KR101049286B1 - 복수의 터보 공기 압축기의 연동 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

병렬로 접속된 복수의 터보 압축기를 효율적으로 운전하기 위한 연동 제어 방법을 개시한다. 연동 제어 방법은 복수의 공기 압축기의 파라미터를 설정 및 입력하는 제1 단계와, 상기 복수의 공기 압축기의 연동 순서를 결정하는 제2 단계와, 현장 공급 압력(PV)과 로우 압력(LV)을 비교하는 제3 단계와, 현장 공급 압력(PV)이 로우 압력(LV)보다 낮으면, 우선 순위가 가장 빠른 공기 압축기를 기동하는 제4 단계와, 현장 공급 압력(PV)이 계속해서 로우 압력(LV)보다 낮으면, 다음 우선 순위의 공기 압축기를 기동하는 제5 단계와, 연동 부하 운전 중인 압축기의 최대 부하율에 현재 운전 중인 공기 압축기의 부하율을 뺀 여유 부하율(MV)이 100 이상이면, 마지막 우선 순위의 공기 압축기를 언로드로 전환하고, 다른 공기 압축기의 전류값을 증가시키는 제6 단계와, 첫번째 우선 순위의 압축기를 언로드로 전환하는 제7 단계를 포함한다.
터보 공기 압축기, 연동 제어, 현장 압력

