JPH09250485A - インバータ駆動回転型圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】制御装置の入出力精度が悪く、演算時間が遅い
場合でも高度なスクリュー圧縮機の回転速度制御を可能
にする。 【解決手段】制御装置Ａは圧縮機７の吐出圧力を圧力セ
ンサ１３により検出し、回転速度制御によりインバータ
３に電源周波数指令を出力する。回転速度制御ではＰＩ
ＤまたはＰＩ制御を主とし、複数の演算を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインバータ駆動スク
リュー圧縮機に係わり、特に被圧縮気体の消費量の増減
に対し吐出圧力を一定に制御するようにしたインバータ
駆動スクリュー圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開昭５５−１６４７９２号公報にはイ
ンバータによりスクリュー圧縮機の回転数を制御し容量
を可変とする方法が示されている。この従来技術のもの
は負荷データ検出センサで負荷量を検出し、フィードバ
ック制御に利用するものである。負荷データ検出センサ
は圧縮機本体の温度，圧力等のデータを読み取り、制御
回路にデータを転送することが述べられている。

【０００３】特開平７−２６９４８６号公報にはインバ
ータ・ＰＩＤ制御による圧縮機の駆動方法が示されてい
る。この従来例にはインバータ・ＰＩＤ制御により駆動
モータの回転数を自動制御し、圧縮圧力を設定圧力に近
づける制御について述べられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記特開昭５５−１６
４７９２号公報のものには、センサ類の種類や配置ある
いは制御装置の具体的な構成（すなわちハードウェ
ア）、圧力制御及び他の制御に対する演算方法（すなわ
ちソフトウェア）については述べられていない。

【０００５】また、特開平７−２６９４８６号公報のも
のにも、制御装置の具体的な構成、インバータ・ＰＩＤ
制御の応答性や安定性についての演算方法や最適な設定
値等については述べられていない。

【０００６】インバータ駆動スクリュー圧縮機は、吐出
圧力をフィードバックし外部から与えられた指示圧力と
比較し、その偏差を基にしてその値を０に近付けるよう
ＰＩＤ制御やＰＩ制御することが多い。前記ＰＩＤ制御
やＰＩ制御を行う制御装置は演算増幅器を中心に電子回
路で構成されたアナログ電子回路を使用することが多
い。インバータ駆動スクリュー圧縮機に関するＰＩＤ制
御におけるフィードバック制御の基本構成は、前記偏差
をそれぞれ比例（Ｐ）、積分（Ｉ）、微分（Ｄ）の３つ
の演算を行ない、それぞれの演算結果を加算した後イン
バータへ電源周波数指令として出力する。この指令を基
にインバータからモータへ電源周波数を出力し、圧縮機
の吐出空気量を可変させ、吐出圧力を一定にする。

【０００７】比例、積分、微分の３つの演算（ＰＩＤ制
御）を行なうことにより、高度な制御が可能となるが、
ＰＩＤ制御はアナログ電子回路による演算方法であった
ため、演算の各乗数設定も固定されてしまい、また制御
全域で同じ演算を行なうため制御特性を全体的に改善す
ることは困難であった。そこで、制御装置をマイコンを
使用したデジタル計算方式にすることにより上記不具合
を解決することも実施されている。また、デジタル計算
を行なうことによって、各々個々の検知データ及び出力
を効率良く利用する多機能な制御装置ともなる。しかし
その反面、デジタル計算により前記ＰＩＤ制御やＰＩ制
御を行う制御装置を使用する場合、該制御装置の入力に
Ａ／Ｄコンバータ、出力にＤ／Ａコンバータを用いる
が、該Ａ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータの精度は
一般的に前記アナログ電子回路の入出力よりも悪く、ま
た分解能の高い多ビット入力のＡ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバー
タは非常に高価であり、分解能の高くないＡ／Ｄ、Ｄ／
Ａコンバータを使用すると制御特性が悪化する欠点があ
った。

【０００８】本発明の目的は、制御装置によるデジタル
制御の多機能性を保ちつつ、信頼性の高い、高性能なイ
ンバータ駆動スクリュー圧縮機を得ることにある。

【０００９】本発明の他の目的は、吐出量の急激な増減
変化時、及び増減の少ない安定時のいづれに対しても、
吐出圧力の変化を一定以内にすることができ、高い制御
特性を維持することのできるインバータ駆動スクリュー
圧縮機を得ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第１の特徴は、圧縮機と、該圧縮機から吐
出された気体の吐出圧力を検出する圧力検出手段と、こ
の検出された吐出圧力に応じて前記圧縮機を駆動する電
動機の回転速度をインバータにより可変速制御する制御
装置とを備えたインバータ駆動回転型圧縮機において、
前記制御装置は、デジタル計算制御を行うものであっ
て、前記吐出圧力を一定に制御するためのＰＩＤ演算及
びＰＩＤ演算に対する比例不感帯処理、積分不感帯処
理、微分不感帯処理の各演算機能を備えたことにある。

【００１１】本発明の第２の特徴は、圧縮機と、該圧縮
機から吐出された気体の吐出圧力を検出する圧力検出手
段と、この検出された吐出圧力に応じて前記圧縮機を駆
動する電動機の回転速度をインバータにより可変速制御
する制御装置とを備えたインバータ駆動回転型圧縮機に
おいて、前記制御装置は、デジタル計算制御を行うもの
であって、前記吐出圧力を一定に制御するためのＰＩＤ
演算及びＰＩＤ演算に対する比例不感帯処理、積分不感
帯処理、微分不感帯処理、比例演算分割処理、積分演算
範囲限定処理の各演算機能を備え、吐出量の急激な増減
状態時または増減の少ない安定状態時のとき前記各演算
を実行して前記吐出圧力の変化を一定以内にすることに
ある。

【００１２】なお、上記発明において、Ｉ（積分）演算
は、吐出圧力を一定値以内に制御することができるよう
な使用空気率の範囲以内に、前記積分演算の積分値の割
合を抑えると良い。

