JP4843537B2 - 空調制御システムにおける中央監視制御方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、ビル管理会社などの中央監視制御装置によって、各ビルに設けられた各空調装置の監視制御、検査などを行うようにした空調制御システムにおける中央監視制御方法および装置に関する。

ビル管理会社などの中央監視制御装置によって、各ビルに設けられた各空調装置の監視制御する空調制御システムとして、従来、図５に示すシステムが知られている。

この図に示す空調制御システム１０１は、中央監視制御装置１０２がネットワーク３を介して複数の空調装置１０４と接続される構成となっている。各空調装置１０４は、各ビルに配置され、ビル内の温度データ、湿度データ、使用電力データなどを収集してネットワーク１０３上に送出する処理、ネットワーク１０３を介して供給される制御指令に基づき、ビルの空調を行う処理などを行う。中央監視制御装置１０２は、ビル管理会社などに配置され、ネットワーク１０３を介して、各ビルの空調を監視制御する。
特開２００５−０７３４１５号公報

ところで、このような空調制御システム１０１のメンテナンスでは、年１回程度のペースで現地に技術者を派遣して、各空調装置１０４を構成するＤＤＣなどの調節器１０５、温度センサなどの検出端１０６、バルブ（弁）、ダンパ、インバータなどの操作端１０７について、以下の確認を行い、各空調装置１０４が正常に動作するかどうかを検査している。

検出端１０６については、別途校正された計器により計測し、検出端１０６で計測された値との誤差が規定値以内かどうか。必要により検出端１０６を校正する。

操作端１０７については、入力信号に対して、所定の動作をするかどうか。例えば、信号“４ｍＡ”で弁開度“０％”、“８ｍＡ”で弁開度“２５％”、“１２ｍＡ”で弁開度“５０％”、“１６ｍＡ”で弁開度“７５％”、“２０ｍＡ”で弁開度“１００％”になるかどうかを検査する。

調節器１０５については、一般には単品での動作確認は行わず、検出端１０６、操作端１０７を合わせたループとして、制御性（応答性、偏差、ハンチング有無）を確認、パラメータ調整を行う。

そして、これら調節器１０５、検出端１０６、操作端１０７などが１つ１つ正確に動作しているとき、現状の制御に問題なく、機器も壊れていない（故障は治した）ので、「来年のメンテナンスまでしばらく安心だ」と判断する。

しかしながら、このような点検方法では、システムの維持管理にコストがかかりすぎ、年に１回ないし数回しかできない。また、ユーザによっては全く点検を実施していない場合もあり、居住者に快適な環境を提供することができない。また、クレームがきたときだけ、対応しているビルもある。

本発明は上記の事情に鑑み、技術者を現地へ派遣することなく、各空調装置に設けられた調節器、検出端の点検を遠隔にて行い、点検動作で、調節器または検出端に何らかの異常が見つかったとき、これをオペレータに知らせることにより、あるいはパラメータの自動チューニングを行うことにより、システムの維持管理コストを大幅に低減させることができる空調制御システムにおける中央監視制御方法および装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために本発明は、建物に設けられた空調装置を監視制御して前記建物の空調を行わせる空調制御システムにおける中央監視制御方法であって、前記空調装置の稼働状況を示すデータを取り込み、制御偏差が有るかどうかを判定する制御偏差判定処理と、前記制御偏差判定処理により制御偏差が有ると判定されると前記空調装置側に設置された調節器のパラメータをチューニングするチューニング処理と、前記制御偏差判定処理による判定を行った後、または、前記チューニング処理によるチューニングを行った後、前記空調装置の操作端に与える出力指令を強制的に変化させ、前記検出端の検出結果が変化するかどうかに基づき、前記操作端の異常有無を判定する操作端異常有無判定処理と、を空調制御システムに実行させることを特徴としている

