から出力される末端目標圧力ｐｒｅｆ１〜ｐｒｅｆｎのそれぞれとを対比して、末端圧力偏差値ｐｓ１’−ｐｒｅｆ１〜ｐｓｎ’−ｐｒｅｆｎを算出する末端圧力偏差検出手段、２０４は演算された末端圧力偏差値ｐｓ１’−ｐｒｅｆ１〜ｐｓｎ’−ｐｒｅｆｎの中から最も末端圧力偏差値の小さい最小末端圧力偏差値を選定する最小圧力偏差選定手段、２０５は補正圧力信号を作成するために使用する各末端別の下降レートａ１〜ａｎ（例えば０．０２ＫＰａ／秒）が設定可能に設けられた末端別下降レート選択手段、２０６は補正圧力信号を作成するために使用する各末端別の上昇レートｂ１〜ｂｎ（例えば０．０５Ｋｐａ／秒）が設定可能に設けられた末端別上昇レート選択手段、２０７は最小圧力偏差選択手段２０４から入力した最小末端圧力偏差値に基づいて補正圧力信号を形成し目標圧力補正信号加算手段２１に出力する補正演算手段である。
【００１９】
ここで、最低圧力検出手段２０１−１〜２０１−ｎは、周期的（例えば１サイクル１５０ｍｓ毎）にそれぞれの末端圧力信号ｐｓ１〜ｐｓｎにおける前回測定時の各末端圧力信号と今回測定時の各末端圧力信号を比較し、末端圧力信号の小さい方を最低圧力値として採用する。これを計測時間タイムアップ（例えば１２０ｓｅｃ）まで行い、それぞれの最低圧力検出手段２０１−１〜２０１ｎのそれぞれの最低圧力値を決定する。最低圧力値は、末端圧力偏差検出手段２０３−１〜２０３−ｎにおいて、それぞれの系統別に末端圧力目標設定手段２０２により設定された目標圧力信号ｐｒｅｆ１〜ｐｒｅｆｎと比較され、最低圧力偏差選定手段２０４により、いずれの系統の最小末端圧力偏差値として採用するかが選択される。
【００２０】
このとき、すべての最小末端圧力偏差値ｐｓ１’−ｐｒｅｆ１〜ｐｓｎ’−ｐｒｅｆｎが正の場合には、圧力の補正は、目標圧力を下げる方向に加算されるが、末端圧力偏差値ｐｓ１’−ｐｒｅｆ１〜ｐｓｎ’−ｐｒｅｆｎのうちのいずれかが負の場合は、目標圧力を上げる方向に加算される。
次に、本実施形態に係わる空気圧縮装置の制御装置の動作を図１および図２を用いて説明する。
【００２１】
図１に示すように、目標圧力補正手段２０は、負荷機器Ｌ１〜Ｌｎまでの空気圧系統の末端に設けた圧力変換器２２ー１〜２２ーｎによって検出した末端圧力ｐｓ１〜ｐｓｎと各々の末端目標圧力ｐｒｅｆ１〜ｐｒｅｆｎとの各々の圧力偏差に基づいて補正圧力信号を演算して目標圧力補正信号加算手段２１に出力する。目標圧力補正信号加算手段２１では、目標圧力信号に補正圧力信号を加算して目標圧力を補正する。目標圧力補正手段２０は、末端圧力ｐｓ１〜ｐｓｎと各々の末端目標圧力ｐｒｅｆ１〜ｐｒｅｆｎとの差が所定の値になるまで、補正圧力信号を繰り返し出力し、空気圧縮機Ｃ１〜Ｃｎの吐出圧力を低減して無駄な余剰動力を減らす。
【００２２】
通常、圧縮空気を多数の配管を経由して多数の負荷機器に供給する系統では、各々の負荷機器により配管等の構成が異なるため、配管Ｐ２、Ｐ３から各々の負荷機器Ｌ１〜Ｌｎ末端までに空気圧損に差が生じ、また、各負荷機器Ｌ１〜Ｌｎ間では空気の圧縮、膨張により元圧の変化から末端圧の変化までの時間遅れ（例えば数１０秒から数分）に差が生じる。このため末端圧力ｐｓ１〜ｐｓｎと各々の末端目標圧力ｐｒｅｆ１〜ｐｒｅｆｎとの圧力差をそのまま補正圧力信号として採用して、空気圧縮機Ｃ１〜Ｃ４の吐出圧力を変化しようとすると圧縮空気系統の制御が不安定となる。
【００２３】
そのため、本実施形態では、この不安定現象を防止するため、末端圧力ｐｓ１〜ｐｓｎと末端目標圧力ｐｒｅｆ１〜ｐｒｅｆｎ間に差が生じた時、目標圧力信号に所定の時間をかけて段階的に補正圧力信号を加える。即ち、補正圧力信号の印加後所定時間、補正圧力信号の出力を停止する間欠制御方式を用いる。さらに、所定の時刻毎に各負荷機器Ｌ１〜Ｌｎの末端圧力ｐｓ１〜ｐｓｎの測定を行い、各計測時刻における偏差の最も小さな系統の最小圧力偏差値ｐｓｘ’−ｐｒｅｆｘに基づいて補正圧力信号を作成する。従って、ある負荷機器Ｌｘの末端圧力偏差値ｐｓｘ’−ｐｒｅｆｘに基づく補正圧力信号による補正中においても、ある計測時点で、他の負荷機器Ｌｙの末端圧力偏差値ｐｓｙ’−ｐｒｅｆｙが負荷機器Ｌｘの末端圧力偏差値より少なくなる現象が生じた場合は、その最小圧力偏差値ｐｓｙ’−ｐｒｅｆｙに基づいた新たな補正圧力信号を作成して、目標圧力を補正し制御系の安定を図る。
【００２４】
次に、図２に示す目標圧力補正手段２０における処理手順を図３および図４に示すフローチャートを用いて説明する。
【００２５】
はじめに、ステップ１−１〜１−ｎでは、最低圧力検出手段２０１−１〜２０１−ｎにおいて、それぞれの系統毎の所定期間（例えば、１２０ｓｅｃ）中に検出された末端圧力信号ｐｓ１〜ｐｓｎの中の最低末端圧力信号ｐｓ１’〜ｐｓｎ’を検出する。次に、ステップ２−１〜２−ｎでは、末端圧力偏差検出手段２０３−１〜２０３−ｎにおいて、末端圧力偏差値ｐｓ１’−ｐｒｅｆ１〜ｐｓｎ’−ｐｒｅｆｎを演算する。次に、ステップ３において、最小圧力偏差選定手段２０４では、全ての末端圧力偏差値ｐｓ１’−ｐｒｅｆ１〜ｐｓｎ’−ｐｒｅｆｎが正か否かを判断する。全てが正の場合は、ステップ４で、演算された末端圧力偏差値ｐｓ１’−ｐｒｅｆ１〜ｐｓｎ’−ｐｒｅｆｎの中から最小末端圧力偏差値ｐｒｘ（＝ｐｓｘ’−ｐｒｅｆｘ）を選択する。次いで、ステップ５で、補正演算手段２０７において、選択された最小末端圧力偏差値ｐｒｘに所定の値（例えば、末端空気圧変動の時定数が短い場合には最小末端圧力偏差値ｐｒｘの８０％、あるいは末端空気圧変動の時定数が長い場合には最小末端圧力偏差値ｐｒｘの９０％等）を乗算して、補正量ｐｒｘ’を求める。さらに、ステップ６において、所定の周期△ｔ（例えば、１５０ｍｓ）毎の補正圧力値△ｓｄｘを用いて前記所定の周期△ｔ毎に何回（Ｎ１回）補正することにより補正量ｐｒｘ’を補正することができるかをＮ１＝ｐｒｘ’／△ｓｄｘから求める。なお、ここで、△ｓｄｘは、各末端別下降レート選択手段２０５の各系統毎に設定された所定の下降レートａ１〜ａｎのうち、当該系統の下降レートをａｘとすると、前記の所定の周期△ｔから、△ｓｄｘは△ｓｄｘ＝ａｘ／△ｔにより当該系統の既知の値として求められる。次に、ステップ７において求めたＮ１に基づいて、Ｎ１回の補正を行ったか否かを判断し、回数Ｎ１に達していない場合は、ステップ８において、目標圧力補正信号加算手段２１において目標圧力値からｎ・△ｓｄｘを減算すべく補正圧力信号として出力する。次いで、ステップ９において、補正回数ｎに１を加算する。次いで、ステップ１１において、この時点で演算された末端圧力偏差値ｐｓ１’−ｐｒｅｆ１〜ｐｓｎ’−ｐｒｅｆｎの中から最小末端圧力偏差値ｐｒｐを求め、これに基づく補正量ｐｒｐ’が現在補正中の補正量ｐｒｘ”より小さいか否かを判断する。小さい場合はステップ３に戻り、新たな系統に係わる補正処理を行うために、ステップ３からの処理を行う。小さくない場合は、ステップ７に戻って当該系統に係わる補正処理を続行する。ステップ７において、計算された補正回数Ｎ１に達した場合は、ステップ５で求めた補正量ｐｒｘ’の補正処理を終えたのでステップ１０において処理を終了する。
