JPH06249151A - 圧縮空気装置自動運転システム - Google Patents

圧縮空気装置自動運転システム

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JPH06249151A
JPH06249151A JP3499093A JP3499093A JPH06249151A JP H06249151 A JPH06249151 A JP H06249151A JP 3499093 A JP3499093 A JP 3499093A JP 3499093 A JP3499093 A JP 3499093A JP H06249151 A JPH06249151 A JP H06249151A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気エネルギーの節約、24時間無人運転の
実施、機械の平準化使用、瞬停・停電に対応した自動運
転など負荷の変化に対応し、損失の少ない稼働を行う。 【構成】 エアコンプレッサーCP1〜CP5と負荷L
1〜L3を接ぐ配管P1〜P3の途中に流量計FS1〜
FS3を設け、負荷L1〜L3に流れる空気流量(以
下、負荷流量と略す)を測定して、その負荷流量を加算
演算し、負荷流量に対応するエアコンプレッサーCP1
〜CP5の運転台数を制御することにより、負荷流量と
エアコンプレッサーCP1〜CP5から供給する空気流
量とをバランスさせている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、各種生産設備に圧縮空
気を供給する圧縮空気発生装置(以下、エアコンプレッ
サーという)を複数台制御運転する圧縮空気装置自動運
転システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、複数台のエアコンプレッサーを制
御運転する場合、その制御方法は、予め運転しようとす
るエアコンプレッサーの台数に応じてエア供給量を分割
設定した。すなわち、負荷に供給している圧縮空気圧を
検出し、負荷の増減で変化する空気圧を基にエアコンプ
レッサーの起動・停止の制御を行うものであり、その具
体例を図7および図8に従って説明する。
【0003】図7は従来の圧縮空気装置自動運転システ
ムの全体構成図である。この圧縮空気装置自動運転シス
テムは、エアコンプレッサーCMP21〜CMP24の
合計4台から圧送される合成圧縮空気を配管P21〜P
24を通して圧縮空気予備タンクAT21に集積し、配
管PL21〜PL23を通して負荷LD21〜LD23
へ供給される。
【0004】また、圧縮空気予備タンクAT21には、
タンク圧力で各々のエアコンプレッサーCMP21〜C
MP24を起動・停止させるための圧力検出器PSが接
続され、この圧縮空気装置自動運転システムの制御盤C
R2と電気的に接続されている。さらに、この制御盤C
R2は、それぞれエアコンプレッサーCMP21〜CM
P24を制御するための電気接続線SL22で、エアコ
ンプレッサーCMP21〜CMP24と接続されてい
る。
【0005】つぎに、この圧縮空気装置自動運転システ
ムの具体的な運転例を図7および図8に基づいて説明す
る。まず、図7の制御盤CR2の起動信号により予め決
められた起動プログラムに従って、各エアコンプレッサ
ーCMP21〜CMP24は、例えばCMP21→CM
P22→CMP23→CMP24の順で、15秒から3
0秒の間隔をあけて立上り、圧縮空気は配管P21〜P
24、圧縮空気予備タンクAT21および配管PL21
〜PL23を通り、負荷LD21〜LD23へ供給され
る。
【0006】図8の空気圧曲線において、全エアコンプ
レッサーCMP21〜CMP24が継続負荷運転し、負
荷流量(負荷LD21〜LD23へ流入する空気の流
量)より供給流量(エアコンプレッサーCMP21〜C
MP24から供給される空気の流量)が過剰な状態で
