JPH04125030A - 金属加ラインの力率改善装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、各種電力設備の力率改善装置に関する。

（従来の技術） 例えば、受配電設備には、電気料金の節約のため、ある
いは配電電圧の安定化のため、自動力ＱＣＩＯ形、αＣ
Ｏ２形）では、電気料金の節約、線電流及び電力損失の
軽減化、設備運転の省力化、設備容量の余裕化、電圧安
定化等を目的として、無効電力を検出し、検出された無
効電力が設定値をオーバしたときコンデンサの投入、し
ゃ断指令を自動的に行うようになっている。ＱＣＩＯ形
は、１０バンクまでのコンデンサ制御が行なえるもので
、高圧回路の高精度な力率調整や多バンク制御の一般的
な低圧回路の力率調整に使用する標準モデルである。Ｑ
ＣＯ２形は、２バンク制御の高圧中小受電設備専用であ
る。

この無効電力検出方式の自動力率調整器では、時間を追
って変動する負荷に対し、無効電力を検出しつつ、常時
力率を所定の値、例えば１．０に保持するよう、自動的
にコンデンサ切換え制御を行うことができる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記の如き無効電力検出方式による自動
力率調整器にあっては、昼夜の時間帯のみによってコン
デンサ切換えする部品代のものと比べ、無効電力に応じ
て自動力率調整することができるものの、実際に無効電
力が変化してからコンデンサバンクを制御するので、い
わば事後対策となり、負荷が大きく変動するような場合
には必ずしも十分に追従できないという問題があった。

例えば、比較的少ない数の加工機械を有する板金加工工
場において、レーザ加工機のように無効電力が加工時と
休止時とで大きく異なる加工機が動作する場合を考える
と、レーザ加工開始と共に大きな無効電力が流れ、これ
に追従してコンデンサが投入されるが、コンデンサ投入
時には、最早レーザ加工が休止されており、無効電力が
小となるので、即座にコンデンサしゃ断され、比較的短
い時間において力率が異常に変動する等である。

そこで、このように負荷の変動が激しい場合には、無効
電力の平均値に応じてコンデンサを切換えるようにし、
急激な負荷に対してはコンデンサを切換え制御しないこ
とも考えられる。

しかし、上記の如く各種の機械が設置される工場では負
荷が急激に変動するのはいわば当然であり、これに対し
、何らの対策ができないということになる。

そこで、本発明は、負荷の変動を正確に予測することに
より、変動する負荷に対して力率が所望の値となるよう
コンデンサを適切に切換え制御できる力率改善装置を提
供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記課題を解決するための本発明の力率改善装置は、配
電設備と、該配電設備から電力供給される各負荷、ある
いは集合負荷に対し、それぞれデータ通信ターミナルを
設け、 前記負荷側のデータ通信ターミナルに、自己が有する負
荷についての動作予定を生成する動作条件生成手段を設
け、 各データ通信ターミナルを、データ通信線で接続してデ
ータ通信ネットワークを構成し、前記配電設備側のデー
タ通信ターミナルに、前記負荷側のデータ通信ターミナ
ルから受信された前記負荷の動作予定を加えて前記配電
設備の無効電力を予測する無効電力予測手段と、該予測
手段で予測される無効電力に合わせて前記配電設備に備
えた力率改善用のコンデンサを切換え制御するコンデン
サ切換え制御手段とを設けたことを特徴とする。

（作用） 本発明の力率改善装置では、配電設備に力率改善用のコ
ンデンサバンクを設け、配電設備と適宜分類された負荷
群とにそれぞれデータ通信ターミナルを設け、各負荷群
に設けたデータ通信ターミナルから送られてくる負荷の
動作予定を含めて全負荷の無効電力の予測を立て、この
予測に基いて前記コンデンサを切換え制御する。

したがって、例えば板金加工工場において、レーザ加工
機の生産予定に基いて、無効電力をより正確に予測する
ことができ、コンデンサを負荷に合わせて適切に制御す
ることができる。