【００２６】
一方、ステップ３において、いずれかが負の場合は、ステップ１２で、最小偏差選択手段２０４において、演算された負の末端圧力偏差値ｐｓ１’−ｐｒｅｆ１〜ｐｓｎ’−ｐｒｅｆｎの中から最小末端圧力偏差値ｐｒｙを選択する。さらに、ステップ１３において、選択された最小末端圧力偏差値ｐｒｚ”に所定の値を乗算して、補正量ｐｒｙ’を求める。次に、ステップ１４において、所定の周期△ｔ（例えば、１５０ｍｓ）毎の補正圧力値△ｓｄｙを用いて所定の周期△ｔ毎に何回（Ｎ２回）補正することにより補正量ｐｒｙ’を補正することができるかをＮ２＝ｐｒｙ’／△ｓｄｙから求める。ここで、△ｓｄｙは、各末端別上昇レート選択手段２０６の各系統毎に設定された所定の上昇レートｂ１〜ｂｎのうち、当該系統の下降レートをｂｘとすると、所定の周期△ｔから、△ｓｄｙは△ｓｄｙ＝ａｙ／△ｔにより当該系統の既知の値として求められる。次に、ステップ１５において求められたＮ２に基づいて、Ｎ２回の補正を行ったか否かを判断し、回数Ｎ２に達していない場合は、ステップ１６において、目標圧力補正信号加算手段２１に目標圧力値にｎ・△ｓｄｙを加算すべく補正圧力値として出力する。次いで、ステップ１７において、補正回数ｎに１を加算し、次いで、ステップ１８において、この時点で演算された負の末端圧力偏差値ｐｓ１’−ｐｒｅｆ１〜ｐｓｎ’−ｐｒｅｆｎの中から最小末端圧力偏差値ｐｒｑを求め、これに基づく補正量ｐｒｑ’が現在補正中の補正量ｐｒｙ”より小さいか否かを判断しする。小さい場合はステップ３に戻り、新たな系統に係わる補正処理を行うために、ステップ３からの補正処理を行う。小さくない場合は、ステップ１５に戻って、当該系統に係わる補正処理を続行する。ステップ１５において、計算された補正回数Ｎ２に達した場合は、ステップ１３で求めた補正量ｐｒｙ’の補正処理を終了したのでステップ１０において処理を終了する。
【００２７】
なお、ステップ５およびステップ１３において、乗算される所定の値は、補正値が元圧配管から末端までの空気圧損の差、さらに空気の圧縮、膨張により元圧の変化から末端空気圧の変化までの時間遅れが生じるための効果がでる時間待ちを考慮して設定される。
【００２８】
次に、本実施形態の空気圧縮装置の制御装置における負荷機器Ｌ１および負荷機器Ｌｎの末端圧力の変化に対する目標圧力の補正の様子を図５から図７を用いて説明する。
【００２９】
図５（ｃ）において、今、負荷Ｌ１の末端圧力ｐｓ１が時刻ｔ１０で末端目標圧力ｐｒｅｆ１より低下した時、図５（ａ）に示すように、期間ｔｒａにわたって負荷機器Ｌ１の所定の上昇レートｂ１で逐次段階的に補正され、補正量ｐｒａ’に達するまで目標圧力に加えられる。また、通常、末端圧力の変動は図６に示すごとく、大周期の変動と小周期の変動の組み合わせとして生じるため、末端圧力の選定は所定の周期ｎ×Ｔｗａ（例えば３回目）の経過後の周期（時刻ｔ１３〜ｔ１４）における最低末端圧力が選定される。例えば、末端圧力ｐｓ１が図５（ｃ）のごとく時刻ｔ１３から順次増加している場合には、このときの末端圧力ｐｒｂは時刻ｔ１３の時の圧力偏差値ｐｒｂ＝ｐｓ１−ｐｒｅｆ１とすると、この圧力偏差値ｐｒｂが他の末端の圧力偏差に較べて最小の時には目標圧力の補正はこのときの補正量ｐｒｂ’を用いて、目標圧力を低下させる方向に加算する補正が行われる。この目標圧力への加算は負荷機器Ｌ１の所定の下降レートａ１で、順次目標圧力を低減して行く。
【００３０】
また、図５（ｄ）に示すように、例えば、時刻ｔｎ６においては負荷Ｌｎの末端の圧力偏差値ｐｒｃ＝ｐｓｎ−ｐｒｅｆｎが最小偏差値として検出されたときは、負荷機器Ｌｎの所定の下降レートａｎに従って低減される。上記各補正によって空気圧縮機Ｃ１〜Ｃ４からの吐出圧力は図５（ｂ）のように変化する。
【００３１】
また、図７に示すように、当初、例えば、負荷機器Ｌ１の末端圧力ｐｓ１と末端目標圧力ｐｒｅｆ１との圧力偏差ｐｒ１に基づいて作成された補正量ｐｒ１’による目標圧力の補正中において、時刻ｔａにおいて負荷機器Ｌ２末端の末端圧力ｐｓ２と末端目標圧力ｐｒｅｆ２との圧力偏差ｐｒ２に基づく補正量ｐｒ２’が補正中の圧力偏差ｐｒ１’より小さい場合には圧力目標値の補正を補正量ｐｒ２’による補正に切り換え補正処理を行う。
【００３２】
なお、本実施形態では、目標圧力補正値が大きすぎて過補正となることを防ぐために末端目標圧力設定手段２０２による末端目標圧力ｐｒｅｆ１〜ｐｒｅｆｎに較べ目標圧力補正値を小さくし、両者間に不感帯（バンド）を設け、例えば、空気圧縮装置容量２２０Ｋｗ〜９００Ｋｗが２６台の場合、４．９（ＫＰａ）を減算した値を目標圧力補正値としている。
【００３３】
図８に本実施形態に係わる空気圧縮装置の制御装置における末端圧力の変化および余剰圧力の変化の状況を示す。
【００３４】
本実施形態の元圧一定制御系に末端圧力制御を付加した場合は、図８（ａ）に示すように、図１１（ａ）の従来技術に比べて、改善領域に示されるように目標圧力が変化するために、図８（ｂ）に示すように、末端圧力と末端目標圧力との差が小さくなり、かつ圧力の変動幅も小さくなり、負荷機器に無駄な余剰圧力を加えることがなくなる。
【００３５】
図９は、他の実施形態に係わる空気圧縮装置の制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【００３６】
本実施形態は、先の実施形態に比べて、空気圧縮装置４によって制御されない、電動機Ｍ５、電動機制御装置１−５、空気圧縮機Ｃ５、空気圧縮装置Ｃ５を制御するロード／アンロードバルブ制御装置２−５が付加されていると共に、目標圧力補正手段２０’における補正制御が先の実施形態における目標圧力補正手段２０と異なる点で相違する。その他の構成は図１に示すものと同一であるので説明を省略する。
【００３７】
