JP6746714B2 - 流体供給設備及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つの流体機械から配管を経由して複数の末端部に流体を供給する流体供給設備及びその制御方法に関する。

流体供給設備の一つとして圧縮空気供給設備がある。圧縮空気供給設備は、空気圧縮機（流体機械）から配管を経由して複数の末端機器（末端部）に圧縮空気（流体）を供給する。近年、省エネルギー化のニーズに伴い、製造工場では、空気圧縮機の消費電力を削減することが求められている。このため、末端機器での消費空気量に応じて、末端機器への供給圧力（末端圧力）が一定となるように空気圧縮機の供給圧力を制御する方法が用いられている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１０−２４８４５号公報

しかしながら、上記従来技術では、全ての末端機器に対して末端圧力センサおよび通信手段が必要であり、運用コストが増大する。

上記目的を達成するために、代表的な本発明は、少なくとも１つの流体機械と、複数の末端部と、前記流体機械から前記複数の末端部に流体を供給する配管と、前記流体機械の流体の供給流量を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記流体機械の流体の供給流量を、電流センサから得られた前記流体機械の電動機の電流と、前記複数の末端部のそれぞれに分岐する前記配管の分岐部の上流側における流体の供給圧力とに基づいて演算し、前記流体機械の流体の供給流量と、前記供給圧力と、前記分岐部と前記複数の末端部のうち第１末端部との間の流体の圧力である第１末端圧力と、に基づいて、前記第１末端圧力と、前記複数の末端部のうち第２末端部に供給する流体の圧力である第２末端圧力と、がそれぞれの設定範囲となるように、前記流体機械の流体の供給流量を制御する流体供給設備を提供する。

本発明によれば、末端圧力センサの数を減らしつつ、省エネを図ることができる。

本発明の一実施形態における圧縮空気供給設備の構成を表す概略図である。 本発明の一実施形態における制御装置の消費流量演算処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態における制御装置の消費流量演算処理で得られたデータの具体例を表す図である。 本発明の一実施形態における制御装置の制御設定処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態における制御装置の制御設定処理を説明するためのタイムチャートである。 本発明の第１の変形例における圧縮空気供給設備の構成を表す概略図である。 本発明の第１の変形例における表示装置の設定画面の具体例を表す図である。 本発明の第２の変形例における圧縮空気供給設備の構成を表す概略図である。 本発明の第３の変形例における圧縮空気供給設備の構成を表す概略図である。

本発明の適用対象として圧縮空気供給設備を例にとり、本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施形態における圧縮空気供給設備の構成を表す概略図である。

本実施形態の圧縮空気供給設備は、空気（大気）を圧縮する圧縮機１と、圧縮空気で駆動する２つの末端機器２Ａ，２Ｂと、圧縮機１で生成された圧縮空気を末端機器２Ａ，２Ｂに供給する配管ネットワーク３と、制御装置４とを備えている。末端機器２Ａ，２Ｂは、それぞれ、例えば空気工具、空気プレス、空気ブレーキ、又はスプレーガン等である。制御装置４は、プログラムに基づいて演算処理や制御処理を実行する演算制御部（例えばＣＰＵ）と、プログラムや演算処理の結果を記憶する記憶部（例えばＲＯＭ、ＲＡＭ）等で構成されたものである。

圧縮機１は、圧縮機本体（図示せず）と、この圧縮機本体を駆動する電動機（図示せず）と、この電動機の回転数（ひいては圧縮機本体の回転数）を可変制御するインバータ（図示せず）と、電流センサ５（状態量センサ）とを有している。圧縮機本体は、空気を吸込んで圧縮し、圧縮空気を吐出する。電流センサ５は、圧縮機１の圧縮空気の供給流量を演算するために必要な状態量として、電動機の電流を計測し、制御装置４に送信するようになっている。

配管ネットワーク３は、例えば、圧縮機１の吐出側に接続された吐出配管６と、吐出配管６の出口側に接続された空気槽７（気体槽）と、空気槽７の出口側に接続されたメイン配管８と、メイン配管８の出口側に接続された分岐部９（詳細には、図１で示すように一箇所から分岐する分岐部か、若しくは後述の図８で示すようにループ状経路の二箇所から分岐する分岐部）と、分岐部９の一方の出口側と末端機器２Ａの間で接続されたサブ配管１０Ａと、分岐部９の他方の出口側と末端機器２Ｂの間で接続されたサブ配管１０Ｂとを有している。なお、配管ネットワーク３は、フィルタ、ドライヤ、又は弁等の機器を有してもよい。

空気槽７は、末端機器２Ａの圧縮空気の消費流量（以降、第１消費流量という）と末端機器２Ｂの圧縮空気の消費流量（以降、第２消費流量という）の総和が圧縮機１の圧縮空気の供給流量を瞬間的に超える場合に、圧力降下を抑えるためのものである。空気槽７の出口（言い換えれば、配管ネットワーク３の分岐部９の上流側）には供給圧力センサ１１が設けられている。供給圧力センサ１１は、圧縮空気の供給圧力を計測し、制御装置４に送信するようになっている。

サブ配管１０Ａの出口（言い換えれば、配管ネットワーク３の分岐部９の下流側且つ末端機器２Ａ側）には末端圧力センサ１２が設けられている。末端圧力センサ１２は、末端機器２Ａに供給する圧縮空気の圧力（以降、第１末端圧力という）を計測し、制御装置４に送信するようになっている。なお、サブ配管１０Ｂの出口（言い換えれば、配管ネットワーク３の分岐部９の下流側且つ末端機器２Ｂ側）には、末端圧力センサが設けられていない。すなわち、末端機器２Ｂに供給する圧縮空気の圧力（以降、第２末端圧力という）を計測しないようになっている。

