JP3891261B2 - Air supply system - Google Patents

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JP3891261B2 JP2001338031A JP2001338031A JP3891261B2 JP 3891261 B2 JP3891261 B2 JP 3891261B2 JP 2001338031 A JP2001338031 A JP 2001338031A JP 2001338031 A JP2001338031 A JP 2001338031A JP 3891261 B2 JP3891261 B2 JP 3891261B2
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  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
  • Flow Control (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の生産設備おいて用いられる圧縮空気を生成するコンプレッサを、効率的に運転してその省エネルギ化を図ることのできる空気供給システムに係り、特に空気使用機器における空気消費量をリアルタイムに計測することのできる空気消費量計測方法および計測装置、並びに空気供給システムの制御方法に関する。
【0002】
【関連する背景技術】
各種の生産設備においては、エアブロー用として、或いはエアシリンダの駆動源等として圧縮空気が用いられる。圧縮空気はコンプレッサを用いて生成され、一般的にはエアタンクに蓄積された後、所定の配管系を介してエアシリンダ等の各種の負荷(空気使用対象である機器)に供給される。
【0003】
そして従来一般的には、エアタンクに蓄積された圧縮空気の圧力をモニタし、この圧力に応じてコンプレッサの作動を制御することで上記エアタンク、ひいてはその配管系に、例えば0.7MPa以上の圧縮空気を確保するようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上述した如くして負荷に供給する圧縮空気を確保するに際しては、一般的には図6(a)に示すように配管系(エアタンク)の圧縮空気の圧力Pが低下した時点でコンプレッサを起動している。するとコンプレッサにて生成された圧縮空気は、配管系内の圧力を高めながらエアタンクへ、更には配管系を介して負荷へと供給され、図6(b)に示すようにコンプレッサから吐出される圧縮空気の流量が一時的に多くなる。即ち、配管系内における圧縮空気の圧力を高める分だけ、コンプレッサから多量の圧縮空気が吐出される。
【0005】
この為、コンプレッサは、負荷が必要とする以上の圧縮空気を生成することになり、コンプレッサにおける消費エネルギ(消費電力)が多大なものとなることが否めない。また負荷に供給される圧縮空気の流量は、その圧力によって変化するので、単に圧縮空気の流量(体積流量や質量流量)を検出してコンプレッサの作動を制御するにも問題がある。
【0006】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、空気使用機器が必要とする圧縮空気を確保しながらコンプレッサを効率的に運転してその省エネルギ化を図ることのできる空気供給システムを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するべく本発明に係る空気供給システムは、配管系内における圧縮空気の圧力Pとその質量(モル数nに比例)とが、空気の気体定数をR、温度をT、配管系の容積をVとしたとき、[RT/V]を係数Cとして比例関係にあることに着目したもので、
< > コンプレッサから配管系を介して空気使用対象に供給される圧縮空気の質量流量を求める流量計と、
< > 前記配管系を介して前記空気使用対象に供給される圧縮空気の圧力を求める圧力計と、
< > この圧力計にて求められた圧力を微分してその変化分を求める微分器と、
< > 前記流量計にて求められた質量流量と前記微分器にて求められた圧力変化分とに基づいて前記空気使用対象における空気消費量を検出する空気消費量検出手段と、
< > 前記圧縮空気の温度および/または前記流量計と圧力計との計測時間差に応じて上記空気消費量を補正する補正手段と、
< > 上記補正された空気消費量に応じて前記コンプレッサの作動を制御する制御手段と
を具備したことを特徴としている。
【0008】
具体的には前記空気消費量検出手段においては、空気の気体定数をR、温度をT、配管系の容積をVとしたとき、前記流量計にて求められる圧縮空気の質量流量Qinと、前記圧力変化検出手段により求められる圧縮空気の圧力Pの変化分ΔPとから、
Qout =Qin−ΔP/(RT/V)