図示するように、電動機制御装置１−５およびロード／アンロードバルブ制御装置２−５は、圧縮空気制御装置４によって制御されず、単独でレシーバーータンクＲ１へ所定の圧縮空気を供給し、圧縮空気系統のベース運転を行っている。
【００３８】
そのため、圧縮空気制御装置４によって制御される空気圧縮装置と圧縮空気制御装置４によって制御されない空気圧縮装置との並列運転時において、負荷機器Ｌ１〜Ｌｎのいずれかにおいて圧縮空気の使用量が減少し、末端圧力に余剰圧力が発生した場合は、先の実施形態と同様に目標圧力を下げる方向に補正圧力信号が与えられる。このとき、負荷機器が必要とする圧縮空気量が、運転中の空気圧縮装置の出力より少ない場合には、目標圧力を下げる方向に補正制御が継続して行われるため、空気圧縮装置の空気圧縮機Ｃ１〜Ｃ４は順次停止し、全台数が停止しても未だ負荷機器の末端圧力が低下しない現象が発生することがある。このとき、目標圧力の補正を継続すると圧縮空気制御装置への制御指令信号が異常に低下し、その後の負荷機器における負荷の増加に伴って圧縮空気の発生量を増加させる必要が出てきたとき、圧縮空気制御装置への制御指令信号を目標圧力まで回復させるために大きな遅れが発生したり、また必要とする末端圧力が確認できない問題が生じることがある。
【００３９】
本実施形態では、このような問題を回避するために、目標圧力補正手段２０’では、選択された最小圧力偏差が所定の最小圧力偏差以下では補正圧力信号を出力しないようにする。具体的には、目標圧力補正手段２０’において、前記各負荷機器Ｌ１〜Ｌｎに供給される末端圧力ｐｓ１〜ｐｓｎ中の最低末端圧力ｐｓ１’〜ｐｓｎ’を検出し、この最低末端圧力とそれぞれの末端目標圧力との圧力偏差ｐｓ１’−ｐｒｅｆ１〜ｐｓｎ’−ｐｒｅｆｎの中から下限制限値以上であってかつ最小の末端圧力偏差を選択し、この末端圧力偏差を所定の下降レートで出力するように分割された補正圧力信号を目標圧力補正信号加算手段２１に出力して、目標圧力を補正する。その結果、前記選択された最小末端圧力偏差が前記所定の圧力以下の場合は、補正圧力信号が出力されなくなるため、圧縮空気制御装置への制御指令信号を異常に低下させることがなくなる。
【００４０】
本実施形態では、上記下限制限値としては、ベース運転中の総風量と設備使用最低風量の差に応じた圧力（例えば、ベース運転中の空気圧縮機の出力が９００Ｋｗ４台の場合、制限値は、例えば６８．６ＫＰａ）を用いる。
【００４１】
【発明の効果】
上記のごとく、本発明によれば、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、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たので、空気圧縮装置を安定的に制御すると共に、負荷機器への圧縮空気の供給を過不足なく制御して省エネルギー効果を果たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係わる空気圧縮装置の制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】 図１に示す目標圧力補正手段２０の詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】 図２に示す目標圧力補正手段２０における処理手順を示すフローチャートである。
【図４】 図２に示す目標圧力補正手段２０における処理手順を示すフローチャートである。
【図５】本実施形態における負荷機器の末端圧力の変化に対する目標圧力の補正の様子を説明するための図である。
【図６】本実施形態における負荷機器における末端圧力の変化の様子を説明するための図である。
【図７】本実施形態における補正量ｐｒ１’に基づいて目標圧力の補正中において、時刻ｔａにおいて計測された最小圧力偏差に基づく補正量ｐｒ２’が補正量ｐｒ１’より小さくなった場合の補正の切り換え処理を説明する図である。
【図８】本実施形態における元圧圧力の変化および末端圧力の変化の状況を示す図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係わる空気圧縮装置の制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１０】従来技術に係わる空気圧縮装置の制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１１】従来技術における元圧圧力の変化および末端圧力の変化の状況を示す図である。
【符号の説明】
Ｍ１〜Ｍ４ 電動機、
Ｃ１〜Ｃ４ 空気圧縮機
Ｐ１ 集合管
Ｐ２ 吐出空気管
Ｐ３ 末端配管
Ｒ１ レシーバーータンク
Ｌ〜Ｌｎ 負荷機器
１−１〜１−４ 電動機制御装置
２−１〜２−４ ロード／アンロードバルブ制御装置
３ 圧力変換器
４ 圧縮空気制御装置
１１ 目標圧力指令設定器
１２ 偏差圧力演算手段
１３ 圧力制御手段
１４ 台数制御手段
１５ 入出力装置
２０、２０’ 目標圧力補正手段
２１ 目標圧力補正信号加算手段
２２−１〜２２−ｎ 圧力変換器
２０１−１〜２０１−ｎ 最低圧力検出手段
２０２ 末端圧力目標設定手段
２０３−１〜２０３−ｎ 末端圧力偏差検出手段
２０４ 最低圧力偏差選定手段
２０５ 末端別下降レート選定手段
２０６ 末端別上昇レート選定手段
２０７ 補正値演算手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気圧縮装置の制御装置および制御方法に係わり、特に、負荷機器から検出した末端圧力に基づいて目標圧力を補正し空気圧縮装置からの吐出圧力を制御する空気圧縮装置の制御装置および制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の空気圧縮装置の制御装置の一例を図１０に示す。これは４台の空気圧縮装置を用いて複数の負荷機器を制御するものであり、同図において、１−１〜１−４は電動機Ｍ１〜Ｍ４を制御する電動機制御装置、２−１〜２−４は空気圧縮機Ｃ１〜Ｃ４のバルブを制御するロード／アンロードバルブ制御装置、３はレシーバータンクＲ１から元圧圧力を検出する圧力変換装置、４は目標圧力と検出された元圧圧力とに基づいて空気圧縮装置を制御する圧縮空気制御装置、Ｌ１〜Ｌｎは負荷機器、Ｐ１は集合管、Ｐ２は吐出空気管、Ｐ３は末端配管である。さらに、圧縮空気制御装置４は、目標圧力を出力する目標圧力指令手段１１と、目標圧力と元圧圧力との偏差値を演算する偏差圧力演算手段１２と、前記偏差値に基づいてロード／アンロードバルブ制御装置２−１〜２−４を制御するための制御圧力信号を出力する圧力制御手段１３と、前記偏差値に基づいて電動機制御装置１−１〜１−４を制御して電動機Ｍ１〜Ｍ４の稼働台数を制御する台数制御手段１４と、入出力装置（Ｉ／Ｏ）１５とから構成されている。