【００１３】また、前記圧縮機はスクリュ−圧縮機であ
って、前記制御装置における演算は８ビットマイコンで
行い、かつＰＩＤ演算における比例演算倍率は２０〜４
０倍であることがコスト及び性能の面で良い。

【００１４】さらに、前記吐出圧力が目標圧力から離れ
る場合には微妙な吐出圧力の変化に対しても電源周波数
指令を他の場合に比較し割合として大きく変化させると
良い。

【００１５】本発明の第３の特徴は、スクリューロータ
を電動機により回転させ気体を圧縮するスクリュー圧縮
機と、圧縮された前記気体の吐出圧力を検出する圧力検
出器と、前記検出された吐出圧力に応じて前記電動機の
回転速度をインバータにより可変速制御する制御装置と
を備えたインバータ駆動回転型圧縮機において、前記制
御装置は、デジタル計算制御により前記吐出圧力を一定
に制御するようにＰＩＤ演算を行なうものであって、Ｐ
（比例演算）とＩ（積分演算）の増減が逆の場合には前
記比例演算を分割して出力し、かつ前記比例演算と積分
演算に不感帯を設けて吐出圧力の目標圧力付近での微妙
な圧力変化を無視した制御を行なうことにある。

【００１６】この発明において、前記比例演算の分割数
は、圧縮機から下流側の空気配管容量によって０〜９９
分割の範囲で決定され、配管容量が大きいほど分割数も
多くなるようにし、前記制御装置は吐出圧力の変動状況
に応じて最適な分割数の設定を行なうと良い。

【００１７】本発明の第４の特徴は、スクリューロータ
を電動機により回転させ気体を圧縮するスクリュー圧縮
機と、圧縮された前記気体の吐出圧力を検出する圧力検
出器と、前記検出された吐出圧力に応じて前記電動機の
回転速度をインバータにより可変速制御する制御装置と
を備えたインバータ駆動回転型圧縮機において、前記制
御装置は、デジタル計算制御により前記吐出圧力を一定
に制御するようにＰＩＤ演算を行なうものであって、吐
出圧力が目標圧力付近で安定している場合でかつ吐出圧
力が目標圧力から微妙に離れる時、僅かな吐出圧力の変
化では電源周波数が変化しないようにＰ（比例），Ｉ
（積分）の各演算にそれぞれ不感帯を設けたことにあ
る。

【００１８】この発明において、比例演算値の最少変化
量が、積分、微分の各演算値の最少変化量よりも大きい
場合、比例演算不感帯の幅より積分、微分演算不感帯の
幅を狭めると良い。

【００１９】本発明の第５の特徴は、圧縮機と、該圧縮
機から吐出された気体の吐出圧力を検出する圧力検出手
段と、この検出された吐出圧力に応じて前記圧縮機を駆
動する電動機の回転速度をインバータにより可変速制御
する制御装置とを備えたインバータ駆動回転型圧縮機に
おいて、前記制御装置は、デジタル計算制御により前記
吐出圧力を一定に制御するようにＰＩＤ演算を行なうも
のであって、この各ＰＩＤ演算に対しそれぞれＰ（比
例）不感帯、Ｉ（積分）不感帯、Ｄ（微分）不感帯を設
け、かつ前記Ｉ（積分）演算にはさらに別の不感帯処理
である積分演算範囲限定ａを設け、積分演算値が上限値
以上または下限値以下となったとき積分演算を行なわ
ず、現状の積分演算値を保持することにある。

【００２０】この発明において、前記積分演算に対して
はさらに、実際に使用される空気の使用率の範囲に対
し、積分値の割合の幅を、前記使用空気率と同等の幅に
設定すると良い。

【００２１】本発明の第６の特徴は、スクリューロータ
をケーシング内に内蔵し電動機により前記スクリューロ
ータを回転させて気体を圧縮するスクリュー圧縮機と、
圧縮された前記気体の吐出圧力を検出しその圧力値を出
力する圧力検出手段と、商用電力を異なった周波数の電
力に変換するインバータと、前記検出された吐出圧力に
応じて前記電動機の回転速度を可変速制御し吐出量を増
減させて前記吐出圧力を一定に制御する制御装置とを備
えたインバータ駆動回転型圧縮機において、前記制御装
置はデジタル計算制御により行うものであって、前記吐
出圧力を一定に制御する為のＰＩＤ演算、及びＰＩＤ演
算に対する比例不感帯処理、積分不感帯処理、微分不感
帯処理、比例演算分割処理、積分演算範囲限定処理の各
演算機能を備え、前記制御装置へ圧力値入力のためのＡ
Ｄコンバータの入力ビット数及び前記制御装置からのイ
ンバータへの電源周波数出力のためのＤＡコンバータの
入力ビット数が少ない場合でも、吐出量の急激な増減状
態または増減の少ない安定状態に対して、前記各演算を
実行することにより演算による制御の遅れを最小限に
し、安定した電源周波数指令を制御装置からインバータ
へ出力し、吐出圧力の変化を一定以内にすることにあ
る。

【００２２】この発明において、前記制御装置はデータ
を記憶し保持する機能を有し、吐出圧力や吐出圧力の変
化量と変化時間等を演算することにより圧縮機から末端
までの全配管容量及び圧縮気体の使用量を把握し、使用
する状況に見合った前記複数の各演算式の各乗数を自動
設定し記憶する機能を有すると良い。

【００２３】本発明の第７の特徴は、スクリュ−圧縮機
と、該圧縮機から吐出された気体の吐出圧力を検出する
圧力検出手段と、この検出された吐出圧力に応じて前記
圧縮機を駆動する電動機の回転速度をインバータにより
可変速制御する制御装置とを備えたインバータ駆動回転
型圧縮機において、前記制御装置は、８ビットマイコン
によるデジタル計算制御を行うものであって、前記吐出
圧力を一定に制御するためのＰＩＤ演算及びＰＩＤ演算
に対する比例不感帯処理、積分不感帯処理、微分不感帯
処理、比例演算分割処理、積分演算範囲限定処理の各演
算機能を備え、Ｉ（積分）演算は、吐出圧力を一定値以
内に制御することができるような使用空気率の範囲以内
に、前記積分演算の積分値の割合を抑え、かつＰＩＤ演
算における比例演算倍率は２０〜４０倍であり、さらに
前記吐出圧力が目標圧力から離れる場合には微妙な吐出
圧力の変化に対しても電源周波数指令を他の場合に比較
し割合として大きく変化させることにある。