制御装置４は、第１末端圧力及び第２末端圧力がそれぞれの設定範囲となるように、圧縮機１の圧縮空気の供給流量を可変制御するものであり、機能的構成として、データ蓄積部１３、消費流量演算部１４、制御設定部１５、及び供給流量制御部１６を有している。

データ蓄積部１３は、電流センサ５で計測された電動機の電流と、供給圧力センサ１１で計測された供給圧力と、末端圧力センサ１２で計測された第１末端圧力を時系列的に記憶する。

消費流量演算部１４は、予め設定された所定の時間区分毎に、データ蓄積部１３で記憶された電動機の電流及び供給圧力に基づいて、圧縮機１の圧縮空気の供給流量を演算する。そして、所定の時間区分毎に、演算した供給流量とデータ蓄積部１３で記憶された供給圧力及び第１末端圧力に基づいて、第２消費流量を演算し、データ蓄積部１３に時系列的に記憶させる（詳細は後述）。

制御設定部１５は、現在時刻に対応する過去の日の同時刻の第２消費流量をデータ蓄積部１３から読込む。そして、読込んだ第２消費流量と、供給圧力センサ１１で計測された現在時刻の供給圧力と、末端圧力センサ１２で計測された現在時刻の第１末端圧力に基づいた予測演算を行うことにより、将来の第１末端圧力及び第２末端圧力がそれぞれの設定範囲（後述する設定値±閾値の範囲）となるような供給圧力の目標値を設定する（詳細は後述）。

供給流量制御部１６は、供給圧力センサ１１で計測された供給圧力が前述した目標値となるように、インバータを介し電動機の回転数を可変制御する。すなわち、圧縮機１の圧縮空気の供給流量を可変制御する。

次に、制御装置４の消費流量演算処理を、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態における制御装置４の消費流量演算処理を説明するためのフローチャートである。

まず、ステップＳ１にて、制御装置４の消費流量演算部１４は、取得代表時刻Ｔｉの初期化を行う（ｉ＝０）。ステップＳ２に進み、消費流量演算部１４は、時刻Ｔ０から時刻（Ｔ０＋ΔＴ）までの時間区分における電動機の電流Ｉ（ｔ）、供給圧力Ｐ＿Ｒ（ｔ）、及び第１末端圧力Ｐ＿Ｕ（ｔ）を、データ蓄積部１３から読込む。

ステップＳ３に進み、消費流量演算部１４は、下記の式（１）を用い、時刻Ｔ０から時刻（Ｔ０＋ΔＴ）までの時間区分における電動機の電流Ｉ（ｔ）及び供給圧力Ｐ＿Ｒ（ｔ）に基づいて、時刻Ｔ０から時刻（Ｔ０＋ΔＴ）までの時間区分における圧縮機１の圧縮空気の供給流量Ｇ＿Ａ（ｔ）を演算する。ここで、ｋは空気の比熱、ηは圧縮機の全断熱効率、Ｖは電動機の電圧、Ｐ０は大気圧である。なお、式中の（Ｖ×Ｉ（ｔ））は、電動機の消費電力に相当する。

ステップＳ４に進み、消費流量演算部１４は、時刻Ｔ０から時刻（Ｔ０＋ΔＴ）までの時間区分における第２消費流量の推定値Ｇ＿Ｖ（ｔ）の初期化（例えばＧ＿Ｖ（ｔ）＝０）を行う。ステップＳ５に進み、消費流量演算部１４は、公知の流体力学的解析手法である陽解法（例えば非特許文献１：G.P. Greyvenstein (2002), An implicit method for the analysis of transient flows in pipe networks, International Journal for Numerical Methods in Engineering, vol.53, issue 5, pp. 1127-1143参照）を用い、前述のステップＳ２で得られた供給圧力Ｐ＿Ｒ（ｔ）及び及び第１末端圧力Ｐ＿Ｕ（ｔ）と、前述のステップＳ４で得られた第２消費流量の推定値Ｇ＿Ｖ（ｔ）と、配管ネットワーク３の構造情報（詳細には、配管長や配管口径等）に基づいて、時刻Ｔ０から時刻（Ｔ０＋ΔＴ）までの時間区分における圧縮機１の圧縮空気の供給流量の推定値Ｇ＿ＡＰ（ｔ）を演算する。

ステップＳ６に進み、消費流量演算部１４は、下記の式（２）を用い、前述のステップＳ３で得られた供給流量Ｇ＿Ａ（ｔ）と前述のステップＳ５で得られた供給流量の推定値Ｇ＿ＡＰ（ｔ）との偏差量Ｅ＿Ｇを演算する。ステップＳ７に進み、偏差量Ｅ＿Ｇが予め設定された閾値より小さいか否かを判定する。

偏差量Ｅ＿Ｇが閾値より大きい場合は、ステップＳ７の判定結果がＮＯとなるので、ステップＳ８に進む。ステップＳ８では、偏差量Ｅ＿Ｇが減少するように、第２消費流量の推定値Ｇ＿Ｖ（ｔ）を修正する。なお、修正の演算方法としては、例えば、公知の最適化アルゴリズムである遺伝的アルゴリズム法や焼きなまし法などがある。その後、ステップＳ５に進み、前述のステップＳ８で修正した第２消費流量の推定値Ｇ＿Ｖ（ｔ）を用いて、上記同様の演算を行う。そして、ステップＳ６を経てステップＳ７の判定結果がＹＥＳとなるまで、すなわち、偏差量Ｅ＿Ｇが閾値より小さくなるまで、ステップＳ８及びＳ５の処理を繰り返す。