【０００３】
この従来装置では、レシーバーータンクＲ１出口から負荷Ｌ１〜Ｌｎまでの配管系統損失を考慮して目標圧力指令手段１１において設定される吐出圧力の目標値と、レシーバーータンクＲ１出口から圧力変換器３により検出する元圧圧力信号を入力して両者の偏差を演算し、元圧圧力が目標圧力下限値以下の場合は、圧縮空気制御装置４は電動機制御手段１−１〜１−４およびロード／アンロードバルブ制御装置２−１〜２−４に制御信号を出力して、ロード状態にして圧縮空気を出すことによりレシーバーータンクＲ１の圧力を上げる。この際、並列運転中の４台の空気圧縮機Ｃ１〜Ｃ４のうち、負荷に供給する圧縮空気を発生するのに必要な全台、例えば、３台をロード状態とした後、所定の時間経過しても元圧圧力が目標圧力下限値以下の場合は４台目の空気圧縮機を始動する。また、元圧圧力が目標圧力上限値以上の場合はロード状態の運転とは逆に不要となる空気圧縮機をアンロード状態とし圧縮空気を止めレシーバーータンクＲ１の圧力を下げる。この時、１台の空気圧縮機をアンロード状態とした後、所定の時間経過しても元圧圧力が目標圧力上限値以上の場合は次の空気圧縮機を停止する。
【０００４】
一般に電動機Ｍ１〜Ｍ４の始動、停止は４台の空気圧縮機Ｃ１〜Ｃ４の運転時間を均一化するために所定の順序でローテーションさせる。また、ロード、アンロードも空気圧縮機Ｃ１〜Ｃ４の容量調整機構の寿命を延ばすため所定の順序でローテーションさせる。この代表的なものとして、特開昭５５−１５６３８号公報には、複数台の空気圧縮機を所定の順序で始動、停止、ロード、アンロードさせながら負荷の要求する圧縮空気を不足させることなく制御すると共に、空気圧縮装置の運転台数の過不足を防ぐ制御を行う空気圧縮装置の自動制御装置が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術のように、圧縮空気を負荷の変化に応じ必要とする圧縮空気を発生させる装置では、図１１（ａ）に示すように、目標圧力に対して元圧圧力は所定の範囲内に制御されるが、使用空気量が減少して空気圧縮機Ｃ１〜Ｃ４と負荷機器Ｌ１〜Ｌｎ間の配管系統Ｐ１〜Ｐ３の圧力損失が減少すると、図１１（ｂ）に示すように、負荷機器Ｌ１〜Ｌｎにおける末端目標圧力に対する末端圧力が必要以上に上昇した場合、空気圧縮機Ｃ１〜Ｃ４には動力源として無効となる余剰圧力が発生する問題点があった。
【０００６】
本発明の目的は、上記の問題点に鑑みて、空気圧縮装置の制御装置を安定的に制御すると共に、負荷機器への圧縮空気の供給を過不足なく制御して省エネルギー効果を発揮することのできる空気圧縮装置の制御装置および制御方法を提供することにある。
【０００７】
【発明が解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために、次のような手段を採用した。
【０００８】
並列運転する複数台の空気圧縮機を備える空気圧縮装置と、該空気圧縮装置から出力される圧縮空気をレシーバータンクを介して複数の配管にそれぞれ接続される負荷機器に供給する圧縮空気供給部と、目標圧力と前記レシーバーータンクから検出される元圧圧力とに基づいて前記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、前記圧縮空気制御部に、各所定時限における前記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、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たことを特徴とする。
【０００９】
また、並列運転する複数台の空気圧縮機を備える空気圧縮装置と、該空気圧縮装置から出力される圧縮空気をレシーバータンクを介して複数の配管にそれぞれ接続される負荷機器に供給する圧縮空気供給部と、目標圧力と前記レシーバーータンクから検出される元圧圧力とに基づいて前記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、前記圧縮空気制御部に、各所定時限における前記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する最低末端圧力検出手段と、前記各最低末端圧力とそれぞれの末端目標圧力との圧力偏差を演算する末端圧力偏差演算手段と、前記圧力偏差中の最小の圧力偏差を選択する最小圧力偏差選択手段と、前記最小の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する補正演算手段とからなる目標圧力補正手段とを設け、前記補正圧力によって前記目標圧力を補正することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載の空気圧縮装置の制御装置において、前記補正演算手段は、前記補正圧力によって前記目標圧力の補正中において、当該補正中の最小圧力偏差より小さい最小圧力偏差が検出されたときは、検出された最小の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することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に記載の空気圧縮装置の制御装置において、前記補正演算手段は、前記最小偏差選択手段によって選択された最小の圧力偏差を所定の係数を乗じて減じた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する補正演算手段とからなることを特徴とする。