【００２４】なお、制御装置は、ＰＩＤ制御を含む吐出
圧力の変化を一定以内にする制御、及び危険を避けるた
めの温度や圧力等の監視制御を主として行い、安全優先
のために前記監視制御の演算時間を低速にせず、前記吐
出圧力の制御演算時間が低速になる場合でも、ＰＩＤを
含む前記複数の演算を行なうことにより、またインバー
タに電源周波数指令に対する電源周波数出力のための加
減速時間機能を有していることにより、高度な制御が可
能となる。

【００２５】

【発明の実施の形態】インバータ駆動スクリュー圧縮機
の一般的なものを図６に示す。図において、圧縮機から
の吐出圧力ｐはフィードバックされ外部から与えられた
指示圧力ｐｉと比較されて、その偏差Δｐを基にしてそ
の値を０に近付けるようＰＩＤ制御やＰＩ制御される。
前記ＰＩＤ制御やＰＩ制御を行う制御装置は、演算増幅
器を中心に電子回路で構成されたアナログ電子回路を使
用することが多い。インバータ駆動スクリュー圧縮機に
関するＰＩＤ制御におけるフィードバック制御の基本構
成はこの図６に示すように、前記偏差Δｐをそれぞれ比
例、積分、微分の３つの演算を行ない、それぞれの演算
結果を加算した後インバータへ電源周波数指令として出
力する。この指令を基にインバータからモータへ電源周
波数を出力し、圧縮機の吐出空気量を可変させ、吐出圧
力ｐが一定になるように制御される。

【００２６】図７（ａ）はＰＩＤ演算を行なわないで制
御をした場合を示すもので、吐出圧力ｐが指示圧力ｐｉ
に近づくにつれて偏差は比例して少なくなり、限りなく
０に近づくため、吐出圧力ｐを指示圧力ｐｉに近づける
ためには非常に時間がかかってしまう。これに対し、
（ｂ）図に示すように、Ｐ（比例）演算をすることによ
り偏差Δｐを比例倍するため、吐出圧力ｐが指示圧力ｐ
ｉにある程度近づくまでは大きな出力が残るので、指示
圧力ｐｉ付近まで吐出圧力ｐを速く上昇させることがで
きる。また、偏差Δｐに対して比例倍しているため指示
圧力ｐｉから吐出圧力ｐが離れようとしても指示圧力ｐ
ｉに速く戻すことができる。空気使用量が０％の場合に
のみ吐出圧力ｐは指示圧力ｐｉに限りなく近づく。少し
でも空気の使用があった場合には吐出圧力も下がる方向
にあるため、偏差Δｐを比例倍するだけでは出力が不足
してしまい、吐出圧力ｐは指示圧力ｐｉには到達しな
い。例えばモータの電源周波数が６０Hzで、3.7ｍ³/mi
n, 7.0 kgf/ｃｍ²gの圧縮空気を吐出する圧縮機では、
空気使用量が100%までは吐出圧力は 7.0 kgf/ｃｍ²gに
維持できる。しかし、インバータ駆動の圧縮機で比例演
算のみで制御した場合、吐出圧力が指示圧力 7.0 kgf/
ｃｍ²gになると電源周波数は０になってしまう。空気使
用量が０％なら電源周波数が０になっても吐出圧力は
7.0 kgf/ｃｍ²gになるが、空気使用量が少しでもあった
場合、その分吐出圧力は指示圧力 7.0 kgf/ｃｍ²gより
低くなり、支持圧力に到達しない。このような欠点があ
るため、積分演算を追加（ＰＩ制御）することにより、
偏差Δｐが０になったとしても、偏差Δｐが０になった
時点の積分演算値が保持されるため、比例演算だけでは
到達しなかった指示圧力ｐｉまで吐出圧力ｐを到達させ
ることができる。すなわち、「積分演算値の比率＝空気
使用量の比率」とも言える。しかし、比例演算と積分演
算だけでは、特に積分演算は積分時間がかかるため、空
気使用量の変化に対して電源周波数の変化が遅れてしま
い、（Ｃ）図に示すように、吐出圧力ｐは指示圧力ｐｉ
付近で昇降（オーバーシュート）してしまい、安定性に
欠けてしまう。この欠点に対して、微分演算を追加（Ｐ
ＩＤ制御）することにより、前記オーバーシュートを抑
えることができ、オーバーシュートの速さに対して微分
演算の比率も変化するため、比例，積分，微分の３つの
演算（ＰＩＤ制御）を行なうことにより高度な制御が可
能となる。しかし、上記のＰＩＤ制御はアナログ電子回
路による演算方法であり、演算の各乗数設定も固定され
てしまい、また制御全域で同じ演算を行なうため制御特
性を全体的に改善することは非常に難しい。

【００２７】図８は制御装置Ａ及び制御装置Ｂを備えた
インバータ駆動スクリュー圧縮機の例を示すもので、こ
の圧縮機では次のように制御される。◆アフタークーラ
９の入口圧力ｐは圧力センサ１３で検知され、目標圧力
（指示圧力）ｐｉとの偏差Δｐが生じると、制御装置Ｂ
がインバータ３に加速あるいは減速を指示し、インバー
タ３は電力の周波数を変えて電動機４の回転数を変化さ
せる。電動機４により駆動される圧縮機７はその吐出量
が変化し、吐出圧力が目標に近づく。吸込フィルタ５か
ら吸入された気体は吸込絞り弁６を通過し圧縮機７で圧
縮されてオイルセパレータ８に入り、その後アフターク
ーラ９で冷却され圧縮機ユニットから吐出される。この
気体の流れに対し、吐出温度センサ１０，１１により圧
縮機７の吐出温度とオイルセパレータ８における吐出温
度を検知し、圧力スイッチ１２によりアフタークーラ９
の入口圧力を、圧力スイッチ１７により吸込絞り弁での
吸込圧力を検知し、制御装置Ａに入力される。また、イ
ンバータ３の運転状況等も制御装置Ａに入力される。