偏差量Ｅ＿Ｇが閾値より小さい場合は、ステップＳ７の判定結果がＹＥＳとなるので、ステップＳ９に進む。ステップＳ９では、時刻Ｔ０から時刻（Ｔ０＋ΔＴ）までの時間区分に対し、最終的に得られた第２消費流量Ｇ＿Ｖ（ｔ）をデータ蓄積部１３に記憶させる。

ステップＳ１０に進み、取得代表時刻Ｔ１（＝Ｔ０＋ΔＴ）に移行する。ステップＳ１１に進み、取得代表時刻Ｔｉが終了時刻Ｔｍに到達したか否かを判定する。最初は、取得代表時刻Ｔ１であるから、ステップＳ１１の判定結果がＮＯとなって、ステップＳ２に進む。そして、時刻Ｔ１から時刻（Ｔ１＋ΔＴ）までの時間区分に対し、上記同様の処理を行う。その結果、時刻Ｔ１から時刻（Ｔ１＋ΔＴ）までの時間区分に対し、最終的に得られた第２消費流量Ｇ＿Ｖ（ｔ）をデータ蓄積部１３に記憶させる。

ステップＳ１１の判定結果がＹＥＳとなるまで、すなわち、取得代表時刻Ｔｉが終了時刻Ｔｍに到達するまで、上記同様の処理を行う。その結果、時刻Ｔ２から時刻（Ｔ２＋ΔＴ）までの時間区分、時刻Ｔ３から時刻（Ｔ３＋ΔＴ）までの時間区分、…のそれぞれに対し、最終的に得られた第２消費流量Ｇ＿Ｖ（ｔ）をデータ蓄積部１３に記憶させる。そして、取得代表時刻Ｔｉが終了時刻Ｔｍに到達すると、消費流量演算処理が終了する。

なお、上述の処理で得られたデータの具体例を、図３で示す。この具体例では、開始時刻Ｔ０は９：００、終了時刻Ｔｍは１７：００、時間間隔ΔＴは５分としている。

次に、制御装置４の制御設定処理を、図４及び図５を用いて説明する。図４は、本実施形態における制御装置４の制御設定処理を説明するためのフローチャートである。図５は、本実施形態における制御装置４の制御設定処理を説明するためのタイムチャートである。

まず、ステップＳ２１にて、制御装置４の制御設定部１５は、供給圧力センサ１１で計測された現在時刻ｔｓの供給圧力Ｐ＿Ｒ１（図５中白丸参照）と、末端圧力センサ１２で計測された現在時刻ｔｓの第１末端圧力Ｐ＿Ｕ１（図５中白丸参照）を取得する。ステップＳ２２に進み、制御設定部１５は、現在時刻ｔｓに対応する過去の日（詳細には、例えば一日前又は一週間前として設定された日）の同時刻の第２消費流量Ｇ＿Ｖ１（図５中白丸参照）をデータ蓄積部１３から読込む。

ステップＳ２３に進み、制御設定部１５は、公知の流体力学的解析手法である陽解法を用い、上述のステップＳ２１で得られた供給圧力Ｐ＿Ｒ１及び第１末端圧力Ｐ＿Ｕ１と、上述のステップＳ２２で得られた第２消費流量Ｇ＿Ｖ１と、配管ネットワーク３の構造情報に基づいて、現在時刻ｔｓの第１消費流量Ｇ＿Ｕ１（図５中白丸参照）を演算する。そして、ステップＳ２４に進み、制御設定部１５は、現在時刻ｔｓから将来時刻（ｔｓ＋ＮＰ）（但し、ＮＰは予め設定された時間間隔）までの予想区間における第１消費流量Ｇ＿ＵＨ（ｔ）を設定する。具体的には、例えば、前述のステップＳ２３で得られた現在時刻の第２消費流量Ｇ＿Ｕ１を代入する。すなわち、Ｇ＿ＵＨ（ｔ）＝Ｇ＿Ｕ１として設定する。

また、制御設定部１５は、現在時刻ｔｓから将来時刻（ｔｓ＋ＮＰ）までの予想区間における第２消費流量Ｇ＿ＶＨ（ｔ）を設定する。具体的には、例えば、予想区間に対応する過去の日の同区間の第２消費流量をデータ蓄積部１３から読込んで代入する（図５中点線参照）。

ステップＳ２５に進み、制御設定部１５は、現在時刻ｔｓから将来時刻（ｔｓ＋ＮＰ）までの予想区間における供給圧力の推定値Ｐ＿ＲＨ（ｔ）を初期化する。具体的には、例えば、前述のステップＳ２１で得られた現在時刻の供給圧力Ｐ＿Ｒ１を代入する。すなわち、Ｐ＿ＲＨ（ｔ）＝Ｐ＿Ｒ１として設定する（図５中点線参照）。

ステップＳ２６に進み、制御設定部１５は、公知の流体力学的解析手法である陽解法を用い、前述のステップＳ２５で設定された供給圧力の推定値Ｐ＿ＲＨ（ｔ）と、前述のステップＳ２４で設定された第１消費流量Ｇ＿ＵＨ（ｔ）及び第２消費流量Ｇ＿ＶＨ（ｔ）と、配管ネットワーク３の構造情報に基づいて、現在時刻ｔｓから将来時刻（ｔｓ＋ＮＰ）までの予測区間における第１末端圧力Ｐ＿ＵＨ（ｔ）（図５中点線参照）及び第２末端圧力Ｐ＿ＶＨ（ｔ）（図５中点線参照）を演算する。これにより、将来時刻（ｔｓ＋ＮＰ）の第１末端圧力Ｐ＿ＵＨ２及び第２末端圧力Ｐ＿ＶＨ２を取得する。