また、並列運転する複数台の空気圧縮機を備える第１の空気圧縮装置と、前記空気圧縮機と並列運転する第２の空気圧縮装置と、前記第１および第２の空気圧縮装置から出力される圧縮空気をレシーバータンクを介して複数の配管にそれぞれ接続される負荷機器に供給する圧縮空気供給部と、目標圧力と前記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前記第１の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、前記圧縮空気制御部に、各所定時限における前記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、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において所定の圧力偏差以上であってかつ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たことを特徴とする。
【００１２】
また、並列運転する複数台の空気圧縮機から出力される圧縮空気をレシーバータンクを介して複数の配管にそれぞれ接続される負荷機器に供給し、目標圧力と前記レシーバーータンクから検出される元圧圧力とに基づいて前記空気圧縮機から出力する圧縮空気を制御する空気圧縮装置の制御方法において、各所定時限における前記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するステップと、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するステップと、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ステップとからなることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
はじめに、本発明の一実施形態を図１から図８を用いて説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態に係わる空気圧縮装置の制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【００１５】
同図において、２０は各負荷機器Ｌ１〜Ｌｎから検出される末端圧力信号ｐｓ１〜ｐｓｎに基づいて目標圧力補正信号を出力する目標圧力補正手段、２１は目標圧力指令手段１１から出力される目標圧力信号と目標圧力補正信号とを加算する目標圧力補正信号加算器、２２−１〜２２−ｎは各負荷機器Ｌ１〜Ｌｎの末端圧力を検出して末端圧力信号ｐｓ１〜ｐｓｎを出力する圧力変換器である。
【００１６】
なお、同図において、図１０に示す符号と同符号の箇所は同一箇所を示すので説明を省略する。
【００１７】
図２は、図１に示す目標圧力補正手段２０の詳細な構成を示すブロック図である。
【００１８】
同図において、２０１−１〜２０１−ｎは圧力変換器２２−１〜２２−ｎにおいて検出された末端圧力信号ｐｓ１〜ｐｓｎの所定期間毎にそれぞれの最低圧力信号ｐｓ１’〜ｐｓｎ’を検出する最低圧力検出手段、２０２は各負荷機器Ｌ１〜Ｌｎにおける最適な末端目標圧力ｐｒｅｆ１〜ｐｒｅｆｎが設定される末端目標圧力設定手段、２０３−１〜２０３−ｎは最低圧力検出手段２０１−１〜２０１−ｎから出力される最低圧力信号ｐｓ１’〜ｐｓｎ’と末端目標圧力設定手段２０２から出力される末端目標圧力ｐｒｅｆ１〜ｐｒｅｆｎのそれぞれとを対比して、末端圧力偏差値ｐｓ１’−ｐｒｅｆ１〜ｐｓｎ’−ｐｒｅｆｎを算出する末端圧力偏差検出手段、２０４は演算された末端圧力偏差値ｐｓ１’−ｐｒｅｆ１〜ｐｓｎ’−ｐｒｅｆｎの中から最も末端圧力偏差値の小さい最小末端圧力偏差値を選定する最小圧力偏差選定手段、２０５は補正圧力信号を作成するために使用する各末端別の下降レートａ１〜ａｎ（例えば０．０２ＫＰａ／秒）が設定可能に設けられた末端別下降レート選択手段、２０６は補正圧力信号を作成するために使用する各末端別の上昇レートｂ１〜ｂｎ（例えば０．０５Ｋｐａ／秒）が設定可能に設けられた末端別上昇レート選択手段、２０７は最小圧力偏差選択手段２０４から入力した最小末端圧力偏差値に基づいて補正圧力信号を形成し目標圧力補正信号加算手段２１に出力する補正演算手段である。
【００１９】
ここで、最低圧力検出手段２０１−１〜２０１−ｎは、周期的（例えば１サイクル１５０ｍｓ毎）にそれぞれの末端圧力信号ｐｓ１〜ｐｓｎにおける前回測定時の各末端圧力信号と今回測定時の各末端圧力信号を比較し、末端圧力信号の小さい方を最低圧力値として採用する。これを計測時間タイムアップ（例えば１２０ｓｅｃ）まで行い、それぞれの最低圧力検出手段２０１−１〜２０１ｎのそれぞれの最低圧力値を決定する。最低圧力値は、末端圧力偏差検出手段２０３−１〜２０３−ｎにおいて、それぞれの系統別に末端圧力目標設定手段２０２により設定された目標圧力信号ｐｒｅｆ１〜ｐｒｅｆｎと比較され、最低圧力偏差選定手段２０４により、いずれの系統の最小末端圧力偏差値として採用するかが選択される。
【００２０】
このとき、すべての最小末端圧力偏差値ｐｓ１’−ｐｒｅｆ１〜ｐｓｎ’−ｐｒｅｆｎが正の場合には、圧力の補正は、目標圧力を下げる方向に加算されるが、末端圧力偏差値ｐｓ１’−ｐｒｅｆ１〜ｐｓｎ’−ｐｒｅｆｎのうちのいずれかが負の場合は、目標圧力を上げる方向に加算される。
次に、本実施形態に係わる空気圧縮装置の制御装置の動作を図１および図２を用いて説明する。
【００２１】
図１に示すように、目標圧力補正手段２０は、負荷機器Ｌ１〜Ｌｎまでの空気圧系統の末端に設けた圧力変換器２２ー１〜２２ーｎによって検出した末端圧力ｐｓ１〜ｐｓｎと各々の末端目標圧力ｐｒｅｆ１〜ｐｒｅｆｎとの各々の圧力偏差に基づいて補正圧力信号を演算して目標圧力補正信号加算手段２１に出力する。目標圧力補正信号加算手段２１では、目標圧力信号に補正圧力信号を加算して目標圧力を補正する。目標圧力補正手段２０は、末端圧力ｐｓ１〜ｐｓｎと各々の末端目標圧力ｐｒｅｆ１〜ｐｒｅｆｎとの差が所定の値になるまで、補正圧力信号を繰り返し出力し、空気圧縮機Ｃ１〜Ｃｎの吐出圧力を低減して無駄な余剰動力を減らす。
【００２２】
通常、圧縮空気を多数の配管を経由して多数の負荷機器に供給する系統では、各々の負荷機器により配管等の構成が異なるため、配管Ｐ２、Ｐ３から各々の負荷機器Ｌ１〜Ｌｎ末端までに空気圧損に差が生じ、また、各負荷機器Ｌ１〜Ｌｎ間では空気の圧縮、膨張により元圧の変化から末端圧の変化までの時間遅れ（例えば数１０秒から数分）に差が生じる。このため末端圧力ｐｓ１〜ｐｓｎと各々の末端目標圧力ｐｒｅｆ１〜ｐｒｅｆｎとの圧力差をそのまま補正圧力信号として採用して、空気圧縮機Ｃ１〜Ｃ４の吐出圧力を変化しようとすると圧縮空気系統の制御が不安定となる。
【００２３】
