KR101864321B1 - Fluid compressor control system - Google Patents

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Abstract

유체 압축기 제어 시스템은 입구와 출구를 구비하여 유체를 압축하는 유체 압축기와, 유체 압축기를 구동하는 구동모터와, 유체 압축기의 입구의 개구 면적을 조절하는 날개부와, 출구에서 배출되는 유체의 배출 압력을 제어하기 위한 제1 제어신호를 발생시키는 제1 제어부와, 구동모터의 정격전류를 유지하기 위한 제2 제어신호를 발생시키는 제2 제어부와, 입구로 유입되는 유체의 입구 압력을 제어하기 위한 제3 제어신호를 발생시키는 제3 제어부와, 제1 제어신호와 제2 제어신호와 제3 제어신호를 수신하며 날개부에 구동신호를 인가하여 날개부를 제어하는 날개 제어부를 구비한다.A fluid compressor control system includes a fluid compressor for compressing a fluid having an inlet and an outlet, a drive motor for driving the fluid compressor, a wing for regulating an opening area of the inlet of the fluid compressor, A second controller for generating a second control signal for maintaining the rated current of the drive motor, and a controller for controlling the inlet pressure of the fluid flowing into the inlet And a wing controller for receiving the first control signal, the second control signal, and the third control signal and controlling the wing by applying a driving signal to the wing.

Figure R1020130086963
Figure R1020130086963

Description

유체 압축기 제어 시스템{Fluid compressor control system}[0001] Fluid compressor control system [0002]

실시예들은 유체 압축기 제어 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체 압축기의 입구에서 과다한 유량이 소모되는 현상을 방지함으로써 유체 압축기를 안정적이며 효율적으로 제어할 수 있는 유체 압축기 제어 시스템에 관한 것이다.Embodiments relate to a fluid compressor control system, and more particularly, to a fluid compressor control system that can reliably and efficiently control a fluid compressor by preventing excessive flow rate consumption at the inlet of the fluid compressor.

액체나 기체와 같은 유체를 제어하는 유체 제어 시스템에는 유체를 압축시키는 압축기가 사용된다. 질소 압축기(N2 booster)와 같은 유체 압축기는 높은 압력의 질소를 공급 받아 고압으로 압축시키는 기능을 수행하는 장치이다. 일반적으로 질소 부스터는 제철소에서의 제강/연주 공정에서의 재산화 방지용, 제강 쇳물 순환용 유체나, 수냉식 냉각이 곤란한 설비의 냉각용 유체로서, 퍼지용(purging)용 기체로서 고압의 질소를 공급한다. BACKGROUND ART A fluid control system for controlling a fluid such as a liquid or a gas uses a compressor for compressing fluid. A fluid compressor, such as a nitrogen compressor (N2 booster), is a device that performs the function of supplying high pressure nitrogen and compressing it to high pressure. Generally, nitrogen booster is a cooling fluid for preventing re-oxidation in a steelmaking / steelmaking process, for circulating steelmaking materials, and for cooling water-cooled cooling equipment, and supplies nitrogen at high pressure as a purging gas .

질소 압축기의 전단은 공기 분리 공정에 연결되고, 후단은 예를 들어 제철소의 질소를 사용하는 공정과 연결되므로, 질소 압축기를 제어하는 제어 시스템은 전단의 공정 및 후단의 공정의 안정성과 효율을 확보할 수 있어야 한다. Since the front end of the nitrogen compressor is connected to the air separation process and the downstream end is connected to the process using nitrogen in the steel mill, the control system for controlling the nitrogen compressor ensures the stability and efficiency of the front- Should be able to.

일본 공개특허공보 1997-68005호와 같은 종래의 압축기 제어 시스템에서는 압축기의 출구 압력을 검출하고 입구 안내 날개의 개도를 제어하지만, 압축기의 입구의 압력이나 압축기를 구동하는 구동모터의 전류에 대해서는 별도의 제어를 실시하지 않는다. 이러한 종래의 압축기 제어 시스템에서는 압축기로 공급되는 질소의 유량이 부족하여 공급 압력이 압축기의 설계 압력의 이하로 내려가는 경우, 압축기의 토출 압력도 설정값에 도달하지 못한다. 이와 같은 상황에서는 압축기의 토출 압력을 상승시키기 위해 입구 안내 날개를 더 개방하는데, 입구 안내 날개가 더 개방됨에 따라 압축기의 입구로 유입되는 질소의 유량이 증가한다. 압축기로 유입되는 질소의 유량이 증가함에 따라 압축기로 공급되는 질소의 압력은 감소하므로, 이는 다시 압축기의 토출 압력의 상승을 방해하는 요인으로 작용한다.In the conventional compressor control system such as Japanese Laid-Open Patent Publication No. 1997-68005, the outlet pressure of the compressor is detected and the opening degree of the inlet guide vane is controlled, but the pressure of the inlet of the compressor or the current of the drive motor driving the compressor Control is not performed. In such a conventional compressor control system, when the flow rate of nitrogen supplied to the compressor is insufficient and the supply pressure falls below the design pressure of the compressor, the discharge pressure of the compressor does not reach the set value. In such a situation, the inlet guide vane is further opened to increase the discharge pressure of the compressor, and as the inlet guide vane is further opened, the flow rate of nitrogen flowing into the inlet of the compressor increases. As the flow rate of nitrogen introduced into the compressor increases, the pressure of the nitrogen supplied to the compressor decreases, which again serves as an obstacle to the increase of the discharge pressure of the compressor.

