JPWO2013124961A1

JPWO2013124961A1 - 空気圧縮機の監視システム

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Publication number: JPWO2013124961A1
Application number: JP2014500775A
Authority: JP
Inventors: 孝寿酒井; 圭太榎本; 昭男吉▲崎▼; 隆薮谷
Original assignee: TOMOSOH JAPAN LIMITED; Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: TOMOSOH JAPAN LIMITED; Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2012-02-20
Filing date: 2012-02-20
Publication date: 2015-05-21
Anticipated expiration: 2032-02-20
Also published as: WO2013124961A1; CN106194699B; JP5878973B2; CN104160152A; CN104160152B; CN106194699A

Abstract

空気圧縮機の監視システムにおいて、圧力計測装置により空気圧縮機の空気圧縮機吐出圧力と、末端圧力とを計測し、電力計測装置により空気圧縮機の消費電力を計測する。そして、空気圧縮機をリプレースするときに、監視コンピュータシステムが、時間の変化につれての旧空気圧縮機の消費電力量の変化と、時間の変化につれての新空気圧縮機の消費電力量の変化とを対比する形式で、グラフとして、表示装置に表示する。また、監視コンピュータシステムが、一定の閾値を保持しておき、末端圧力を保つための空気圧縮機吐出圧力が、一定の閾値を超えたときには、表示装置に警告画面を表示する。これにより、従来の空気圧縮機と新設した空気圧縮機の消費電力量の比較を、顧客が容易におこなえ、経済的な利点を容易に把握でき、かつ、設備の経年劣化などを警告し、最適な環境で空気圧縮機を運転させることができる。

Description

本発明は、空気圧縮機の監視システムに係り、特に、産業設備用の空気圧縮機の消費電力を評価して、省エネルギー効果を把握し、かつ、経年劣化などの空気圧縮機設備における異常を発見するのに好適な空気圧縮機の監視システムに関する。

空気圧縮機は、空気を圧縮する流体機械であり、工場設備においては、工作機械やプレス機などの様々な機器のエア源として用いられる。そして、大規模工場においては、空気圧縮機室に複数の空気圧縮機を設け、そこからプラントの空気配管を通して、工場内の設置機器に要求された圧力で空気を供給する。

一方、地球環境の保護や資源節約の観点から、産業界の各分野にわたり省エネルギー意識が高まっている。空気圧縮機は、生産設備における必須の機械であり、使用電力量が多いことから、低消費電力の空気圧縮機で設備を稼動することが求められている。

特許文献１には、複数の電気式空気圧縮機の運転データより、消費電力量を演算して、プリンタ等に表示するシステムが開示されている。

特開平９−３２８０６号公報

上記従来技術では、現在、稼動している空気圧縮機の電力量を把握することはできるが、空気圧縮機をリプレースした場合の効果を把握したり、空気圧縮機を省エネルギーで運転することを支援することについては考慮されていない。

また、設備の経年劣化などを警告し、最適な環境で空気圧縮機を運転させることにより、省エネルギーにつなげることについても考慮されていない。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、その目的は、空気圧縮機において、従来の空気圧縮機と新設した空気圧縮機の消費電力量の比較を、顧客が容易におこなうことができ、経済的な利点を把握できやすくし、かつ、設備の経年劣化などを警告し、最適な環境で空気圧縮機を運転させることのできる空気圧縮機の監視システムを提供することにある。

本発明の空気圧縮機の監視システムは、空気圧縮機の空気圧縮機吐出圧力と、末端機器に供給される空気の末端圧力と、空気圧縮機の消費電力を計測して、空気圧縮機の稼動状況を評価する空気圧縮機の監視システムであり、空気圧縮機の空気圧縮機吐出圧力と、末端圧力とを計測する圧力計測装置と、空気圧縮機の消費電力を計測する電力計測装置と、圧力計測装置により測定された圧力データと、前記電力計測装置により測定された電力データを受信する監視コンピュータシステムとを有している。

監視コンピュータシステムは、時間の変化につれての旧空気圧縮機の消費電力量の変化と、時間の変化につれての新空気圧縮機の消費電力量の変化とを対比する形式で、グラフとして、表示装置に表示したり、末端圧力を同一に保って運転したときの第一の空気圧縮機の積算消費電力量と、第二の空気圧縮機の積算消費電力量をグラフとして、表示装置に表示する。