ステップＳ２７に進み、制御設定部１５は、下記の式（３）を用い、前述のステップＳ２６で得られた将来時刻（ｔｓ＋ＮＰ）の第１末端圧力Ｐ＿ＵＨ２と予め設定された設定値Ｐ＿Ｕ０（図５中一点鎖線参照）との偏差量Ｅ＿ＰＵを演算するとともに、前述のステップＳ２６で得られた将来時刻（ｔｓ＋ＮＰ）の第２末端圧力Ｐ＿ＶＨ２と予め設定された設定値Ｐ＿Ｖ０（図５中一点鎖線参照）との偏差量Ｅ＿ＰＶを演算する。ステップＳ２８に進み、制御設定部１５は、偏差量Ｅ＿ＰＵが予め設定された閾値より小さく且つ偏差量Ｅ＿ＰＶが予め設定された閾値より小さいか否かを判定する。

偏差量Ｅ＿ＰＵが閾値より大きいか、若しくは偏差量Ｅ＿ＰＶが閾値より大きい場合は、ステップＳ２８の判定結果がＮＯとなるので、ステップＳ２９に進む。ステップＳ２９では、現在時刻ｔｓから将来時刻（ｔｓ＋ＮＰ）までの予想区間における供給圧力の推定値Ｐ＿ＲＨ（ｔ）を修正する。修正の演算方法としては、例えば、公知の最適化アルゴリズムある遺伝的アルゴリズム法や焼きなまし法等がある。その後、ステップＳ２６に進み、修正した供給圧力の推定値Ｐ＿ＲＨ（ｔ）を用いて、上記同様の演算を行う。そして、ステップＳ２７を経てステップＳ２８の判定結果がＹＥＳとなるまで、すなわち、偏差量Ｅ＿ＰＵが閾値より小さく且つ偏差量Ｅ＿ＰＶが閾値より小さくなるまで、ステップＳ２９及びＳ２６の処理を繰り返す。

偏差量Ｅ＿ＰＵが閾値より小さく且つ偏差量Ｅ＿ＰＶが閾値より小さい場合は、ステップＳ２８の判定結果がＹＥＳとなるので、ステップＳ３０に進む。ステップＳ３０では、制御設定部１５は、最終的に得られた供給圧力の推定値Ｐ＿ＲＨ（ｔ）のうち、現在時刻ｔｓから将来時刻（ｔｓ＋Δｔ）（但し、Δｔ＜ＮＰ）までの予想区間における供給圧力の推定値Ｐ＿ＲＨ（ｔ）を目標値として設定し、供給流量制御部１６に出力する。

その後、ステップＳ３１にて時間間隔Δｔが経過すると、ステップＳ２１に進み、上記同様の処理を繰り返す。なお、圧縮機１が停止する等の終了条件に応じて、制御設定処理が終了する。

以上のように本実施形態においては、第２末端圧力を計測する末端圧力センサを設けなくとも、過去の日の第２消費流量を演算して記憶しておき、現在時刻に対応する過去の日の同時刻の第２消費流量等を用いた予測演算を行うことにより、将来の第１末端圧力が設定範囲となり且つ将来の第２末端圧力が設定範囲となるような供給圧力の目標値を設定することができる。したがって、末端圧力センサの数を減らしてコストを低減しつつ、省エネを図ることができる。

なお、上記実施形態において、制御装置４の制御設定部１５は、現在時刻に対応する過去の日の同時刻における第２消費流量をデータ蓄積部１３から読込んでおり、過去の日の設定が例えば一日前又は一週間前として固定された場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。第１の変形例を、図６及び図７を用いて説明する。

図６は、本変形例における圧縮空気供給設備の構成を表す概略図である。図７は、本変形例における表示装置の設定画面の具体例を表す図である。なお、本変形例において、上記実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

本変形例の制御装置４Ａは、データ蓄積部１３と、消費流量演算部１４と、制御設定部１５と、供給流量制御部１６と、利用者の入力に応じて過去の日を選択する選択部１７とを有している。データ蓄積部１３は、第２消費流量の経時変化に関し、消費流量演算部１４で演算された履歴データだけでなく、利用者によって作成された複数種類のパターンデータを記憶している。

選択部１７は、キーボードやマウス等の入力装置（図示せず）の操作に応じて、表示装置（ディスプレイ）１８に設定画面２０を表示させるようになっている。設定画面２０は、過去の日として「一日前」、「一週間前」、若しくは「特定日」を選択するか、又は「規定パターン」を選択する選択欄２１と、「特定日」を選択した場合に年月日を入力する日付入力欄２２と、「規定パターン」を選択した場合にパターンの種類を入力する種類入力欄２３とを有している。また、設定画面２０は、選択欄２１で選択された項目に対応する一日の第２消費流量の変化を表示する表示欄２４を有している。なお、選択欄２１の選択及び入力欄２２，２３の入力は、入力装置の操作によって行われる。

例えば設定画面２０の選択欄２１で過去の日として「一日前」、「一週間前」、若しくは「特定日」が選択された場合、選択部１７は、該当する履歴データをデータ蓄積部１３から読込んで、設定画面２０の表示欄２４に表示させるとともに、過去の日として一日前、一週間前、若しくは特定日を設定する。そして、制御設定部１５は、現在時刻に対応する選択部１７で設定された過去の日の同時刻における第２消費流量をデータ蓄積部１３から読込み、読込んだ第２消費流量、供給圧力センサ１１で計測された現在時刻の供給圧力、末端圧力センサ１２で計測された現在時刻の第１末端圧力等に基づいた予測演算を行うことにより、将来の第１末端圧力及び第２末端圧力がそれぞれの設定範囲となるような供給圧力の目標値を設定する。

