JPH08249002A - 空気圧縮機の運転制御方法およびその運転制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 無駄のない効率的な運転、省エネルギー化、
負荷側機器の長寿命化およびプラントの安定運転を確保
することにある。 【構成】 空気圧縮機からの吐出圧力を負荷側に供給
し、また負荷側への圧縮空気の消費流量に応じて空気圧
縮機の起動・停止制御を行う装置において、実測圧力値
と目標値との偏差から修正量を得る圧力修正量演算手段
１と、運転スケジュールに従って予測補正流量を求める
予測消費補正流量演算手段２と、負荷側の総消費流量に
予測補正流量を加算して得られる今回の負荷側総予測消
費流量と前回値との差分から圧力換算補正量を求める負
荷側補正量演算手段３と、前記修正量と前記補正量との
加算量から得られる圧力修正量と判定値とを比較して空
気圧縮機の起動・停止を判定する判定手段４と、この判
定手段の起動，停止指令を遅延して出力する遅延手段５
とを設けた空気圧縮機の運転制御装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンプレッサー，ポン
プなどの負荷に応じた最適運転を実行する空気圧縮機の
運転制御方法およびその運転制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、複数の空気圧縮機を用いて負荷側
の圧力を一定に保持する場合、負荷側の圧力を常時監視
し、その検出圧力が下がったとき停止中の空気圧縮機を
起動し、検出圧力が上がったとき運転中の空気圧縮機を
停止し、常に圧力が規定値となるように圧力一定値制御
を行っている。

【０００３】すなわち、この運転制御方法においては、
現在運転中の空気圧縮機の総容量に基づいて発生する現
在の圧力値と予め定める規定値とから空気圧縮機の必要
な台数を決定し、圧力値の増減に応じて空気圧縮機の必
要な台数を追加起動・停止またはロード・アンロードと
することにより、負荷側圧力が規定値となるように制御
している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って、以上のような
運転制御方法は、負荷側の圧力変動に追従する形で空気
圧縮機の運転台数を増減決定し、運転・停止等を行うも
のであって、本来の目的である“負荷側の圧力変動を極
力少くしてスムーズに圧縮空気を供給する”と言った制
御方法でなく、負荷側に完全にストレスをかけた状態の
制御方法である。

【０００５】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、圧力の変動を極力抑えつつ負荷側にストレスをかけ
ずに空気圧縮機をスムーズに起動・停止する空気圧縮機
の運転制御方法を提供することを目的とする。

【０００６】また、本発明の他の目的は、負荷側におけ
る圧縮空気の消費流量の変化を先取りし空気圧縮機をタ
イムリーに起動・停止可能とする空気圧縮機の運転制御
装置を提供することにある。

【０００７】さらに、本発明の他の目的は、負荷側にお
ける圧縮空気の消費流量の変化を先取りし空気圧縮機を
タイムリーに起動・停止し、かつ、頻繁な起動・停止を
回避しプラントの安定運転を確保する空気圧縮機の運転
制御装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に対応する発明は、空気圧縮機から吐出さ
れる圧力を負荷側に供給する一方、この負荷側への圧縮
空気の消費流量に応じて前記空気圧縮機の起動・停止制
御を行う空気圧縮機の運転制御方法において、前記負荷
側の各運転負荷の総消費流量に負荷側運転スケジュール
で定める予測消費流量を加算し、負荷側の消費流量に関
係する補正量を求めた後、この補正量を前記空気圧縮機
出力側の実測圧力値から求められる修正量に加算し、前
記空気圧縮機の起動・停止制御を行う空気圧縮機の運転
制御方法である。