これにより、顧客に新型の空気圧縮機のリプレースを促したり、リプレース後の省エネルギー効果を把握しやすくなる。

また、監視コンピュータシステムが、一定の閾値を保持しておき、末端圧力を保つための空気圧縮機吐出圧力が、一定の閾値を超えたときには、表示装置に警告画面を表示する。

これにより、設備の管理者は、配管からの空気漏れなどの経年劣化による設備の不具合を把握することができる。

本発明によれば、空気圧縮機において、従来の空気圧縮機と新設した空気圧縮機の消費電力量の比較を、顧客が容易におこなうことができ、経済的な利点を把握できやすくし、かつ、設備の経年劣化などを警告し、最適な環境で空気圧縮機を運転させることのできる空気圧縮機の監視システムを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る空気圧縮機の監視システムの構成を示す図である。時間の変化による消費電力と空気負荷の変化を示すグラフである。圧縮機吐出圧力の改良を示したグラフを示す図である。時間の変化による空気圧縮機吐出圧力の上昇を示すグラフである。時間の変化による積算電力量の変化を示すグラフである。本発明の一実施形態に係る空気圧縮機の監視システムの構成図である。圧縮機吐出圧力と末端圧力の時刻における変化を示したグラフを示す図である。空気圧縮機の吐出圧力と消費電力の関係を示す図である。

以下、本発明に係る一実施形態を、図１ないし図８を用いて説明する。
先ず、図６ないし図８を用いて一般的な空気圧縮機の設備の構成について説明する。
図６は、本発明の一実施形態に係る空気圧縮機の監視システムの構成図である。
図７は、圧縮機吐出圧力と末端圧力の時刻における変化を示したグラフを示す図である。
図８は、空気圧縮機の吐出圧力と消費電力の関係を示す図である。

空気圧縮機の設備は、用途や向上の規模により様々であるが、本実施形態では、圧縮室５００を有し、工場６００内に一つのプラント空気配管を分岐させて、末端の機器にエアを供給する場合について説明する。

圧縮室５００は、複数の空気圧縮機５０１、５０２、…が設置されており、空気圧縮機が供給されるエアは、一本の空気配管（メインライン）５２０でまとめられ、空気槽５１０とドライヤ、フィルタ５３０を介して、工場のプラント空気配管側に送られる。

空気槽５１０は、空気を貯蔵するバッファであり、ここで、圧力計（図示しない）により、圧縮機吐出圧力Ｐ_ｏが常時測定されている。

ドライヤ、フィルタ５３０は、工場側に送る前に、空気を乾燥させ、清浄するフィルタである。

複数の空気圧縮機５０１、５０２、…は、圧縮機吐出圧力Ｐ_ｏの変化に追随させて、最適な台数、空気圧の空気をおくるように台数制御と可変制御がなされている。

工場内では、それぞれの系統に分岐して、ブラント空気配管により末端機器にエアが供給される。末端機器に供給するエアの圧力である末端圧力Ｐ_１，Ｐ_２，…，Ｐ_ｎが、それぞれの系統の空気層６１１または配管で測定される。末端機器は、例えば、低圧で動作する機器では、エアブロー、空気輸送機、高圧では、レーザ加工機、工作機、プレス機などがある。

なお、図示していないが、圧力の高い機器が設置された系統には、空気増圧機が設置されることもある。

生産時の工場内の圧縮機吐出圧力Ｐ_ｏと末端圧力Ｐ_１は、図７に示されるように、時々刻々と変化する。圧縮機吐出圧力Ｐ_ｏと末端圧力Ｐ_１の差分が、圧力損であり、時刻ｔ_１において、ΔＰである。

そして、この圧力損分×時間量が、圧縮機でのエネルギー損失分と等価になる。省エネルギーの観点としては、圧力損を減らし、圧縮機吐出圧力Ｐ_ｏを末端圧力Ｐ_１接近するようにすることが好ましいが、あまりに近づけすぎると末端機器に所望の圧力が供給されなくなるので適正な差分を見出すことが必要である。