は、配管P21〜P24,PL21〜PL23および圧
縮空気予備タンクAT21を含む空気配管網の空気圧が
徐々に上昇し、予めプログラムにインプットされた吐出
圧の最大値(プログラムされた最大吐出圧)Pmaxに達
したA点で圧力検出器PSが作動し、エアコンプレッサ
ーCMP24が無負荷運転に入る。
【0007】さらに、空気供給量が増大し、空気管網の
空気圧が上昇しB点に達すれば、エアコンプレッサーC
MP23が無負荷運転に入る。さらに、空気圧が上昇し
C点に達すると、エアコンプレッサーCMP22が無負
荷運転に入り、D点に達すると、エアコンプレッサーC
MP21が無負荷運転に入る。これらのエアコンプレッ
サーCMP21〜CMP24は、プログラムにより、無
負荷運転状態が設定された時間継続すると、その後自動
的に運転を停止する。
【0008】逆に、負荷LD21〜LD23の空気消費
量が増加した状態では、空気管網圧力が降下し、図8の
空気圧曲線のE点、すなわちプログラムされた吐出圧の
最小値(プログラムされた最小吐出圧)Pmin に近い空
気圧(Pmin より若干高い圧力に設定している)Psiに
達すると、エアコンプレッサーCMP21が負荷運転に
入り、さらに降下が続きF点では、エアコンプレッサー
CMP22が負荷運転に入り、G点ではエアコンプレッ
サーCMP23が負荷運転に入り、H点ではエアコンプ
レッサーCMP24が負荷運転に入り、全機4台が負荷
運転状態に入る。
【0009】この状態が継続すれば、空気圧はプログラ
ムに設定した吐出圧の最大値Pmax、すなわちI点に達
し、その時点でエアコンプレッサーCMP24が無負荷
運転に入る。この状態で負荷流量が増加し、空気圧が低
下しJ点に達すれば、エアコンプレッサーCMP24が
再び負荷運転に入る。以上のように、空気圧検出制御方
式の圧縮空気装置自動運転システムでは、予め決められ
た空気圧範囲内で各エアコンプレッサーCMP21〜C
MP24の起動、負荷運転、無負荷運転、停止の動作を
繰返しながら負荷の圧縮空気を供給する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の空気圧縮検出方式のエアコンプレッサー自動運転
では、つぎのような問題を有していた。 (1) 急激な負荷流量増加時に、空気圧降下が生じ圧力検
出器PSが感知し、次エアコンプレッサーが起動する
が、立上りがその変化に追随できず負荷空気圧が低下し
てしまうため、その変化を吸収する圧縮空気予備タンク
AT21が必要である。
【0011】(2) 圧縮空気装置自動運転システムに組込
まれた各エアコンプレッサーCMP21〜CMP24の
起動、負荷運転、無負荷運転、停止等の運転順序、例え
ば起動順序がCMP1→CMP2→CMP3→CMP4
の順となり、停止順序がCMP4→CMP3→CMP2
→CMP1の順となるように予めプログラムを設定する
と、出力容量(吐出能力)が異なるエアコンプレッサー
を種々組合せる場合、あるいは負荷流量のパターンが予
測したパターンを外れて変化する場合は、細かい対応が
難しく、その都度プログラムの組替えが必要になる。
【0012】(3) 圧縮空気装置自動運転システムに組込
むエアコンプレッサーCMP21〜CMP24の起動、
停止、負荷運転、無負荷運転の情報は、エアコンプレッ
サーCMP21〜CMP24の台数分の信号が圧力検出
器PSの信号によるため、圧力検出器PSの検出精度お
よび周囲温度条件等による圧力感度のバラツキ等によ
り、圧力検出範囲を小さく分割できないため、圧縮空気
装置自動運転システムに組込むエアコンプレッサーの台
数が制限され、一般的には4台ぐらいが限度であった。
【0013】(4) 個々のエアコンプレッサーCMP21
〜CMP24の特性、すなわち起動時の立上り時間、運
転から停止までの最小時間等がメーカー、機種により異
なる場合、運転プログラムが複雑になるため、実際上、
メーカーの異なるエアコンプレッサーを組合せた圧縮空