また、例えば設定画面２０の選択欄２１で「規定パターン」が選択された場合、選択部１７は、該当する第２消費流量のパターンデータをデータ蓄積部１３から読込んで、設定画面２０の表示欄２４に表示させるとともに設定する。そして、制御設定部１５は、選択部１７で設定された第２消費流量をデータ蓄積部１３から読込み、読込んだ第２消費流量、供給圧力センサ１１で計測された現在時刻の供給圧力、末端圧力センサ１２で計測された現在時刻の第１末端圧力等に基づいた予測演算を行うことにより、将来の第１末端圧力及び第２末端圧力がそれぞれの設定範囲となるような供給圧力の目標値を設定する。

以上のように構成された本変形例では、末端機器２Ｂの稼働状況に応じて、その消費流量のデータを選択することができる。具体的に説明すると、例えば末端機器２Ｂの稼働状況が日ごとに徐々に変化する場合は、過去の日として「一日前」を選択すればよい。また、例えば末端機器２Ｂの稼働状況が曜日に応じて異なる場合は、過去の日として「一週間前」を選択すればよい。また、例えば末端機器２Ｂの稼働状況が特定の日のものと同じである場合は、過去の日として「特定の日」を選択すればよい。また、例えば末端機器２Ｂの稼働状況が特定のパターンである場合は、「規定パターン」を選択すればよい。これにより、制御精度を高めることができる。

上記実施形態及び変形例においては、圧縮機１、電流センサ５、空気槽７、及び供給圧力センサ１１がそれぞれ１つである場合を例にとって説明したが、これに限られず、圧縮機、電流センサ、空気槽、及び供給圧力センサがそれぞれ複数であってもよい。第２の変形例を、図８を用いて説明する。

図８は、本変形例における圧縮空気供給設備の構成を表す概略図である。なお、本変形例において、上記実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

本変形例の圧縮空気製造設備は、２つの圧縮機１Ａ，１Ｂと、２つの末端機器２Ａ，２Ｂと、圧縮機１Ａ，１Ｂで生成された圧縮空気を末端機器２Ａ，２Ｂに供給する配管ネットワーク３Ａと、制御装置４Ｂとを備えている。圧縮機１Ａ，１Ｂには、電流センサ５Ａ，５Ｂ（状態量センサ）がそれぞれ設けられている。

配管ネットワーク３Ａは、例えば、圧縮機１Ａの吐出側に接続された吐出配管６Ａと、吐出配管６Ａの出口側に接続された空気槽７Ａと、圧縮機１Ｂの吐出側に接続された吐出配管６Ｂと、吐出配管６Ｂの出口側に接続された空気槽７Ｂと、空気槽７Ａの出口側と空気槽７Ｂの出口側から合流するように接続されたメイン配管８Ａと、メイン配管８Ａの出口側に接続された分岐部９と、分岐部９の一方の出口側と末端機器２Ａの間で接続されたサブ配管１０Ａと、分岐部９の他方の出口側と末端機器２Ｂの間で接続されたサブ配管１０Ｂとを有している。

空気槽７Ａの出口（言い換えれば、配管ネットワーク３における分岐部９の上流側且つ圧縮機１Ａ側）には供給圧力センサ１１Ａが設けられ、空気槽７Ｂの出口（言い換えれば、配管ネットワーク３における分岐部９の上流側且つ圧縮機１Ｂ側）には供給圧力センサ１１Ｂが設けられている。

制御装置４Ｂは、第１末端圧力及び第２末端圧力がそれぞれの設定範囲となるように、圧縮機１Ａ，２Ｂの圧縮空気の供給流量を可変制御するものであり、機能的構成として、データ蓄積部１３、消費流量演算部１４、制御設定部１５、及び供給流量制御部１６を有している。

データ蓄積部１３は、電流センサ５Ａ，５Ｂで計測された圧縮機１Ａ側の電動機の電流ＩＡ（ｔ）及び圧縮機１Ｂ側の電動機の電流ＩＢ（ｔ）と、供給圧力センサ１１Ａ，１１Ｂで計測された圧縮機１Ａ側の供給圧力Ｐ＿ＲＡ（ｔ）及び圧縮機１Ｂ側の供給圧力Ｐ＿ＲＢ（ｔ）と、末端圧力センサ１２で計測された第１末端圧力Ｐ＿Ｕ（ｔ）を時系列的に記憶する。

消費流量演算部１４は、所定の時間区分毎に、データ蓄積部１３で記憶された圧縮機１Ａ側の電動機の電流ＩＡ（ｔ）及び供給圧力Ｐ＿ＲＡ（ｔ）に基づいて、圧縮機１Ａの圧縮空気の供給流量Ｇ＿ＡＡ（ｔ）を演算する。同様に、所定の時間区分毎に、データ蓄積部１３で記憶された圧縮機１Ｂ側の電動機の電流ＩＢ（ｔ）及び供給圧力Ｐ＿ＲＢ（ｔ）に基づいて、圧縮機１Ｂの圧縮空気の供給流量Ｇ＿ＡＢ（ｔ）を演算する。