【００２８】吸込絞り弁６は、運転時に制御装置Ａによ
り放気電磁弁１４を作動し、停止時に放気電磁弁１４を
停止する。検知したデータを制御装置Ａで演算し、各機
器に対して指令を行う。制御装置Ａは、保護器１６を介
して電源を取り入れ、この保護器１６を介し、または制
御装置Ａから直接にインバータ３へ電源及び信号を送
り、故障時にはインバータ３を停止させるようになって
いる。

【００２９】上記制御装置は、制御装置Ａと制御装置Ｂ
の２つ分かれていて、各々個々に制御していたために制
御系が複雑となり、制御装置Ａと制御装置Ｂとのデータ
の交換が困難で多機能にすることができなかった。

【００３０】この２つの制御装置をデジタル計算方式に
し、さらに１つの制御装置にすることにより上記不具合
を解決することができる。しかし、１つの制御装置に
し、デジタル計算を行なうことによって、各々個々の検
知データ及び出力を効率良く利用する多機能な制御装置
とはなるが、その反面次の欠点がある。即ち、デジタル
計算により前記ＰＩＤ制御やＰＩ制御を行う制御装置を
使用する場合、該制御装置の入力にＡ／Ｄコンバータ、
出力にＤ／Ａコンバータを用いるが、該Ａ／Ｄコンバー
タ及びＤ／Ａコンバータの精度は一般的に前記アナログ
電子回路の入出力よりも悪く、また分解能の高い多ビッ
ト入力のＡ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータは非常に高価である
ため一般には仕使用できず、分解能の高くないＡ／Ｄ、
Ｄ／Ａコンバータを使用することになるため、制御特性
は悪化する。

【００３１】上記のことに鑑み本発明では、スクリュー
圧縮機本体の下流側に、吐出気体の圧力検出手段１２，
１３、吐出気体の温度検出手段１０、オイルセパレータ
内に充てんされた気体の温度検出手段１１を備え、圧縮
機上流側に設けた吸込フィルタの２次側（下流側）には
吸入気体の圧力（負圧）を検知する圧力検出手段１７を
備える。各圧力検出手段及び温度検出手段は感知した圧
力値や温度値を電気信号などの形で出力する機能を有
し、出力は通信配線などの伝達手段により制御装置の入
力端子へ接続される。

【００３２】制御装置には、前記圧力検出手段による実
際の吐出圧力の値ｐ、外部から与えられる目標吐出圧力
の指示値ｐｉ、温度検出手段による実際の吐出温度ｔ１
及びｔ２の少なくとも４種のデ−タが入力される。制御
装置内部は圧力指示値ｐｉと吐出圧力ｐの差である偏差
Δｐを求める演算ソフトウェアを有する。さらに偏差Δ
ｐに複数の演算方式を用いてインバータに指示する周波
数として出力する機能を備える。また、制御装置には必
要に応じて、各々個々の入力されたデータを目的に応じ
てそれぞれ演算し、出力するようなソフトウェアも有す
る。

【００３３】このように構成し、１個の制御装置により
デジタル計算を行うことにより、制御系がまとまり、よ
り複雑な処理を行える様になり、情報入力も多くできる
ことから、製品全体の詳細な情報管理も容易に行なうこ
とができる。

【００３４】また、ＰＩＤ制御やＰＩ制御を複数の演算
処理で補助することにより、高い制御特性を得ることが
できる。

【００３５】さらに、デジタル計算による制御装置の入
出力精度はアナログ回路の入出力精度と比べ一般的に劣
るが、複数の演算処理で修正を行うことにより、安定し
た出力を制御装置から出力することができ、圧縮機の吐
出圧力の変化を一定値以内にすることができる。

【００３６】以下、本発明の実施の形態を具体的実施例
に基づき説明する。◆ （実施例１）◆図１は本発明の実施例のインバータ駆動
スクリュー圧縮機の制御系を示すブロック図、図２は図
１の制御フロー図、図３は図１の制御装置のブロック
図、図４は図２の回転速度制御の制御ブロック図、図５
は図４の制御フローチャート、図６はインバータ駆動ス
クリュー圧縮機に関するＰＩＤ制御におけるフィードバ
ック制御の基本構成図である。

【００３７】以下、これらの図を用いて本発明の具体的
実施例を説明する。◆この実施例で示す圧縮機は空気圧
縮用のインバータ駆動スクリュー圧縮機である。図１に
おいて、Ａは制御装置、３はインバータ、４は電動機、
５は吸込フィルタ、６は吸込絞り弁、７は圧縮機、８は
オイルセパレータ、９はアフタークーラ、１０は吐出温
度センサ、１１は吐出温度センサ、１２は圧力スイッ
チ、１３は圧力センサ、１４は放気電磁弁、１５は始動
盤、１６は保護器、１７は圧力スイッチである。また、
実線の矢印は電気信号、破線は空気の流れを示す。

【００３８】圧縮機７から吐出された圧縮空気の圧力は
圧力センサ１３により検出され、始動盤１５内の制御装
置Ａに入力される。制御装置Ａ内に記憶しているＰ（比
例）、Ｉ（積分）、Ｄ（微分）等の制御動作のための各
係数及び目標圧力値を演算式の変数として読み取り、入
力された空気圧力値と目標圧力値との偏差から制御量を
ＰＩＤ及び複数の演算をする。この複数の演算について
は後で詳述する。

