KR20180117309A - 이기종, 다기종 호환운영이 가능한 공기압축기 제어시스템 및 제어방법 - Google Patents

이기종, 다기종 호환운영이 가능한 공기압축기 제어시스템 및 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 압축방식이 상이한 다수의 공기압축기와 토출량, 토출압력이 상이한 다수의 공기압축기를 효율적으로 관리하여 공기압축기의 수명을 연장하고, 동일한 압축공기를 공급하되 사용에너지를 저감할 수 있으며, 전력공급이 부족할 것으로 예측되는 피크부하시 감축가능한 운전방식을 선정하도록 하는 이기종, 다기종 호환운영이 가능한 공기압축기 제어시스템 및 제어방법에 관한 것이다.

Description

이기종, 다기종 호환운영이 가능한 공기압축기 제어시스템 및 제어방법 {Air compressor control system and control method compatible with heterogeneous, multi-type}
본 발명은 이기종/다기종인 다수의 공기압축기를 호환운영 가능하도록 하는 공기압축기 제어시스템 및 제어방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 압축방식이 상이한 이기종인 다수의 공기압축기와, 토출량, 토출압력이 상이한 다기종인 다수의 공기압축기를 효율적으로 관리하여 공기압축기의 수명을 연장하고, 동일한 압축공기를 공급하되 사용에너지를 저감할 수 있으며, 전력공급이 부족할 것으로 예측되는 피크부하시 감축가능한 운전방식을 선정하도록 하는 이기종/다기종 호환운영이 가능한 공기압축기 제어시스템 및 제어방법에 관한 것이다.
여러 분야의 산업현장에서 다수개의 공기압축기가 병렬로 연결되어 사용되는 경우, 부하에 대응하기 위하여 압축공기를 공급하면서, 공기압축기를 효율적으로 운영하여 공기압축기 수명을 연장하고, 전력저감 및 균등하게 사용하는 것이 바람직하다.
이와같이 다수의 공기압축기를 효율적으로 운전하기 위해, 종래기술 1인 대한민국특허공개공보 제10-2016-0141039호(2016.12.08 공개)에서는 각 개별 공기압축기에 의한 특정 위치에서의 압축 공기의 목적압력을 측정하고, 상기 측정된 목적압력 측정값과 기설정된 목적압력 설정값을 비교하여, 상기 목적압력 측정값과 상기 목적압력 설정값의 비교 결과에 따라, 상기 공기압축기의 개별 토출 압력값과 달리 가감된 가상의 가상압력값을 산출함으로써, 상기 가상압력값을 기준으로 상기 공기압축기의 개별 운전 조건을 제어하되, 상기 공기압축기는 독립적으로 운전조건을 제어하는 개별제어부를 구비하여 상기 가상압력값을 기준으로 상기 공기압축기의 개별 운전 조건을 제어하고 있다.
상기 종래기술 1은 개별압축기를 독립적으로 제어하기는 하지만, 전체적으로 다수의 공기압축기를 부하측의 수요압력에 맞추어 제어하지 못하여 전력저감과 공기압축기 교대운전에 의한 유지관리의 효율성 확보 등에서 미흡하다.
종래기술 2인 대한민국특허공개공보 제10-2013-0129697호(2013.11.29 공개)에서는 병렬로 배치되며 압축유체를 배출하는 복수의 공기압축기, 상기 공기압축기와 각각 연결되며 저장 용기나 공급 배관 또는 수요 장비로 압축유체를 공급하는 공용 배관, 상기 공기압축기를 구동하는 모터에 각각 설치되어 소비되는 전력을 측정하는 전력계, 상기 공용 배관의 일측에 설치되어 압력을 측정하는 압력계, 상기 전력계 각각에서 측정된 전력으로 상기 공기압축기 각각의 부하율을 산출하고, 상기 부하율과 상기 공기압축기 각각의 정격 유량으로 상기 공기압축기 각각의 운전 유량을 산출하며, 상기 운전 유량의 변화와 상기 압력계에서 측정되는 압력의 변화 및 이들의 변화된 상태의 지속 시간에 대한 모니터링을 통해 상기 공기압축기의 가동 댓수를 증가 또는 감소시키도록 하는 제어하고 있다.