（実施例） 以下、本発明を工場受配電設備に適用した例を挙げ、本
発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る力率改善装置を備え
た電力制御システムを示すブロック図である。

図において、受配電設備１を収納するキユービクル（イ
ンテリジェントキユービクル）２には、従来同様のデマ
ンドコントローラ３と、例えば１０バンクのコンデンサ
バンク４が配置されている。

また、キユービクル２には、換・気装置など付属装ｗ５
が配置され、デマンドコントローラ３と、コンデンサバ
ンク４と、付属装置５は、通信部６及びデータ処理部７
、機器制御部８を備えたデータ通信ターミナル（電力制
御ターミナルとも呼ぶ）９の機器制御部８に接続されて
いる。

一方、前記受配電設備１からは、前記デマンドコントロ
ーラ３にてしゃ断制御可能のデマンドコントロール電力
配線１０と、前記デマンドコントローラ３ではしゃ断不
可の非コントロール電力配線１１が出力され、非コント
ロール電力配線１１には、適宜分類された負荷群（単一
負荷または集合負荷）毎に配置される電力制御ターミナ
ル１２゜１３．１４，１５，１６，１７．　　・・・に
よりそれぞれ開閉制御される開閉器１８を介して個別の
負荷が接続されている。一般に、デマンドコントロール
電力配線１０は事務所側の電灯回線に対して配線され、
非コントロール電力配線１１は、機械の配置されるライ
ンに対して配線される。

図示の電力制御ターミナル１２．１３，１４゜１５は、
キユービクル側の電力制御ターミナル９と同様に、通信
部６とデータ処理部７と機器制御部８とを備えたもので
ある。また、電力制御ターミナル１６，１７は、このう
ちデータ処理部７を有しない種別のものである。

一般には、データ処理部７を有する電力制御ターミナル
１２．１３◆・・は、工場ローカルエリアネットワーク
（ＬＡＮ）や、一つのまとまった加工ラインや、複数負
荷をまとめて群管理を行う群管理部に対して設置される
ものである。また、データ処理部７を有さない電力制御
ターミナル１６．１７は一つの指令に対し１または複数
負荷を同時的に、または一定のシーケンスで開閉制御可
能の負荷に対して設置されるものである。

各電力制御ターミナル９，１２．１３・・・１７は、ア
ドレス、データ、プログラムにより通信を行う通信回線
１９に接続され、電力制御用の通信ネットワークを構成
している。ただし、データ処理部７を有さない電力制御
用ターミナル１６゜１７は、データ送信機能を省略する
ことも可能である。

第２図は、ＬＡＮの一例を示す説明図である。

図示のように、本例のＬＡＮは、通信回線２０に、メイ
ンコントローラ２１と、自動プログラミング装置２２と
、数値制御（Ｎ’　Ｃ）装置２３と、複数のデータ処理
装置２４とを相互に接続して成り、各データ処理装置２
４にて各加工機２５（２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ）をスケ
ジュール運転するものである。加工機２５Ａはパンチプ
レス機、２５Ｂはパンチ・レーザ複合加工機、２５Ｃは
レーザ加工機であるとする。ＬＡＮ２０に接続される各
部材には、適宜データベース２６が接続されている。

スケジュール運転の一例を示すと、メインコントローラ
２１で複数プログラムＰｉ　　（ＰＩ、Ｐ２゜・・・）
の実行順序と、各プログラムの繰り返し回数を編集し、
各加工機２５に対してそれぞれのスケジュールについて
の作動指令を出力すると、各加工機２５がそれぞれのス
タートボタンのオン操作に次いで指令の通りのスケジュ
ール運転を実行する。各加工機２５が連動されてスケジ
ュール運転されることも有る。

スケジュール運転に使われるプログラムＰＬは、自動プ
ログラミング装置２２によって作成される。

例えば、自動プログラミング装置２２に、平板状のワー
クの各所に種々多数の穴の明いた図形データを入力する
と、パンチプレス機２５Ａにて順次穴明は加工するよう
数値制御するためのＮＣプログラムデータが生成される
。また、パンチ・レーザの複合加工機２５Ｂでは、パン
チ不能の穴形状に対し、その部分をレーザ加工するよう
プログラミングされる。