종래의 압축기 제어 시스템에서는 이와 같은 악순환으로 인해 입구 안내 날개를 100% 개방하여도 압축기의 토출 압력이 설정값에 도달하지 못할 뿐만 아니라 압축기의 입구의 압력도 설계점 보다 낮게 유지된 상태에서 압축기가 운전된다. 압축기의 입구의 압력이 하강하면, 압축기의 전단의 공기 분리 공정에도 영향을 미쳐 생산되는 질소의 순도가 저하한다. 또한 압축기의 후단의 압력도 설정값을 유지하지 못하므로, 승압된 질소를 필요로 하는 후단의 공정도 정상적으로 작동할 수 없다.In the conventional compressor control system, even if the inlet guide vane is opened by 100% due to such a vicious cycle, the discharge pressure of the compressor does not reach the set value, and the compressor is operated under the condition that the inlet pressure of the compressor is kept lower than the design point do. When the pressure at the inlet of the compressor is lowered, the purity of nitrogen produced is also lowered by influencing the air separation process at the upstream end of the compressor. Also, since the pressure at the downstream of the compressor can not be maintained, the downstream process requiring the pressurized nitrogen can not operate normally.

만일, 질소 압축기의 입구 측과 출구 측의 각각에 유량계를 설치한다면 질소 압축기가 과다한 유량을 소모함으로써 질소 압축기의 입구의 압력이 지나치게 하강하는 것을 방지할 수 있을 것이다. 그러나 이와 같은 방법에 의하더라도, 질소 압축기의 입구로 공급되는 유량이 부족해지는 경우에는 입구 안내 날개를 계속 개방하여도 압축기의 토출 압력은 증가하지 않는 악순환이 동일하게 발생할 수 있다. 또한 압축기의 입구 측의 배관은 출구에 비해 상대적으로 저압이어서 배관의 크기가 증가하는데, 입구 측의 배관에 유량계를 설치해야 한다면 큰 크기의 입구 배관으로 인해 유량계의 가격도 증가하는 문제점이 있다.If a flow meter is installed on the inlet side and the outlet side of the nitrogen compressor, the nitrogen compressor consumes an excessive amount of flow, thereby preventing the pressure of the inlet of the nitrogen compressor from being excessively lowered. However, even if the flow rate supplied to the inlet of the nitrogen compressor becomes insufficient, a vicious cycle in which the discharge pressure of the compressor does not increase even when the inlet guide vane is continuously opened may occur. Also, the inlet pipe side of the compressor is relatively low in pressure compared to the outlet, so that the size of the pipe increases. However, if a flow meter is installed in the inlet side pipe, the price of the flow meter is increased due to the large inlet pipe.

이러한 문제를 해결하기 위해서는 시스템의 운용자가 압축기의 유량 제어를 위한 설정값을 하향 조정하면 되지만, 이러한 경우에도 질소 압축기 및 전후단의 공정들에 갑작스러운 변화가 발생하여 질소 압축기의 입구로 공급되는 질소의 유량이 감소하는 사고를 즉각적으로 대치하는 것은 어렵다.In order to solve this problem, the operator of the system may adjust the setting value for controlling the flow rate of the compressor downward. In such a case, however, sudden changes occur in the processes of the nitrogen compressor and the upstream and downstream stages, It is difficult to immediately replace the accident in which the flow rate is reduced.

일본 공개특허공보 1997-68005호(1997.3.11.)Japanese Laid-Open Patent Publication No. 1997-68005 (Nov.

실시예들의 목적은 유체 압축기의 입구에서 과다한 유량이 소모되는 현상을 방지함으로써 유체 압축기를 안정적이며 효율적으로 제어할 수 있는 유체 압축기 제어 시스템을 제공하는 데 있다.An object of the embodiments is to provide a fluid compressor control system capable of stably and efficiently controlling a fluid compressor by preventing a phenomenon in which excessive flow rate is consumed at the inlet of the fluid compressor.

실시예들의 다른 목적은 유체 압축기의 입구로 공급되는 유체의 유량이 감소하는 경우에도 입구 압력을 소정의 압력 이상으로 유지함으로써 유체 압축기의 운전 및 유체 압축기의 전단과 후단에 연결된 공정들의 안정성을 확보하는 데 있다.Another object of embodiments is to provide a method of operating a fluid compressor and maintaining stability of processes connected to the front and rear ends of the fluid compressor by maintaining the inlet pressure at a predetermined pressure or higher even when the flow rate of the fluid supplied to the inlet of the fluid compressor is reduced There is.

일 실시예에 관한 유체 압축기 제어 시스템은, 유체가 입력되는 입구와 압축된 유체가 배출되는 출구를 구비하여 유체를 압축하는 유체 압축기와, 유체 압축기를 구동하는 구동모터와, 유체 압축기의 입구에 설치되며 외부로부터 인가되는 신호에 의해 제어되어 입구의 개구 면적을 조절하는 날개부와, 유체 압축기의 출구에서 배출되는 유체의 배출 압력을 제어하기 위한 제1 제어신호를 발생시키는 제1 제어부와, 구동모터의 정격전류를 유지하기 위한 제2 제어신호를 발생시키는 제2 제어부와, 유체 압축기의 입구로 유입되는 유체의 입구 압력을 제어하기 위한 제3 제어신호를 발생시키는 제3 제어부와, 제1 제어신호와 제2 제어신호와 제3 제어신호를 수신하며 날개부에 구동신호를 인가하여 날개부를 제어하는 날개 제어부를 구비한다.A fluid compressor control system according to one embodiment includes a fluid compressor for compressing a fluid with an inlet through which fluid is input and an outlet through which the compressed fluid is discharged; a drive motor for driving the fluid compressor; A first control unit for generating a first control signal for controlling a discharge pressure of the fluid discharged from the outlet of the fluid compressor, A third control section for generating a third control signal for controlling the inlet pressure of the fluid flowing into the inlet of the fluid compressor, a second control section for generating a second control signal for maintaining a rated current of the fluid, And a wing controller for receiving the second control signal and the third control signal and controlling the wing by applying a driving signal to the wing.