ここで、空気圧縮機の吐出圧力と消費電力量の関係は、図８に示されるようになり、吐出圧力が高いほど、消費電力量は多くなる。

なお、従来では、空気圧縮機の制御のために、圧縮機吐出圧力を計測することがあるが、ターゲットとなる末端圧力が計測されている場合に、末端圧力と圧縮機吐出圧力の時々刻々の変化を比較して、表示するものは存在しなかった。

次に、図１を用いて本発明の一実施形態に係る空気圧縮機の監視システムの構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る空気圧縮機の監視システムの構成を示す図である。

本実施形態の空気圧縮機の設備は、複数の空気圧縮機１０１、１０２…の各々の配管をまとめた空気配管１６０から、末端機器２０１、２０２…に、プラント空気配管１７０に、エアを供給する。空気配管１６０には、空気槽１３０、プラント空気配管１７０から分岐した各々の空気配管には、末端機器用として空気槽１３１、１３２、…が配置されている。

複数の空気圧縮機１０１、１０２…は、必要な空気圧縮機吐出圧力を生成するために、台数や、出力する空気圧の空気をおくるように群制御装置１５０に制御されている。

一方、空気槽１３０での空気圧縮機吐出圧力と、空気槽１３１、１３２、…（または、末端における配管）での末端圧力は、常時、圧力計測装置１４０により収集されている。そして、測定された圧力データは、転送ユニット１４１を介して、データ収集装置３００に送られる。

複数の空気圧縮機１０１、１０２…には、交流電源１１０により電力を供給されるが、電源線上で電流、電圧などの電力データが、常時、電力計測装置１２０により、計測されている。そして、測定された電力データは、転送ユニット１２１を介して、データ収集装置３００に送られる。

データ収集装置３００は、専用のハードウェア装置でもよいし、汎用のコンピュータに必要なソフトウェアを実装し、データ収集と管理の機能を持たせるようにしてもよい。

そして、データ収集装置３００で収集された電力データと、圧力データは、ＬＡＮやインターネットを介して、監視コンピュータシステム４００に送られる。

監視コンピュータシステム４００は、表示装置４０１、本体制御装置４１０、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）４２０、キーボード４３１、マウス４３２からなる。

本体制御装置４１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４１２、ネットワークＩＦ４１１、主記憶４１５、グラフィックＩＦ４１３、入出力ＩＦ４１４、補助記憶装置ＩＦ４１６が、バスにより結合された形態になっている。

ＣＰＵ４１２は、本体制御装置４１０の各部を制御し、主記憶装置４１５に空調機監視プログラム４２３をロードして実行する。

主記憶４１５は、通常、ＲＡＭなどの揮発メモリで構成され、ＣＰＵ４１２が実行するプログラム、参照するデータが記憶される。

グラフィックＩＦ４１３は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの表示装置４０１を接続するためのインタフェースである。

ネットワークＩＦ４１１は、データ収集装置３００と接続するためのインタフェースである。データ収集装置３００と本体制御装置４１０のネットワークは、ＬＡＮ（Local Area Network）でもよいし、インターネットでもよい。

入出力ＩＦ４１４は、入出力装置を接続するためのインタフェースである。図１の例では、キーボード４３１とポインティングデバイスのマウス４３２が接続されている。

補助記憶装置ＩＦ４１６は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）４２０やＤＶＤドライブ（Digital Versatile Disk）（図示せず）などの補助記憶装置を接続するためのインタフェースである。

ＨＤＤ４２０は、大容量の記憶容量を有しており、本実施形態を実行するための空気圧縮機監視プログラム４２３と、データ収集装置３００よりネットワークを介して送られてくる圧力データ４２１と、電力データ４２２が格納されている。

空気圧縮機監視プログラム４２３は、収集した圧力データ４２１と、電力データ４２２に基づき、集計・加工をし、それをグラフ化して出力したり、評価するためのプログラムである。

