JP6828453B2 - 圧縮空気供給制御装置及び圧縮空気の供給制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の圧空コンプレッサーを用いて共通の圧縮空気使用設備（プロセス）に圧縮空気を供給するための技術に関する。

従来の圧縮空気の供給技術としては例えば特許文献１に記載の技術がある。特許文献１に記載の技術では、圧空配管の複数ポイントの圧力を常時測定して、各測定ポイントの設定圧力と測定圧力の偏差が最大となるポイントを選択し、当該ポイントを設定圧力以上となるように、圧空コンプレッサーの吐出圧を制御する。

特開平９−１３８７１０号公報

しかし、圧縮空気を送風している圧空配管の複数ポイントの圧力を常時測定して、各測定ポイントの設定圧力と測定圧力の偏差が最大となるポイントを選択し、その選択したポイントで設定圧力以上となるように調整するローセレクター制御では、圧縮空気の安定供給は図れるが、全体的に供給圧力が高くなる傾向があった。
本発明は、上記のような点に着目してなされたものであり、複数の圧空コンプレッサーを使用して共通の圧縮空気使用設備に圧縮空気を供給する際における省電力化を図ることを目的とする。

課題を解決するために、本発明の一態様である圧縮空気供給制御装置は、複数の圧空コンプレッサーから吐出される圧縮空気を圧縮空気使用設備に供給する圧空共通配管と、複数の圧空コンプレッサーをそれぞれ制御する複数の制御機構とを備え、上記各制御機構は、圧空コンプレッサーの吸込み口から吸い込まれる空気量を調整する吸込み弁と、圧空コンプレッサーから吐出された圧縮空気の吐出圧力を検出する圧力計と、圧空コンプレッサーのモータの電機子電流を予め設定した設定電流に調整するための上記吸込み弁の開度操作量を求める第１の操作量設定部と、上記圧力計の測定値に基づき、圧空コンプレッサーの吐出圧が予め設定した設定吐出圧に調整するための上記吸込み弁の開度操作量を求める第２の操作量設定部と、上記第１の操作量設定部が求めた開度操作量と上記第２の操作量設定部が求めた開度操作量のうち小さい値を選択する操作量選択部と、上記操作量選択部が選択した開度操作量に向けて上記吸込み弁の開度を調整する吸込み弁調整部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の一態様である圧縮空気の供給制御方法は、複数の圧空コンプレッサーから吐出される圧縮空気を共通の圧縮空気使用設備に供給する際に、各圧空コンプレッサーの吸込み口から吸い込まれる空気量を調整する吸込み弁を備え、圧空コンプレッサーのモータの電機子電流を予め設定した設定電流に調整するための上記吸込み弁の開度操作量である第１の開度操作量と、圧空コンプレッサーの吐出圧が予め設定した設定吐出圧に調整するための上記吸込み弁の開度操作量である第２の開度操作量とを求め、上記第１の開度操作量と上記第２の開度操作量のうちの小さい開度操作量に向けて上記吸込み弁の開度を調整することを特徴とする。

本発明の一態様によれば、設定吐出圧に調整する開度操作量と圧空コンプレッサーの消費を設定電流に調整する開度操作量のローセレクター制御を採用することで、設備全体に圧縮空気を供給する際における省電力化を図ることが可能となる。

本発明に基づく実施形態に係る圧縮空気供給制御装置を説明する図である。 電力原単位の実績例を示す図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態の圧縮空気の供給制御方法は、複数の圧空コンプレッサーから吐出される圧縮空気を共通の圧縮空気使用設備に供給する際に、各圧空コンプレッサーの吸込み口から吸い込まれる空気量を調整する吸込み弁を備え、圧空コンプレッサーのモータの電機子電流を予め設定した設定電流に調整するための吸込み弁の開度操作量である第１の開度操作量と、圧空コンプレッサーの吐出圧が予め設定した設定吐出圧に調整するための上記吸込み弁の開度操作量である第２の開度操作量とを求め、第１の開度操作量と第２の開度操作量のうちの小さい開度操作量に向けて上記吸込み弁の開度を調整することを特徴とする。