したがって、各加工機２５では、スケジュールされたプ
ログラムデータを入力し、順次設定された速度にてプロ
グラム実行され、順次製品が加工されてゆくことになる
。

ただし、加工の途中で電源しゃ断されると、機械はその
場停止となるので、危険であることは勿論のこと、加工
中の製品は不良となってしまうことになる。また、緊急
停止のボタンを押すと、機械は原則として安全方向に作
動してその場停止されるので、多くの場合不良品が発生
する。さらに、−船釣な一時停止の場合には、多くの場
合、現在行っている加工の終了時点で加工を中断した状
態となるので、レーザ加工機２５Ｃなど一つの加工に多
くの時間を要する場合を除いて、不良品を発生しないま
まで加工中断状態となる。なお、ＮＣ装置では、−時停
止の場合には、サーボ制御回路の原点復帰は必要ないが
、緊急停止の場合は、原点復帰作業からやり直さなけれ
ばならない。

このように、ＮＣ装置を含む加工機では、電源しゃ断は
禁物で、ある一つの加工についてて作動タイミングをず
らしたい場合には、スタート時点をずらせるか、プログ
ラムの内容を変更するが、改良−時停止の信号を与える
かによらねばならない。改良−時停止の信号とは、本例
で特に提案するもので、−時停止の指令を与えることに
より、その加工を終了してから次の加工に対してプログ
ラム中断し、不良品を発生することなく、復帰の指令で
そのまま加工を続行できるものである。この改良−時停
止の信号によれば、レーザ加工であっても不良品を発生
することがない。

第３図はキユービクル２側の電力制御ターミナル９の状
態を示すブロック図である。

図示のように、電力制御ターミナル９は、前述の通信部
６と、これに接続される受信データ・プログラム解析部
２７及び送信データ・プログラム生成部２８と、これら
解析部２７及び生成部２８と接続される電力予測部２９
と、該予測部２つと接続されるデマンド条件演算部３０
及びコンデンサ切換え条件演算部３１と、データベース
３２と、前述の機器制御部８に相当するデマンド条件出
力部８ａ及びコンデンサ切換え制御部８ｂ並びに付属設
備制御部８ｃとを備えて構成されている。

受信データ・プログラム解析部２７は、通信部６を介し
て入力された他の電力制御ターミナル１２〜１５からの
データあるいはプログラムを解析し、適宜分類整理して
電力予測部２９に渡すものである。

電力予測部２９は、電流計、電圧計、電力（有効、無効
）計、温度計など各種センサ類３３がらの検出信号を入
力し、他の電力制御ターミナル１２〜１５から入力され
たデータ、あるいはプログラムの解析結果を参照し、適
宜ファジィ推論を与えて電力（有効、無効）の予測を行
い、予測電力が需要電力の目標値を上回る恐れがあると
き、デマンドコントローラ３に対してコントロール条件
を出力し、他の電力制御ターミナル１２〜１７に対し適
宜電力削減のための指令を出力するものである。また、
無効電力は、コンデンサ切換え条件演算部３１に出力さ
れ、コンデンサ切換え条件演算部３１にてコンデンサ切
換え条件が演算される。

さらに、予測部２９は、付属設備制御部８ｃを介して付
属装置５を制御する。

第４図はライン側の電力制御ターミナル１２〜１５の構
成例を示すブロック図である。

図示のように、ライン側の電力制御ターミナル１２〜１
５は、前述の通信部６に接続される受信データプログラ
ム解析部３４及び送信データ・プログラム生成部３５と
、これら解析部３４及び生成部３５と接続される電力制
御条件演算部３６と、前述の機器制御部８に相当するラ
イン条件設定部８ｄ及び開閉器制御部８ｅを備えて構成
されている。