気装置自動運転システムには大きな制約があった。 (5) 圧縮空気装置自動運転システムが起動時に圧縮空気
予備タンクAT21を含む配管網全体が規定空気圧に達
するまで、エアコンプレッサーCMP21〜CMP24
の全機を起動、運転するため、電気エネルギーの消費が
大きく、省エネルギー、経済面からも課題となってい
た。
【0014】(6) エアコンプレッサーCMP21〜CM
P24の運転パターンの構成によって、この例では、エ
アコンプレッサーCMP21の使用頻度が高く、エアコ
ンプレッサーCMP24の使用頻度が少なく、つまりエ
アコンプレッサーCMP21〜CMP24の使用頻度に
偏りがあり、特定のエアコンプレッサーが早く寿命に達
するという問題があった。
【0015】本発明の目的は、圧縮空気予備タンクを不
要にすることができる圧縮空気装置自動運転システムを
提供することである。本発明の他の目的は、負荷の変化
に対して細かく対応することができる圧縮空気装置自動
運転システムを提供することである。本発明のさらに他
の目的は、台数に制限無く多数台の圧縮空気発生装置を
制御することができ、しかも特性の異なる圧縮空気発生
装置を混在させた状態でも制御することができる圧縮空
気装置自動運転システムを提供することである。
【0016】本発明のさらに他の目的は、複数台のエア
コンプレッサーの使用頻度の平均化を行うことができる
圧縮空気装置自動運転システムを提供することである。
本発明のさらに他の目的は、電気エネルギーの消費を少
なくでき、損失の少ない稼働を実現できる圧縮空気装置
自動運転システムを提供することである。本発明のさら
に他の目的は、瞬停・停電に対応した自動運転など状況
の変化に対応して細かく制御を行うことができ、24時
間無人運転を容易に実施することができる圧縮空気装置
自動運転システムを提供することである。
【0017】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の空気流量検出方式の圧縮空気装置自動運転
システムは、エアコンプレッサーと負荷を接ぐ配管の途
中に流量計を設け、負荷流量(負荷に流れる空気流量)
を測定して、その負荷流量を加算演算し、負荷流量に対
応するエアコンプレッサーの台数を制御することによ
り、負荷流量とエアコンプレッサーから供給する空気流
量(以下、供給流量と略す)とをバランスさせている。
【0018】
【作用】この構成により、複数台のエアコンプレッサー
から吐出する圧縮空気は、合成された後、配管を通して
負荷へ供給する。負荷流量は負荷に接続される配管毎に
検出装置にて測定され、電気信号に変換し、フィードバ
ックして、制御装置にて加算演算し、その値を基に負荷
の変化に対応して、エアコンプレッサーの運転台数を予
めプログラムされた組合せに自動選択することにより、
最適条件で損失の少ない運転が可能になる。
【0019】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。図1は、本発明の圧縮空気装置自動
運転システムを示す全体のブロック図である。この圧縮
空気装置自動運転システムは、空気流量検出方式で複数
台のエアコンプレッサーを自動運転するものであり、エ
アコンプレッサーCP1〜CP5から吐出される圧縮空
気をいったんエアヘッダーAH1で合成し、負荷L1〜
L3へ配管P1〜P3を通して供給する。なお、エアヘ
ッダーAH1は、従来例の圧縮空気予備タンクに比べて
十分に容量が小さく、複数のエアコンプレッサーの圧力
を合成するために設けられているものであり、圧縮空気
予備タンクとは機能が異なる。
【0020】また、配管P1〜P3には、エアヘッダー
AH1の近くに空気流量計FS1〜FS3を設け、負荷
L1〜L3に流れる空気量を常時計測している。また、
エアヘッダーAH1には、非常用の圧力検出器PS1お
よび定常用圧力検出器PS2を設置し、エアコンプレッ
サーCP1〜CP5からの吐出圧力を常時監視してい