유체 압축기의 출구의 배출 압력을 감지하는 출구 압력 감지부를 더 구비할 수 있고, 제1 제어부는 출구 압력 감지부에 의해 감지된 배출 압력에 기초하여 제1 제어신호를 발생시키는 PID 제어기일 수 있다.The first control unit may be a PID controller that generates a first control signal based on the discharge pressure sensed by the outlet pressure sensing unit.

구동모터의 전류를 감지하는 전류 감지부를 더 구비할 수 있고, 제2 제어부는 전류 감지부에 의해 감지된 전류에 기초하여 제2 제어신호를 발생시키는 PID 제어기일 수 있다.And the second controller may be a PID controller that generates a second control signal based on the current sensed by the current sensor.

유체 압축기의 입구로 공급되는 유체의 입구 압력을 감지하는 입구 압력 감지부를 더 구비할 수 있고, 제3 제어부는 입구 압력 감지부에 의해 감지된 입구 압력에 기초하여 제3 제어신호를 발생시키는 PID 제어기일 수 있다.The third control unit may further include an inlet pressure sensing unit for sensing an inlet pressure of the fluid supplied to the inlet of the fluid compressor. The third control unit may include a PID controller for generating a third control signal based on the inlet pressure sensed by the inlet pressure sensing unit. Lt; / RTI >

날개 제어부는 입구의 개구 면적을 최소화하도록 제1 제어신호와 제2 제어신호와 제3 제어신호 중에서 하나를 날개부에 인가하기 위한 구동신호로 선택할 수 있다.The blade control unit may select the first control signal, the second control signal, and the third control signal as a drive signal for applying the one of the control signals to the blade unit to minimize the opening area of the inlet.

제3 제어부는 유체 압축기의 입구의 유체 압력을 미리 정해진 압력 이상으로 유지하도록 제3 제어신호를 발생시킬 수 있다.The third control may generate a third control signal to maintain the fluid pressure at the inlet of the fluid compressor above a predetermined pressure.

상술한 바와 같은 실시예들에 관한 유체 압축기 제어 시스템은, 입구 압력과 출구 압력뿐만 아니라 유체 압축기의 구동모터의 전류를 모두 고려하여 유체 압축기의 개구 면적을 조절할 수 있으므로, 유체 압축기의 입구에서 과다한 유량이 소모되는 현상을 방지하여 유체 압축기를 효율적으로 제어할 수 있다.The fluid compressor control system according to the embodiments as described above can control the opening area of the fluid compressor taking into consideration both the inlet pressure and the outlet pressure as well as the current of the drive motor of the fluid compressor so that an excessive flow rate And the fluid compressor can be efficiently controlled.

특히, 유체 압축기의 입구로 공급되는 유체의 유량이 감소하는 경우에도 입구 압력을 소정의 압력 이상으로 유지함으로써 유체 압축기의 운전 및 유체 압축기의 전단과 후단에 연결된 공정들의 안정성을 확보할 수 잇다.Particularly, even when the flow rate of the fluid supplied to the inlet of the fluid compressor is reduced, the inlet pressure can be maintained at a predetermined pressure or higher to ensure the operation of the fluid compressor and the stability of the processes connected to the front and rear ends of the fluid compressor.

도 1은 일 실시예에 관한 유체 압축기 제어 시스템의 구성 요소들의 결합 관계를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 유체 압축기 제어 시스템에 의한 유체 압축기의 유량 대 압력비를 나타낸 곡선이다.
도 3은 도 1의 유체 압축기 제어 시스템의 구동모터와 IGV 개도 사이의 관계를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 4는 도 1의 유체 압축기 제어 시스템의 유체 압축기의 배출 압력과 IGV 개도 사이의 관계를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 1의 유체 압축기 제어 시스템의 유체 압축기의 입구 압력과 IGV 개도 사이의 관계를 개략적으로 나타낸 그래프이다.1 is a block diagram schematically illustrating the coupling relationship of components of a fluid compressor control system according to one embodiment.
2 is a graph showing the flow rate versus pressure ratio of the fluid compressor by the fluid compressor control system of FIG.
3 is a graph schematically illustrating the relationship between the drive motor and the IGV opening of the fluid compressor control system of FIG.
4 is a graph schematically illustrating the relationship between the discharge pressure and the IGV opening of the fluid compressor of the fluid compressor control system of FIG.
5 is a graph schematically illustrating the relationship between inlet pressure and IGV opening of a fluid compressor of the fluid compressor control system of FIG.

이하, 첨부 도면의 실시예들을 통하여, 실시예들에 관한 유체 압축기 제어 시스템의 구성과 작용을 상세히 설명한다. 설명 중에 사용되는 '및/또는'의 표현은 관련 요소들의 하나 또는 요소들의 조합을 의미한다.Hereinafter, the construction and operation of the fluid compressor control system according to the embodiments will be described in detail through the embodiments of the accompanying drawings. The expression " and / or " used in the description refers to one of the elements or a combination of elements.