そのため、本実施形態では、この不安定現象を防止するため、末端圧力ｐｓ１〜ｐｓｎと末端目標圧力ｐｒｅｆ１〜ｐｒｅｆｎ間に差が生じた時、目標圧力信号に所定の時間をかけて段階的に補正圧力信号を加える。即ち、補正圧力信号の印加後所定時間、補正圧力信号の出力を停止する間欠制御方式を用いる。さらに、所定の時刻毎に各負荷機器Ｌ１〜Ｌｎの末端圧力ｐｓ１〜ｐｓｎの測定を行い、各計測時刻における偏差の最も小さな系統の最小圧力偏差値ｐｓｘ’−ｐｒｅｆｘに基づいて補正圧力信号を作成する。従って、ある負荷機器Ｌｘの末端圧力偏差値ｐｓｘ’−ｐｒｅｆｘに基づく補正圧力信号による補正中においても、ある計測時点で、他の負荷機器Ｌｙの末端圧力偏差値ｐｓｙ’−ｐｒｅｆｙが負荷機器Ｌｘの末端圧力偏差値より少なくなる現象が生じた場合は、その最小圧力偏差値ｐｓｙ’−ｐｒｅｆｙに基づいた新たな補正圧力信号を作成して、目標圧力を補正し制御系の安定を図る。
【００２４】
次に、図２に示す目標圧力補正手段２０における処理手順を図３および図４に示すフローチャートを用いて説明する。
【００２５】
はじめに、ステップ１−１〜１−ｎでは、最低圧力検出手段２０１−１〜２０１−ｎにおいて、それぞれの系統毎の所定期間（例えば、１２０ｓｅｃ）中に検出された末端圧力信号ｐｓ１〜ｐｓｎの中の最低末端圧力信号ｐｓ１’〜ｐｓｎ’を検出する。次に、ステップ２−１〜２−ｎでは、末端圧力偏差検出手段２０３−１〜２０３−ｎにおいて、末端圧力偏差値ｐｓ１’−ｐｒｅｆ１〜ｐｓｎ’−ｐｒｅｆｎを演算する。次に、ステップ３において、最小圧力偏差選定手段２０４では、全ての末端圧力偏差値ｐｓ１’−ｐｒｅｆ１〜ｐｓｎ’−ｐｒｅｆｎが正か否かを判断する。全てが正の場合は、ステップ４で、演算された末端圧力偏差値ｐｓ１’−ｐｒｅｆ１〜ｐｓｎ’−ｐｒｅｆｎの中から最小末端圧力偏差値ｐｒｘ（＝ｐｓｘ’−ｐｒｅｆｘ）を選択する。次いで、ステップ５で、補正演算手段２０７において、選択された最小末端圧力偏差値ｐｒｘに所定の値（例えば、末端空気圧変動の時定数が短い場合には最小末端圧力偏差値ｐｒｘの８０％、あるいは末端空気圧変動の時定数が長い場合には最小末端圧力偏差値ｐｒｘの９０％等）を乗算して、補正量ｐｒｘ’を求める。さらに、ステップ６において、所定の周期△ｔ（例えば、１５０ｍｓ）毎の補正圧力値△ｓｄｘを用いて前記所定の周期△ｔ毎に何回（Ｎ１回）補正することにより補正量ｐｒｘ’を補正することができるかをＮ１＝ｐｒｘ’／△ｓｄｘから求める。なお、ここで、△ｓｄｘは、各末端別下降レート選択手段２０５の各系統毎に設定された所定の下降レートａ１〜ａｎのうち、当該系統の下降レートをａｘとすると、前記の所定の周期△ｔから、△ｓｄｘは△ｓｄｘ＝ａｘ／△ｔにより当該系統の既知の値として求められる。次に、ステップ７において求めたＮ１に基づいて、Ｎ１回の補正を行ったか否かを判断し、回数Ｎ１に達していない場合は、ステップ８において、目標圧力補正信号加算手段２１において目標圧力値からｎ・△ｓｄｘを減算すべく補正圧力信号として出力する。次いで、ステップ９において、補正回数ｎに１を加算する。次いで、ステップ１１において、この時点で演算された末端圧力偏差値ｐｓ１’−ｐｒｅｆ１〜ｐｓｎ’−ｐｒｅｆｎの中から最小末端圧力偏差値ｐｒｐを求め、これに基づく補正量ｐｒｐ’が現在補正中の補正量ｐｒｘ”より小さいか否かを判断する。小さい場合はステップ３に戻り、新たな系統に係わる補正処理を行うために、ステップ３からの処理を行う。小さくない場合は、ステップ７に戻って当該系統に係わる補正処理を続行する。ステップ７において、計算された補正回数Ｎ１に達した場合は、ステップ５で求めた補正量ｐｒｘ’の補正処理を終えたのでステップ１０において処理を終了する。
【００２６】
一方、ステップ３において、いずれかが負の場合は、ステップ１２で、最小偏差選択手段２０４において、演算された負の末端圧力偏差値ｐｓ１’−ｐｒｅｆ１〜ｐｓｎ’−ｐｒｅｆｎの中から最小末端圧力偏差値ｐｒｙを選択する。さらに、ステップ１３において、選択された最小末端圧力偏差値ｐｒｚ”に所定の値を乗算して、補正量ｐｒｙ’を求める。次に、ステップ１４において、所定の周期△ｔ（例えば、１５０ｍｓ）毎の補正圧力値△ｓｄｙを用いて所定の周期△ｔ毎に何回（Ｎ２回）補正することにより補正量ｐｒｙ’を補正することができるかをＮ２＝ｐｒｙ’／△ｓｄｙから求める。ここで、△ｓｄｙは、各末端別上昇レート選択手段２０６の各系統毎に設定された所定の上昇レートｂ１〜ｂｎのうち、当該系統の下降レートをｂｘとすると、所定の周期△ｔから、△ｓｄｙは△ｓｄｙ＝ａｙ／△ｔにより当該系統の既知の値として求められる。次に、ステップ１５において求められたＮ２に基づいて、Ｎ２回の補正を行ったか否かを判断し、回数Ｎ２に達していない場合は、ステップ１６において、目標圧力補正信号加算手段２１に目標圧力値にｎ・△ｓｄｙを加算すべく補正圧力値として出力する。次いで、ステップ１７において、補正回数ｎに１を加算し、次いで、ステップ１８において、この時点で演算された負の末端圧力偏差値ｐｓ１’−ｐｒｅｆ１〜ｐｓｎ’−ｐｒｅｆｎの中から最小末端圧力偏差値ｐｒｑを求め、これに基づく補正量ｐｒｑ’が現在補正中の補正量ｐｒｙ”より小さいか否かを判断しする。小さい場合はステップ３に戻り、新たな系統に係わる補正処理を行うために、ステップ３からの補正処理を行う。小さくない場合は、ステップ１５に戻って、当該系統に係わる補正処理を続行する。ステップ１５において、計算された補正回数Ｎ２に達した場合は、ステップ１３で求めた補正量ｐｒｙ’の補正処理を終了したのでステップ１０において処理を終了する。
【００２７】
なお、ステップ５およびステップ１３において、乗算される所定の値は、補正値が元圧配管から末端までの空気圧損の差、さらに空気の圧縮、膨張により元圧の変化から末端空気圧の変化までの時間遅れが生じるための効果がでる時間待ちを考慮して設定される。
【００２８】
次に、本実施形態の空気圧縮装置の制御装置における負荷機器Ｌ１および負荷機器Ｌｎの末端圧力の変化に対する目標圧力の補正の様子を図５から図７を用いて説明する。
【００２９】