また、消費流量演算部１４は、所定の時間区分毎に、第２消費流量の推定値Ｇ＿Ｖ（ｔ）の初期化を行う。そして、公知の流体力学的解析手法である陽解法を用い、所定の時間区分毎に、データ蓄積部１３で記憶された圧縮機１Ａ側の供給圧力Ｐ＿ＲＡ（ｔ）、圧縮機１Ｂ側の供給圧力Ｐ＿ＲＢ（ｔ）、及び第１末端圧力Ｐ＿Ｕ（ｔ）と、第２消費流量の推定値Ｇ＿Ｖ（ｔ）と、配管ネットワーク３の構造情報に基づいて、圧縮機１Ａ側の圧縮空気の供給流量の推定値Ｇ＿ＡＡＰ（ｔ）及び圧縮機１Ｂ側の圧縮空気の供給流量の推定値Ｇ＿ＡＢＰ（ｔ）を演算する。

そして、消費流量演算部１４は、所定の時間区分毎に、圧縮機１Ａ側の供給流量Ｇ＿ＡＡ（ｔ）と供給流量の推定値Ｇ＿ＡＡＰ（ｔ）との偏差量Ｅ＿ＧＡを演算するとともに、圧縮機１Ｂ側の供給流量Ｇ＿ＡＢ（ｔ）と供給流量の推定値Ｇ＿ＡＢＰ（ｔ）との偏差量Ｅ＿ＧＢを演算する。そして、偏差量Ｅ＿ＧＡが閾値より小さく且つ偏差量Ｅ＿ＧＢが閾値より小さくなるまで、第２消費流量の推定値Ｇ＿Ｖ（ｔ）の修正を行う。そして、所定の時間区分毎に、最終的に得られた第２消費流量Ｇ＿Ｖ（ｔ）をデータ蓄積部１３に記憶させる。

制御設定部１５は、現在時刻ｔｓに対応する過去の日の同時刻の第２消費流量Ｇ＿Ｖ１をデータ蓄積部１３から読込む。そして、公知の流体力学的解析手法である陽解法を用い、読込んだ第２消費流量Ｇ＿Ｖ１と、供給圧力センサ１１Ａ，１１Ｂで計測された現在時刻ｔｓの圧縮機１Ａ側の供給圧力Ｐ＿ＲＡ１及び圧縮機１Ｂ側の供給圧力Ｐ＿ＲＢ１と、末端圧力センサ１２で計測された現在時刻ｔｓの第１末端圧力Ｐ＿Ｕ１と、配管ネットワーク３の構造情報に基づいて、現在時刻ｔｓの第１消費流量Ｇ＿Ｕ１を演算する。そして、制御設定部１５は、現在時刻ｔｓから将来時刻（ｔｓ＋ＮＰ）までの予想区間における第１消費流量Ｇ＿ＵＨ（ｔ）を設定する。具体的には、例えば、Ｇ＿ＵＨ（ｔ）＝Ｇ＿Ｕ１として設定する。

また、制御設定部１５は、現在時刻ｔｓから将来時刻（ｔｓ＋ＮＰ）までの予想区間における第２消費流量Ｇ＿ＶＨ（ｔ）を設定する。具体的には、例えば、予想区間に対応する過去の日の同区間の第２消費流量をデータ蓄積部１３から読込んで代入する。

そして、制御設定部１５は、現在時刻ｔｓから将来時刻（ｔｓ＋ＮＰ）までの予想区間における圧縮機１Ａ側の供給圧力の推定値Ｐ＿ＲＡＨ（ｔ）及び圧縮機１Ｂ側の供給圧力の推定値Ｐ＿ＲＢＨ（ｔ）を初期化する。具体的には、例えば、Ｐ＿ＲＡＨ（ｔ）＝Ｐ＿ＲＡ１、Ｐ＿ＲＢＨ（ｔ）＝Ｐ＿ＲＢ１として設定する。そして、公知の流体力学的解析手法である陽解法を用い、供給圧力の推定値Ｐ＿ＲＡＨ（ｔ），Ｐ＿ＲＢＨ（ｔ）、第１消費流量Ｇ＿ＵＨ（ｔ）、第２消費流量Ｇ＿ＶＨ（ｔ）、及び配管ネットワーク３の構造情報に基づいて、現在時刻ｔｓから将来時刻（ｔｓ＋ＮＰ）までの予測区間における第１末端圧力Ｐ＿ＵＨ（ｔ）及び第２末端圧力Ｐ＿ＶＨ（ｔ）を演算する。これにより、将来時刻（ｔｓ＋ＮＰ）の第１末端圧力Ｐ＿ＵＨ２及び第２末端圧力Ｐ＿ＶＨ２を取得する。

そして、制御設定部１５は、将来時刻（ｔｓ＋ＮＰ）の第１末端圧力Ｐ＿ＵＨ２と設定値Ｐ＿Ｕ０との偏差量Ｅ＿ＰＵを演算するとともに、将来時刻（ｔｓ＋ＮＰ）の第２末端圧力Ｐ＿ＶＨ２と設定値Ｐ＿Ｖ０との偏差量Ｅ＿ＰＶを演算する。そして、偏差量Ｅ＿ＰＵが閾値より小さく且つ偏差量Ｅ＿ＰＶが閾値より小さくなるまで、供給圧力の推定値Ｐ＿ＲＡＨ（ｔ），Ｐ＿ＲＢＨ（ｔ）の修正を行う。そして、最終的に得られた供給圧力の推定値Ｐ＿ＲＨ（ｔ），Ｐ＿ＲＢＨ（ｔ）のうち、現在時刻ｔｓから将来時刻（ｔｓ＋Δｔ）までの予想区間における供給圧力の推定値Ｐ＿ＲＡＨ（ｔ），Ｐ＿ＲＢＨ（ｔ）を目標値として設定し、供給流量制御部１６に出力する。