電力制御条件演算部３６は、ライン条件入力部３７より
、各機械の現在及び将来の動作予定を入力し、これをデ
ータ化し通信部６を介してキユービクル側の電力制御タ
ーミナル９にその内容を報知すると共に、キユービクル
側の電力制御ターミナル９から指令があったとき、所定
の電力制御のための演算をし、場合に応じてライン条件
設定部８ｄに各機械の作動条件や前述のＮＣプログラム
あるいはスケジュールの変更指令を設定し、また、適宜
タイミングで開閉器制御部８ｃを介して開閉器１８を開
閉制御するものである。

第５図に前記電力予測部２９の行う処理の概要を示した
。

ステップ５０１では、センサ類３３の検出信号に応じ、
負荷の監視を行い、ステップ５０２で他の電力制御ター
ミナル１２〜１５がら各部の電力予定を受信し、ステッ
プ５０．３で需要電力の予測を行う。

この電力予測は、単に現在の需要電力を延長して将来の
電力を推定するのではなく、各機械の予定の需要電力か
ら将来の需要電力を予測するもので、予測値は飛躍的に
正確になる。例えば、現在時刻を基準として１０分後に
３０ＫＶＡのモータが回転開始することを知り得るので
、１０分後の有効、無効の電力予測を正確に立てられる
。また、電力予測部２９は、ファジィ推論部を備えてお
り、知識データベース３２を参照して、ライン側の大ま
かな電力予定に応じて、これに付随する各種装置の連動
関係までも推定し、より正確な電力予測を立てることが
可能である。

そこで、ステップ５０４〜５０６では、予測電力と目標
値とを比較し、予測電力が目標値を上回りそうなとき、
ステップ５０４で３段構えの電力制御を行う。

第１段の電力制御は、最も容易に需要電力を抑制するこ
とができる種類のもので、これには、負荷の作動タイミ
ングの変更と、加工スケジュールの変更と、加工に全く
関係のない負荷のしゃ断などが挙げられる。

この第１段の電力制御では、キユービクル側の電力制御
ターミナル９からライン側の電力制御ターミナル１２〜
１５に第１段の電力制御が可能かを打診した上で、その
解答を得、キユービクル側の電力制御ターミナル９から
デマンドコントローラ３へ、または他の電力制御ターミ
ナル１２〜１７に指令を出力することにより実行される
。

ライン側で実行される負荷の作動タイミングの変更の例
としては、例えばある負荷量の機械の動作開始時点を、
ピーク電力が生ずる時間帯から少しずらせる例や、機械
ＡとＢの実行順序を逆にする例が挙げられる。

例えば、ライン上で直列配置されるパンチプレス機２５
Ａとレーザ加工機２５Ｃにつき、レーザ加工に次いでパ
ンチ加工が指定されている場合、レーザ加工に優先させ
てパンチ加工を先に実行する等である。その理由は、第
６図及び第７図に示すように、一般に、レーザ加工の方
がパンチ加工より需要電力が大だからである。第６図は
パンチプレス機２５Ａの電力特性を、第７図はパンチ・
レーザ複合加工機２５Ｂの電力特性を示す。第７図に示
されるように、レーザ加工では、加工開始に応じてｌ０
ＫＷ余の電力を必要とする。

ライン側の電力制御ターミナル１２〜１７を介して不要
の負荷につき、第１図に示すデマンドコントローラ３に
よらずしゃ断することとしたのは、少しの電力しゃ断の
ために、デマンドコントロール電力配線１０を引き回す
のは配線作業が大変であるし、小電力とはいえ、ライン
側の負荷はライン側で管理する方が、管理容易だからで
ある。また、本例では、データ処理部７を有さない電力
制御ターミナル１６．１７を介して不要の負荷をしゃ断
できるので、キユービクル側の電力制御ターミナル９に
より、いわばリモートコントロールできることになる。