Description

복수의 터보 공기 압축기의 연동 제어 방법{INTERLOCKED CONTROL METHOD FOR A PLURALITY OF TURBO AIR COMPRESSORS}
본 발명은 산업현장에서 동력원으로 사용되는 압축 공기를 생산하는 터보 압축기의 제어에 관한 것으로, 보다 구체적으로 설명하면, 병렬로 접속된 복수의 터보 압축기를 효율적으로 운전하기 위한 연동 제어 방법에 관한 것이다.
복수의 터보 공기 압축기가 병렬로 접속되어 있는 경우에, 운전자들이 생산 현장의 압축 공기의 사용량에 따라 터보 공기 압축기를 수동으로 가동/정지시켰다. 그러므로, 복수의 터보 공기 압축기를 운전하기 위하여 많은 운전자들이 필요하다. 또한, 터보 공기 압축기 각각의 특성과 상관없이 다수의 압축기가 운전하는 도중에, 압축 공기 사용량이 증가할 경우에, 별도의 장비를 가동시켜야 하기 때문에, 공기의 손실과 에너지 손실이 발생하였다.
이러한 단점을 해결하기 위하여, 일본 특허 공개 제2000-120583호 공보에는 병렬로 접속된 복수의 터보 공기 압축기를 제어하는 방법이 개시되어 있다.
상기 공보에 있어서, 운전 압축기 공급 유량의 최대치의 합이 부하 수요 유량 이상이고 운전 압축기의 대수가 최소가 되도록, 부하 수요 유량을 복수의 유량 조정 범위로 구분한다. 이와 함께, 각 유량 조정 범위마다 운전 압축기의 조합과 운전 압축기의 제어 상태를 나타내는 유량 제어 패턴을 설정하고, 상기 설정 패턴에 따라 각 압축기를 제어한다.
온 또는 오프 제어만 가능한 압축기를 포함하는 경우에는, 정풍압 제어와 온/오프 제어 모두가 가능한 압축기가 유량조정기에 설정된다. 이러한 압축기에 설정된 유량의 설정 범위에 서로 이웃하는 범위에 대해서는 온 또는 오프 제어만 가능한 압축기를 우선적으로 유량조정기로 한다.
이에 의하여 무부하 운전시의 낭비를 적게 하며, 동시에 복수의 압축기가 서지 대기 상태가 되는 것을 방지하는 것을 가능하게 하고 있다.
상기 공보에 기재된 복수의 압축기의 제어 방법에 있어서, 복수의 압축기 각각에 대하여 유량 특성을 정하고, 그 특성에 의거하여 미리 설정한 유량 제어 패턴을 사용하여 각 압축기를 제어하고 있다.
그러나, 압축기 장치 내부가 더러워지는 등의 압축기의 내부 조건이나, 압축기에 들어가는 유체의 온도나 압력이 계절마다 변동하는 등의 외부조건에 의하여 각 압축기의 실제의 운전점이 예상한 운전점과 다른 경우가 있다. 그 경우, 미리 설정된 제어패턴을 사용하여 압축기를 제어하려고 하면, 예상보다 빠르게 운전점이 서지 한계에 도달하거나, 서지 한계보다 상당히 앞에서 압축기를 언로드 운전시켜 버린다는 사태가 생긴다.
그 결과, 각 압축기가 쓸데 없이 동력을 소비하거나, 생각하지 않은 서지의 돌입에 의해 압축기의 운전이 불안정하게 된다는 불편을 일으킬 염려가 있었다.
따라서, 본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 복수의 압축기를 구비하는 압축기 시스템에서 운전조건이 변동하는 상황에서도 복수의 압축기를 효과적으로 운전하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 압축 공기의 사용 압력을 감지하고 각 압축기의 특성에 따라 연동 순서를 정하여 압축기를 온/오프 제어하여 에너지 손실을 감소시킬 수 있는 복수의 터보 공기 압축기의 연동 제어 방법을 제공하는 것이다.
상기 및 기타 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 복수의 공기 압축기의 파라미터를 설정 및 입력하는 제1 단계와, 상기 복수의 공기 압축기의 연동 순서를 결정하는 제2 단계와, 현장 공급 압력(PV)과 로우 압력(LV)을 비교하는 제3 단계와, 현장 공급 압력(PV)이 로우 압력(LV)보다 낮으면, 우선 순위가 가장 빠른 공기 압축기를 기동하는 제4 단계와, 현장 공급 압력(PV)이 계속해서 로우 압력(LV)보다 낮으면, 다음 우선 순위의 공기 압축기를 기동하는 제5 단계와, 연동 부하 운전 중인 압축기의 최대 부하율에 현재 운전 중인 공기 압축기의 부하율을 뺀 여유 부하율(MV)이 100 이상이면, 마지막 우선 순위의 공기 압축기를 언로드로 전환하고, 다른 공기 압축기의 전류값을 증가시키는 제6 단계와, 첫번째 우선 순위의 압축기를 언로드로 전환하는 제7 단계를 포함하는 공기 압축기의 연동 제어 방법이 제공된다.
상기 제4 단계에서 상기 우선 순위가 가장 빠른 공기 압축기는 소정의 가동 지연 시간(Tr) 이후에 기동한다.
상기 제5 단계에서 다음 우선 순위의 공기 압축기는 소정의 스타트 지연 시간(DT) 이후에 기동한다.
상기 제3 단계에서 현장 공급 압력(PV)이 로우 압력(LV)보다 높으면, 제7단계로 진행한다.
전술한 구성에 따르면, 복수의 압축기의 제어기를 통신선으로 연결하여 각각의 데이터를 중앙관리시스템에 전송 및 저장하여, 압축기의 상태를 원격으로 모니터링 및 제어할 수 있다.
또한, 중앙관리시스템에 수집된 각 압축기의 데이터를 활용하여, 중앙관리시스템에 설정된 연동 순서에 의해 에너지 손실을 최소화하면서 압축기를 자동으로 가동 및 정지시킬 수 있다.
따라서, 압축기의 운영 인력의 효율성 및 에너지 효율성을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복수의 터보 공기 압축기의 연동 제어 방법을 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복수의 터보 공기 압축기의 연동 제어 방법을 도시하는 순서도이다.
우선, 운전자는 연동 운전을 개시하기 전에 운전하고자 하는 연동 제어 관련 압력 및 가동 지연 시간 등의 파라미터를 입력한다(S14).
파라미터는 현장에서 유지하고자하는 압력으로 연동 운전시에 압축기의 기동 압력인 로우 압력(LV), 현장 압력이 갑자기 강하할 경우에 가동 지연 시간이나 언로드(unload) 상태를 무시하고 바로 로드 모드로 전환하여 압축 공기를 생산하는 로우로우 압력(LLV), 현장 공급 압력이 로우 압력 이하로 낮아져서 압축기 기동 시까지의 기동 지연 시간인 가동 지연 시간(Tr), 다음 압축기의 기동시까지의 기동 지연 시간인 스타트 지연 시간(DT), 압축기 연동 정지 기능 사용시에 설정되는 하이 압력(HV), 현장 공급 압력이 하이 압력보다 높아져서 설정 시간 만큼 유지되는 정지 지연시간(Ts), 및 연동 정지 기능 사용시에 압축기가 정지 지연 시간 이후에 언로드 상태에서 정지시까지의 지연 시간인 언로드 지연 시간(UT)을 포함한다.
연동 운전 시작 전에 운전하고자 하는 파라미터를 설정하고, 압축기의 연동운전 순서를 설정한다. 연동 순서를 자동으로 선택한 경우에는 압축기의 가동 시간에 따라 압축기의 연동 운전 순서가 자동으로 결정된다(S16). 연동 운전 순서는, 예를 들면, 제1 공기 압축기를 2번째 우선 순위, 제2 공기 압축기를 3번째 우선 순위, 제3 공기 압축기를 1번째 우선 순위, 제4 공기 압축기를 5번째 우선 순위, 그리고 제5 공기 압축기를 4번째 우선 순위로 선정된다.
상기 단계 S16에서 연동 순서가 자동으로 결정되지 않으면, 운전자가 수동으로 연동 순서를 결정한다(S18).
연동 운전 관련 파라미터를 위와 같이 설정한 이후에, 연동 운전 제어를 개 시한다. 연동 운전 제어가 개시되면, 현장 공급 압력(PV)과 로우 압력(LV)을 비교한다(S20).
현장 공급 압력(PV)이 로우 압력(LV)보다 낮으면, 우선 순위가 가장 빠른, 예를 들면, 제3 압축기가 소정의 가동 지연 시간(Tr) 이후에 기동한다(S24).
현장 공급 압력(PV)이 계속해서 로우 압력(LV)보다 낮으면(S26), 소정의 가동 지연 시간(Tr) 이후에 다음 운전 순위, 예를 들면, 제1 압축기가 기동한다(S30).
상기 단계 S20에서 현장 공급 압력(PV)이 로우 압력(LV)보다 높으면, 현장 공급 압력(PV)과 로우로우 압력(LLV)과 비교한다(S22). 현장 공급 압력(PV)이 로우로우 압력(LV)보다 낮으면, 차순위 압축기가 기동한다(S30).
그리고, 연동 부하 운전 중인 압축기들의 최대 부하율에 현재 운전 중인 압축기들의 부하율을 뺀 여유 부하율(MV)이 100 이상이면, 마지막 우선 순위, 예를 들면, 제4 공기 압축기는 언로드로 전환되고, 다른 압축기의 전류값은 증가한다.
즉, 우선 순위가 가장 높은 압축기부터 4번째 압축기(제3, 제1, 제2, 및 제5 압축기)의 설정압력이 높아져, 압력이 증가하고, 우선 순위가 가장 낮은 제4 압축기는 언로드 포인트에 걸려 자동으로 언로드 상태로 전환된다(S44).
상기 단계 S32에서 여유 부하율(MV)이 100 이하이면, 현장 공급 압력(PV)이 로우 압력(LV)보다 낮은지를 판단한다(S36). 상기 단계 S36에서 현장 공급 압력(PV)이 로우 압력(LV)보다 낮으면, 단계 S24로 되돌아 간다.
상기 단계 S36에서 현장 공급 압력(PV)이 로우 압력(LV)보다 높으면, 연동 정지 기능 여부를 판단한 이후에(S38), 연동 정지 기능이 없으면, 운전자가 압축기를 정지시킨다(S42).
연동 정지 기능이 있으면, 단계 S40에서 현장 공급 압력(PV)이 하이 압력(HV)보다 높으면 정지지연시간(Ts) 이후에 우선 순위가 가장 높은 압축기가 언로드되고(S44), 언로드 지연 시간(UT) 이후에, 압축기를 정지시킨다(S48).
전술한 과정에서, 부하량이 가장 작고 우선 순위가 낮은 압축기의 부하량이 증가하면, 나머지 압축기의 부하량이 조금씩 감소하여, 모든 압축기가 균등 부하 운전을 하게 된다. 이 상태에서 압력 변화가 없고, 연동 자동 정지 기능 사용시에 소정의 언로드 지연 시간 이후에, 우선 순위가 가장 낮은 압축기가 자동으로 정지하게 된다. 만약 정지 지연 시간(Ts) 내에 압력이 내려가게 되면 다시 로드 상태로 전환된다.
전술한 구성에 따르면, 복수의 압축기의 제어기를 통신선으로 연결하여 각각의 데이터를 중앙관리시스템에 전송 및 저장하여, 압축기의 상태를 원격으로 모니터링 및 제어할 수 있다.
또한, 중앙관리시스템에 수집된 각 압축기의 데이터를 활용하여, 중앙관리시스템에 설정된 연동 순서에 의해 에너지 손실을 최소화하면서 압축기를 자동으로 가동 및 정지시킬 수 있다.
따라서, 압축기의 운영 인력의 효율성 및 에너지 효율성을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
본 발명을 상기 실시예를 참조하여 설명하였지만, 보호 받고자 하는 보호범 위가 전술한 실시예에 의하여 한정되지 않는다. 본 발명의 보호 범위는 하기의 청구범위에 의하여 결정된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복수의 터보 공기 압축기의 연동 제어 방법을 도시하는 순서도.