【０００９】次に、請求項２に対応する発明は、空気圧
縮機から吐出される圧力を負荷側に供給する一方、この
負荷側への圧縮空気の消費流量に応じて前記空気圧縮機
の起動・停止制御を行う空気圧縮機の運転制御装置にお
いて、空気圧縮機出力側の実測圧力値と目標圧力値との
偏差から修正量を求める圧力修正量演算手段と、予め設
定される運転スケジュールに基づいて負荷側の消費変化
予測補正流量を求める予測消費補正流量演算手段と、前
記負荷側の総消費流量に前記予測消費補正流量演算手段
によって求めた消費変化予測補正流量を加算して負荷側
総予測消費流量を求め、この負荷側総予測消費流量と前
回負荷側総予測消費流量との差分から負荷側からの圧力
補正量を求める負荷側補正量演算手段とを設け、前記圧
力修正量演算手段からの修正量と前記負荷側補正量演算
手段からの補正量とを加算出力し、前記空気圧縮機の起
動・停止制御に用いる空気圧縮機の運転制御装置であ
る。

【００１０】さらに、請求項３に対応する発明は、空気
圧縮機出力側の実測圧力値と目標圧力値との偏差から修
正量を求める圧力修正量演算手段と、予め設定される運
転スケジュールに基づいて負荷側の消費変化予測補正流
量を求める予測消費補正流量演算手段と、前記負荷側の
総消費流量に前記予測消費補正流量演算手段によって求
めた消費変化予測補正流量を加算して負荷側総予測消費
流量を求め、この負荷側総予測消費流量と前回負荷側総
予測消費流量との差分から負荷側からの圧力補正量を求
める負荷側補正量演算手段と、前記圧力修正量演算手段
からの修正量と前記負荷側補正量演算手段からの補正量
とを加算し、この加算量から得られる圧力修正量と予め
設定される判定値とを比較して前記空気圧縮機の起動・
停止を判定し、起動指令または停止指令を出力する起動
・停止判定手段と、この起動・停止判定手段からの起動
指令または停止指令を所定時間遅延して出力する指令出
力遅延手段とを設けた空気圧縮機の運転制御装置であ
る。

【００１１】

【作用】従って、請求項１に対応する発明は、以上のよ
うな手段を講じたことにより、負荷側運転スケジュール
に従って予め負荷消費流量にの変化に伴う予測消費流量
を求め、負荷側の各運転負荷の総消費流量に与えるよう
にしたので、先取り的に負荷側の消費流量の変化に応じ
て負荷側の消費流量に関係する補正量を求めることがで
き、さらに当該補正量を実測圧力値から求める修正量に
加えて空気圧縮機の起動・停止を行うようにすれば、負
荷側にストレスをかけずに空気圧縮機をスムーズに起動
・停止することができる。

【００１２】次に、請求項２に対応する発明は、圧力修
正量演算手段にて実測圧力値と目標圧力値との偏差から
修正量を求める一方、負荷側の負荷の消費流量からみた
補正量を求めるために、予測消費補正流量演算手段で運
転スケジュールに従って例えば予め前日に消費変化予測
補正流量を求めて記憶し、この記憶した消費変化予測補
正流量を当日の負荷側総消費流量にスケジュールに従っ
て加えた後、この今回値と前回値との差分から圧力に起
因する補正量に変換し、この変換補正量を前記修正量に
加えて得られる圧力修正量を起動・停止の判定に用いる
ので、負荷側の圧縮空気消費流量の変化を先取りした形
で圧力修正量を取り出すことができ、これによりタイム
リーに空気圧縮機の起動または停止を行うことが可能と
なる。