として算出される空気量Qoutを空気使用量として求める。そしてこの空気使用量(空気量)Qoutを圧縮空気の温度および/または前記流量計と圧力計との計測時間差に応じて上記空気消費量を補正し、補正した空気消費量を制御量として前記コンプレッサの作動をフィードバック制御することを特徴としている。
【0009】
ちなみに前記圧縮空気の質量流量は、ヒータ素子と、このヒータ素子を挟んで圧縮空気の通流方向に設けられた一対の温度センサとを具備した熱式流量計を用いて検出される。
尚、コンプレッサのフィードバック制御は、複数台のコンプレッサを並列に用いる場合、これらのコンプレッサを選択的に駆動する台数制御を含む。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る圧縮空気供給装置について説明する。
図1はこの実施形態に係る圧縮空気供給装置に全体的な概略構成を示す図で、1a,1b,〜1nは並列に設けられた複数台のコンプレッサ、2は上記各コンプレッサ1a,1b,〜1nからそれぞれ供給される圧縮空気を蓄えるバッファとしてのエアタンクである。このエアタンク2に蓄積された圧縮空気は、所定の配管系3を介してエアブロー機構やエアシリンダ装置等からなる複数の負荷4a,4b,〜4mにそれぞれ供給される。
【0011】
尚、前記エアタンク2には該エアタンク3に蓄積された、ひいては前記配管系3に供給された圧縮空気の圧力Pを検出する圧力計5が設けられている。また配管系3には、該配管系3を介して前記各負荷4a,4b,〜4mに供給される圧縮空気の質量流量Qinを検出する流量計6が組み込まれている。
この質量流量Qinを検出する流量計6は、例えば特許第3096820号公報に詳しく紹介される熱式流量計からなる。即ち、熱式流量計は、図2にその概略構成を示すように、例えば2mm×2mm×0.5mmなる大きさのシリコンチップからなる所定の基台B上に設けた発熱抵抗体からなるヒータ素子Rhを間にして、流体の通流方向Fに測温抵抗体からなる一対の温度センサRu,Rdを設けた素子構造を有する。そして上記ヒータ素子Rhから発せられる熱の拡散度合い(温度分布)が前記流体(圧縮空気)の通流によって変化することを利用し、前記一対の温度センサRu,Rdの熱による抵抗値変化から前記流体の質量流量Qinを検出するものとなっている。尚、図中Rrは、前記ヒータ素子Rhから離れた位置に設けられた測温抵抗体からなる温度センサであって、周囲温度Tの計測に用いられる。
【0012】
さてこのように構成された圧縮空気の供給装置において、この発明が特徴とするところは、前記圧力計5にて検出される圧縮空気の圧力P、および前記流量計6にて検出される圧縮空気の質量流量Qinに従い、以下に説明するように負荷4a,4b,〜4mにおける圧縮空気の使用量Qoutを求め、この使用量Qoutに応じて前記コンプレッサ1a,1b,〜1nの作動をフィードバック制御する制御系10を備えている点にある。
【0013】
即ち、この制御系10は、前記圧力計5にて検出される配管系3における圧縮空気の圧力Pを微分して、その時間微分値[dP/dt]を圧力Pの変化分ΔPとして求める圧力変化検出手段(微分手段)11を備える。更に制御系10は、上記圧力変化分ΔPに所定の係数(1/C)を乗じる係数手段12を備える。尚、上記Cは、空気の気体定数をR、温度をT、配管系の容積をVとしたとき、[RT/V]として与えられる。
【0014】
そして制御系10は、更に上記係数手段12により所定の係数(1/C)を乗じた圧力変化分ΔP×(1/C)と、前記流量計6にて検出された圧縮空気の質量流量Qinとに従って圧縮空気の使用量Qoutを
Qout =Qin−ΔP×(1/C)=Qin−ΔP/(RT/V)
として求める差分手段13を備える。このようにして求められる圧縮空気の使用量Qoutが、前記コンプレッサ1a,1b,〜1nの作動を制御する制御部14に対してフィードバック制御量として与えられる。
【0015】
尚、制御部14によるコンプレッサ1a,1b,〜1nの作動制御の形態については、従来より提唱されているPID制御等の手法を適宜採用すれば良い。また各コンプレッサ1a,1b,〜1nの運転能力をそれぞれ可変制御することのみならず、並列に設けられた複数台のコンプレッサ1a,1b,〜1nを選択的に駆動する台数制御を行っても良いことは言うまでもない。
【0016】
ここで上述したフィードバック制御の原理について説明すると、配管系3における圧縮空気の状態は、圧縮空気のモル数をnとしたとき、気体の状態式から
PV = nRT …(1)
として表され、この状態式を変形することでその圧力Pを
P = n×(RT/V) …(2)
として表すことができる。尚、圧縮空気の温度Tが一定であると看做した場合、空気の気体定数R、および体積(配管系3内の容積)Vがそれぞれ一定であることから上記[RT/V]自体を一定の係数Cであると看做すことができ、従って上式(2)を
P = n×C …(2a)
として表現することもできる。
【0017】
ここで上記モル数nに標準状態の気体体積[22.4L](定数)を乗じることで配管3内における空気の標準状態での体積Aを
A = 22.4×n