Claims (4)

  1. 복수의 공기 압축기의 파라미터를 설정 및 입력하는 제1 단계와,
    상기 복수의 공기 압축기의 연동 순서를 결정하는 제2 단계와,
    현장 공급 압력(PV)과 로우 압력(LV)을 비교하는 제3 단계와,
    현장 공급 압력(PV)이 로우 압력(LV)보다 낮으면, 우선 순위가 가장 빠른 공기 압축기를 기동하는 제4 단계와,
    현장 공급 압력(PV)이 계속해서 로우 압력(LV)보다 낮으면, 다음 우선 순위의 공기 압축기를 기동하는 제5 단계와,
    연동 부하 운전 중인 압축기의 최대 부하율에 현재 운전 중인 공기 압축기의 부하율을 뺀 여유 부하율(MV)이 100 이상이면, 마지막 우선 순위의 공기 압축기를 언로드로 전환하고, 다른 공기 압축기의 전류값을 증가시키는 제6 단계와,
    첫번째 우선 순위의 압축기를 언로드로 전환하는 제7 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 압축기의 연동 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제4 단계에서 상기 우선 순위가 가장 빠른 공기 압축기는 소정의 가동 지연 시간(Tr) 이후에 기동하는 하는 것을 특징으로 하는 공기 압축기의 연동 제어 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제5 단계에서 다음 우선 순위의 공기 압축기는 소정의 스타트 지연 시간(DT) 이후에 기동하는 것을 특징으로 하는 공기 압축기의 연동 제어 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제3 단계에서, 현장 공급 압력(PV)이 로우 압력(LV)보다 높으면, 제7 단계로 진행하는 것을 특징으로 하는 공기 압축기의 연동 제어 방법.
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