【００１３】さらに、請求項３に対応する発明は、請求
項２に対応する発明と同様な作用を有する他、起動・停
止判定手段では、圧力修正量演算手段からの修正量と負
荷側補正量演算手段からの補正量とを加算した圧力修正
量とロード制限値，アンロード制限値とを比較しながら
前記空気圧縮機の起動・停止を判定し、その判定結果に
基づいて起動指令または停止指令を出力するとともに、
この起動指令または停止指令を所定時間遅延して出力す
るので、頻繁に空気圧縮機を起動・停止させずに、起動
指令，停止指令がある時間継続したときに起動・停止す
るので、プラントを安定に運転できる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は空気圧縮機を用いたプラントの一例
を示す概念図である。このプラントは、予め複数の空気
圧縮機ＡＰ₁ ，…，ＡＰ_n が設置され、これら空気圧縮
機ＡＰ₁ ，…，ＡＰ_n はそれぞれ個々に起動・停止を行
うようになっている。これら空気圧縮機ＡＰ₁ ，…，Ａ
Ｐ_n から吐出された圧縮空気は一度レシーバータンクＲ
・Ｔに蓄えられた後、１つの配管を通って吐出圧力Ｐ
₁ ，Ｐ₂として負荷側に供給される。この負荷側には複
数の負荷が設置され、各負荷が例えば運転スケジュール
などに従ってそれぞれ単独に動作を繰り返しながら圧縮
空気を消費する。図中，Ｆ₁ ，Ｆ₂ ，…は各負荷におけ
る圧縮空気の消費流量を表している。

【００１５】従って、この運転制御方法は、必要に応じ
て多くの負荷が稼働すると、当然ながら多くの圧縮空気
を必要とするので、空気圧縮機の運転台数を増やして運
転をすることになり、逆に、負荷側のある負荷が停止す
ると、その停止負荷による圧縮空気の消費流量が減少
し、それに伴って空気圧縮機の運転台数を減少させる必
要がある。

【００１６】このように圧力一定制御においては、負荷
側における圧縮空気の消費流量に応じて空気圧縮機の必
要台数を起動・停止させつつ圧力を一定に制御すること
にある。

【００１７】次に、図２は本発明に係わる空気圧縮機の
運転制御装置の一実施例を示す構成図である。この運転
制御装置は、大きく分けると、実測圧力値と目標圧力値
との偏差から実測圧力値に関係する修正量を算出する圧
力修正量演算手段１と、予め設定された運転スケジュー
ルに基づいて負荷側の消費変化予測消費流量を求める予
測消費補正流量演算手段２と、負荷側の総消費流量と予
測消費補正流量演算手段２の消費変化予測消費流量とか
ら負荷側消費流量に関係する補正量を求める負荷側補正
量演算手段３と、圧力修正量演算手段１によって求めた
修正量に負荷側補正量演算手段３によって求めた補正量
を加算し、得られた加算量に基づいて空気圧縮機の起動
・停止を判定する起動・停止判定手段４と、この起動・
停止判定手段４による判定結果である起動・停止指令を
所定時間に遅らせる指令出力遅延手段５とによって構成
されている。

【００１８】前記圧力修正量演算手段１は、レシーバタ
ンクＲ・Ｔ出力側の実際の実測圧力値ＰＶと目標圧力値
ＳＶとの偏差Ｘ（＝ＳＶ−ＰＶ）を求める偏差演算手段
１１およびこの偏差Ｘに対して例えば実測圧力値に含む
ノイズその他の誤差要因等を除去する観点から所定のギ
ャップをもたせる制限手段１２が設けられている。な
お、この制限手段１２は、プラントの状況から必要に応
じて設けるものである。

【００１９】また、圧力修正量演算手段１には、偏差Ｘ
に圧力ゲイン係数Ｋ₁ を乗ずることにより、実測圧力値
に関係する修正量ＭＶを求める乗算手段１３が設けられ
ている。

【００２０】前記予測消費補正流量演算手段２は、例え
ばプログラムコントローラ等によって構成され、休日お
よび平日等に分けて１日の運転スケジュールが記憶され
ている負荷側運転スケジュール設定部２１と、前日のう
ちに翌日の運転スケジュールに従って各負荷の運転・停
止に伴う負荷側の消費変化予測消費流量ｆ（Q1），…，
ｆ（Qn）を設定する予測消費補正流量設定手段２２と、
この予測消費補正流量設定手段２２から設定される変化
時間ごとの消費変化予測消費流量ｆ（Q1），…，ｆ（Q
n）を記憶する予測補正流量記憶手段２３とによって構
成されている。この予測補正流量記憶手段２３は、時計
が設けられ、当日には当該時計による時間と消費量変化
時間とに従って逐次消費変化予測消費流量を出力する機
能をもっている。