【００３９】制御装置Ａは故障検出手段である吐出温度
センサ１０，１１、または始動盤１５内の保護器１６や
インバータ３などから入力された故障情報を故障か否か
判断し、故障と判断した場合には圧縮機の運転を停止さ
せる。また、制御装置Ａはスイッチ類の押／離情報を入
力し、それに対する処理を行なう。

【００４０】図３に示すように、制御装置Ａは、操作部
と表示部を備えた装置ａと、実際に制御を行なう制御処
理装置ｂの２つから構成され、制御処理装置ｂは、演算
増幅器を中心に抵抗やコンデンサなどの素子で構成した
アナログ回路と、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭなどのＩＣで
構成したデジタル回路を兼ねた制御装置で、制御装置Ａ
の入出力信号は全てアナログ信号として扱われ、制御装
置内の演算処理はデジタル信号として扱われる。

【００４１】ＰＩＤ及び前記複数の演算に係わる圧力検
出からインバータ３への電源周波数指令出力までの過程
は、圧縮機７の運転中に制御装置Ａが常に一定なインタ
ーバルで演算処理することにより高い応答性が得られ
る。

【００４２】制御装置Ａは、回転速度制御に係わる吐出
圧力検出、ＰＩＤ及びＰＩＤ等の制御動作のための前記
複数の各係数の読み取り、目標圧力値の読み取り、ＰＩ
Ｄ及び前記複数の演算、インバータへの指令値出力まで
の過程をデジタル演算処理を行ない、また故障検知，警
報検知，スイッチ類の押／離確認，運転状況把握等の情
報入力も行なう。

【００４３】インバータ駆動圧縮機に関するＰＩＤ制御
におけるフィードバック制御の基本構成は図６に示す通
りで、図中の制御装置内のＰＩＤ演算を基本とし図２に
示すように、吐出圧力検出は電圧信号等のアナログ値で
制御装置に入力され、制御装置内でＡ／Ｄ（アナログ／
デジタル）変換を行なってデジタル値で演算処理を行な
い、さらにＤ／Ａ（デジタル／アナログ）変換を行なっ
て電圧信号等のアナログ値をインバータへ電源周波数指
令出力を行なう。

【００４４】また、制御装置Ａはデジタル値をデジタル
信号として直接出力する機能も有し、制御装置Ａからイ
ンバータ３への電源周波数指令出力をデジタル値で出力
し、インバータ側のデジタル演算制御回路に直接入力も
可能な構造となっている。

【００４５】以下、図４及び図５を用いて前述した複数
の演算について詳細に説明する。◆アナログＰＩＤ制御
によるインバータ駆動スクリュー圧縮機の制御は、抵抗
やコンデンサなどの素子で構成したアナログ回路で行な
うため、主にＰ・Ｉ・Ｄの各回路とその合成回路でしか
演算できず、目標圧力値と空気圧力値との偏差Δｐから
演算した制御量がインバータで必要とする電源周波数指
令の上限・下限値を大きく超えてしまう状況があり、こ
の範囲内に指令値が戻るとき、指令値の行き過ぎによる
戻りの遅れが出てしまい、応答性に限界があった。

【００４６】インバータ駆動スクリュー圧縮機で吐出空
気圧力Ｐを一定以内に制御できる使用空気率Ａが、定格
の３０〜１００％で、これに対するインバータの電動機
への出力電源周波数割合Ｂが、定格の３０〜１００％以
内の場合、出力電源周波数割合が３０〜１００％外にな
るような指令をしてしまう演算結果が出てしまうとき、
演算を中止し３０〜１００％以内に戻るまでそれまでに
演算した値を保持することにより、制御の応答性を最大
限に速くすることができ、吐出空気圧力の変動幅を最小
限にすることができる機能を備えている。Ｐ（比例）演
算は偏差Δｐに対し比例倍するだけであるため応答性へ
の影響はあまり無いが、Ｉ（積分）演算は偏差Δｐの値
を積分しその値を蓄えてしまう。吐出圧力Ｐが目標圧力
値に限り無く近づいて安定した場合偏差Δｐは０にな
る。この場合、Ｐ（比例）、Ｄ（微分）の値は０にな
り、Ｉ（積分）の値だけが残る。このＩ（積分）の値の
範囲が出力電源周波数割合Ｂと一致する場合、使用空気
率Ａが積分の値の割合と同等になる。吐出圧力が目標圧
力値から急激に離れ使用空気率Ａが変化した後安定した
時、積分値が必要以上になり使用空気率Ａと同等の割合
まで戻るまで時間がかかってしまい、目標圧力値に対し
ての吐出圧力のオーバーシュートが大きくなってしま
う。積分時間を必要以上に短くすると応答性は良くなる
反面安定性が悪くなってしまう。積分時間を短くしなく
ても積分値の範囲を使用空気率Ａ以内にすることによ
り、応答性、安定性を共に向上することができる。この
機能は図４中の積分演算範囲限定でおこなう（詳細説
明は後述）。

【００４７】吐出圧力値ｐを制御装置Ａに入力する場
合、またインバータ３への電源周波数指令を制御装置Ａ
から出力する場合、制御装置でそれぞれＡ／Ｄ変換及び
Ｄ／Ａ変換を行なうが、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータの入
力ビット数は多くない。圧縮機７の回転速度制御をＰＩ
Ｄ制御で行なう場合、安定性、応答性共に良くないと吐
出圧力ｐが目標圧力ｐｉから大きく離れたり、ハンチン
グを繰返したりしてしまうため、積分，微分よりも比例
の割合が非常に高くなるように設定されている。Ａ／Ｄ
コンバータの入力ビット数が８ビットの場合、分解能1/
256以下で入力が変化した場合には、吐出圧力入力0〜10
kgf/ｃｍ²Gに対して約0.039kgf/ｃｍ²変化したことにな
り、この値を制御装置内で比例演算のみで30倍演算する
と、Ｄ／Ａコンバータの入力ビット数が８ビットの場
合、分解能1/256×３０倍でインバータへ出力すると、
電源周波数指令18〜60Hzに対して約4.9Hz変化してしま
う。比例演算の３０倍は、インバータ駆動スクリュー圧
縮機で使用するＰＩＤ制御のＰ（比例演算倍率）の最適
値であり、圧縮機を駆動するためのモータの定格出力の
違いにより若干差はあるものの、２０〜４０倍が最適な
修正幅である。