次に、図２ないし図５を用いて本発明の一実施形態に係る空気圧縮機の監視システムの空気圧縮機の稼動の評価について説明する。
図２は、時間の変化による消費電力と空気負荷の変化を示すグラフである。
図３は、圧縮機吐出圧力の改良を示したグラフを示す図である。
図４は、時間の変化による空気圧縮機吐出圧力の上昇を示すグラフである。
図５は、時間の変化による積算電力量の変化を示すグラフである。

ここで、既設の空気圧縮機（以下、旧空気圧縮機）を、より高性能で省エネルギータイプの空気圧縮機（以下、新空気圧縮機）でリプレースする場合に、評価する場合を考える。

上記に述べた空気圧縮機の監視システムにより、電力データを収集し、図２に示されるような結果を得たものとする。ここで、グラフＷ１が、旧空気圧縮機の消費電力で、グラフＷ２が、新空気圧縮機の消費電力であり、末端圧力Ｐは同一に保っているものとする。グラフＬ１は、分ごとの空気負荷を同じ時間軸上に、とったものである。

ここで、空気圧縮機設備において、図３に示したように、末端圧力をＰ_ｔｅｒｍ、旧空気圧縮機の空気圧縮機吐出圧力をＰ_oｌｄ、新空気圧縮機の空気圧縮機吐出圧力をＰ_ｎｅｗとしたときに、旧空気圧縮機の空気圧縮機吐出圧力Ｐ_oｌｄと新空気圧縮機の空気圧縮機吐出圧力Ｐ_ｎｅｗの差分が圧力損失の減少分であり、この差分が省エネルギーの効果分であることを意味する。

このように消費電力の低減量と、旧空気圧縮機の空気圧縮機吐出圧力と新空気圧縮機の空気圧縮機吐出圧力の比較を、表示装置４０１に表示してやれば、空気圧縮機のリプレースによる効果を視覚的に分かりやすくする効果がある。

これは、図５に示されるように、時間につれての積算電力量を表示装置４０１に表示してやってもよい。ここで、ＴＷ１が旧空気圧縮機の積算消費電力量で、ＴＷ２が、新空気圧縮機の積算消費電力量である。ここで、時間軸は、十分大きく、日単位、月単位でとれば、省エネルギーの経済的効果が理解しやすくなる。そして、ＴＷ１とＴＷ２の差分が、点線で示された省エネ改善量となる。

一般に、空気圧縮機設備は、経年劣化して、エネルギー効率が悪くなる。それは、図６に示したドライヤ、フィルタ５３０が目詰まりをおこしたり、空気配管の継ぎ手などにより、空気漏れが生じ、損失が大きくなるなどの様々な要因が考えられる。また、経年劣化ではないが、作業員のバルブの操作ミスなどにより、空気漏れがおこる場合が考えられる。

このときには、図４に示されるように、末端圧力を一定に保つために、時間とともに、空気圧縮機吐出圧力が徐々に増加していく。

このとき、空気圧縮機吐出圧力を監視コンピュータシステム４００で監視しておき、監視コンピュータシステム４００で保持する一定の閾値を超えたときに、警告画面を表示装置４０１に表示するようにすればよい。図４では、保持すべき末端圧力を０．４９[ＭＰａ]、警告の閾値を０．６２[ＭＰａ]としている。

管理者は、それにより設備に異常がおこったことを知り、設備の点検などの対策をとることができる。

１０１，１０２…空気圧縮機、１１０…交流電源、１２０…電力計測装置、１２１…転送ユニット、１３０，１３１，１３２…空気槽、１４０…圧力計測装置、１４１…転送ユニット、１５０…群制御装置、１６０…空気配管、１７０…プラント空気配管、２０１，２０２…末端機器、
３００…データ収集装置、４００…監視コンピュータシステム、４０１…表示装置、４１０…本体制御装置、４２０…ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、４３１…キーボード、４３２…マウス。

空気圧縮機の設備は、用途や工場の規模により様々であるが、本実施形態では、圧縮室５００を有し、工場６００内に一つのプラント空気配管を分岐させて、末端の機器にエアを供給する場合について説明する。

工場内では、それぞれの系統に分岐して、プラント空気配管により末端機器にエアが供給される。末端機器に供給するエアの圧力である末端圧力Ｐ１，Ｐ２，…，Ｐｎが、それぞれの系統の空気層６１１または配管で測定される。
末端機器は、例えば、低圧で動作する機器では、エアブロー、空気輸送機、高圧では、レーザ加工機、工作機、プレス機などがある。