として求めることができる。従ってこの体積Aを用いて上式(2a)を表現すれば、
P = A×(C/22.4) …(2b)
となり、係数Cを[C'=C/22.4]として置き換えれば、
P = A×C' …(2c)
として整理することができる。
【0018】
ここで上式(2c)を時間tで微分すると
dP/dt= dA/dt×C' …(3)
となり、配管中の空気の標準状態における体積変化量[dA/dt]を[Q]として置換すれば、上式(3)を
dP/dt= Q×C' …(3a)
として表すことができる。
【0019】
一方、配管中の空気の標準状態における体積変化量Qは、配管中の空気質量の変化量Qnに比例し、空気の標準状態の密度ρ(定数)として
Qn = Q×ρ …(4)
として表すことができる。従って上式(4)を前式(3)に代入すると
dP/dt= Qn×(C'/ρ)
= Qn×C" …(5)
として示すことができる。つまり配管中の空気質量の変化量Qnは、前述した係数C(C")に関して圧縮空気の圧力Pの変化分ΔP(微分値;dP/dt)に比例していることを見出すことができる。
【0020】
一方、上記配管中の空気質量の変化量Qnは、或る時点においてコンプレッサ1a,1b,〜1nが配管系3に吐出している圧縮空気の吐出量(質量流量)Qinと、配管系3から負荷4a,4b,〜4mが使用している圧縮空気の使用量(質量流量)Qoutとの差、即ち、
Qn=Qin−Qout …(6)
として表し得る。
【0021】
すると上式(5),(6)に着目すれば、負荷4a,4b,〜4mにおける圧縮空気の使用量Qoutは、
dP/dt(=ΔP)=Qn×C
=(Qin−Qout)×C
なる関係から、
Qout=Qin−(dP/dt)/C
=Qin−ΔP/C …(7)
として求めることができる。
【0022】
そして圧縮空気の圧力Pに変化がないとき、つまり[dP/dt=0]のときには、コンプレッサ1a,1b,〜1nが吐出している圧縮空気の吐出量Qinと、負荷4a,4b,〜4mが使用している圧縮空気の使用量Qoutとが等しいことを意味する[Qout=Qin]。また負荷4a,4b,〜4mが使用している圧縮空気の使用量Qoutが0のときには[Qout=0]、圧縮空気の圧力Pの変化は、コンプレッサ1a,1b,〜1nが吐出している圧縮空気の吐出量Qinに応じたものとなる[dP/dt=Qin×C]。
【0023】
従ってコンプレッサ1a,1b,〜1nが配管系3に吐出している圧縮空気の吐出量(質量流量)Qinを流量計6を用いて求め、また配管系3に供給された圧縮空気の圧力Pを圧力計5を用いて検出し、その圧力の時間変化(時間微分値;dP/dt)を変化分ΔPとして求めれば、これによって前式(6)に従って負荷4a,4b,〜4mが使用している圧縮空気の使用量(質量流量)Qoutを求めることが可能となる。そして負荷4a,4b,〜4mが使用している圧縮空気の使用量(質量流量)Qoutを補うべくコンプレッサ1a,1b,〜1nの作動を制御すれば、つまり上記質量流量Qoutを制御量として、コンプレッサ1a,1b,〜1nの作動をフィードバック制御すれば、配管系3内における圧縮空気を、図3に示すように略一定に保つことが可能となる。
【0024】
従って負荷4a,4b,〜4mが必要とする圧縮空気の必要圧力Pneedに比較して、配管系3に供給すべき圧縮空気の設定圧力Psetを大きく設定する必要がない。即ち、従来のようにコンプレッサ1a,1b,〜1nの起動に伴う圧縮空気の圧力変動を見込んで配管系3に対する圧縮空気の設定圧力Psetを大きく設定しなくても、圧縮空気の必要圧力Pneedと同程度の設定圧力Pset、或いは僅かに高い設定圧力Psetの下でコンプレッサ1a,1b,〜1nの作動を効率的にフィードバック制御することが可能となる。これ故、コンプレッサ1a,1b,〜1nの駆動に要するエネルギ(電気量)を大幅に低減し、その省エネルギ化を図ることが可能となる。
【0025】
またこのような空気供給システムが適用される工場等においては、多少なりともその配管系3から空気漏れが生じることが否めない。しかしこの空気漏れの分についても、前述したシステムによれば空気使用対象機器による空気使用量と併せた総合的な空気消費量として検出することができるので、コンプレッサ1a,1b,〜1nを効率的に駆動して配管系3の圧縮空気の圧力を安定に保つことができる。
【0026】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば配管系3に組み込む流量計6として、従来一般的な体積流量計測用の差圧式、タービン式、容積式、渦式、超音波式等の流量計を用いる場合には、例えば図4に示すように体積流量計6aにて計測される圧縮空気の体積流量Qvを、変換器6bを用いて圧縮空気の圧力Pと温度Tとに従い、前述した気体の状態式に従って質量流量Qmに変換するようにすれば良い。また質量流量計を用いる場合には、前述した熱式流量計に代えてコリオリ式質量流量計を用いることも勿論可能である。