る。
【0021】空気流量計FS1〜FS3としては、オリ
フィスを利用した温度や圧力で変化する空気流量を自動
的に補正する機能を有した熱線式質量流量計が用いられ
る。この5台のエアコンプレッサーCP1〜CP5の運
転状況およびエアヘッダーAH1の空気圧力を確認する
圧力検出器PS1,PS2の信号および3つの負荷L1
〜L3への空気流量を測定している流量計FS1〜FS
3の各々の電気信号は、制御部CR11の信号線SLを
通して、フィードバックされる。
【0022】この制御部CR11には、負荷流量増加時
のエアコンプレッサーCP1〜CP5の運転パターンを
制御する「上昇制御」、負荷流量減少時のエアコンプレ
ッサーCP1〜CP5の運転パターンを制御する「下降
制御」、負荷流量変動が比較的小さく、継続して運転を
行う「継続制御」、運転中のエアコンプレッサーCP1
〜CP5の故障など非常状態に対応する「非常時制御」
および設定された運転パターンに強制的にエアコンプレ
ッサーCP1〜CP5の稼働状態を移行させる「強制制
御」が組込まれており、それぞれフィードバック信号を
総合し、処理して各運転パターンに合わせた制御信号と
して信号線SPを通し各エアコンプレッサーCP1〜C
P5を制御している。
【0023】図2はこの圧縮空気装置自動運転システム
における制御の流れを示したフローチャートである。こ
のフローチャートでは、流量制御を開始し(ステップ1
1)、まずエアヘッダーAH1の圧力検出器PS1が非
常圧力範囲内にあるかどうかを判定する(ステップ1
2)。空気圧が非常の場合(この場合はほとんど空気圧
が正常より低い)は、「非常時制御」が動作し圧力を上
昇させるためにエアコンプレッサー全機運転に入る(ス
テップ13)。詳細な動作については後述する。
【0024】非常時圧力でなければ、つぎに現時点の運
転パターンの認識判定に入る(ステップ14)。すなわ
ち、現時点のエアコンプレッサーCP1〜CP5の状況
が負荷流量に対応するように予めプログラムされた図5
あるいは図6に示す運転パターンかどうかを判定し、上
記の運転パターンでなければ、図5に示す上昇運転パタ
ーンのP3に強制的に移行させる(ステップ15〜1
7)。
【0025】具体的には、エアコンプレッサーCP1〜
CP5の稼働状況を確認し(ステップ15)、ついで上
昇運転パターンP3を実行するについて必要なエアコン
プレッサーを起動し(ステップ16)、ついで上昇運転
パターンP3を実行するについて不要なエアコンプレッ
サーを停止する(ステップ17)。この制御は、エアコ
ンプレッサーCP1〜CP5がいかなる状態にあって
も、この圧縮空気装置自動運転システムの制御範囲内に
移行させるための処置である。
【0026】つぎに、エアコンプレッサーCP1〜CP
5が全機負荷運転状態にあるかどうかを判定し(ステッ
プ18)、全エアコンプレッサーCP1〜CP5の全て
が負荷運転状態でなく、かつ正常な流量範囲内であれば
(ステップ19)、その状態で継続運転する(ステップ
24)。もし、全機が負荷運転状態にあるとき、あるい
は各流量計FS1〜FS3で測定し加算演算した流量が
図5に示す規定の運転パターンの検出流量範囲より大き
いならば、図2のフローチャート中の左側のステップに
進み、つぎに圧力検出器PS2の圧力を判定し(ステッ
プ20)、規定より低ければ、その状態の流量を5秒間
サンプリング(ステップ22)し、5秒間継続したら、
上位運転パターンへ移行のための上昇流量制御指令を出
す(ステップ23)。これによって上位の運転パターン
へ移行する。この5秒間の設定は、負荷流量の増加に供
給流量を早急に対応させるため、機器の能力も勘案し短
く押えている。
【0027】ステップ20において、圧力低下がない場
合は、負荷流量がつぎの上位運転パターンの流量検出範
囲にあるかどうかを再確認し(ステップ21)、その範
囲内であれば、上記と同様に5秒間流量を確認後(ステ
ップ22)、上昇の指令を出す(ステップ23)。この