また、建物に設けられた空調装置を監視制御して前記建物の空調を行わせる空調制御システムにおける中央監視制御装置であって、前記空調装置の稼働状況を示すデータを取り込み、制御偏差が有るかどうかを判定する制御偏差判定手段と、前記制御偏差判定手段により制御偏差が有ると判定されると前記空調装置側に設置された調節器のパラメータをチューニングするチューニング手段と、前記制御偏差判定手段による判定を行った後、または、前記チューニング手段によるチューニングを行った後、前記空調装置の操作端に与える出力指令を強制的に変化させ、前記検出端の検出結果が変化するかどうかに基づき、前記操作端の異常有無を判定する操作端異常有無判定手段と、を備えたことを特徴としている。

本発明による空調制御システムにおける中央監視制御装置によれば、技術者を現地へ派遣することなく、各空調装置に設けられた調節器、検出端の点検を行わせ、点検動作で、調節器、または検出端に何らかの異常が見つかったとき、これをオペレータに知らせることができ、また、点検動作で、稼働状況と、検出結果との間に制御上の偏差が見つかったとき、パラメータの自動チューニングを行わせて、偏差を無くすることができ、これによってシステムの維持管理コストを大幅に低減させることができる。

《発明の概要説明》
まず、発明者らは、ビルに設置された空調装置の点検について、その意味を考察した。

その結果、ビルに設置された空調装置に対するメンテナンスの主目的は、空調がきちんとできて、居住者に快適な環境を提供するための機能が備わっているかどうかをチェックすることであるという結論を至った。

また、ビルにおける空調制御では、通常の製造プラントと異なり、以下の特徴があることも分かった。

まず、メンテナンスの目的が快適環境を提供することであり、快適さという点に曖昧さが含まれることから、通常の製造プラントと異なり、制御精度がシビアでない。

また、年間を通じて季節による緩やかな負荷変動があるが、連続する日々の負荷は似かよっている。

そこで、本発明では、調節器、検出端、操作端などについて、制御性が良いかどうかを検査する方法として、各空調装置を運転しながら、室内環境に支障ない範囲で、中央監視制御装置から各空調装置を制御して、操作端に対する出力指令を一時的に“ＭＡＸ”、“ＭＩＮ”に変化させる。その後、元に戻したとき、検出端の値が追従して変化するかどうかを検査し、検出端の追従性に問題がなけば、現在、操作端の動きと、制御の追従性と、検出端の検出動作とについて問題が無いと判定し、向こうしばらくの間、例えば１ヶ月間、負荷変動に対応できると判断することにした。

このような検査を１ヶ月おきに行えば、年間を通して、安心して空調を運用することができると思われる。

また、このような考え方であれば、従来のように各機器を１つ１つ動作チェックしなくても、ユーザに安心感をもたらすことができるとともに、技術者を現地へ派遣しなくても、実現できることから、メンテナンスの低コスト化を図ることができるとともに、従来の年１回等の低頻度のメンテナンスから、毎月のように高頻度のメンテナンスを行うことができ、問題点を早期に発見することもできる。

《実施形態の説明》
図１は本発明による空調制御システムにおける中央監視制御装置の一実施形態を示すブロック図である。

この図に示す空調制御システム１は、各ビルに配置され、ビル内の温度データ、湿度データ、使用電力データなどを収集して、ネットワーク３上に送出する処理、ネットワーク３を介して供給される制御指令に基づき、ビルの空調を行う処理などを行う複数の空調装置４と、ビル管理会社などに配置され、ネットワーク３を介して、各ビルの空調を監視制御する中央監視制御装置２とを備えている。そして、中央監視制御装置２によって、各空調装置４で収集された温度、湿度、使用電力などを示すデータを取り込んで、集中監視しながら、各空調装置４に制御指令を与えて、各ビルの空調を集中制御する。また、月に１回程度の頻度で、中央監視制御装置２によって、各空調装置４の動作状況を検査し、何らかの異常が見つかったとき、中央監視制御装置２のオペレータなどに異常内容を知らせ、適切な対処をとらせる。