図５（ｃ）において、今、負荷Ｌ１の末端圧力ｐｓ１が時刻ｔ１０で末端目標圧力ｐｒｅｆ１より低下した時、図５（ａ）に示すように、期間ｔｒａにわたって負荷機器Ｌ１の所定の上昇レートｂ１で逐次段階的に補正され、補正量ｐｒａ’に達するまで目標圧力に加えられる。また、通常、末端圧力の変動は図６に示すごとく、大周期の変動と小周期の変動の組み合わせとして生じるため、末端圧力の選定は所定の周期ｎ×Ｔｗａ（例えば３回目）の経過後の周期（時刻ｔ１３〜ｔ１４）における最低末端圧力が選定される。例えば、末端圧力ｐｓ１が図５（ｃ）のごとく時刻ｔ１３から順次増加している場合には、このときの末端圧力ｐｒｂは時刻ｔ１３の時の圧力偏差値ｐｒｂ＝ｐｓ１−ｐｒｅｆ１とすると、この圧力偏差値ｐｒｂが他の末端の圧力偏差に較べて最小の時には目標圧力の補正はこのときの補正量ｐｒｂ’を用いて、目標圧力を低下させる方向に加算する補正が行われる。この目標圧力への加算は負荷機器Ｌ１の所定の下降レートａ１で、順次目標圧力を低減して行く。
【００３０】
また、図５（ｄ）に示すように、例えば、時刻ｔｎ６においては負荷Ｌｎの末端の圧力偏差値ｐｒｃ＝ｐｓｎ−ｐｒｅｆｎが最小偏差値として検出されたときは、負荷機器Ｌｎの所定の下降レートａｎに従って低減される。上記各補正によって空気圧縮機Ｃ１〜Ｃ４からの吐出圧力は図５（ｂ）のように変化する。
【００３１】
また、図７に示すように、当初、例えば、負荷機器Ｌ１の末端圧力ｐｓ１と末端目標圧力ｐｒｅｆ１との圧力偏差ｐｒ１に基づいて作成された補正量ｐｒ１’による目標圧力の補正中において、時刻ｔａにおいて負荷機器Ｌ２末端の末端圧力ｐｓ２と末端目標圧力ｐｒｅｆ２との圧力偏差ｐｒ２に基づく補正量ｐｒ２’が補正中の圧力偏差ｐｒ１’より小さい場合には圧力目標値の補正を補正量ｐｒ２’による補正に切り換え補正処理を行う。
【００３２】
なお、本実施形態では、目標圧力補正値が大きすぎて過補正となることを防ぐために末端目標圧力設定手段２０２による末端目標圧力ｐｒｅｆ１〜ｐｒｅｆｎに較べ目標圧力補正値を小さくし、両者間に不感帯（バンド）を設け、例えば、空気圧縮装置容量２２０Ｋｗ〜９００Ｋｗが２６台の場合、４．９（ＫＰａ）を減算した値を目標圧力補正値としている。
【００３３】
図８に本実施形態に係わる空気圧縮装置の制御装置における末端圧力の変化および余剰圧力の変化の状況を示す。
【００３４】
本実施形態の元圧一定制御系に末端圧力制御を付加した場合は、図８（ａ）に示すように、図１１（ａ）の従来技術に比べて、改善領域に示されるように目標圧力が変化するために、図８（ｂ）に示すように、末端圧力と末端目標圧力との差が小さくなり、かつ圧力の変動幅も小さくなり、負荷機器に無駄な余剰圧力を加えることがなくなる。
【００３５】
図９は、他の実施形態に係わる空気圧縮装置の制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【００３６】
本実施形態は、先の実施形態に比べて、空気圧縮装置４によって制御されない、電動機Ｍ５、電動機制御装置１−５、空気圧縮機Ｃ５、空気圧縮装置Ｃ５を制御するロード／アンロードバルブ制御装置２−５が付加されていると共に、目標圧力補正手段２０’における補正制御が先の実施形態における目標圧力補正手段２０と異なる点で相違する。その他の構成は図１に示すものと同一であるので説明を省略する。
【００３７】
図示するように、電動機制御装置１−５およびロード／アンロードバルブ制御装置２−５は、圧縮空気制御装置４によって制御されず、単独でレシーバーータンクＲ１へ所定の圧縮空気を供給し、圧縮空気系統のベース運転を行っている。
【００３８】
そのため、圧縮空気制御装置４によって制御される空気圧縮装置と圧縮空気制御装置４によって制御されない空気圧縮装置との並列運転時において、負荷機器Ｌ１〜Ｌｎのいずれかにおいて圧縮空気の使用量が減少し、末端圧力に余剰圧力が発生した場合は、先の実施形態と同様に目標圧力を下げる方向に補正圧力信号が与えられる。このとき、負荷機器が必要とする圧縮空気量が、運転中の空気圧縮装置の出力より少ない場合には、目標圧力を下げる方向に補正制御が継続して行われるため、空気圧縮装置の空気圧縮機Ｃ１〜Ｃ４は順次停止し、全台数が停止しても未だ負荷機器の末端圧力が低下しない現象が発生することがある。このとき、目標圧力の補正を継続すると圧縮空気制御装置への制御指令信号が異常に低下し、その後の負荷機器における負荷の増加に伴って圧縮空気の発生量を増加させる必要が出てきたとき、圧縮空気制御装置への制御指令信号を目標圧力まで回復させるために大きな遅れが発生したり、また必要とする末端圧力が確認できない問題が生じることがある。
【００３９】
本実施形態では、このような問題を回避するために、目標圧力補正手段２０’では、選択された最小圧力偏差が所定の最小圧力偏差以下では補正圧力信号を出力しないようにする。具体的には、目標圧力補正手段２０’において、前記各負荷機器Ｌ１〜Ｌｎに供給される末端圧力ｐｓ１〜ｐｓｎ中の最低末端圧力ｐｓ１’〜ｐｓｎ’を検出し、この最低末端圧力とそれぞれの末端目標圧力との圧力偏差ｐｓ１’−ｐｒｅｆ１〜ｐｓｎ’−ｐｒｅｆｎの中から下限制限値以上であってかつ最小の末端圧力偏差を選択し、この末端圧力偏差を所定の下降レートで出力するように分割された補正圧力信号を目標圧力補正信号加算手段２１に出力して、目標圧力を補正する。その結果、前記選択された最小末端圧力偏差が前記所定の圧力以下の場合は、補正圧力信号が出力されなくなるため、圧縮空気制御装置への制御指令信号を異常に低下させることがなくなる。
【００４０】
本実施形態では、上記下限制限値としては、ベース運転中の総風量と設備使用最低風量の差に応じた圧力（例えば、ベース運転中の空気圧縮機の出力が９００Ｋｗ４台の場合、制限値は、例えば６８．６ＫＰａ）を用いる。
【００４１】
【発明の効果】
上記のごとく、本発明によれば、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、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たので、空気圧縮装置を安定的に制御すると共に、負荷機器への圧縮空気の供給を過不足なく制御して省エネルギー効果を果たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係わる空気圧縮装置の制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】 図１に示す目標圧力補正手段２０の詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】 図２に示す目標圧力補正手段２０における処理手順を示すフローチャートである。
【図４】 図２に示す目標圧力補正手段２０における処理手順を示すフローチャートである。