【００２１】前記負荷側補正量演算手段３は、プラント
上の現在運転負荷中の消費流量を定周期で収集して総消
費流量を求める負荷総消費流量演算手段３１およびこの
手段３１で求めた総消費流量と前記消費変化予測消費流
量との総和を求める予測総和演算手段３２が設けられ、
さらに予測総和演算手段３２で求めた今回予測総和消費
流量から前回消費流量を減算して差分消費流量を求める
差分消費流量演算手段３３と、この差分消費流量に流量
補正ゲインＫ₂ を乗算して圧力換算の補正量を求める補
正量演算手段３４が設けられている。そして、前記修正
量と補正量とを加算手段３５で加算し圧力修正量を出力
する。

【００２２】前記起動・停止判定手段４は、圧力修正値
が予め定めたロード制限値Ｓ₁ より大きくなったとき起
動指令を出力する起動側判定手段４１および圧力修正値
が予め定めたアンロード制限値Ｓ₂ より小さくなったと
き停止指令を出力する停止側判定手段４１が設けられて
いる。

【００２３】前記指令出力遅延手段５は、各判定手段４
１，４２に対応して遅延タイマ５１，５２が設けられて
いる。次に、以上のように構成された装置の動作につい
て説明する先ず、圧力修正量演算手段１では、レシーバ
タンクＲ・Ｔの出力側に設置される圧力検出器により実
際の圧力値ＰＶを測定し、偏差演算手段１１に導入す
る。この偏差演算手段１１では、目標圧力値ＳＶと実測
圧力値ＰＶとを用いて次式によって偏差Ｘを求める。

【００２４】 Ｘ＝ＳＶ−ＰＶ …… （１） しかる後、この偏差演算手段１１で得られた偏差Ｘを制
限手段１２に導き、ここで図３に示すように偏差Ｘがあ
る値まで零、ある値を越えたとき偏差Ｘに比例して変化
する関数ｆ（Ｘ）を出力し、後続の乗算手段１３で圧力
ゲイン係数Ｋ₁を乗算し、次式のような実測圧力に関係
する修正量ＭＶを求める。

【００２５】 ＭＶ＝ｆ（Ｘ）・Ｋ₁ …… （２） しかしながら、この実測圧力による修正量ＭＶで空気圧
縮機の起動または停止を決定する場合は従来の運転制御
そのものとなり、圧力の変化に追従する形となる。

【００２６】そこで、本装置においては、予測消費補正
流量演算手段２および負荷側補正量演算手段３を用いて
負荷側に関係する補正量を求めることにある。そのう
ち、予測消費補正流量演算手段２を設けた理由は、負荷
の起動・停止の時、その負荷の消費流量が実測流量に現
れるのに多少の時間がかかってしまうことから、負荷変
動の検出が遅くなり、修正動作が遅れてしまう。その結
果、一時的に負荷変動が発生し、制御動作の乱れとな
る。

【００２７】そこで、予測消費補正流量演算手段２で
は、負荷側運転スケジュール設定部２１において予め運
転スケジュールに従って負荷側の負荷の動作状態が判っ
ていることを前提に、予測消費補正流量設定手段２２で
は、前日のうちに翌日の運転スケジュールに従って各負
荷の起動時間および停止時間とともに負荷側の各負荷機
器ごとに当該機器の消費流量定格値に従って予測消費流
量ｆ（Q1），…，ｆ（Qn）を予測補正流量記憶手段２３
に設定する。

【００２８】この設定には、起動・停止後に実測流量に
現れてくることを考慮し、図４に示す可変折れ線関数の
形で設定する。この折れ線関数テーブルは、横軸に起動
・停止後の経過時間、縦軸に負荷機器が必要とする予測
消費流量をとっている。このような折れ線関数を用いる
理由は、起動後または停止後、ある時間ｔを経過する
と、その機器の消費流量の状態が実測の総消費流量に現
れてくるが、この実測の総消費流量に対するｆ（Qi）の
加算または減算は、結果が現れてくる時間ｔの間だけ行
い、しかも時間経過ととともに徐々に補正量を少くし、
ｔ時間経過後には補正量を零にする。