【0027】
また前記制御系10をマイクロコンピュータ等により構成する場合には、例えば図5にその処理概念を示すように、圧力計5にて求められる圧縮空気の圧力Pを所定の周期毎にサンプリングすると共に[ステップS1]、この圧力Pのサンプリングに同期して前記流量計6にて求められる質量流量Qinをサンプリングする[ステップS2]。次いで前記サンプリング点間における上記圧力Pの変化分ΔPを求め[ステップS3]、更にこの圧力変化分ΔPに所定の係数1/C(=V/RT)を乗じる[ステップS4]。そして前記質量流量Qinと上記圧力変化分ΔPを係数処理した値ΔP(1/C)とから、コンプレッサ1a,1b,〜1nに対するフィードバック制御量として圧縮空気の使用量Qoutを求める[ステップS5]ようにすれば良い。
【0028】
更にはここでは圧縮空気の温度Tが一定であると看做してコンプレッサ1a,1b,〜1nに対するフィードバック制御量Qinを求めたが、温度Tに変化があるような場合には、図1に示すように補正手段15を用いて上述した如く求めた圧縮空気の使用量Qoutに対して温度補正を施すようにすれば良い。尚、図1に示す実施形態においては圧力計5と流量計6とをエアタンク2の近傍に設置しているので、両者の計測結果には実質的に時間差がないものとして取り扱うことができる。しかし実際的には圧力計5と流量計6とが距離的に離れて設置されることがあり、その計測に時間差が生じる場合がある。このような場合においても前記補正手段15を用いて圧縮空気の使用量Qoutを補正するようにすれば良い。
【0029】
また前述した実施形態においては、コンプレッサ1をフィードバック制御する例について示したが、予測制御等のフィードフォワード制御を用いることも可能である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、圧縮空気の質量流量に着目してコンプレッサの作動を制御するので、コンプレッサから配管系を介して空気使用機器に供給される圧縮空気の消費量をリアルタイムに計測し、その圧力を容易に適正化することができる。この結果、コンプレッサの駆動に要するエネルギ(電力量)を低減してその省エネルギ化を効果的に図り得る。しかも簡易にして効果的に圧縮空気の安定供給を実現することができる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る空気供給システムの全体的な概略構成図。
【図2】質量流量を計測する為の熱式流量計の例を示す図。
【図3】図1に示す空気供給システムにおける空気消費量に基づくコンプレッサの制御による配管系での圧縮空気の圧力変化の様子を示す図。
【図4】質量流量を計測する流量計の別の構成例を示す図。
【図5】マイクロコンピュータによる空気使用量(制御量)Qoutの算出手順の例を示す図。
【図6】従来の空気供給システムにおける圧縮空気の圧力変化とコンプレッサからの圧縮空気の吐出量(流量)の変化の様子を示す図。
【符号の説明】
1a,1b,〜1n コンプレッサ
2 エアタンク
3 配管系
4a,4b,〜4m 負荷
5 圧力計
6 流量計
10 制御系
11 微分手段(ΔP算出)
12 係数手段
13 差分手段
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an air supply system that can efficiently operate a compressor that generates compressed air used in various production facilities to save energy, and in particular , reduces air consumption in air-using equipment. The present invention relates to an air consumption measurement method and a measurement apparatus that can measure in real time, and an air supply system control method.
[0002]
[Related background]
In various production facilities, compressed air is used for air blow or as a drive source for an air cylinder. Compressed air is generated using a compressor, and is generally stored in an air tank, and then supplied to various loads (equipment for air use) such as an air cylinder through a predetermined piping system.