【００４８】吐出圧力ｐが目標圧力（指示圧力）ｐｉか
ら離れるときはインバータ３の電源周波数を急激に変化
させた方が応答性は良くなるため、微妙な吐出圧力の変
化に対しても電源周波数指令を大きく変化させる。

【００４９】しかし、吐出圧力ｐが目標圧力ｐｉに近づ
く場合は、積分演算値と比例演算値の増減が逆になり、
積分，微分演算値の最小変化量と比例演算値の最小変化
量の差が大きいため電源周波数指令が歯形の様な出力波
形になり、圧縮機や電動機等から異音が発生し、操作員
に不安感を与え、インバータトリップ（過電流保護）に
よる停止も起こりやすくなる。また、吐出圧力が目標圧
力付近で安定している場合でも、吐出圧力の僅かな変化
に対して電源周波数指令が大きく変化してしまうため、
吐出圧力及びインバータ電源周波数が脈動してしまう。
そこで、本実施例では積分演算と比例演算の増減が逆の
場合のみ比例演算を分割して出力し、比例演算と積分演
算に不感帯を設けて吐出圧力の目標圧力付近での微妙な
変化を無視させることにより、上記の問題を解決してい
る。

【００５０】ＰＩＤ及び複数の回転速度制御のためのデ
ジタル演算は一定周期（例えば０.１秒周期）で演算す
るため、積分演算と比例演算の増減が逆の時、比例演算
値の変化ΔＫ／0.1sec.を分割する。１０分割すると、
１分割につき0.1sec.必要とするため、ΔＫ／10を1.0se
c.にわたり10回カウントすることにより、制御装置の出
力精度は一時的に１０倍になり、積分，微分演算値の最
小変化量と比例演算値の最小変化量の差が大きい場合の
問題は解消される。この１０分割は、圧縮機から末端の
配管までの間の空気が使用される空気配管容量の場合の
吐出圧力変化に対する最適値であり、前記空気配管容量
が極端に少ない場合は０分割、極端に多い場合は９９分
割まで設定変更できるように設計されている。また、制
御装置Ａはこの分割回数を設定し記憶する機能を持ち、
吐出圧力の変動状況に応じて最適な設定を行なうことが
できる。

【００５１】前述した比例演算値の分割処理は、比例，
積分演算値の増減が逆で吐出圧力が目標圧力に近づく場
合に効果的である。吐出圧力が目標圧力付近で安定して
いる場合でさらに吐出圧力が目標圧力から微妙に離れる
時には、比例演算値分割処理は行なわれず、僅かな吐出
圧力の変化では電源周波数を変化させないようにして安
定性を持たせるている。このため、図４に示すように比
例，積分各演算にそれぞれ前記の不感帯±ｐｆ、±ｉ
ｆ、及び微分演算に不感帯±ｄｆを設けている。また、
制御装置Ａは比例，積分，微分各演算の不感帯の幅を設
定し記憶する機能を持つ。この各設定値は同等の値に固
定されていても良いが、吐出圧力の変化量により最適な
設定値を設定できるようにするとなおよい。

【００５２】比例演算値の最小変化量が積分，微分演算
値の最小変化量よりも多い場合、比例演算不感帯の幅よ
りも積分，微分演算不感帯の幅を狭めることにより、吐
出圧力が目標圧力付近で微妙な変化をした時に比例演算
値を０のまま積分，微分演算のみで目標圧力に対する吐
出圧力の補正を行なうことができるので、安定性のよい
制御が可能となる。

【００５３】また、制御装置Ａ内の積分演算にはもう一
つの不感帯処理（図４中の積分演算範囲限定）を設
け、積分演算値がある値以上（上限値）かある値以下
（下限値）になったとき、積分演算を行なわずに積分演
算値を保持するようにし、この上限，下限値を設定し記
憶する。これは積分時間が短い場合、積分演算を行なう
範囲を限定することにより、積分演算値の過大または過
少による戻りの遅れを最小限に抑えることができる。

【００５４】また、上述したように制御装置Ａ内には積
分演算にもう一つの不感帯処理（図４中の積分演算範囲
限定）が設けられている。これは上述した使用空気率
Ａが積分の値の割合と同等になると述べたが、実際に使
用される空気の使用率が限られる場合、その使用空気率
と同等の積分値の割合の幅を設定することにより、前記
積分演算範囲限定と同等の効果を持つ。この２つの積
分不感帯処理を行なうことにより、より細かな積分不感
帯処理を可能とする。

【００５５】（実施例２）◆次に、本発明の実施例２を
説明する。実施例２において実施例１と共通する部分に
ついては説明を省略する。◆制御装置のＰＩＤ演算及び
回転速度制御のための複数のデジタル演算の周期時間
を、温度検知等の他の制御を行なうために高速にできな
い場合、１周期での偏差の変化量が増加し、インバータ
への電源周波数指令値の変化量の増加による回転速度制
御の乱れが生じる。これに対し本実施例では比例演算値
の分割処理を行ない、インバータへの電源周波数指令値
の変化量を分割して指令することができようにし、これ
により指令値の必要以上の増加を最小限にすることがで
きる。

【００５６】また、インバータ内に、電源周波数指令に
対する電源周波数出力への加減速時間を設定できるよう
にし、制御装置Ａからインバータへの電源周波数指令値
変化量が多い場合でも、その変化量に対し加減速（積
分）を行なうことにより滑らかな電源周波数出力にでき
るため、安定性の高い回転速度制御が可能となる。