도 1은 일 실시예에 관한 유체 압축기 제어 시스템의 구성 요소들의 결합 관계를 개략적으로 도시한 블록도이다.1 is a block diagram schematically illustrating the coupling relationship of components of a fluid compressor control system according to one embodiment.

도 1에 나타난 실시예에 관한 유체 압축기 제어 시스템은, 입구(11) 및 출구(12)를 구비하여 유체를 압축하는 유체 압축기(10)와, 유체 압축기(10)를 구동하는 구동모터(20)와, 유체 압축기(10)의 입구(11)의 개구 면적을 조절하는 날개부(30)와, 유체 압축기(10)의 배출 압력을 제어하는 제1 제어부(40)와, 구동모터(20)의 정격전류를 유지하기 위한 제2 제어부(50)와, 유체 압축기(10)의 입구 압력을 제어하는 제3 제어부(60)와, 날개부(30)를 제어하는 날개 제어부(70)를 구비한다.1 includes a fluid compressor 10 having an inlet 11 and an outlet 12 for compressing a fluid and a drive motor 20 for driving the fluid compressor 10. The fluid compressor 10, A wing 30 for controlling the opening area of the inlet 11 of the fluid compressor 10, a first control part 40 for controlling the discharge pressure of the fluid compressor 10, A third control unit 60 for controlling the inlet pressure of the fluid compressor 10 and a wing control unit 70 for controlling the wing unit 30. The second control unit 50 maintains the rated current.

도 1에 나타난 실시예에 관한 유체 압축기 제어 시스템은, 유체 압축기(10)는 예를 들어 질소를 압축하는 질소 부스터(N2 booster)일 수 있다. 유체 압축기(10)는 유체가 입력되는 입구(11)와 압축된 유체를 배출하는 출구(12)를 구비한다. 유체 압축기(10)의 입구(11)에는 공급원으로부터 공급된 공급 유량의 질소가 입력되며, 유체 압축기(10)가 압축한 질소는 출구(12)를 통해 배출되어 출력 유량으로 다음 공정에 전달된다.In the fluid compressor control system according to the embodiment shown in Fig. 1, the fluid compressor 10 may be, for example, a nitrogen booster (N2 booster) which compresses nitrogen. The fluid compressor (10) has an inlet (11) for inputting fluid and an outlet (12) for discharging the compressed fluid. Nitrogen supplied from the supply source is input to the inlet 11 of the fluid compressor 10 and nitrogen compressed by the fluid compressor 10 is discharged through the outlet 12 and transferred to the next process at the output flow rate.

유체 압축기(10)는 외부로부터 전달된 전기 신호에 의해 작동하는 구동모터(20)에 의해 구동된다. 도 1에서 구동모터(20)에 전기 신호를 인가하여 구동모터(20)를 제어하는 모터 제어부는 도시의 편의를 위해 생략하였다.The fluid compressor (10) is driven by a drive motor (20) operated by an electric signal transmitted from the outside. 1, the motor control unit for controlling the driving motor 20 by applying an electric signal to the driving motor 20 is omitted for convenience of illustration.

유체 압축기(10)의 입구(11)에는 날개부(30)가 설치된다. 날개부(30)는 외부로부터 인가되는 신호에 의해 제어됨으로써 입구(11)의 개구 면적을 조절하는 기능을 수행한다. 날개부(30)는 예를 들어 입구 가이드 베인(inlet guide vane; IGV)이나, 입구 버터플라이 베인(inlet butterly vane; IBV)으로 구현될 수 있다.A wing (30) is provided at the inlet (11) of the fluid compressor (10). The wing portion 30 functions to adjust the opening area of the inlet 11 by being controlled by a signal applied from the outside. The wing portion 30 may be implemented with, for example, an inlet guide vane (IGV) or an inlet butterfly vane (IBV).

날개부(30)는 날개 구동부(35)에 의해 구동됨으로써 입구(11)의 개구 면적을 조절할 수 있다. 날개 구동부(35)는 날개 제어부(70)로부터 인가되는 구동신호(P0)에 의해 작동하여 날개부(30)를 구동한다.The wing portion 30 can be controlled by the wing driving portion 35 to adjust the opening area of the inlet 11. [ The blade drive unit 35 operates by the drive signal P 0 applied from the blade control unit 70 to drive the blade unit 30.

날개 제어부(70)는 제1 제어부(40)와, 제2 제어부(50)와, 제3 제어부(60)와 전기적으로 연결되며, 제1 제어부(40)의 제1 제어신호(S1)와, 제2 제어부(50)의 제2 제어신호(S2)와, 제3 제어부(60)의 제3 제어신호(S3)를 수신한다. 날개 제어부(70)는 수신된 제어신호들(S1, S2, S3)에 기초하여 날개부(30)를 제어하기 위한 구동신호(P0)를 날개부(30)의 날개 구동부(35)로 전달한다.The wing control unit 70 is electrically connected to the first control unit 40, the second control unit 50 and the third control unit 60 and receives the first control signal S1 of the first control unit 40, The second control signal S2 of the second control unit 50 and the third control signal S3 of the third control unit 60 are received. Blade control unit 70 is delivered to the received control signal (S1, S2, S3) to the wing drive 35 of a drive signal (P 0) for controlling the impellers 30, the wing section 30, based on the do.