生産時の工場内の圧縮機吐出圧力Ｐｏと末端圧力Ｐ１は、図７に示されるように、時々刻々と変化する。圧縮機吐出圧力Ｐｏと末端圧力Ｐ１の差分が、圧力損であり、時刻ｔ１において、ΔＰ１である。

そして、この圧力損分×時間量が、圧縮機でのエネルギー損失分と等価になる。省エネルギーの観点としては、圧力損を減らし、圧縮機吐出圧力Ｐｏを末端圧力Ｐ１に接近するようにすることが好ましいが、あまりに近づけすぎると末端機器に所望の圧力が供給されなくなるので適正な差分を見出すことが必要である。

本実施形態の空気圧縮機の設備は、複数の空気圧縮機１０１、１０２…の各々の配管をまとめた空気配管１６０から、末端機器２０１、２０２…に、プラント空気配管１７０を介してエアを供給する。空気配管１６０には、空気槽１３０、プラント空気配管１７０から分岐した各々の空気配管には、末端機器用として空気槽１３１、１３２、…が配置されている。

複数の空気圧縮機１０１、１０２…には、交流電源１１０により電力が供給されるが、電源線上で電流、電圧などの電力データが、常時、電力計測装置１２０により、計測されている。そして、測定された電力データは、転送ユニット１２１を介して、データ収集装置３００に送られる。

ＣＰＵ４１２は、本体制御装置４１０の各部を制御し、主記憶装置４１５に圧縮機監視プログラム４２３をロードして実行する。

ＨＤＤ４２０は、大容量の記憶容量を有しており、本実施形態を実行するための圧縮機監視プログラム４２３と、データ収集装置３００よりネットワークを介して送られてくる圧力データ４２１と、電力データ４２２が格納されている。

圧縮機監視プログラム４２３は、収集した圧力データ４２１と、電力データ４２２に基づき、集計・加工をし、それをグラフ化して出力したり、評価するためのプログラムである。

Claims

空気圧縮機の空気圧縮機吐出圧力と、末端機器に供給される空気の末端圧力と、空気圧縮機の消費電力を計測して、空気圧縮機の稼動状況を評価する空気圧縮機の監視システムにおいて、
前記空気圧縮機の空気圧縮機吐出圧力と、末端圧力とを計測する圧力計測装置と、
前記空気圧縮機の消費電力を計測する電力計測装置と、
前記圧力計測装置により測定された圧力データと、前記電力計測装置により測定された電力データを受信する監視コンピュータシステムとを有し、
前記監視コンピュータシステムは、時間の変化につれての第一の空気圧縮機の消費電力量の変化と、時間の変化につれての第二の空気圧縮機の消費電力量の変化とを対比する形式で、グラフとして、表示装置に表示することを特徴とする空気圧縮機の監視システム。
前記監視コンピュータシステムは、末端圧力を同一に保つための前記第一の空気圧縮機の空気圧縮機吐出圧力と、前記第二の空気圧縮機吐出圧力をグラフとして、表示装置に表示することを特徴とする請求項１記載の空気圧縮機の監視システム。
前記監視コンピュータシステムは、末端圧力を同一に保って運転したときの前記第一の空気圧縮機の積算消費電力量と、前記第二の空気圧縮機の積算消費電力量をグラフとして、表示装置に表示することを特徴とする請求項１記載の空気圧縮機の監視システム。
空気圧縮機の空気圧縮機吐出圧力と、末端機器に供給される空気の末端圧力を計測して、空気圧縮機の稼動状況を評価する空気圧縮機の監視システムにおいて、
前記空気圧縮機の空気圧縮機吐出圧力と、末端圧力とを計測する圧力計測装置と、
前記圧力計測装置により測定された圧力データを受信する監視コンピュータシステムとを有し、
前記監視コンピュータシステムは、一定の閾値を保持し、
前記空気圧縮機の空気圧縮機吐出圧力が前記閾値を超えたときに、表示装置に警告画面を表示することを特徴とする空気圧縮機の監視システム。