【００２９】一方、負荷総消費流量演算手段３１では、
プラント上の現在運転中の各負荷の消費流量を定期的に
収集し、全体の総消費流量を求めた後、予測総和演算手
段３２に導入する。この予測総和演算手段３２は、運転
スケジュールに従ったある負荷の起動・停止時間の時、
予測補正流量記憶手段２３の該当負荷の起動・停止時の
折れ線関数より求められる予測消費流量ｆ（Qi）を取り
出し、下式に基づいて総消費流量ΣＦn に加算し、今回
の負荷側総予測消費流量Ｆ′n を求める。

【００３０】 Ｆ′n ＝ΣＦn ±ｆ（Qi） …… （３） しかる後、この消費流量Ｆ′n を今回値とし、差分消費
流量演算手段３３にて前回値Ｆ′n-1 との間で差分消費
流量△ｆを求め、さらに補正量演算手段３４にて差分消
費流量△ｆに次式のごとくゲイン係数Ｋ₂ を乗算し、負
荷側消費流量に関係する圧力換算の補正量△ｆ′を求め
る。

【００３１】 △ｆ′＝（Ｆ′n −Ｆ′n-1 ） …… （４） なお、今回値Ｆ′n と前回値Ｆ′n-1 との差分を求めた
のは、一般に消費流量の変化に伴い、供給ラインの圧力
はある遅れをもって変化するので、圧力の変化を事前に
検出するには流量の変化分を把握すればたりる。そこ
で、消費流量の変化を常時監視し、消費流量の変化分を
求める。

【００３２】そして、下式のごとく、実測定系の修正量
ＭＶに補正量演算手段３４の補正量△ｆ′を加算し、圧
力修正量ＭＶ′を求め、起動・停止判定手段４に導入す
る。 ＭＶ′＝ＭＶ＋△ｆ′ …… （５９ この起動・停止判定手段４では、予め負荷機器１台分の
ロード制限値Ｓ₁ および負荷機器１台分のアンロード制
限値Ｓ₂ が個別に設定され、圧力修正量ＭＶがロード制
限値Ｓ₁ よりも大きいとき、ロードを含む起動指令を出
力し、または圧力修正量ＭＶがアンロード制限値Ｓ₂ よ
りも小さいとき、アンロードを含む停止指令を出力す
る。

【００３３】そして、この起動指令または停止指令を指
令出力遅延手段５に導入し、所定時間ＴＭの間，起動指
令または停止指令が継続しているとき、起動指令または
停止指令を出力し、１台の負荷機器を起動または停止す
る。

【００３４】従って、以上のような実施例の構成によれ
ば、大型のコンプレッサー等を装備している製造工場な
どでは、コンプレッサーをいかに効率よく、またライン
の圧縮空気をいかに安定に供給するかが設備の長期寿命
化、省エネルギー化に大きく影響を与える。そこで、圧
縮空気の安定供給を図るために、現在では、供給ライン
の圧力状態で起動・停止を行っている。

【００３５】しかし、前述したように、圧力の変化と言
う結果を踏まえての修正動作であるので、ラインへの圧
力変動のない安定した圧縮空気の供給にはおのずと限界
がある。

【００３６】本装置においては、運転スケジュールをも
とに、予め前日または早朝時に翌日または当日の運転ス
ケジュールに従って各負荷の起動・停止に伴う負荷側の
消費変化予測消費流量を求めておき、当日の実際の負荷
側運転時に実際の総消費流量に運転スケジュールにそっ
て各負荷の起動・停止に係わる該当負荷の消費変化予測
消費流量を加減算し、消費流量に関係する圧力補正量を
得るので、圧力変動に追従する形でなく、運転スケジュ
ールにそって各負荷の起動・停止とほぼ同時または先取
り的に空気圧縮機を起動・停止するので、ラインの圧力
変動をなくすことができる。