その供給制御を実現する圧縮空気供給制御装置の例について、以下説明する。
本実施形態の圧縮空気供給制御装置は、図１に示すように、複数の圧空コンプレッサー１を有する。そして、オペレータが、圧縮空気使用設備３（鉄鋼のプロセス設備その他）での圧縮空気の使用状況（圧縮空気使用設備３への送気量）を見ながら、使用（稼動）する圧空コンプレッサー１の台数を調整する。
使用台数は、例えば、稼動している各圧空コンプレッサー１の送気能力の和と実際に圧縮空気使用設備３に送気している現送気量との差（送気余裕量とも呼ぶ）で決定し、送気余裕量が所定値以下となると、稼動する圧空コンプレッサー１の台数を増やす。

（構成）
複数の圧空コンプレッサー１から吐出される圧縮空気は、圧空共通配管２を介して、圧縮空気を使用する圧縮空気使用設備３に送気されるように構成されている。
各圧空コンプレッサー１は、それぞれ個別の制御機構４で制御するように構成されている。なお各圧空コンプレッサー１は、羽根車の回転数を一定とする一定回転数制御であって良いし、吐出圧が設定した最低圧以上となるよう回転数の可変制御であっても良い。
その個別の制御機構４について説明すると、図１に示すように、圧空コンプレッサー１の吸込み口に大気導入管５が接続されると共に、圧空コンプレッサー１の吐出口に圧空共通配管２に接続するために吐出側配管６が接続される。

各制御機構４は、図１に示すように、吸込み弁７、圧力計８、第１の操作量設定部９、第２の操作量設定部１０、操作量選択部１１、及び吸込み弁調整部１２を備える。図１中、符号２０は手動弁を示す。
吸込み弁７は、大気導入管５の途中に設けられ、吸込み弁調整部１２からの開度指令値に応じた開度に大気導入管５の流路断面を調整する。これによって、大気導入管５を介して圧空コンプレッサー１に吸い込まれる空気量が調整される。
圧力計８は、吐出側配管６内の圧力を検出することで、圧空コンプレッサー１の吐出圧を測定する。

第１の操作量設定部９は、圧空コンプレッサー１における羽根車を回転駆動する負荷電流に相当する駆動用モータの電機子電流（以下、検出電流とも呼ぶ）を検出し、その検出した電機子電流が予め設定した設定電流に調整するための上記吸込み弁７の開度量を第１の開度操作量ＭＴ１を求める。
第１の操作量設定部９は、例えば下記（１）式によって第１の開度操作量ＭＴ１を求める。
第１の開度操作量ＭＴ１ ＝ 現在の吸込み弁７の開度
＋ｋ１×（設定電流 −検出電流）
・・・（１）
ここで、ｋ１は、電流を開度量に変換するための正の係数である。

この（１）式を採用した場合には、検出電流が設定電流より低い場合には、その電流差に応じた分だけ開度を大きくする第１の開度操作量ＭＴ１が算出され、検出電流が設定電流より高い場合には、その電流差に応じた分だけ開度を小さくする第１の開度操作量ＭＴ１が算出される。
（設定電流 −検出電流）が正値の場合と負値の場合とで、係数ｋ１の値を違えても良い。
設定電流は例えば定格電流とする。

第２の操作量設定部１０は、圧力計８の測定値（以下、検出吐出圧とも呼ぶ）に基づき、圧空コンプレッサー１の吐出圧が予め設定した設定吐出圧に調整するための吸込み弁７の開度量を第２の開度操作量ＭＴ２を求める。
第２の操作量設定部１０は、例えば下記（２）式によって第２の開度操作量ＭＴ２を求める。
第２の開度操作量ＭＴ２ ＝ 現在の吸込み弁７の開度
＋ｋ２×（設定吐出圧−検出吐出圧）
・・・（２）
ここで、ｋ２は、圧力を開度量に変換するための正の係数である。

この（２）式を採用した場合には、検出吐出圧が設定吐出圧より低い場合には、その吐出圧差に応じた分だけ開度を大きくする第２の開度操作量ＭＴ２が算出され、検出吐出圧が設定吐出圧より高い場合には、その吐出圧差に応じた分だけ開度を小さくする第２の開度操作量ＭＴ２が算出される。
（設定吐出圧 −検出吐出圧）が正値の場合と負値の場合とで係数ｋ２の値を違えても良い。
操作量選択部１１は、第１の操作量設定部９が求めた第１の開度操作量ＭＴ１と第２の操作量設定部１０が求めた第２の開度操作量ＭＴ２のうち小さい値を選択する。すなわち、操作量選択部１１は、２つの開度操作量ＭＴ１、ＭＴ２のセレクトローを実施する。