要するに、第１段の電力制御は、加工に何ら悪影響を与
えない形で、容易に電力ピークをずらせ、また需要電力
を抑制することのできるタイプである。

スケジュールの変更はメインコントローラ２１て自動的
に行える。また、プログラムの変更も自動プログラミン
グ装置によって容易に行える。ライン側の各電力制御タ
ーミナル１２〜１５のデータ処理部７は、接続された加
工機の制御装置と適宜連係を取りタイミング変更や順序
変更を行えば良い。

負荷の制御状態を変更すると、この変更状態に併せてコ
ンプレッサなど付属設備の動作状態を変更しなければな
らない場合が生じるが、このような場合、本例では、各
負荷に対して電力制御ターミナルが介在されるので所要
のコンプレッサに対して電源投入し、不要のコンプレッ
サに対して電源オフとするなど、容易に対応できる。

ステップ５０４の第２段の電力制御は、第１段の電力制
御を行っても、需要電力がどうしても目標値を上回りそ
うなとき作動される電力制御である。

この第２段の電力制御では、第２段でしゃ断可能と予め
設定された電灯負荷に対してデマンドコントローラ３が
従来例と同様に作動され、デマンドコントロール電力配
線１０に接続される所定の負荷が順次しゃ断される。し
ゃ断順序や、しゃ断負荷の設定方式は従来例のものを全
て利用できる。

ただし、本例ではデマンド条件演算部３０にて条件変更
でき、デマンドコントローラ３は、デマンド条件出力部
８ａて設定された条件にて作動されることが重要である
。すなわち、本例の電力制御システムでは、各電力制御
ターミナル９．１２〜１７により、ライン側の電力制御
と協調しつつデマンドコントローラ３を作動させるので
、優先度によっては機械の作動タイミングを変更したり
、ライン側の負荷の一部をしゃ断できるので、それに応
じてデマンドコントローラ３の作動範囲を最少限に押え
ることが可能である。

ステップ５０６の第３段の電力制御は、第２段の電力制
御を行っても需要電力が目標値を上回りそうなときに作
動される制御である。

第３段の電力制御では、第３段でしゃ断可能と予め設定
された電灯負荷に加え、予め設定された範囲で多少加工
に影響がでるけれども、ライン側の電力制御の援助を受
けることにより需要製電力を目標値以下に抑制できる。

この例としては、スケジュール変更したり、プログラム
変更する例が挙げられるかが、第１段。

第２段のものと比べてより高度の変更となる。

例えば、製品の加工につき、その製品の加工を納期に間
に合う範囲で遅らせるよう機械を一時停止させるような
制御が含まれる。このためには、製品完成について遅延
可能時間を設定しておけば良い。また、このために機械
−時停止の処理も取られるが、ここでの−時停止は前述
の改良された一時停止であり、不良品が発生することは
ない。

また、この延長として、昼間の加工を夜間の無人加工に
回すような平置ても含まれる。

以上により、各電力制御ターミナル９．１２〜１７の連
系により、需要電力のピーク値が無理のない形で抑制さ
れ、需要電力を目標値以下に押えることができる。

次いでのステップ５０７の無効電力の予測処理は、予測
部２９にてライン側の機械作動状況に応じて無効電力を
予測し、コンデンサ切換え条件演算部３１にて予測の無
効電力に応じてコンデンサ切換え条件を演算し、コンデ
ンサ切換え制御部８ｂにてコンデンサの切換え制御を行
わせるものである。

第８図は無効電力の予測方式を示す説明図である。

図において、時刻Ｔ１まで無効電力がｐｏであるとき時
刻Ｔ、から某機械が動作され、無効電力がΔＰだけ上昇
する場合、時刻Ｔ１以後の予１１１１無効電力はｐｏ＋
△Ｐとなる。これは最も基本的な考え方であるが、△Ｐ
は時刻の関数として求めることができ、かつ付属設備に
ついての無効電力も正確に求めることができる。動作予
定の他の例としては、機械が一定時間後に停止するとい
う予定も含まれる。この場合には、一般に一定時間後に
無効電力が減少することが予測される。また、予定の動
作を報知できない部分に対しても、適宜知識データベー
スを用いてより近似の値をファジィ推論することもでき
る。