[0003]
In general, the pressure of the compressed air accumulated in the air tank is generally monitored, and the operation of the compressor is controlled in accordance with the pressure so that the compressed air of, for example, 0.7 MPa or more is added to the air tank, and thus the piping system. To ensure.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when securing the compressed air to be supplied to the load as described above, the compressor is generally started when the pressure P of the compressed air in the piping system (air tank) decreases as shown in FIG. is doing. Then, the compressed air generated by the compressor is supplied to the air tank and further to the load via the piping system while increasing the pressure in the piping system, and is compressed and discharged from the compressor as shown in FIG. The air flow rate temporarily increases. That is, a large amount of compressed air is discharged from the compressor as much as the pressure of the compressed air in the piping system is increased.
[0005]
For this reason, the compressor will generate more compressed air than required by the load, and it cannot be denied that the energy consumption (power consumption) in the compressor will be great. Further, since the flow rate of the compressed air supplied to the load changes depending on the pressure, there is a problem in controlling the operation of the compressor simply by detecting the flow rate (volume flow rate or mass flow rate) of the compressed air.
[0006]
The present invention has been made in consideration of such circumstances, and the object thereof is to efficiently operate the compressor while ensuring the compressed air required by the air-using device and to save energy. It is to provide an air supply system .
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described object, the air supply system according to the present invention has a pressure P of compressed air and its mass (proportional to the number of moles n) in the piping system, the air gas constant R, the temperature T, and the piping. Focusing on the fact that when the volume of the system is V, [RT / V] is a proportional relationship with coefficient C,
A flow meter for determining the mass flow rate of compressed air supplied to the air used subject via pipeline from <a> compressor,
< b > a pressure gauge for obtaining a pressure of compressed air supplied to the air use object via the piping system;
< c > A differentiator for differentiating the pressure obtained by the pressure gauge to obtain the change,
< d > an air consumption detecting means for detecting an air consumption in the air use object based on a mass flow obtained by the flow meter and a pressure change obtained by the differentiator;
< e > Correction means for correcting the air consumption according to the temperature of the compressed air and / or the measurement time difference between the flow meter and the pressure gauge;
< f > control means for controlling the operation of the compressor according to the corrected air consumption;
It is characterized by comprising.
[0008]
Specifically, in the air consumption detection means, when the gas constant of air is R, the temperature is T, and the volume of the piping system is V, the mass flow rate Qin of compressed air obtained by the flow meter, From the change ΔP of the pressure P of the compressed air obtained by the pressure change detection means,
Qout = Qin−ΔP / (RT / V)
Is calculated as an air consumption amount. The air consumption amount (air amount) Qout is corrected according to the temperature of the compressed air and / or the measurement time difference between the flow meter and the pressure gauge, and the compressor is used with the corrected air consumption amount as a control amount. It is characterized by feedback control of the operation.
[0009]
Incidentally, the mass flow rate of the compressed air is detected by using a thermal flow meter including a heater element and a pair of temperature sensors provided in the flow direction of the compressed air across the heater element.
Note that the feedback control of the compressor includes a unit control for selectively driving these compressors when a plurality of compressors are used in parallel.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a compressed air supply device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing an overall schematic configuration of a compressed air supply apparatus according to this embodiment, wherein 1a, 1b,... 1n are a plurality of compressors provided in parallel, and 2 are the compressors 1a, 1b,. It is an air tank as a buffer which stores the compressed air each supplied from 1n. The compressed air accumulated in the air tank 2 is supplied to a plurality of loads 4 a, 4 b, and 4 m each composed of an air blow mechanism, an air cylinder device, and the like via a predetermined piping system 3.
[0011]
The air tank 2 is provided with a pressure gauge 5 for detecting the pressure P of the compressed air accumulated in the air tank 3 and thus supplied to the piping system 3. The piping system 3 incorporates a flow meter 6 for detecting a mass flow rate Qin of compressed air supplied to the loads 4a, 4b, to 4m through the piping system 3.
The flow meter 6 for detecting the mass flow rate Qin is, for example, a thermal flow meter introduced in detail in Japanese Patent No. 3096820. That is, as shown in FIG. 2, the thermal flow meter is a heater composed of a heating resistor provided on a predetermined base B made of a silicon chip having a size of 2 mm × 2 mm × 0.5 mm, for example. The element structure is provided with a pair of temperature sensors Ru and Rd made of a resistance temperature detector in the fluid flow direction F with the element Rh interposed therebetween. Then, by utilizing the fact that the degree of diffusion (temperature distribution) of the heat generated from the heater element Rh changes due to the flow of the fluid (compressed air), the resistance value change due to the heat of the pair of temperature sensors Ru and Rd The mass flow rate Qin of the fluid is detected. In the figure, Rr is a temperature sensor made of a resistance temperature detector provided at a position away from the heater element Rh, and is used for measuring the ambient temperature T.