中央監視制御装置２は、ビル管理会社のオペレータなどによって操作される入力部５と、監視制御画面などを表示する表示部６と、管理帳票などをプリントアウトするプリンタ７と、入力部５から入力された監視制御指示に基づき、各空調装置４を監視制御する処理、予め設定された周期で、各空調装置４を順次、選択して、動作状況を検査し、何らかの異常が見つかったとき、表示部６の監視制御画面上に異常内容などを表示する処理、プリンタから管理帳票、検査結果などをプリントアウトする処理などを行う監視制御部８とを備えている。

監視制御部８は、検出結果判定手段８１と、異常有無判定手段８２と、チューニング手段８３とを備えている。

検出結果判定手段８１は、空調装置４の稼働状況と空調装置４の空調環境に設けられた検出端の検出結果とが対応しているかどうかを判定する。また、空調装置の稼働状況と検出端の検出結果との間に制御上の偏差があるかどうかを判定する。異常有無判定手段８２は、検出結果判定手段８１の判定結果に基づいて前記検出端の異常有無を判定する。また、異常有無判定手段８２は、空調装置４の操作端に与える出力指令を強制的に変化させたとき、検出端の検出結果が変化するかどうかに基づき、前記操作端の異常有無を判定する。チューニング手段８３は、検出結果判定手段８１の判定の結果、制御上の偏差があるときには、空調装置側に設置された調節器のパラメータをチューニングする。また、前記空調装置の操作端に与える出力指令を強制的に変化させた後で、元の出力指令に戻したとき、検出端の検出結果が追従して元に戻るかどうかに基づき、調節器の追従性を判定し、前記追従性が悪いとき、前記調節器のパラメータをチューニングする。

各空調装置４は各々、ビル内の温度、湿度、使用電力などを検出する検出端１１と、入力された出力指令に応じて、弁、ダンパ、インバータなどを駆動する操作端１２と、検出端１１で得られた検出結果を取り込んで、中央監視制御装置２に温度、湿度、使用電力などを示すデータを供給する処理、パラメータなどの設定値と検出端１１で得られた検出結果とに基づき、操作端１２に出力指令を与えて、弁開度、ダンパ開度、インバータの回転数などを制御し、ビルの空調を制御する処理、中央監視制御装置２から供給される検査指令に基づき、検出端１１、操作端１２の動作を検査し、検査結果を中央監視制御装置に供給する処理などを行う調節器１０とを備えている。

そして、検出端１１で得られた検出結果を取り込んで、中央監視制御装置２に温度、湿度、使用電力などを示すデータを供給しながら、設定されている設定値と検出端１１で得られた検出結果とに基づき、操作端１２に出力指令を与えて、弁開度、ダンパ開度、インバータの回転数などを制御し、ビルの空調を制御する。また、中央監視制御装置２から供給される検査指令に基づき、検出端１１、操作端１２の動作を検査して、検査結果を中央監視制御装置２に供給する。

次に、図１に示すブロック図、図２、図３、図４に示すフローチャートを参照して中央監視制御装置２で実行されるリモートメンテナンス動作を説明する。

まず、図２のフローチャートに示す如くビル管理会社のオペレータによって、中央監視制御装置２の入力部５が操作され、検査開始指示が入力されると、監視制御部８の検出結果判定手段８１によって、各空調装置４の検出端１１で検出された検出結果の監視動作が開始される（ステップＳ１）。この監視動作では、検出結果判定手段８１により各空調装置４の稼働状況（空調運転時間帯〜停止時間帯〜運転時間帯など）に応じて、各空調装置４の検出結果が変化しているかどうかがチェックされる。