供給流量制御部１６は、供給圧力センサ１１Ａで計測された供給圧力が前述した目標値となるように、インバータを介し電動機の回転数を可変制御する。すなわち、圧縮機１Ａの圧縮空気の供給流量を可変制御する。同様に、供給圧力センサ１１Ｂで計測された供給圧力が前述した目標値となるように、インバータを介し電動機の回転数を可変制御する。すなわち、圧縮機１Ｂの圧縮空気の供給流量を可変制御する。

以上のように構成された本変形例においても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

上記実施形態及び変形例において、配管ネットワークは、２つの末端機器２Ａ，２Ｂに圧縮空気を供給するように構成された場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。

例えば、配管ネットワークは、３つ以上の末端機器に圧縮空気を供給するように構成されてもよい。そして、３つ以上の末端機器のうちの少なくとも１つの第１末端機器に供給する圧縮空気の圧力（第１末端圧力）を末端圧力センサで計測し、残りの第２末端機器に供給する圧縮空気の圧力（第１末端圧力）を計測しなければよい。このような変形例でも、制御装置は、上記実施形態とほぼ同様の処理により、第１末端圧力が設定範囲となるように且つ第２末端圧力が設定範囲となるように、圧縮機の圧縮気体の供給流量を可変制御する。したがって、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、例えば図９で示す第３の変形例のように、配管ネットワーク３Ｂは、サブ配管１０Ａの出口に接続され、複数の末端機器２Ａに供給するための圧縮空気を貯留する圧力ヘッダ３０Ａと、サブ配管１０Ｂの出口に接続され、複数の末端機器２Ｂに供給するための圧縮空気を貯留する圧力ヘッダ３０Ｂとを有してもよい。

本変形例では、圧力ヘッダ３０Ａ又はその入口側（言い換えれば、配管ネットワーク３の分岐部９の下流側且つ末端機器２Ａ側）に末端圧力センサ１２が設けられている。末端圧力センサ１２は、複数の末端機器２Ａに供給する圧縮空気の圧力（第１末端圧力）を計測し、制御装置４に送信するようになっている。なお、圧力ヘッダ３０Ｂ又はその入口側（言い換えれば、配管ネットワーク３の分岐部９の下流側且つ末端機器２Ｂ側）には、末端圧力センサが設けられていない。すなわち、複数の末端機器２Ｂに供給する圧縮空気の圧力（第２末端圧力）を計測しないようになっている。

そして、制御装置４の消費流量演算処理及び制御設定処理に関し、第１消費流量は、圧力ヘッダ３０Ａの圧縮空気の消費流量（言い換えれば、複数の末端機器２Ａの圧縮空気の消費流量）に置き換え、第２消費流量は、圧力ヘッダ３０Ｂの圧縮空気の消費流量（言い換えれば、複数の末端機器２Ｂの圧縮空気の消費流量）に置き換えればよい。

以上のように構成された本変形例においても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、上記実施形態及び変形例においては、圧縮機の圧縮空気の供給流量を演算するために必要な状態量を計測する状態量センサとして、圧縮機の電動機の電流を計測する電流センサを設けた場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。例えば、圧縮機の電動機の回転数を計測する回転数センサを設けてもよい。このような変形例においても、上記同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態及び変形例において、圧縮機は、運転回転数を可変する可変速機であり、制御装置の供給流量制御部１６は、インバータを介し電動機の回転数を可変制御することにより、圧縮機の圧縮空気の供給流量を可変制御する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。例えば、圧縮機は、運転回転数を固定する定速機であってもよい。

このような変形例では、制御装置の制御設定部１５は、将来の第１末端圧力が設定範囲となり且つ将来の第２末端圧力が設定範囲となるような供給圧力の目標範囲（言い換えれば、目標値を中心とした上限値及び下限値）を設定する。そして、制御装置４の供給流量制御部１６は、供給圧力センサで計測された供給圧力が上限値以上となる場合に、例えば圧縮機の吸入側絞り弁を閉じるとともに吐出側放気弁を開くことにより、圧縮空気の供給を停止する。その後、供給圧力センサで計測された供給圧力が下限値以下となる場合に、圧縮機の吸入側絞り弁を開くとともに吐出側放気弁を閉じることにより、圧縮空気の供給を再開する。

本変形例においても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、本変形例においても、電流センサで計測された電動機の電流及び供給圧力センサで計測された圧縮空気の供給圧力に基づいて、圧縮機の圧縮空気の供給流量を演算することが可能である。

また、上記実施形態及び変形例において、配管ネットワークは、空気槽を有し、供給圧力センサは、空気槽の出口に設けられた場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、供給圧力センサは、配管ネットワークの分岐部９の上流側であれば、圧縮機の出口又は空気槽の入口に設けられてもよい。また、配管ネットワークは、空気槽を有しなくともよい。これらの場合も、上記同様の効果を得ることができる。

なお、以上においては、本発明の適用対象として、圧縮機から配管を経由して複数の末端部に圧縮空気を供給する圧縮空気供給設備を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、流体機械から配管を経由して複数の末端部に圧縮空気以外の流体を供給する流体供給設備に適用してもよいことは言うまでもない。

上記において、圧縮機は、請求の範囲に記載の流体機械を構成し、末端機器又は圧力ヘッダは、請求の範囲に記載の末端部を構成し、配管ネットワークは、請求項の範囲に記載の流体機械から複数の末端部に流体を供給する配管を構成する。

１，１Ａ，１Ｂ 圧縮機
２Ａ，２Ｂ 末端機器
３，３Ａ，３Ｂ 配管ネットワーク
４，４Ａ，４Ｂ 制御装置
５，５Ａ，５Ｂ 電流センサ（状態量センサ）
７，７Ａ，７Ｂ 空気槽（気体槽）
９ 分岐部
１１，１１Ａ，１１Ｂ 供給圧力センサ
１２ 末端圧力センサ
１３ データ蓄積部
１４ 消費流量演算部
１５ 制御設定部
１６ 供給流量制御部
１７ 選択部
３０Ａ，３０Ｂ 圧力ヘッダ