[0012]
In the compressed air supply apparatus configured as described above, the present invention is characterized by the pressure P of the compressed air detected by the pressure gauge 5 and the compressed air detected by the flow meter 6. In accordance with the mass flow rate Qin, the amount of compressed air used Qout at loads 4a, 4b, .about.4m is obtained as described below, and the operations of the compressors 1a, 1b, .about.1n are feedback controlled in accordance with the amount of usage Qout. The control system 10 is provided.
[0013]
That is, the control system 10 differentiates the pressure P of the compressed air in the piping system 3 detected by the pressure gauge 5 and obtains the time differential value [dP / dt] as a change ΔP of the pressure P. A change detecting means (differential means) 11 is provided. Further, the control system 10 includes coefficient means 12 for multiplying the pressure change ΔP by a predetermined coefficient (1 / C). The C is given as [RT / V] where R is the gas constant of air, T is the temperature, and V is the volume of the piping system.
[0014]
The control system 10 further includes a pressure change ΔP × (1 / C) multiplied by a predetermined coefficient (1 / C) by the coefficient means 12 and a mass flow rate Qin of the compressed air detected by the flowmeter 6. Compressed air consumption amount Qout in accordance with Qout = Qin−ΔP × (1 / C) = Qin−ΔP / (RT / V)
The difference means 13 to be obtained is provided. The amount Qout of compressed air determined in this way is given as a feedback control amount to the control unit 14 that controls the operation of the compressors 1a, 1b, .about.1n.
[0015]
In addition, what is necessary is just to employ | adopt conventionally methods, such as PID control, about the form of the operation control of the compressors 1a, 1b, and -1n by the control part 14. FIG. In addition to variably controlling the operation capability of each of the compressors 1a, 1b, to 1n, the number of units that selectively drive a plurality of compressors 1a, 1b, to 1n provided in parallel may be controlled. Needless to say.
[0016]
Here, the principle of the feedback control described above will be explained. The state of compressed air in the piping system 3 is expressed by PV = nRT (1) from the gas state equation where n is the number of moles of compressed air.
By transforming this state equation, the pressure P is changed to P = n × (RT / V) (2)
Can be expressed as When the temperature T of the compressed air is considered to be constant, the air constant R and the volume (volume in the piping system 3) V are constant, so that [RT / V] itself is constant. Therefore, the above equation (2) can be regarded as P = n × C (2a).
It can also be expressed as
[0017]
Here, by multiplying the number of moles n by the gas volume [22.4L] (constant) in the standard state, the volume A in the standard state of air in the pipe 3 is A = 22.4 × n.
Can be obtained as Therefore, if the above equation (2a) is expressed using this volume A,
P = A × (C / 22.4) (2b)
If the coefficient C is replaced as [C ′ = C / 22.4],
P = A × C ′ (2c)
Can be organized as.
[0018]
Here, when the above equation (2c) is differentiated by time t,
dP / dt = dA / dt × C ′ (3)
If the volume change [dA / dt] in the standard state of the air in the pipe is replaced with [Q], the above equation (3) is obtained.
dP / dt = Q × C ′ (3a)
Can be expressed as
[0019]
On the other hand, the volume change amount Q in the standard state of the air in the pipe is proportional to the change amount Qn of the air mass in the pipe, and the density ρ (constant) in the standard state of the air is Qn = Q × ρ (4)
Can be expressed as Therefore, substituting the above equation (4) into the previous equation (3)
dP / dt = Qn × (C ′ / ρ)
= Qn x C "(5)
Can be shown as That is, it can be found that the change amount Qn of the air mass in the pipe is proportional to the change ΔP (differential value; dP / dt) of the pressure P of the compressed air with respect to the coefficient C (C ″) described above.
[0020]
On the other hand, the amount of change Qn of the air mass in the pipe is determined by the discharge amount (mass flow rate) Qin of the compressed air that the compressors 1a, 1b,. The difference from the compressed air consumption (mass flow rate) Qout used by the loads 4a, 4b, to 4m, that is,
Qn = Qin−Qout (6)
Can be expressed as
[0021]
Then, if attention is paid to the above formulas (5) and (6), the amount of compressed air used Qout at the loads 4a, 4b, and 4m is
dP / dt (= ΔP) = Qn × C
= (Qin-Qout) x C
From the relationship
Qout = Qin− (dP / dt) / C
= Qin−ΔP / C (7)
Can be obtained as
[0022]
When there is no change in the pressure P of the compressed air, that is, when [dP / dt = 0], the discharge amount Qin of the compressed air discharged from the compressors 1a, 1b, ˜1n and the loads 4a, 4b, ˜4m Means that the amount of compressed air used Qout is equal to Qout [Qout = Qin]. Further, when the usage amount Qout of the compressed air used by the loads 4a, 4b, .about.4m is 0 [Qout = 0], the change of the pressure P of the compressed air is discharged by the compressors 1a, 1b, .about.1n. It corresponds to the discharge amount Qin of compressed air [dP / dt = Qin × C].