判定の結果、稼働状況に応じて検出結果が変化しているとき（ステップＳ２）、監視制御部８の異常有無判定手段８２により、各空調装置４の調節器１０、検出端１１が正常に動作していると判断されて（ステップＳ３）、表示部６上の監視制御画面上に“正常”が表示されるとともに、プリンタ７から判定結果を示すメッセージがプリントアウトされる（ステップＳ５）。また、稼働状況が変化しても、検出結果が変化していないとき（ステップＳ２）、監視制御部８の異常有無判定手段８２により、各空調装置４の調節器１０、検出端１１に何らかの問題が発生していると判断されて（ステップＳ４）、表示部６上の監視制御画面上に“異常”が表示されるとともに、プリンタ７から異常内容を示すメッセージがプリントアウトされる（ステップＳ５）。

この後、図３、図４のフローチャートに示す如く、監視制御部８の検出結果判定手段８１によって、各空調装置４の稼働状況がチェックされるとともに、稼働中の各空調装置４について、検出端１１の検出結果と、操作端１２の操作内容とが取り込まれる（ステップＳ１１）。チューニング手段８３では、制御上の偏差が無いかどうかがチェックされ、制御上の偏差が生じていれば（ステップＳ１２）、調節器１０に設定されているパラメータの自動チューニングが行われて、検出端１１の検出結果と対応するように、操作端１２に対する出力指令の電流値が調整されるとともに、調整内容が記憶される（ステップＳ１３）。

次いで、監視制御部８のチューニング手段８３によって、空調装置４の操作端１２に最大出力指令、例えば、弁開度“１００％”を指示する全開出力指令（“２０ｍＡ”の電流信号）が与えられて、検出端１１の検出結果が取り込まれる（ステップＳ１４）。

そして、監視制御部８の検出結果判定手段８１によって、この空調装置４の検出端１１で検出される検出結果が変化したかどうかがチェックされ、操作端１２に全開出力指令を与えたときから、一定時間以内に、全開出力指令に対応するように、検出結果が変化しているとき（ステップＳ１５）、異常有無判定手段８２では、調節器１０の開方向動作、または操作端１２の開方向動作が正常であると判定されて、判定結果が記憶され（ステップＳ１６）、また操作端１２に全開出力指令を与えたときから、一定時間が経過しても、検出結果が変化していないとき（ステップＳ１５）、調節器１０の開方向動作、または操作端１１の開方向動作が異常であると判定されて判定結果が記憶される（ステップＳ１７）。

次いで、監視制御部８のチューニング手段８３によって、空調装置４の操作端１２に対する最大出力指令が元の出力指令に戻され、通常の空調制御が再開されるとともに（ステップＳ１８）、操作端１２に対し、元の出力指令を与えても検出端１１の検出結果が元の値に戻らないとき（追従性が悪いとき）（ステップＳ１９）、調節器１０に設定されているパラメータの自動チューニングが行われて、検出端１１の追従性を高める方向に、操作端１１に与えられる出力指令の電流値が調整され、調整内容が記憶される（ステップＳ２０）。

この後、監視制御部８のチューニング手段８３によって、空調装置４の操作端１２に最小出力指令、例えば、弁開度“０％”を指示する全閉出力指令（“４ｍＡ”の電流信号）が与えられて、検出端１１の検出結果が取り込まれる（ステップＳ２１）。

そして、監視制御部８の検出結果判定手段８１によって、この空調装置４の検出端１１で検出される検出結果が変化したかどうかがチェックされ、操作端１２に全閉出力指令を与えたときから、一定時間以内に、全閉出力指令に対応するように、検出結果が変化しているとき（ステップＳ２２）、異常有無判定手段８２では調節器１０の閉方向動作、または操作端１２の閉方向動作が正常であると判定されて、判定結果が記憶され（ステップＳ２３）、また操作端１２に全閉出力指令を与えたときから、一定時間が経過しても、検出結果が変化していないとき（ステップＳ２２）、調節器１０の閉方向動作、または操作端１２の閉方向動作が異常であると判定されて判定結果が記憶される（ステップＳ２４）。