【図５】本実施形態における負荷機器の末端圧力の変化に対する目標圧力の補正の様子を説明するための図である。
【図６】本実施形態における負荷機器における末端圧力の変化の様子を説明するための図である。
【図７】本実施形態における補正量ｐｒ１’に基づいて目標圧力の補正中において、時刻ｔａにおいて計測された最小圧力偏差に基づく補正量ｐｒ２’が補正量ｐｒ１’より小さくなった場合の補正の切り換え処理を説明する図である。
【図８】本実施形態における元圧圧力の変化および末端圧力の変化の状況を示す図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係わる空気圧縮装置の制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１０】従来技術に係わる空気圧縮装置の制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１１】従来技術における元圧圧力の変化および末端圧力の変化の状況を示す図である。
【符号の説明】
Ｍ１〜Ｍ４ 電動機、
Ｃ１〜Ｃ４ 空気圧縮機
Ｐ１ 集合管
Ｐ２ 吐出空気管
Ｐ３ 末端配管
Ｒ１ レシーバーータンク
Ｌ〜Ｌｎ 負荷機器
１−１〜１−４ 電動機制御装置
２−１〜２−４ ロード／アンロードバルブ制御装置
３ 圧力変換器
４ 圧縮空気制御装置
１１ 目標圧力指令設定器
１２ 偏差圧力演算手段
１３ 圧力制御手段
１４ 台数制御手段
１５ 入出力装置
２０、２０’ 目標圧力補正手段
２１ 目標圧力補正信号加算手段
２２−１〜２２−ｎ 圧力変換器
２０１−１〜２０１−ｎ 最低圧力検出手段
２０２ 末端圧力目標設定手段
２０３−１〜２０３−ｎ 末端圧力偏差検出手段
２０４ 最低圧力偏差選定手段
２０５ 末端別下降レート選定手段
２０６ 末端別上昇レート選定手段
２０７ 補正値演算手段
Claims (6)
- 並列運転する複数台の空気圧縮機を備える空気圧縮装置と、該空気圧縮装置から出力される圧縮空気をレシーバータンクを介して複数の配管にそれぞれ接続される負荷機器に供給する圧縮空気供給部と、目標圧力と前記レシーバーータンクから検出される元圧圧力とに基づいて前記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、
前記圧縮空気制御部に、各所定時限における前記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、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たことを特徴とする空気圧縮装置の制御装置。 - 並列運転する複数台の空気圧縮機を備える空気圧縮装置と、該空気圧縮装置から出力される圧縮空気をレシーバータンクを介して複数の配管にそれぞれ接続される負荷機器に供給する圧縮空気供給部と、目標圧力と前記レシーバーータンクから検出される元圧圧力とに基づいて前記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、
前記圧縮空気制御部に、各所定時限における前記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する最低末端圧力検出手段と、前記各最低末端圧力とそれぞれの末端目標圧力との圧力偏差を演算する末端圧力偏差演算手段と、前記圧力偏差中の最小の圧力偏差を選択する最小圧力偏差選択手段と、前記最小の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する補正演算手段とからなる目標圧力補正手段とを設け、前記補正圧力によって前記目標圧力を補正することを特徴とする空気圧縮装置の制御装置。 - 請求項２において、前記補正演算手段は、前記補正圧力によって前記目標圧力の補正中において、当該補正中の最小圧力偏差より小さい最小圧力偏差が検出されたときは、検出された最小の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することを特徴とする空気圧縮装置の制御装置。
- 請求項２において、前記補正演算手段は、前記最小偏差選択手段によって選択された最小の圧力偏差を所定の係数を乗じて減じた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する補正演算手段とからなることを特徴とする空気圧縮装置の制御装置。
- 並列運転する複数台の空気圧縮機を備える第１の空気圧縮装置と、前記空気圧縮機と並列運転する第２の空気圧縮装置と、前記第１および第２の空気圧縮装置から出力される圧縮空気をレシーバータンクを介して複数の配管にそれぞれ接続される負荷機器に供給する圧縮空気供給部と、目標圧力と前記レシーバーータンクから検出される元圧圧力とに基づいて前記第１の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、
前記圧縮空気制御部に、各所定時限における前記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、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において所定の圧力偏差以上であつてかつ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たことを特徴とする空気圧縮装置の制御装置。 - 並列運転する複数台の空気圧縮機から出力される圧縮空気をレシーバータンクを介して複数の配管にそれぞれ接続される負荷機器に供給し、目標圧力と前記レシーバーータンクから検出される元圧圧力とに基づいて前記空気圧縮機から出力する圧縮空気を制御する空気圧縮装置の制御方法において、
各所定時限における前記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するステップと、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するステップと、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ステップとからなることを特徴とする空気圧縮装置の制御方法。
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