ときも同様に、上位の運転パターンへ移行する。ステッ
プ21でNOであれば、ステップ18に戻す。
【0028】また、ステップ19において、運転パター
ンの流量範囲より負荷流量の値が小であれば、右側のス
テップに進み下位の運転パターンの流量検出範囲にある
かどうかを判定し(ステップ25)、その範囲内であれ
ば、25分間その状態での流量をサンプリングし(ステ
ップ26)、下降流量制御指令を出し(ステップ2
7)、運転パターンは下位の運転パターンに移行する。
【0029】ステップ25において、流量が下位の運転
パターンの範囲外であれば、ステップ18にフィードバ
ックする。25分間のサンプリングは、複数台のエアコ
ンプレッサーCP1〜CP5の組合せ運転でプログラム
によって同一のエアコンプレッサーがオン−オフを繰り
返す頻度を少なくし、機械寿命を延ばすために規定した
ものである。
【0030】つぎに、ステップ13の「非常時制御」に
ついて図3のブロック図により説明する。圧力検出器P
S1において、非常時圧力と判定すると、2秒間サンプ
リングを行い、変化がなければ、エアコンプレッサーC
P1〜CP5全機に対し起動指令を発し、図3に示すよ
うにエアコンプレッサーCP1〜CP5の各機に取り付
けた15,50,95,110SECの時間設定を行っ
たタイマーにより規定のタイムラグをおいてエアコンプ
レッサーCP1〜CP5を順次起動する。この結果、非
常時圧力を脱して図2の制御状態に入る。
【0031】図4は、1日の時間別の負荷流量の変化に
対し、エアコンプレッサーの運転パターンの推移の具体
例を示した図である。この図において、負荷上昇時は、
図5に示す「上昇運転パターン」が対応し、負荷減少時
は図6に示す「下降運転パターン」が各流量範囲で対応
している。図4において、実線は負荷流量曲線を示し、
破線は運転パターン曲線を示しており、同図中の数字
「17,38,47,67,79」は上昇運転切換流量
〔m3 /min 〕を示し、「60,45,35,30,2
1」は下降運転切換流量〔m3 /min 〕を示している。
【0032】
【発明の効果】以上のように、本発明は、流量検出を主
体とした圧縮空気装置自動運転システムを構築すること
により、従来の空気圧力検出による圧縮空気装置自動運
転システムと比較してつぎのような効果を得ることがで
きた。 (1) 圧力検出方式では、検出器感度を通常0.2kg/
cm2 程度に設定して、エアコンプレッサーの起動、停
止の動作を行うため、その検出精度に限界があり、4台
までの組合せの構成が限度であったが、本発明では、流
量検出による制御を行っているので、台数に制限がなく
大規模なシステムにも展開でき、しかも、従来例のよう
な圧縮空気予備タンクを不要にできる。
【0033】(2) 上記(1) に関係して、従来では対象の
システムが大きくなると制御が困難になるため、分散し
て管理していたのが一点で集中管理が可能になった。 (3) 異種メーカー、異機種のエアコンプレッサーは、起
動、停止時間、無負荷タイミング等、仕様が異なるため
同一制御範囲に組込むのは、実際的に困難であったが、
本発明ではたくさんの流量パターンが取れるため、小規
模から大規模なシステムまで細かい制御が可能になっ
た。
【0034】(4) 負荷パターンの変化に対応して、細か
い対応が可能になるため、エアコンプレッサーの有効運
転ができ、電気エネルギーの節約が可能になった。従
来、圧力方式では立上り時、圧縮空気予備タンクを含め
た配管網の空気圧力が規定値に達するまでエアコンプレ
ッサーを全機運転する必要があり、また負荷流量が大き
く変わる場合は、無負荷運転するエアコンプレッサーが
増えたりしたが、これらのエネルギー損失が削減でき
る。
【0035】(5) 上昇、下降の運転パターンで各エアコ
ンプレッサーをプログラムにより種々組み合せ構成でき
るため、各機の運転時間を平均化させることが可能にな