[0023]
Accordingly, the discharge amount (mass flow rate) Qin of the compressed air discharged from the compressors 1a, 1b,..., 1n to the piping system 3 is obtained using the flow meter 6, and the pressure P of the compressed air supplied to the piping system 3 is obtained. If the pressure change is detected using the pressure gauge 5 and the time change (time differential value; dP / dt) of the pressure is obtained as the change ΔP, the loads 4a, 4b, and 4m are used in accordance with the above equation (6). The used amount (mass flow rate) Qout of compressed air can be obtained. Then, if the operation of the compressors 1a, 1b, ˜1n is controlled in order to compensate for the use amount (mass flow rate) Qout of the compressed air used by the loads 4a, 4b, ˜4m, that is, the mass flow rate Qout is used as a control amount. If the operations of the compressors 1a, 1b, .about.1n are feedback-controlled, the compressed air in the piping system 3 can be kept substantially constant as shown in FIG.
[0024]
Therefore, it is not necessary to set the set pressure Pset of the compressed air to be supplied to the piping system 3 larger than the necessary pressure Pneed of the compressed air required by the loads 4a, 4b, to 4m. That is, the required pressure Pneed of the compressed air can be obtained without setting the compressed air set pressure Pset for the piping system 3 large in view of the pressure fluctuation of the compressed air accompanying the start-up of the compressors 1a, 1b,. The operation of the compressors 1a, 1b, to 1n can be efficiently feedback-controlled under the same set pressure Pset or a slightly higher set pressure Pset. Therefore, it is possible to significantly reduce the energy (electric amount) required for driving the compressors 1a, 1b, to 1n and to save energy.
[0025]
In a factory or the like to which such an air supply system is applied, it cannot be denied that air leaks from the piping system 3 to some extent. However, this air leak can also be detected as a total air consumption combined with the amount of air used by the target device according to the above-described system, so that the compressors 1a, 1b,. And the pressure of the compressed air in the piping system 3 can be kept stable.
[0026]
The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, as a flow meter 6 incorporated in the piping system 3, when using a conventional differential pressure type, volume type, volume type, vortex type, ultrasonic type flow meter for volume flow rate measurement, for example, as shown in FIG. Thus, the volume flow rate Qv of the compressed air measured by the volume flow meter 6a is converted into the mass flow rate Qm according to the above-described gas state equation according to the pressure P and temperature T of the compressed air using the converter 6b. You can do it. In the case of using a mass flow meter, it is of course possible to use Coriolis mass flow meter in place of the thermal flow meter as described above.
[0027]
When the control system 10 is constituted by a microcomputer or the like, for example, as shown in the processing concept in FIG. 5, the pressure P of the compressed air obtained by the pressure gauge 5 is sampled at predetermined intervals [ In step S1, the mass flow rate Qin obtained by the flow meter 6 is sampled in synchronization with the sampling of the pressure P [step S2]. Next, a change ΔP of the pressure P between the sampling points is obtained [Step S3], and the pressure change ΔP is further multiplied by a predetermined coefficient 1 / C (= V / RT) [Step S4]. Then, from the mass flow rate Qin and the value ΔP (1 / C) obtained by coefficient processing of the pressure change ΔP, a use amount Qout of compressed air is obtained as a feedback control amount for the compressors 1a, 1b, to 1n [step S5]. You can do it.
[0028]
Further, here, it is considered that the temperature T of the compressed air is constant, and the feedback control amount Qin for the compressors 1a, 1b, .about.1n is obtained. However, when the temperature T varies, FIG. As shown, the correction means 15 may be used to correct the temperature of the compressed air use amount Qout obtained as described above. In the embodiment shown in FIG. 1, since the pressure gauge 5 and the flow meter 6 are installed in the vicinity of the air tank 2, the measurement results of both can be handled as having substantially no time difference. However, in practice, the pressure gauge 5 and the flow meter 6 may be installed at a distance from each other, and there may be a time difference in the measurement. Even in such a case, the correction means 15 may be used to correct the compressed air usage Qout.