【００５７】上記の構成とすることにより、制御装置の
演算処理時間を短くできない場合でも高度な回転速度制
御が行なえる効果がある。

【００５８】（実施例３）◆次に、本発明の実施例３を
説明する。実施例３において実施例１，２と共通する部
分については説明を省略する。◆ＰＩＤ及び複数の演算
式の各設定値は、吐出圧力や、吐出圧力の変化量と変化
時間等の違いにより最適値が決定する。しかし、圧縮機
の最大空気吐出量（製品の定格出力）や空気槽の容量等
で設定値が変わるため、これらの環境条件に応じて設定
値を変えなければならない。

【００５９】そこで本実施例においては、制御装置Ａに
おいて、インバータ駆動スクリュー圧縮機を一度運転
し、その時の吐出圧力や、吐出圧力の変化量と変化時間
等を演算し、この演算結果に基づき最適設定値を求めて
記憶しておくことにより、どのような環境条件の変化に
対しても最適設定値に自動的に設定することが可能とな
る。

【００６０】また、制御装置Ａは、常に吐出圧力や、吐
出圧力の変化量と変化時間等を演算するようにし、最適
設定値を継続して求めるようにすることにより、被圧縮
気体の使用量の変動割合が変わるような場合でも常に最
適な制御を行なえるようにできる。

【００６１】

【発明の効果】本発明によれば、制御装置によるデジタ
ル制御の多機能性を保ちつつ、信頼性の高い、高性能な
インバータ駆動スクリュー圧縮機を得ることができる。

【００６２】また、吐出量の急激な増減変化時や、増減
の少ない安定時のいづれに対しても、吐出圧力の変化を
一定以内に安定化させることができ、高い制御特性を維
持することができる。

【００６３】さらに、被圧縮気体の使用量が変動し回転
速度が不安定な時でも応答性の良い運転を続け、使用量
がほぼ一定で回転速度が安定している時には安定性の良
い運転を続けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインバータ駆動スクリュー圧縮機の制
御系の実施例のを示すブロック図である。