Claims (14)

1. 少なくとも１つの流体機械と、複数の末端部と、前記流体機械から前記複数の末端部に流体を供給する配管と、前記流体機械の流体の供給流量を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記流体機械の流体の供給流量を、電流センサから得られた前記流体機械の電動機の電流と、前記複数の末端部のそれぞれに分岐する前記配管の分岐部の上流側における流体の供給圧力とに基づいて演算し、
   前記流体機械の流体の供給流量と、前記供給圧力と、前記分岐部と前記複数の末端部のうち第１末端部との間の流体の圧力である第１末端圧力と、に基づいて、前記第１末端圧力と、前記複数の末端部のうち第２末端部に供給する流体の圧力である第２末端圧力と、がそれぞれの設定範囲となるように、前記流体機械の流体の供給流量を制御することを特徴とする流体供給設備。
2. 少なくとも１つの流体機械と、複数の末端部と、前記流体機械から前記複数の末端部に流体を供給する配管と、前記流体機械の流体の供給流量を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記流体機械の流体の供給流量と、前記複数の末端部のそれぞれに分岐する前記配管の分岐部の上流側における流体の供給圧力と、前記分岐部と前記複数の末端部のうち第１末端部との間の流体の圧力である第１末端圧力と、に基づいて、前記複数の末端部のうち第２末端部の流体の消費流量を演算して記憶しており、
   前記供給圧力、前記第１末端圧力、および過去の前記第２末端部の流体の消費流量に基づいて、前記第１末端圧力と、前記第２末端部に供給する流体の圧力である第２末端圧力と、がそれぞれの設定範囲となるように、前記流体機械の流体の供給流量を制御することを特徴とする流体供給設備。
3. 前記過去の前記第２末端部の流体の消費流量は、現在の時刻と同時刻の過去の前記第２末端部の流体の消費流量である請求項２に記載の流体供給設備。
4. 前記過去の前記第２末端部の流体の消費流量は、利用者により選択された過去の前記第２末端部の流体の消費流量である請求項２に記載の流体供給設備。
5. 前記制御装置は、前記流体機械の流体の供給流量を、状態量センサから得られた前記流体機械の状態量に基づいて演算する請求項２に記載の流体供給設備。
6. 前記制御装置は、前記流体機械の流体の供給流量を、電流センサから得られた前記流体機械の電動機の電流と、前記供給圧力とに基づいて演算する請求項２に記載の流体供給設備。
7. 前記末端部は、空気工具、空気プレス、空気ブレーキ、スプレーガン、及び圧力ヘッダのうちのいずれかである請求項１又は２に記載の流体供給設備。
8. 少なくとも１つの流体機械と、複数の末端部と、前記流体機械から前記複数の末端部に流体を供給する配管と、を備える液体供給設備における前記流体機械の流体の供給流量を制御する制御方法であって、
   前記流体機械の流体の供給流量を、電流センサから得られた前記流体機械の電動機の電流と、前記複数の末端部のそれぞれに分岐する前記配管の分岐部の上流側における流体の供給圧力とに基づいて演算し、
   前記流体機械の流体の供給流量と、前記供給圧力と、前記分岐部と前記複数の末端部のうち第１末端部との間の流体の圧力である第１末端圧力と、に基づいて、前記第１末端圧力と、前記複数の末端部のうち第２末端部に供給する流体の圧力である第２末端圧力と、がそれぞれの設定範囲となるように、前記流体機械の流体の供給流量を制御することを特徴とする流体供給設備の制御方法。
9. 少なくとも１つの流体機械と、複数の末端部と、前記流体機械から前記複数の末端部に流体を供給する配管と、を備える液体供給設備における前記流体機械の流体の供給流量を制御する制御方法であって、
   前記流体機械の流体の供給流量と、前記複数の末端部のそれぞれに分岐する前記配管の分岐部の上流側における流体の供給圧力と、前記分岐部と前記複数の末端部のうち第１末端部との間の流体の圧力である第１末端圧力と、に基づいて、前記複数の末端部のうち第２末端部の流体の消費流量を演算して記憶しており、
   前記供給圧力、前記第１末端圧力、および過去の前記第２末端部の流体の消費流量に基づいて、前記第１末端圧力と、前記第２末端部に供給する流体の圧力である第２末端圧力と、がそれぞれの設定範囲となるように、前記流体機械の流体の供給流量を制御することを特徴とする流体供給設備の制御方法。
10. 前記過去の前記第２末端部の流体の消費流量は、現在の時刻と同時刻の過去の前記第２末端部の流体の消費流量である請求項９に記載の流体供給設備の制御方法。
11. 前記過去の前記第２末端部の流体の消費流量は、利用者により選択された過去の前記第２末端部の流体の消費流量である請求項９に記載の流体供給設備の制御方法。
12. 前記流体機械の流体の供給流量を、状態量センサから得られた前記流体機械の状態量に基づいて演算する請求項９に記載の流体供給設備の制御方法。
13. 前記流体機械の流体の供給流量を、電流センサから得られた前記流体機械の電動機の電流と、前記供給圧力とに基づいて演算する請求項９に記載の流体供給設備の制御方法。
14. 前記末端部は、空気工具、空気プレス、空気ブレーキ、スプレーガン、及び圧力ヘッダのうちのいずれかである請求項８又は９に記載の流体供給設備の制御方法。

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