この後、監視制御部８のチューニング手段８３によって、空調装置４の操作端１２に対する最小出力指令が元の出力指令に戻され、通常の空調制御が再開されるとともに（ステップＳ２５）、操作端１２に対し、元の出力指令を与えても検出端１１の検出結果が元の値に戻らないとき（追従性が悪いとき）（ステップＳ２６）、調節器１０に設定されているパラメータの自動チューニングが行われて、検出端１１の追従性を高める方向に、操作端１１に与えられる出力指令の電流値が調整され、調整内容が記憶される（ステップＳ２７）。

次いで、監視制御部８によって、各空調装置４に対する判定結果、調整結果がまとめられて、表示部６に表示されるとともに、プリンタ７からプリントアウトされる（ステップＳ２８）。

このように、この実施形態では、月に１回程度の頻度で、中央監視制御装置２によって、各空調装置４の稼働状況と検出端１１の検出結果とを取り込み、稼働状況の変化に対応して検出結果が変化しているかどうかを検査し、稼働状況の変化に対応して検出結果が変化していないとき、空調装置４の調節器１０、または検出端１１に何らかの異常が発生していると判定して、オペレータに適切な対処をとらせるようにしている。このため、技術者を現地へ派遣することなく、各空調装置４に設けられた調節器１０、検出端１１の点検を行わせることができ、これによってシステムの維持管理コストを大幅に低減させることができる。

また、この実施形態では、月に１回程度の頻度で、中央監視制御装置２によって、各空調装置４の稼働状況と検出端１１の検出結果とを取り込み、稼働状況と、検出結果との間に制御上の偏差があるかどうかを検査し、稼働状況と、検出結果との間に制御上の偏差が見つかったとき、調節器１０のパラメータを自動チューニングすることにより。制御上の偏差を無くすことができる。

また、この実施形態では、月に１回程度の頻度で、中央監視制御装置２によって、各空調装置４の操作端１２に与える出力指令を最大出力指令、最小出力指令に変化させたとき、検出端１１の検出結果が変化するかどうかを検査し、操作端１２に最大出力指令、最小出力指令を与えても、検出端１１の検出結果が変化しないとき、調節器１０の動作、操作端１１の動作に何らかの異常が発生していると判定して、オペレータに適切な対処をとらせることができる。

また、この実施形態では、月に１回程度の頻度で、中央監視制御装置２によって、各空調装置４の操作端１２に与える出力指令を最大出力指令、最小出力指令に変化させた後、元の出力指令に戻したとき、検出端１１の検出結果が追従して元に戻るかどうかに基づき、調節器１０の追従性を判定し、追従性が悪いとき、調節器１０のパラメータを自動チューニングすることができ、調節器１０の追従性を向上させることができる。

《他の実施形態の説明》
また、上述した実施形態では、操作端１２の動作チェック方法として、“ＭＡＸ”と“ＭＩＮ”（例えば、弁開度の場合には開度“１００％”と“０％”）という２つの出力指令を使用して、それぞれ検出端１１の検出結果が変化するかどうかをチェックし、操作端１１の動作が正常かどうかを判定するようにしているが、出力指令の値をさらに細かく変化させて、各出力指令の値と、検出端１１の検出結果とが比例関係にあるかどうかをチェックし、これら各出力指令の値と、検出端１１の検出結果とが比例関係があるとき、正常と判定し、それ以外を異常と判定するようにしても良い。

＜正常と判定する例＞
例えば、動作チェック前の空調運転中、冷水弁開度が４０％で安定している空調装置４において、弁開度出力指令を“４０％”から“１００％”に変化させたとき、検出端１１で温度が“１℃”下がるのに５分かかり、また弁開度出力指令を“４０％”から“８０％”に変化させたとき、検出端１１で温度が“１℃”下がるのに１０分かかり、また弁開度出力指令を“４０％”から“６０％”に変化させたとき、検出端１１で温度が“１℃”下がるのに２０分かかる場合などように、弁開度出力指令の値と、温度との間に比例関係が成り立つとき、操作端１２が正常に動作していると判定する。