제1 제어부(40)는 유체 압축기(10)의 출구(12)에서 배출되는 유체의 배출 압력을 제어하기 위한 제1 제어신호(S1)를 발생시킨다. 제2 제어부(50)는 구동모터(20)의 정격전류를 유지하기 위한 제2 제어신호(S2)를 발생시킨다. 제3 제어부(60)는 유체 압축기(10)의 입구(11)로 유입되는 유체의 입구 압력을 제어하기 위한 제3 제어신호(S3)를 발생시킨다. The first control unit 40 generates a first control signal S1 for controlling the discharge pressure of the fluid discharged from the outlet 12 of the fluid compressor 10. [ The second control unit 50 generates a second control signal S2 for maintaining the rated current of the drive motor 20. [ The third control unit 60 generates a third control signal S3 for controlling the inlet pressure of the fluid flowing into the inlet 11 of the fluid compressor 10. [

제1 제어부(40)와 제2 제어부(50)와 제3 제어부(60)는 각각 비례-적분-미분 제어기(PID 제어기)로 구현될 수 있다. 그러나 실시예는 이와 같은 제어기들의 구현 방식에 의해 한정되는 것은 아니며, 제1 제어부(40)와 제2 제어부(50)와 제3 제어부(60)는 각각 비례-미분 제어기(PD 제어기), 비례-적분 제어기(PI 제어기)와 같은 다양한 형태의 제어기로 구현될 수 있다.The first controller 40, the second controller 50, and the third controller 60 may be implemented as proportional-integral-derivative controllers (PID controllers), respectively. The first controller 40, the second controller 50, and the third controller 60 are respectively connected to a proportional-differential controller (PD controller), a proportional-differential controller And an integral controller (PI controller).

유체 압축기(10)의 출구(12)에는 유체 압축기(10)에서 배출되는 유체의 배출 압력을 감지하는 출구 압력 감지부(41)가 연결된다. 제1 제어부(40)는 출구 압력 감지부(41)에 의해 감지된 배출 압력에 기초하여 제1 제어신호(S1)를 발생시킨다. An outlet pressure sensing unit 41 is connected to the outlet 12 of the fluid compressor 10 to sense the discharge pressure of the fluid discharged from the fluid compressor 10. The first control unit (40) generates the first control signal (S1) based on the discharge pressure sensed by the outlet pressure sensing unit (41).

유체 압축기 제어 시스템은 구동모터(20)의 전류를 감지하는 전류 감지부(51)를 구비할 수 있다. 제2 제어부(50)는 전류 감지부(51)에 의해 감지된 구동모터(20)의 전류에 기초하여 제2 제어신호(S2)를 발생시킬 수 있다.The fluid compressor control system may include a current sensing unit 51 for sensing the current of the driving motor 20. [ The second control unit 50 may generate the second control signal S2 based on the current of the drive motor 20 sensed by the current sensing unit 51. [

유체 압축기(10)의 입구(11)에는 입구(11)로 공급되는 유체의 입구 압력을 감지하는 입구 압력 감지부(61)가 연결된다. 제3 제어부(60)는 입구 압력 감지부(61)에 의해 감지된 입구 압력에 기초하여 제3 제어신호(S3)를 발생시킬 수 있다.The inlet 11 of the fluid compressor 10 is connected to an inlet pressure sensing part 61 which senses the inlet pressure of the fluid supplied to the inlet 11. The third control unit 60 may generate the third control signal S3 based on the inlet pressure sensed by the inlet pressure sensing unit 61. [

날개 제어부(70)는 유체 압축기(10)의 입구(11)의 개구 면적을 최소화하도록 제1 제어신호(S1)와 제2 제어신호(S2)와 제3 제어신호(S3)의 어느 하나를 날개부(30)에 인가하기 위한 구동신호(P0)로 선택할 수 있다.The wing control unit 70 controls either one of the first control signal S1, the second control signal S2 and the third control signal S3 so as to minimize the opening area of the inlet 11 of the fluid compressor 10, It can be selected as a drive signal (P 0) for applying the part (30).

유체 압축기(10)의 출구(12)는 서지방지 밸브(80; anti-surge valve)를 갖는 회귀라인(81)에 의해 유체 압축기(10)의 입구(11)와 연결될 수 있다.The outlet 12 of the fluid compressor 10 may be connected to the inlet 11 of the fluid compressor 10 by a return line 81 having an anti-surge valve 80.

도 2는 도 1의 유체 압축기 제어 시스템에 의한 유체 압축기의 유량 대 압력비를 나타낸 곡선이다. 도 2에는 IGV로 구현되는 날개부(30)를 구비한 유체 압축기의 유량 대 압력비의 변화를 나타내는 곡선이다.2 is a graph showing the flow rate versus pressure ratio of the fluid compressor by the fluid compressor control system of FIG. 2 is a curve showing the change in flow rate versus pressure ratio of a fluid compressor equipped with a wing 30 embodied in IGV.

유체 압축기의 현재 작동점이 So인 경우 IGV개구율을 증가시켜 유체 압축기의 유량을 증가시키기는 경우에는, 유체 압축기의 작동점이 T1의 화살표로 표시된 선을 따라서 이동하는 것을 기대한다. 그러나 유체 압축기의 입구에서의 유량 변동에 효율적인 대응을 할 수 없는 종래의 유체 압축기 제어 시스템에서는 유체 압축기의 실제 작동점이 T2의 화살표로 표시된 선을 따라 이동한다. In the case of increasing the flow rate of the fluid compressor by increasing the IGV aperture ratio when the current operating point of the fluid compressor is So, the operating point of the fluid compressor is expected to move along the line indicated by the arrow of T1. However, in a conventional fluid compressor control system, which can not efficiently respond to fluctuations in the flow rate at the inlet of the fluid compressor, the actual operating point of the fluid compressor moves along the line indicated by the arrow of T2.