상기 종래기술 2는 전체적으로 다수의 공기압축기를 부하측의 수요압력에 맞추어 공기압축기의 가동 대수를 증가 또는 감소시키도록 제어하기는 하지만, 수요압력에 적합한 공기압축기 대수분할 및 교대운전에 의한 유지관리의 효율성 확보 등에서 미흡한 단점이 있다.
(특허문헌 1) 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0141039호(2016.12.08 공개)
(특허문헌 2) 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0129697호(2013.11.29 공개)
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 다수의 공기압축기를 효율적으로 운전하기 위해, 멀티압축기제어시스템(MCCU, Multi Compressor Control Unit)으로 여러 공기압축기의 운전 파라메타를 데이터 포집하여 원격 관리한다.
주요한 운전 방법으로는 다수의 공기압축기를 그룹화하여 사용자 제어 가능 토출 압력과 회전수 제어 등으로 그룹제어하며, 토출 압력의 최대값을 설정하여 수요제어(mand Control) 운전하고, 수요제어주기(Demand Control Period)를 설정하여 수요제어주기 내에 일정한 압축 공기를 생산할 수 있으며, 현재 시점 부하단의 사용량을 예측하여 수요에 최적화된 압축공기를 생산하고, 유휴의 공기압축기를 예비 운전하여 압축 공기 생산량을 능동적으로 제어할 수 있게 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 공기압축기 제어시스템은 공기압축기, 리시버 탱크, 필터, 쿨러, 드라이어, 압축공기탱크로 구성되는 공기압축기 제어시스템에 있어서, 공기압축기는 다수개이고, 각 공기압축기별 토출압력을 검출하는 압력계를 갖고, 상기 공기압축기와 리시버 탱크 사이, 리시버 탱크와 필터 사이, 필터와 쿨러 사이, 쿨러와 드라이어 사이, 드라이어와 압축공기탱크 사이에 각각 차압계가 설치되고, 스케줄운전프로세스(모드), 수용대응프로세스(모드), 수요반응프로세스(모드) 중 하나의 프로세스(모드) 중 하나를 선택하여 운전제어하는 제어부로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 공기압축기 제어시스템은 상기 선택된 프로세스(모드)이후에는, 운전온도프로세스, 운전압력프로세스, 운전회전수프르세스, 운전전력분석프로세스, 장치운전프로세스 중 어느 하나의 프로세스로 운전되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 공기압축기 제어시스템에서 상기 스케줄운전프로세스(모드)는, 서로 다른 용량의 공기압축기가 사용될 때, 가능한 공기압축기 용량이 큰 공기압축기를 운전에 투입하는 에너지 절약프로세스(모드) 또는 여러 대의 공기압축기에 대해 가동 시간이 최대한 균등하게 운전되도록 운전 순서와 가동 시간을 자동 조절하여 운전하는 균등운전프로세스(모드) 중 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 공기압축기 제어시스템에서 상기 수요반응프로세스(모드)는, 전력감축량에 따른 감축운전시에도 사업장이 필요로 하는 최소한의 압축공기량을 확보하기 위하여 운전시 에너지 절약을 위한 데이터취득 및 데이터베이스 저장 및 상기 데이터베이스로부터의 운전 데이터 및 파라메터를 이용하여 운전되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 공기압축기 제어시스템을 제어하는 제어방법은 각 공기압축기별 토출압력 또는 주속모터회전수를 검출하여 기준압력 또눈 기준회전수를 초과하면, 소정초과구간별로 공기압축기유의 공급향을 증가시키고, 상기 공기압축기와 리시버 탱크 사이, 리시버 탱크와 필터 사이, 필터와 쿨러 사이, 쿨러와 드라이어 사이, 드라이어와 압축공기탱크 사이에 각각 설치된차압계에 의해 검출된 차압이 소정값을 초과하면, 해당 공기압축기의 운전을 정지하고, 스케줄운전프로세스(모드), 수용대응프로세스(모드), 수요반응프로세스(모드) 중 하나의 프로세스(모드) 중 하나가 선택되면, 운전온도프로세스, 운전압력프로세스, 운전회전수프르세스, 운전전력분석프로세스, 장치운전프로세스 중 어느 하나의 프로세스로 운전되되, 상시 프로세스별로 해당되는 공기압축기를 그룹화시켜 운전하는 것으로 특징으로 한다.