【図２】図１の制御フロー図である。

【図３】図１の制御装置のブロック図である。

【図４】図２に示す制御装置の制御ブロック図である。

【図５】図４の制御ブロック図の制御フローチャートで
ある。

【図６】インバータ駆動スクリュー圧縮機に関するＰＩ
Ｄ制御におけるフィードバック制御の基本構成図であ
る。

【図７】インバータ駆動スクリュー圧縮機に関するＰＩ
Ｄ制御の各Ｐ，Ｉ，Ｄ演算の説明図である。

【図８】インバータ駆動スクリュー圧縮機の制御系を示
すブロック図である。

【符号の説明】

Ａ…制御装置、Ｂ…制御装置、３…インバータ、４…電
動機、５…吸込フィルタ、６…吸込絞り弁、７…圧縮
機、８…オイルセパレータ、９…アフタークーラ、１０
…吐出温度センサ、１１…吐出温度センサ、１２…圧力
スイッチ、１３…圧力センサ、１４…放気電磁弁、１５
…始動盤、１６…保護器、１７…圧力スイッチ。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機と、該圧縮機から吐出された気体の
   吐出圧力を検出する圧力検出手段と、この検出された吐
   出圧力に応じて前記圧縮機を駆動する電動機の回転速度
   をインバータにより可変速制御する制御装置とを備えた
   インバータ駆動回転型圧縮機において、 前記制御装置は、デジタル計算制御を行うものであっ
   て、前記吐出圧力を一定に制御するためのＰＩＤ演算及
   びＰＩＤ演算に対する比例不感帯処理、積分不感帯処
   理、微分不感帯処理の各演算機能を備えたことを特徴と
   するインバータ駆動回転型圧縮機。
2. 【請求項２】圧縮機と、該圧縮機から吐出された気体の
   吐出圧力を検出する圧力検出手段と、この検出された吐
   出圧力に応じて前記圧縮機を駆動する電動機の回転速度
   をインバータにより可変速制御する制御装置とを備えた
   インバータ駆動回転型圧縮機において、 前記制御装置は、デジタル計算制御を行うものであっ
   て、前記吐出圧力を一定に制御するためのＰＩＤ演算及
   びＰＩＤ演算に対する比例不感帯処理、積分不感帯処
   理、微分不感帯処理、比例演算分割処理、積分演算範囲
   限定処理の各演算機能を備え、 吐出量の急激な増減状態時または増減の少ない安定状態
   時のとき前記各演算を実行して前記吐出圧力の変化を一
   定以内にすることを特徴とするインバータ駆動回転型圧
   縮機。
3. 【請求項３】請求項２において、Ｉ（積分）演算は、吐
   出圧力を一定値以内に制御することができるような使用
   空気率の範囲以内に、前記積分演算の積分値の割合を抑
   えることを特徴とするインバータ駆動回転型圧縮機。
4. 【請求項４】請求項３において、前記圧縮機はスクリュ
   −圧縮機であって、前記制御装置における演算は８ビッ
   トマイコンで行い、かつＰＩＤ演算における比例演算倍
   率は２０〜４０倍であることを特徴とするインバータ駆
   動回転型圧縮機。
5. 【請求項５】請求項４において、前記吐出圧力が目標圧
   力から離れる場合には微妙な吐出圧力の変化に対しても
   電源周波数指令を他の場合に比較し割合として大きく変
   化させることを特徴とするインバータ駆動回転型圧縮
   機。
6. 【請求項６】スクリューロータを電動機により回転させ
   気体を圧縮するスクリュー圧縮機と、圧縮された前記気
   体の吐出圧力を検出する圧力検出器と、前記検出された
   吐出圧力に応じて前記電動機の回転速度をインバータに
   より可変速制御する制御装置とを備えたインバータ駆動
   回転型圧縮機において、 前記制御装置は、デジタル計算制御により前記吐出圧力
   を一定に制御するようにＰＩＤ演算を行なうものであっ
   て、Ｐ（比例演算）とＩ（積分演算）の増減が逆の場合
   には前記比例演算を分割して出力し、かつ前記比例演算
   と積分演算に不感帯を設けて吐出圧力の目標圧力付近で
   の微妙な圧力変化を無視した制御を行なうことを特徴と
   するインバータ駆動回転型圧縮機。
7. 【請求項７】請求項６において、前記比例演算の分割数
   は、圧縮機から下流側の空気配管容量によって０〜９９
   分割の範囲で決定され、配管容量が大きいほど分割数も
   多くなるようにし、前記制御装置は吐出圧力の変動状況
   に応じて最適な分割数の設定を行なうことを特徴とする
   インバータ駆動回転型圧縮機。
8. 【請求項８】スクリューロータを電動機により回転させ
   気体を圧縮するスクリュー圧縮機と、圧縮された前記気
   体の吐出圧力を検出する圧力検出器と、前記検出された
   吐出圧力に応じて前記電動機の回転速度をインバータに
   より可変速制御する制御装置とを備えたインバータ駆動
   回転型圧縮機において、 前記制御装置は、デジタル計算制御により前記吐出圧力
   を一定に制御するようにＰＩＤ演算を行なうものであっ
   て、吐出圧力が目標圧力付近で安定している場合でかつ
   吐出圧力が目標圧力から微妙に離れる時、僅かな吐出圧
   力の変化では電源周波数が変化しないようにＰ（比
   例），Ｉ（積分）の各演算にそれぞれ不感帯を設けたこ
   とを特徴とするインバータ駆動回転型圧縮機。
9. 【請求項９】請求項８において、比例演算値の最少変化
   量が、積分、微分の各演算値の最少変化量よりも大きい
   場合、比例演算不感帯の幅より積分、微分演算不感帯の
   幅を狭めることを特徴とするインバータ駆動回転型圧縮
   機。
10. 【請求項１０】圧縮機と、該圧縮機から吐出された気体
    の吐出圧力を検出する圧力検出手段と、この検出された
    吐出圧力に応じて前記圧縮機を駆動する電動機の回転速
    度をインバータにより可変速制御する制御装置とを備え
    たインバータ駆動回転型圧縮機において、 前記制御装置は、デジタル計算制御により前記吐出圧力
    を一定に制御するようにＰＩＤ演算を行なうものであっ
    て、この各ＰＩＤ演算に対しそれぞれＰ（比例）不感
    帯、Ｉ（積分）不感帯、Ｄ（微分）不感帯を設け、かつ
    前記Ｉ（積分）演算にはさらに別の不感帯処理である積
    分演算範囲限定ａを設け、積分演算値が上限値以上また
    は下限値以下となったとき積分演算を行なわず、現状の
    積分演算値を保持することを特徴とするインバータ駆動
    回転型圧縮機。
11. 【請求項１１】請求項１０において、前記積分演算に対
    してはさらに、実際に使用される空気の使用率の範囲に
    対し、積分値の割合の幅を、前記使用空気率と同等の幅
    に設定することを特徴とするインバータ駆動回転型圧縮
    機。
12. 【請求項１２】スクリューロータをケーシング内に内蔵
    し電動機により前記スクリューロータを回転させて気体
    を圧縮するスクリュー圧縮機と、圧縮された前記気体の
    吐出圧力を検出しその圧力値を出力する圧力検出手段
    と、商用電力を異なった周波数の電力に変換するインバ
    ータと、前記検出された吐出圧力に応じて前記電動機の
    回転速度を可変速制御し吐出量を増減させて前記吐出圧
    力を一定に制御する制御装置とを備えたインバータ駆動
    回転型圧縮機において、 前記制御装置はデジタル計算制御により行うものであっ
    て、前記吐出圧力を一定に制御する為のＰＩＤ演算、及
    びＰＩＤ演算に対する比例不感帯処理、積分不感帯処
    理、微分不感帯処理、比例演算分割処理、積分演算範囲
    限定処理の各演算機能を備え、 前記制御装置へ圧力値入力のためのＡＤコンバータの入
    力ビット数及び前記制御装置からのインバータへの電源
    周波数出力のためのＤＡコンバータの入力ビット数が少
    ない場合でも、吐出量の急激な増減状態または増減の少
    ない安定状態に対して、前記各演算を実行することによ
    り演算による制御の遅れを最小限にし、安定した電源周
    波数指令を制御装置からインバータへ出力し、吐出圧力
    の変化を一定以内にすることを特徴とするインバータ駆
    動回転型圧縮機。
13. 【請求項１３】請求項１２において、前記制御装置はデ
    ータを記憶し保持する機能を有し、吐出圧力や吐出圧力
    の変化量と変化時間等を演算することにより圧縮機から
    末端までの全配管容量及び圧縮気体の使用量を把握し、
    使用する状況に見合った前記複数の各演算式の各乗数を
    自動設定し記憶する機能を有することを特徴とするイン
    バータ駆動回転型圧縮機。
14. 【請求項１４】スクリュ−圧縮機と、該圧縮機から吐出
    された気体の吐出圧力を検出する圧力検出手段と、この
    検出された吐出圧力に応じて前記圧縮機を駆動する電動
    機の回転速度をインバータにより可変速制御する制御装
    置とを備えたインバータ駆動回転型圧縮機において、 前記制御装置は、８ビットマイコンによるデジタル計算
    制御を行うものであって、前記吐出圧力を一定に制御す
    るためのＰＩＤ演算及びＰＩＤ演算に対する比例不感帯
    処理、積分不感帯処理、微分不感帯処理、比例演算分割
    処理、積分演算範囲限定処理の各演算機能を備え、 Ｉ（積分）演算は、吐出圧力を一定値以内に制御するこ
    とができるような使用空気率の範囲以内に、前記積分演
    算の積分値の割合を抑え、 かつＰＩＤ演算における比例演算倍率は２０〜４０倍で
    あり、 さらに、前記吐出圧力が目標圧力から離れる場合には微
    妙な吐出圧力の変化に対しても電源周波数指令を他の場
    合に比較し割合として大きく変化させることを特徴とす
    るインバータ駆動回転型圧縮機。