이러한 현상은 유체 압축기로 공급되는 유체의 유량이 충분하지 않아 유체 압축기로 공급되는 유체의 공급 압력이 설계 압력의 이하로 떨어져 압축기의 배출 압력도 제어 목표값에 도달하지 못하는 경우에 발생한다. This phenomenon occurs when the flow rate of the fluid supplied to the fluid compressor is insufficient so that the supply pressure of the fluid supplied to the fluid compressor falls below the design pressure and the discharge pressure of the compressor can not reach the control target value.

이와 같은 상황에서 만일 유체 압축기의 배출 압력을 증가시키기 위해 IGV 개도(입구의 개구 면적)를 증가시키는 경우 유체 압축기의 입구로 유입되는 유체의 유량은 증가하지만 유체 압축기의 입구의 입구 압력이 감소하여, 배출 압력의 상승을 방해한다. In such a situation, if the IGV opening (the opening area of the inlet) is increased to increase the discharge pressure of the fluid compressor, the flow rate of the fluid flowing into the inlet of the fluid compressor increases but the inlet pressure at the inlet of the fluid compressor decreases, Thereby preventing the discharge pressure from rising.

이러한 악순환으로 인해, 결국 IGV 개도를 100%로 증가시켜도 유체 압축기의 배출 압력이 제어 목표값에 도달하지 못하고, 유체 압축기의 입구 압력이 설계점보다 낮은 상태로 유지되며 유체 압축기가 작동한다. Because of this vicious cycle, even if IGV opening is increased to 100%, the discharge pressure of the fluid compressor does not reach the control target value, and the inlet pressure of the fluid compressor is kept lower than the design point and the fluid compressor operates.

도 1에 나타난 실시예에 관한 유체 압축기 제어 시스템에서는 유체 압축기(10)의 입구 압력과 출구 압력뿐만 아니라 유체 압축기(10)의 구동모터(20)의 전류를 모두 고려하여 유체 압축기(10)의 개구 면적을 조절하므로, 유체 압축기(10)의 효율적인 제어가 가능하다.In the fluid compressor control system according to the embodiment shown in Fig. 1, in consideration of both the inlet pressure and the outlet pressure of the fluid compressor 10, as well as the current of the drive motor 20 of the fluid compressor 10, So that efficient control of the fluid compressor 10 is possible.

도 3은 도 1의 유체 압축기 제어 시스템의 구동모터와 IGV 개도 사이의 관계를 개략적으로 나타낸 그래프이고, 도 4는 도 1의 유체 압축기 제어 시스템의 유체 압축기의 배출 압력과 IGV 개도 사이의 관계를 개략적으로 나타낸 그래프이며, 도 5는 도 1의 유체 압축기 제어 시스템의 유체 압축기의 입구 압력과 IGV 개도 사이의 관계를 개략적으로 나타낸 그래프이다. 도 3 내지 도 5는 IGV로 구현되는 날개부(30)를 구비한 유체 압축기에 대해 예시한 그래프들이다.FIG. 3 is a graph schematically illustrating the relationship between the drive motor and the IGV opening of the fluid compressor control system of FIG. 1, and FIG. 4 is a schematic representation of the relationship between the discharge pressure of the fluid compressor and the IGV opening of the fluid compressor control system of FIG. And FIG. 5 is a graph schematically showing the relationship between the inlet pressure and the IGV opening of the fluid compressor of the fluid compressor control system of FIG. 3 to 5 are graphs illustrating a fluid compressor having a wing 30 embodied in an IGV.

제3 제어부(60)는 유체 압축기(10)의 입구(11)의 입구 압력이 미리 정해진 기준압력(Pi)의 이상으로 유지되도록 제3 제어신호(S3)를 발생시킬 수 있다. 유체 압축기(10)의 입구(11)의 기준압력(Pi)은 예를 들어, 유체 압축기(10)의 전단계의 공기를 분리하는 공정(air separation process)에 영향을 미치지 않으며, 질소 순도를 확보할 수 있는 최저값으로 설정될 수 있다. The third control section 60 can generate the third control signal S3 so that the inlet pressure of the inlet 11 of the fluid compressor 10 is maintained at a predetermined reference pressure Pi or more. The reference pressure Pi of the inlet 11 of the fluid compressor 10 does not affect the air separation process in the previous stage of the fluid compressor 10, Can be set to the lowest possible value.

날개 제어부(70)는 제3 제어부(60)가 발생시키는 제3 제어신호(S3)를 이용하여 날개부(30)를 제어함으로써 유체 압축기(10)의 입구(11)의 입구 압력이 기준압력(Pi)의 미만이 되면 날개부(30)를 닫고, 기준압력(Pi)의 이상이 되면 유체 압축기(10)의 출구(12)의 출구 압력 제어를 실시한다. 기준압력(Pi)에 대응하는 제3 제어신호(S3)의 값은 I3로 나타내었다.The wing control unit 70 controls the wing unit 30 by using the third control signal S3 generated by the third control unit 60 so that the inlet pressure of the inlet 11 of the fluid compressor 10 becomes the reference pressure Pi is smaller than the reference pressure Pi, the outlet pressure control of the outlet 12 of the fluid compressor 10 is performed. The value of the third control signal S3 corresponding to the reference pressure Pi is indicated by I3.