본 발명에 따른 공기압축기 제어시스템에 의하면, 이기종인 왕복동식, 로터리식(베인형, 스크류형, 터보형) 공기압축기의 공기압축기유 공급유량을 부하에 따른 비례적 유량으로 전자 밸브를 개폐제어하여 공기압축기의 냉각 및 회전에 따른 윤활기능을 높여 공기압축기의 수명을 연장하고, 공기압축기의 성능을 일정하게 유지하는데 효과적이다.
본 발명에 따른 공기압축기 제어시스템에 의하면, 공기압축기에서 토출된 이후의 필터, 드라이어, 쿨러 등의 기기에서 압축공기가 손실되는 정도와 배관에서의 누설을 검출하여 압력 변화에 따른 기기에서의 손실 또는 배관구간에서의 누설 압력을 계측하여 사용자에게 알려주고 해당 공기압축기의 구동을 정지하고 이를 대체할 공기압축기를 선정하거나, 누설배관을 보수할 수 있다. 이와 같은 압축공기 누설 대책으로 압축공기 누설로 인한 에너지 소모를 감축할 수 있다.
본 발명에 따른 공기압축기 제어시스템에 의하면, 다수의 공기압축기를 그룹화하여 사용자 제어 가능 토출 압력과 회전수 제어 등으로 그룹제어하며, 토출 압력의 최대값을 설정하여 수요제어(mand Control) 운전하고, 수요제어주기(Demand Control Period)를 설정하여 수요제어주기 내에 일정한 압축 공기를 생산할 수 있으며, 현재 시점 부하단의 사용량을 예측하여 수요에 최적화된 압축공기를 생산하고, 유휴의 공기압축기를 예비 운전하여 압축 공기 생산량을 능동적으로 제어할 수 있게 한다.
본 발명에 따른 공기압축기 제어시스템에 의하면, 수요반응프로세스(모드)를 통하여 하절기 또는 동절기 전력사용량이 높아 예비전력이 부족할 것으로 예상시 피크부하를 낮추는 운전을 효율적으로 관리할 수 있다.
본 발명에 따른 공기압축기 제어방법에 의하면, 운전온도, 운전압력, 운전회전수, 운전전력의 균등, 장치균등운전 등의 공기압축기그룹화를 통하여 공기압축기를 효율적으로 운전할 수 있다.
도 1은 수요별 공기압축기 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 시스템 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 공기압축기유 제어프로세스이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 구간별 압력계측 및 제어 프로세스이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이기종, 다기종 공기압축기 제어사례별 프로세스이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 수요반응프로세스에 개략도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 이기종, 다기종 공기압축기의 소비전력, 토출유량의 측정결과이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 실시 예는 발명의 다양한 관점을 설명한다. 예를 들면, 일 실시 예에 관하여 기술된 특징은 또 다른 실시 예로 대체되기 위한 또 다른 전형으로 사용될 수 있다.
본 발명에서 설명하는 이기종은 왕복동 공기압축기, 로터리식(베인형, 스크류형, 터보형) 공기압축기와 같이 압축방식이 상이한 공기압축기를 의미하고, 다기종은 토출량, 토출압력이 상이한 공기압축기를 의미한다.
본 발명은 압축방식이 상이한 다수의 공기압축기와 토출량, 토출압력이 상이한 다수의 공기압축기를 효율적으로 관리하여 공기압축기의 수명을 연장하고, 동일한 압축공기를 공급하되 사용에너지를 저감할 수 있으며, 전력공급이 부족할 것으로 예측되는 피크부하시 감축가능한 운전방식을 선정하도록 하는 이기종, 다기종 호환운영이 가능한 공기압축기 제어시스템 및 제어방법을 제공한다.