[0029]
In the above-described embodiment, an example in which the compressor 1 is feedback-controlled has been described. However, it is also possible to use feedforward control such as predictive control. In addition, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the scope of the invention.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the operation of the compressor is controlled by focusing on the mass flow rate of the compressed air, the consumption amount of the compressed air supplied from the compressor to the air-use equipment via the piping system is controlled in real time. It is possible to measure and to easily optimize the pressure. As a result, it is possible to reduce the energy (electric power amount) required for driving the compressor and effectively save the energy. In addition, it is possible to achieve practically great effects such as simple and effective stable supply of compressed air.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall schematic configuration diagram of an air supply system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of a thermal flow meter for measuring a mass flow rate.
FIG. 3 is a diagram showing a state of pressure change of compressed air in a piping system under control of a compressor based on air consumption in the air supply system shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a diagram showing another configuration example of a flow meter for measuring a mass flow rate.
FIG. 5 is a diagram showing an example of a procedure for calculating an air use amount (control amount) Qout by a microcomputer.
FIG. 6 is a diagram illustrating a change in pressure of compressed air and a change in discharge amount (flow rate) of compressed air from a compressor in a conventional air supply system.
[Explanation of symbols]
1a, 1b, ˜1n Compressor 2 Air tank 3 Piping system 4a, 4b, ˜4m Load 5 Pressure gauge 6 Flow meter 10 Control system 11 Differentiation means (ΔP calculation)
12 Coefficient means 13 Difference means

Claims (2)

コンプレッサから配管系を介して空気使用対象に供給される圧縮空気の質量流量を求める流量計と、A flow meter for determining the mass flow rate of compressed air supplied from the compressor to the air use target through the piping system;
前記配管系を介して前記空気使用対象に供給される圧縮空気の圧力を求める圧力計と、  A pressure gauge for determining the pressure of compressed air supplied to the air use object via the piping system;
この圧力計にて求められた圧力を微分してその変化分を求める微分器と、  A differentiator for differentiating the pressure obtained by the pressure gauge to obtain the change,
前記流量計にて求められた質量流量と前記微分器にて求められた圧力変化分とに基づいて前記空気使用対象における空気消費量を検出する空気消費量検出手段と、  An air consumption detecting means for detecting an air consumption amount in the air use target based on a mass flow rate obtained by the flow meter and a pressure change obtained by the differentiator;
前記圧縮空気の温度および/または前記流量計と圧力計との計測時間差に応じて上記空気消費量を補正する補正手段と、  Correction means for correcting the air consumption according to the temperature of the compressed air and / or the measurement time difference between the flow meter and the pressure gauge;
上記補正された空気消費量に応じて前記コンプレッサの作動を制御する制御手段とを具備したことを特徴とする空気供給システム。  An air supply system comprising control means for controlling the operation of the compressor in accordance with the corrected air consumption.
前記圧縮空気の質量流量を求める流量計は、ヒータ素子と、このヒータ素子を挟んで圧縮空気の通流方向に設けられた一対の温度センサとを具備した熱式流量計からなる請求項1に記載の空気供給システム。The flow meter for determining the mass flow rate of the compressed air comprises a thermal flow meter comprising a heater element and a pair of temperature sensors provided in the flow direction of the compressed air across the heater element. The air supply system described.
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JP4584599B2 (en) * 2004-01-30 2010-11-24 株式会社日立製作所 Compressor
CN1940294B (en) * 2005-09-30 2011-06-01 株式会社日立制作所 Control system for air-compressing apparatus
US7818092B2 (en) 2006-01-20 2010-10-19 Fisher Controls International Llc In situ emission measurement for process control equipment
JP5314545B2 (en) * 2009-09-11 2013-10-16 福岡電機株式会社 Flow rate measurement unit and flow rate measurement system using the same
CN101672271B (en) * 2009-10-19 2012-05-23 北京乐普四方方圆科技股份有限公司(中国) Air compressor energy-saving controller with constant pressure and dormancy and control method
JP5444264B2 (en) * 2011-01-28 2014-03-19 株式会社日立産機システム Control device for gas compressor
JP5966870B2 (en) * 2012-11-09 2016-08-10 オムロン株式会社 Line control apparatus, control method thereof, and program
CN105022418B (en) * 2015-08-04 2018-12-14 衡阳中微科技开发有限公司 Stablize the method for negative-pressure pneumatic transmission system air flow rate by automatic flow rate adjusting device
CN114370949A (en) * 2021-12-29 2022-04-19 贵州电网有限责任公司 Method for predicting temperature limit output of compressed air energy storage system

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