유체 압축기(10)로 공급되는 질소의 유량은 입구 압력을 변수로 갖는 함수로 표현될 수 있으므로, 유체 압축기(10)의 입구 압력은 생산되는 질소의 유량의 변화는 물로 유체 압축기(10)의 동작에 의해 결정되는 흡입 유량의 변화를 모두 반영할 수 있는 파라미터이다. 따라서 제3 제어부(60)의 제3 제어신호(I3)에 기초하여 날개부(30)를 제어함으로써 유체 압축기(10)의 입구 압력을 일정 수준 이상으로 유지할 수 있으므로, 질소의 순도 확보 및 유체 압축기(10)의 후단의 압력 하강을 최소화할 수 있다.Since the flow rate of nitrogen supplied to the fluid compressor 10 can be expressed as a function having the inlet pressure as a variable, the inlet pressure of the fluid compressor 10 is changed by changing the flow rate of nitrogen produced by the action of the fluid compressor 10 Which is a parameter that can reflect all the changes in the suction flow rate determined by the suction flow rate. The inlet pressure of the fluid compressor 10 can be maintained at a certain level or more by controlling the wing section 30 based on the third control signal I3 of the third control section 60, It is possible to minimize the pressure drop at the rear end of the casing 10.

제2 제어부(50)는 도 3에 나타나는 것과 같이 IGV 개도를 제어하기 위한 제2 제어신호(S2)를 구동모터의 전류가 정격전류(Cp)의 이하가 되도록 하는 기능을 수행한다. 정격전류(Cp)에 대응하는 제2 제어신호(S2)의 값은 I1으로 나타내었다.The second control unit 50 performs a function of making the current of the drive motor equal to or lower than the rated current Cp as shown in FIG. 3, as the second control signal S2 for controlling the opening degree of the IGV. The value of the second control signal S2 corresponding to the rated current Cp is represented by I1.

또한 제1 제어부(40)는 도 4에 나타나는 것과 같이 IGV 개도를 제어하기 위한 제1 제어신호(S1)를 유체 압축기(10)의 출구(12)의 배출 압력이 기준압력(Po)의 이하가 되도록 하는 기능을 수행한다. 기준압력(Po)에 대응하는 제1 제어신호(S1)의 값은 I2로 나타내었다.4, the first control unit 40 outputs a first control signal S1 for controlling the opening degree of the IGV to a pressure equal to or lower than the reference pressure Po at the outlet 12 of the fluid compressor 10 . The value of the first control signal S1 corresponding to the reference pressure Po is represented by I2.

따라서 날개 제어부(70)는 상술한 바와 같은 제1 제어부(40)의 제1 제어신호(S1)와 제2 제어부(50)의 제2 제어신호(S2)와 제3 제어부(60)의 제3 제어신호(S3)를 모두 입력 받은 후에, 날개부(30)에 의해 조절되는 입구(11)의 개구 면적을 최소화하도록 제1 제어신호(S1)와 제2 제어신호(S2)와 제3 제어신호(S3) 중의 어느 하나를 구동신호(P0)로 선택할 수 있다. The wing control unit 70 controls the wing control unit 70 such that the first control signal S1 of the first control unit 40 and the second control signal S2 of the second control unit 50 and the third control signal S2 of the third control unit 60, The first control signal S1 and the second control signal S2 and the third control signal S2 are controlled so as to minimize the opening area of the inlet 11 controlled by the wing unit 30 after all the control signals S3 are input. (S3) can select any one of a drive signal (P 0).

종래에는 유체 압축기의 전단과 후단의 각각에 유량계를 설치해야 하지만, 상술한 구성의 유체 압축기 제어 시스템에서는 설치해야 하는 유량계의 개수를 최소화할 수 있어서 시스템의 구축의 비용을 절감할 수 있다. Conventionally, a flow meter must be provided at each of the front end and the rear end of the fluid compressor. However, in the fluid compressor control system having the above-described configuration, the number of flow meters to be installed can be minimized.

특히, 유체 압축기의 입구 측의 배관이 출구에 비해 상대적으로 저압이어서 배관의 크기가 증가하는데, 상술한 바와 같은 구성의 유체 압축기 제어 시스템에서는 입구 측의 배관에 유량계를 설치할 필요가 없이 제어기들의 배치 및 운용에 의해 유체 압축기를 효율적으로 제어할 수 있어서 비용을 절감할 수 있다.Particularly, the piping at the inlet side of the fluid compressor is relatively low in pressure as compared with the outlet, so that the size of the piping increases. In the fluid compressor control system having the above-described configuration, it is not necessary to provide a flow meter at the inlet- It is possible to efficiently control the fluid compressor by the operation, thereby reducing the cost.

종래에는 유체 압축기에 공급되는 유체의 유량 자체가 감소할 경우에는 유체 압축기의 입구 압력이 계속 감소하여 유체 압축기의 작동 능력이 저하되는 문제점이 있었으나, 상술한 구성의 유체 압축기 제어 시스템에서는 유체 압축기의 입구 압력을 특정 수준 이상으로 유지할 수 있어서, 유체 압축기의 안정성을 향상시킬 수 있다.In the related art, when the flow rate of the fluid supplied to the fluid compressor itself decreases, the inlet pressure of the fluid compressor continuously decreases to lower the operating capability of the fluid compressor. However, in the fluid compressor control system having the above- The pressure can be maintained at a certain level or higher, and the stability of the fluid compressor can be improved.