り、機器の長寿命が達成できた。 (6) 従来例、本発明を問わず、空気配管網内で圧縮空気
に発生するハンチング現象により、検出が不正確あるい
は不可能になったり、最終的には機器の破損につながる
この現象を防止するために、本発明では、負荷流量に対
応して、流量の上昇、下降時のサンプリング時間を変化
あるいは運転台数を変化させる等プログラムにより細か
い対応が可能になった。
【0036】以上のように空気流量検出による圧縮空気
装置自動運転システムでは、常時負荷流量を検出しそれ
に対応する複数台のエアコンプレッサーを組合せ運転す
るので、最適な条件で効率的な運用が実現でき、しかも
無人運転の実現が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における空気流量検出方式の圧
縮空気装置自動運転システムの全体のブロック図であ
る。
【図2】図1の実施例における動作を示すフローチャー
トである。
【図3】図1の実施例における非常時制御を示すブロッ
ク図である。
【図4】図1の実施例における適用事例図である。
【図5】図1の実施例におけるエアコンプレッサー上昇
運転パターン図である。
【図6】図1の実施例におけるエアコンプレッサー下降
運転パターン図である。
【図7】従来の空気圧力検出方式の圧縮空気装置自動運
転システムの全体のブロック図である。
【図8】従来の実施例における空気圧とエアコンプレッ
サー動作説明図である。
【符号の説明】
CR11 制御部 CP1〜CP5 エアコンプレッサー AH1 エアヘッダー PS1、PS2 圧力検出器 FS1〜FS3 流量計 L1〜L3 負荷 SL 信号線 P1〜P3 配管 SP 制御信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 湯浅 利郎 大阪府守口市浜町2丁目16番地 ビルト住 設工業株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 負荷に圧縮空気を供給する複数台の圧縮
    空気発生装置と、 前記負荷の変化を主として負荷へ流入する空気流量(以
    下、負荷流量と略す)の変化として検出する検出装置
    と、 この検出装置により検出された前記負荷流量をあらかじ
    め複数台の圧縮空気発生装置の組合せの吐出能力に対応
    して決定された規定範囲の条件と比較し、前記負荷流量
    が規定範囲にある場合は継続運転を行い、規定範囲より
    大きくなる場合は吐出能力の大きい組合せになるように
    前記複数台の圧縮空気発生装置の組合せを選択し直すと
    ともに、規定範囲より小さくなる場合は吐出能力の小さ
    い組合せになるように前記複数の圧縮空気発生装置の組
    合せを選択し直して運転を行うことにより、前記負荷流
    量に対応して複数台の圧縮空気発生装置から供給する空
    気流量を制御する制御装置とを備えた圧縮空気装置自動
    運転システム。
  2. 【請求項2】 圧縮空気発生装置の選択条件として、吐
    出能力を大きくする場合と小さくする場合とで、負荷流
    量を検出するための検出装置の流量確認時間を異ならせ
    たことを特徴とする請求項1記載の圧縮空気装置自動運
    転システム。
  3. 【請求項3】 規定運転パターン以外の状態にある場
    合、常に一定の運転パターンに強制的に戻し、制御装置
    による制御範囲におくようにしたことを特徴とする請求
    項1記載の圧縮空気装置自動運転システム。
  4. 【請求項4】 流量制御開始前、停電、機器の故障等に
    より、圧力が設定した値より低い場合、非常時として全
    ての圧縮空気発生装置を規定時間をあけて、次々に負荷
    運転を開始するようにしたことを特徴とする請求項1の
    圧縮空気装置自動運転システム。
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