吸込み弁調整部１２は、操作量選択部１１が選択した開度操作量に向けて吸込み弁７の開度を調整する。なお、吸込み弁７の開度は、第１の操作量設定部９及び第２の操作量設定部１０に出力される。
ここで、上記説明では、各圧空コンプレッサー１毎に圧力計８を設ける場合を例示しているが、複数の圧空コンプレッサー１に共通の圧力計８を圧空共通配管２に設け、その圧力計８の検出値を採用しても良い。この場合には、圧力計８で検出する圧力は、各圧空コンプレッサー１の吐出自体ではなく、圧縮空気使用設備３に送風される圧縮空気の圧力となる。また、この場合には、第２の操作量設定部１０が、複数の制御機構４で共通の設定部となる。

（動作その他）
圧縮空気使用設備３での圧縮空気の使用量が少ない場合には、送気量が小さくなることから、各圧空コンプレッサー１の負荷が小さくなる。このため、設定電流よりも検出電流が小さくなることから、第１の開度操作量ＭＴ１は、電流負荷が小さいほど現在の開度よりも大きく設定される。これに対し、圧力計８で検出される圧力は、設定吐出圧に近づくことで、第２の開度操作量ＭＴ２は、現在の開度に近い値となる。すなわち、第２の開度操作量ＭＴ２の方が、第１の開度操作量ＭＴ１よりも小さくなる。

この結果、第２の開度操作量ＭＴ２によって調整、すなわち設定吐出圧となるように吸込み弁７の開度量が調整される。具体的には、検出吐出圧が設定吐出圧よりも小さい場合には、吸込み弁７の開度量が大きくなる方向に調整され、検出吐出圧が設定吐出圧よりも大きい場合には、吸込み弁７の開度量が小さく方向に調整されて、吐出圧が設定吐出圧にフィードバック制御される。
またこの状態から、圧縮空気使用設備３での圧縮空気の使用量が多くなるにつれて、検出吐出圧が設定吐出圧よりも小さくなって徐々に第２の開度操作量ＭＴ２が高くなってくると共に、圧空コンプレッサー１の負荷が大きくなることから、検出電流が設定電流に近づいて、徐々に第１の開度操作量ＭＴ１が小さくなっていく。

そして、第１の開度操作量ＭＴ１の方が第２の開度操作量ＭＴ２よりも小さくなり、さらに圧縮空気使用設備３での圧縮空気の使用量が増えていくと、圧空コンプレッサー１の負荷電流（電機子電流）に応じた第１の開度操作量ＭＴ１によって吸込み弁７の開度量が調整される制御状態に移行する。
具体的には、検出電流が設定電流よりも小さい状態では、徐々に、吸込み弁７の開度量が大きくなる方向に調整されて送気量が増大して、検出電流が設定電流となる開度に、吸込み弁７の開度量が制御される。すなわち、各コンプレッサー１に設定した電気能力の最大値近くまで送気が可能となることから、使用するコンプレッサー１の台数を従来よりも抑えることが可能となる。

ここで、気温によって空気の密度が異なり、気温が低いほど空気の密度が高くなることから、気温によって圧力変動が発生する。このため、第２の開度操作量ＭＴ２、つまりコンプレッサーの吐出圧が設定吐出圧となるように吸込み弁７の開度調整をする吐出圧制御構成だけの場合（以下、比較の制御とも呼ぶ）、その圧力変動を見込んで、各コンプレッサーに設定する最大電流値を定格電流よりも安全サイドよりに小さく設定する必要があった。
これに対し、本実施形態では、必要な送気量が多くなると、コンプレッサー１の負荷電流（電機子電流）によって開度制御することから、設定電流を定格電流に設定するなど、比較の制御よりも電気能力を最大値近くまで使用可能となる。このため、送気量が増大しても、比較の制御に比べ、稼動するコンプレッサーの台数を抑えることが可能となる。すなわち、省電力化が可能となる。