상술한 실시예들에 대한 구성과 효과에 대한 설명은 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.The construction and effect of the above-described embodiments are merely illustrative, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Accordingly, the true scope of protection of the invention should be determined by the appended claims.

P0: 구동신호 40: 제1 제어부
S1: 제1 제어신호 41: 출구 압력 감지부
S2: 제2 제어신호 50: 제2 제어부
S3: 제3 제어신호 51: 전류 감지부
10: 유체 압축기 60: 제3 제어부
11: 입구 61: 입구 압력 감지부
12: 출구 70: 날개 제어부
20: 구동모터 80; 서지방지 밸브
30: 날개부 81: 회귀라인
35: 날개 구동부P 0: drive signal 40: the first controller
S1: first control signal 41: outlet pressure sensing unit
S2: second control signal 50: second control section
S3: third control signal 51: current sensing unit
10: fluid compressor 60: third control section
11: inlet 61: inlet pressure sensing part
12: exit 70: wing control
20: drive motor 80; Surge protection valve
30: wing portion 81: regression line
35:

Claims (6)

유체가 입력되는 입구와 압축된 유체가 배출되는 출구를 구비하여 유체를 압축하는 유체 압축기;
상기 유체 압축기를 구동하는 구동모터;
상기 유체 압축기의 상기 입구에 설치되며, 외부로부터 인가되는 신호에 의해 제어되어 상기 입구의 개구 면적을 조절하는 날개부;
상기 유체 압축기의 상기 출구에서 배출되는 유체의 배출 압력을 제어하기 위한 제1 제어신호를 발생시키는 제1 제어부;
상기 구동모터의 정격전류를 유지하기 위한 제2 제어신호를 발생시키는 제2 제어부;
상기 유체 압축기의 상기 입구로 유입되는 유체의 입구 압력을 제어하기 위한 제3 제어신호를 발생시키는 제3 제어부; 및
상기 제1 제어신호와 상기 제2 제어신호와 상기 제3 제어신호를 수신하며 상기 날개부에 구동신호를 인가하여 상기 날개부를 제어하는 날개 제어부;를 구비하고,
상기 날개 제어부는 상기 입구의 상기 개구 면적을 최소화하도록 상기 제1 제어신호와 상기 제2 제어신호와 상기 제3 제어신호 중에서 하나를 상기 날개부에 인가하기 위한 상기 구동신호로 선택하는, 유체 압축기 제어 시스템.A fluid compressor for compressing the fluid with an inlet through which the fluid is inputted and an outlet through which the compressed fluid is discharged;
A drive motor for driving the fluid compressor;
A wing installed at the inlet of the fluid compressor and controlled by an external signal to adjust an opening area of the inlet;
A first control unit for generating a first control signal for controlling a discharge pressure of the fluid discharged from the outlet of the fluid compressor;
A second control unit for generating a second control signal for maintaining a rated current of the driving motor;
A third controller for generating a third control signal for controlling an inlet pressure of the fluid flowing into the inlet of the fluid compressor; And
And a wing controller for receiving the first control signal, the second control signal, and the third control signal and controlling the wing by applying a driving signal to the wing,
Wherein the vane control unit selects the drive signal for applying one of the first control signal, the second control signal and the third control signal to the vane unit to minimize the opening area of the inlet, system. 제1항에 있어서,
상기 유체 압축기의 상기 출구의 배출 압력을 감지하는 출구 압력 감지부를 더 구비하고,
상기 제1 제어부는 상기 출구 압력 감지부에 의해 감지된 배출 압력에 기초하여 상기 제1 제어신호를 발생시키는 PID 제어기인, 유체 압축기 제어 시스템.The method according to claim 1,
Further comprising an outlet pressure sensing unit for sensing an outlet pressure of the outlet of the fluid compressor,
Wherein the first control portion is a PID controller that generates the first control signal based on the discharge pressure sensed by the outlet pressure sensing portion. 제1항에 있어서,
상기 구동모터의 전류를 감지하는 전류 감지부를 더 구비하고,
상기 제2 제어부는 상기 전류 감지부에 의해 감지된 전류에 기초하여 상기 제2 제어신호를 발생시키는 PID 제어기인, 유체 압축기 제어 시스템.The method according to claim 1,
And a current sensing unit for sensing a current of the driving motor,
Wherein the second control unit is a PID controller that generates the second control signal based on the current sensed by the current sensing unit. 제1항에 있어서,
상기 유체 압축기의 상기 입구로 공급되는 유체의 입구 압력을 감지하는 입구 압력 감지부를 더 구비하고,
상기 제3 제어부는 상기 입구 압력 감지부에 의해 감지된 입구 압력에 기초하여 상기 제3 제어신호를 발생시키는 PID 제어기인, 유체 압축기 제어 시스템.The method according to claim 1,
Further comprising an inlet pressure sensing unit sensing an inlet pressure of fluid supplied to the inlet of the fluid compressor,
And the third control unit is a PID controller that generates the third control signal based on the inlet pressure sensed by the inlet pressure sensing unit. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제3 제어부는 상기 유체 압축기의 상기 입구의 유체 압력을 미리 정해진 압력 이상으로 유지하도록 상기 제3 제어신호를 발생시키는, 유체 압축기 제어 시스템.The method according to claim 1,
The third control section generates the third control signal to maintain the fluid pressure at the inlet of the fluid compressor at or above a predetermined pressure.
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