本例の力率改善では、機械の動作予定に応じて無効電力
を正確に求めることができるので、適切にコンデンサ投
入またはしゃ断することができ、線電流を最小として、
かつ受電設備の電圧を所定の値に保持することができる
。

上記実施例では、工場加工ラインへの適用例を示したが
、本発明は、工場加工ライン以外のプラント、ビルディ
ングなど大口需要家にも適用可能である。

ただし、ビルディングなど電灯需要が主な施設では、加
工機のように作動タイミングの調節を主として電力制御
することはむずかしいので、作動タイミングの調節は、
同時に多量の電源が投入されるのを禁止する管理と、各
階の空調設備の作動タイミングの調節を行う程度に止め
、各階で不要の負荷を細かくしゃ断制御すること等に重
点がおかれることになる。いわば、ビルディングへの応
用では、作動タイミングの調整を可能とした分散式のデ
マンドコントローラが形成されることになる。

また、上記実施例では、デマンドコントローラを電力制
御ターミナルと別体として示したが、体化可能であるこ
と勿論である。さらに、負荷側の電力制御ターミナルが
行う負荷しゃ断によるデマンドコントロール機能で十分
に最大需要電力を抑制可能のときには、キユービクル側
のデマンドコントーラは省略することもてきる。また、
負荷側の電力制御部ターミナルにも小型のコンデンサバ
ンクを準備しておいて、負荷側で、機械動作に合わせて
コンデンサ制御することもできる。

［発明の効果］ 以上の通り、本発明は特許請求の範囲に記載の通りの力
率改善装置であるので、配電設備側のデータ通信ターミ
ナル及び負荷側のデータ通信ターミナル間でデータ通信
を行うことにより、各負荷の動作予定に基いて正確に無
効電力の予測を立てることができ、変動する負荷に対し
て力率を所望の値に維持することができ、電気料金の節
約、線電流及び電力損失の軽減化、設備運転の省力化、
設備容量の余裕化、電圧安定化等を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る電力制御システムを示
すブロック図、第２図は加工工場のローカルエリアネッ
トワークシステム（ＬＡＮ）の−例を示す説明図、第３
図は受配電設備（キユービクル）側に配置される電力制
御ターミナルの詳細を示すブロック図、第４図は負荷（
ライン）側の負荷群に対して配置される電力制御ターミ
ナルの詳細を示すブロック図、第５図は電力制御方式の
一例を示すフローチャート、第６図はパンチプレス機の
電力特性の一例を示す説明図、第７図はパンチ・レーザ
複合加工機の電力特性の一例を示す説明図、第８図は無
効電力の予測方式を示す説明図である。 １・・・受配電設備 ２・・・インテリジェントキユービクル３・・・デマン
ドコントーラ ４・・・コンデンサバンク ９・・・受配電設備用電力制御ターミナル１０・・・デ
マンドコントロール電力配線１１・・・非コントロール
電力配線 １２〜１５・・・データ処理部を有する電力制御ターミ
ナル １６．１７・・・データ処理部を有さない電力制御ター
ミナル ２９・・・電力予測部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 配電設備と、該配電設備から電力供給される各負荷、あ
   るいは集合負荷に対し、それぞれデータ通信ターミナル
   を設け、 前記負荷側のデータ通信ターミナルに、自己が有する負
   荷についての動作予定を生成する動作条件生成手段を設
   け、 各データ通信ターミナルをデータ通信線で接続してデー
   タ通信ネットワークを構成し、 前記配電設備側のデータ通信ターミナルに、前記負荷側
   のデータ通信ターミナルから受信された前記負荷の動作
   予定を加えて前記配電設備の無効電力を予測する無効電
   力予測手段と、該予測手段で予測される無効電力に合わ
   せて前記配電設備に備えた力率改善用のコンデンサを切
   換え制御するコンデンサ切換え制御手段とを設けたこと
   を特徴とする力率改善装置。