ここで、同じ圧縮空気使用設備３に対する送気に対する圧空コンプレッサー１の電力原単位の実績を２年間求めてみた。その実績を図２に示す。図２中、符号Ａの範囲が比較の制御を採用した期間であり、符号Ｂの範囲が本実施形態の制御を採用した期間である。
なお、上記のように、送気余裕量に基づき、稼動する圧空コンプレッサーの台数を変更した。
図２にから分かるように、比較の制御の場合には、時季によって電力原単位が変動していると共に、実施形態の制御に比べて電力原単位が大きいことが分かる。すなわち、実施形態の制御の方が一年を通して電力原単位が抑えられることから、使用する圧空コンプレッサーの台数を抑えることが出来ることが分かる。
ここで、各圧空コンプレッサー１での吐出圧がばらついていることも想定されるが、圧力計の検出を、実際に圧縮空気使用設備３に供給される圧縮空気の圧力とすることで、送気量が小さいときの圧力変動を小さく抑えることが可能となる。

１ 圧空コンプレッサー
２ 圧空共通配管
３ 圧縮空気使用設備
４ 制御機構
５ 大気導入管
６ 吐出側配管
７ 吸込み弁
８ 圧力計
９ 第１の操作量設定部
１０ 第２の操作量設定部
１１ 操作量選択部
１２ 吸込み弁調整部
ＭＴ１ 第１の開度操作量
ＭＴ２ 第２の開度操作量

Claims (3)

1. 複数の圧空コンプレッサーから吐出される圧縮空気を、鉄鋼のプロセス設備からなる圧縮空気使用設備に供給する圧空共通配管と、複数の圧空コンプレッサーをそれぞれ制御する複数の制御機構とを備え、
   上記複数の圧空コンプレッサーは、上記圧縮空気使用設備での圧縮空気の使用状況によって、オペレータによって、稼働する台数が調整される構成となっており、
   上記各制御機構は、
   圧空コンプレッサーの吸込み口から吸い込まれる空気量を調整する吸込み弁と、
   圧空コンプレッサーから吐出された圧縮空気の吐出圧力を検出する圧力計と、
   圧空コンプレッサーのモータの電機子電流を予め設定した設定電流に調整するための上記吸込み弁の開度操作量を求める第１の操作量設定部と、
   上記圧力計の測定値に基づき、圧空コンプレッサーの吐出圧が予め設定した設定吐出圧に調整するための上記吸込み弁の開度操作量を求める第２の操作量設定部と、
   上記第１の操作量設定部が求めた開度操作量と上記第２の操作量設定部が求めた開度操作量のうち小さい値を選択する操作量選択部と、
   上記操作量選択部が選択した開度操作量に向けて上記吸込み弁の開度を調整する吸込み弁調整部と、を備え、
   上記圧力計は、上記圧空共通配管の圧力を検出し、
   上記第２の操作量設定部が、上記複数の制御機構で共通の設定部である、
   ことを特徴とする圧縮空気供給制御装置。
2. 上記設定電流を上記モータの定格電流とすることを特徴とする請求項１に記載した圧縮空気供給制御装置。
3. 複数の圧空コンプレッサーから吐出される圧縮空気を、共通の圧空共通配管を介して、鉄鋼のプロセス設備からなる圧縮空気使用設備に供給する際に、
   上記複数の圧空コンプレッサーについて、上記圧縮空気使用設備での圧縮空気の使用状況によって、オペレータが、稼働する台数を調整し、
   各圧空コンプレッサーの吸込み口から吸い込まれる空気量を調整する吸込み弁を備え、
   圧空コンプレッサーのモータの電機子電流を予め設定した設定電流に調整するための上記吸込み弁の開度操作量である第１の開度操作量と、圧空コンプレッサーの吐出圧が予め設定した設定吐出圧に調整するための上記吸込み弁の開度操作量である第２の開度操作量とを求め、
   上記第１の開度操作量と上記第２の開度操作量のうちの小さい開度操作量に向けて上記吸込み弁の開度を調整し、
   上記圧空コンプレッサーの吐出圧として、上記圧空共通配管での圧力を用い、
   上記求める第２の開度操作量を、上記複数の圧空コンプレッサーに共通の設定部で演算する、
   ことを特徴とする圧縮空気の供給制御方法。
   

Images