【００３７】また、負荷の運転スケジュールを考慮した
ことにより、必要とする圧縮機の台数，容量が事前に判
り、コンプレッサーの動作に無駄のない効率的な運転が
可能となり、より多くの省エネルギー化，プラントおよ
びコンプレッサーの長期寿命化を実現できる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、次
のような種々の効果を奏する。請求項１の発明において
は、圧力変動を極力抑えつつ負荷側にストレスをかけず
に空気圧縮機をスムーズに起動・停止でき、無駄のない
効率的な運転を確保できる。

【００３９】請求項２の発明では、負荷側の起動・停止
に伴う消費流量の変化を先取りした形でタイムリーに空
気圧縮機を起動・停止可能であり、無駄のない効率的な
運転および省エネルギー化に貢献する。

【００４０】請求項３の発明では、負荷側の起動・停止
に伴う消費流量の変化を先取りした形でタイムリーに空
気圧縮機を起動・停止でき、無駄のない効率的な運転お
よび省エネルギー化に大きく貢献し、さらに頻繁な起動
・停止を回避することにより負荷側機器の長期寿命化お
よびプラントの安定運転を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる空気圧縮機の運転制御装置を適
用するプラントの構成図。

【図２】本発明に係わる空気圧縮機の運転制御装置の一
実施例を示す構成図。

【図３】実測圧力値と目標圧力値との偏差に対してギャ
ップを設けて偏差を抑制する図。

【図４】予測消費流量の補正方法を説明する図。

【符号の説明】

１…圧力修正量演算手段、２…予測消費補正流量演算手
段、３…負荷側補正量演算手段、４…起動・停止判定手
段、５…指令出力遅延手段。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気圧縮機から吐出される圧力を負荷側
   に供給する一方、この負荷側への圧縮空気の消費流量に
   応じて前記空気圧縮機の起動・停止制御を行う空気圧縮
   機の運転制御方法において、 前記負荷側の各運転負荷の総消費流量に負荷側運転スケ
   ジュールで定める予測消費流量を加算し、負荷側の消費
   流量に関係する補正量を求めた後、この補正量を前記空
   気圧縮機出力側の実測圧力値から求められる修正量に加
   算し、前記空気圧縮機の起動・停止制御を行うことを特
   徴とする空気圧縮機の運転制御方法。
2. 【請求項２】 空気圧縮機から吐出される圧力を負荷側
   に供給する一方、この負荷側への圧縮空気の消費流量に
   応じて前記空気圧縮機の起動・停止制御を行う空気圧縮
   機の運転制御装置において、 前記空気圧縮機出力側の実測圧力値と目標圧力値との偏
   差から修正量を求める圧力修正量演算手段と、 予め設定される運転スケジュールに基づいて負荷側の消
   費変化予測補正流量を求める予測消費補正流量演算手段
   と、 前記負荷側の総消費流量に前記予測消費補正流量演算手
   段によって求めた消費変化予測補正流量を加算して負荷
   側総予測消費流量を求め、この負荷側総予測消費流量と
   前回負荷側総予測消費流量との差分から負荷側からの圧
   力補正量を求める負荷側補正量演算手段と、 を備え、前記圧力修正量演算手段からの修正量と前記負
   荷側補正量演算手段からの補正量とを加算出力し、前記
   空気圧縮機の起動・停止制御に用いることを特徴とする
   空気圧縮機の運転制御装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の空気圧縮機の運転制御
   装置において、 前記圧力修正量演算手段からの修正量と前記負荷側補正
   量演算手段からの補正量とを加算し、この加算量から得
   られる圧力修正量と予め設定される判定値とを比較して
   前記空気圧縮機の起動・停止を判定し、起動指令または
   停止指令を出力する起動・停止判定手段と、 この起動・停止判定手段からの起動指令または停止指令
   を所定時間して出力する指令出力遅延手段とを付加した
   ことを特徴とする空気圧縮機の運転制御装置。