＜異常と判定する例＞
また、動作チェック前の空調運転中、冷水弁開度が４０％で安定している空調装置４において、弁開度出力指令を“４０％”から“１００％”に変化させたとき、検出端１１で温度が“１℃”下がるのに１０分かかり、また弁開度出力指令を“４０％”から“８０％”に変化させたとき、検出端１１で温度が“１℃”下がるのに１０分かかり、また弁開度出力指令を“４０％”から“６０％”に変化させたとき、検出端１１で温度が“１℃”下がるのに２０分かかる場合などのように、弁開度出力指令を“１００％”にしたときの温度変化速度と、弁開度出力指令を“８０％”にしたときの温度変化速度とが同じような場合、弁開度出力指令が“１００％”のとき、実際は“８０％”しか開いていない可能性があることから、操作端１２の異常と判別する。

このように、出力指令の値をさらに細かく変化させて、各出力指令の値と、検出端１１の検出結果とが比例関係にあるとき、正常と判定し、それ以外を異常と判定するようにすれば、検出端１１における反応速度や値の変化幅に基づき、操作端１２のちょっとしたトラブルについても、これを検出することができる。

本発明による空調制御システムにおける中央監視制御装置の一実施形態を示すブロック図である。 図１に示す空調装置の検出端検査動作例を示すフローチャートである。 図１に示す空調装置の操作端検査動作例を示すフローチャートである。 図１に示す空調装置の操作端検査動作例を示すフローチャートである。 従来から知られている空調制御システムの一例を示すブロック図である。

符号の説明

１：空調制御システム
２：中央監視制御装置
３：ネットワーク
４：空調装置
５：入力部
６：表示部
７：プリンタ
８：監視制御部
１０：調節器
１１：検出端
１２：操作端
８１：検出結果判定手段
８２：異常有無判定手段
８３：チューニング手段

Claims (4)

1. 建物に設けられた空調装置を監視制御して前記建物の空調を行わせる空調制御システムにおける中央監視制御方法であって、
   前記空調装置の稼働状況を示すデータを取り込み、制御偏差が有るかどうかを判定する制御偏差判定処理と、
   前記制御偏差判定処理により制御偏差が有ると判定されると前記空調装置側に設置された調節器のパラメータをチューニングするチューニング処理と、
   前記制御偏差判定処理による判定を行った後、または、前記チューニング処理によるチューニングを行った後、前記空調装置の操作端に与える出力指令を強制的に変化させ、前記検出端の検出結果が変化するかどうかに基づき、前記操作端の異常有無を判定する操作端異常有無判定処理と、
   を空調制御システムに実行させることを特徴とする空調制御システムにおける中央監視制御方法。
2. 建物に設けられた空調装置を監視制御して前記建物の空調を行わせる空調制御システムにおける中央監視制御装置であって、
   前記空調装置の稼働状況を示すデータを取り込み、制御偏差が有るかどうかを判定する制御偏差判定手段と、
   前記制御偏差判定手段により制御偏差が有ると判定されると前記空調装置側に設置された調節器のパラメータをチューニングするチューニング手段と、
   前記制御偏差判定手段による判定を行った後、または、前記チューニング手段によるチューニングを行った後、前記空調装置の操作端に与える出力指令を強制的に変化させ、前記検出端の検出結果が変化するかどうかに基づき、前記操作端の異常有無を判定する操作端異常有無判定手段と、
   を備えたことを特徴とする空調制御システムにおける中央監視制御装置。
3. 前記操作端異常有無判定手段は、
   前記操作端に与える出力指令を強制的に変化させた後、元の出力指令に戻したとき、検出端の検出結果が追従して元に戻るかに基づき、追従性が遅いかどうかによって異常を判定することを特徴とする請求項２に記載の空調制御システムにおける中央監視制御装置。
4. 前記操作端異常有無判定手段により異常が有ると判定されると前記空調機側に設置された調節器のパラメータをさらにチューニングする操作端チューニング手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の空調制御システムにおける中央監視制御装置。

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