도 1은 수요별 공기압축기 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 시스템 개념도이다.
도 1은 공기압축기 구성도로서, 공기압축기, 리시버탱크, 필터, 쿨러, 드라이버로 구성된다. 다만, 수요처에서 요구하는 압축공기의 이물질, 수분, 온도에 따라 필터의 갯수, 쿨러용량, 드라이어의 종류와 갯수가 달리 적용된다.
예를 들면, 일반공압라인, 에어공구, 일반도장용도의 공기압축기 제어시스템인 경우에는 공기압축기, 리시버탱크, 메인필터, 에프터 쿨러, 프리필터, 에어드라이어, 라인필터로 구성되고, 계측장치, 식품공정 등의 용도인 경우에는 상기 라인필터 이후에 이물질 감소를 위한 필터 2종이 추가된다.
수요처에서 요구하는 압축공기의 이물질, 수분, 온도 등의 압축공기 품질이 높아지면 이에 따라 필터, 쿨러, 드라이어를 통과하면서, 압축공기의 압력이 감소되므로, 이를 감안하여 공기압축기에서 더 높은 압력으로 압축공기를 공급하여야 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 시스템 개념도로서, 공기압축기 2대가 예시되어 있다. 상기 공기압축기 토출측과 드라이어 또는 필터 사이에 압축공기의 압력계가 설치되고, 또한 상기 드라이어 또는 필터와 압력탱크사이에 압축공기의 압력검출부인 차압계가 설치된다.
상기 공기압축기, 필터, 드라이어, 쿨러 등과 같은 기기와 기기사이에 공기압력을 검출하는 압력계를 설시하고 검출된 압력값을 중앙제어부로 전송하고, 중앙제어부에서는 검출된 압력값 또는 다른 제어신호를 상기 공기압축기에 송신하여 다수의 공기압축기를 개별제어 또는 그룹제어한다.
일반적으로 산업현장에서 대부분의 회전식 공기압축기는 공기압축기유를 사용하여 장치의 기구적 마찰부 윤활과 압축부(에어엔드) 밀봉 역할, 압축열 제거역할을 수행한다. 이러한 공기압축기유는 압축부, 오일세퍼레이터, 오일쿨러를 순환하여 사용한다. 일반적인 운전조건에서 6,000시간의 수명으로 사용되고 있다. 공기압축기(에어엔드)에 유입되는 공기압축기유는 공기압축기의 용량에 의해 제조사별로 적정 유량이 공급되도록 하고 있다.
본 발명에서는 도 3에 개시된 바와 같이 공기압축기에 공급되는 공기압축기유를 제어부가 공기압축기의 모터회전수와 토출압력에 따라 구간별로 비례적으로 유량을 전자 개폐 밸브를 이용하여 공기압축기별로 제어하여 공기압축기의 냉각 및 회전수 증가에 따른 윤활 기능을 높인다.
도 3에 따른 공기압축기유 제어프로세스를 설명하면, 공기압축기가 구동하면, 모터회전수, 압력계로부터의 데이터를 받는다, 공기압축기 구동초기에는 일정한 공기압축기류를 공급한다. 모터회전수 또는 토출압력이 기준값보다 크면 소정구간별 비례적으로 공기압축기유 공급개폐밸브를 개방시켜 공기압축기유의 공급을 증가시킨다.
일반적인 공기압축기는 공기압축기에서 토출되는 공기압력을 공기압축기에 설치된 압력센서로 압력값을 계측하여 운전을 제어한다. 이는 단지 공기압축기 토출부만의 압력값을 기초로 공기압축기를 제어한다는 것을 의미한다. 이와 같이 개별 공기압축기를 제어하면, 공기압축기에서 토출된 이후의 필터, 드라이어, 쿨러 등의 기기에서 압축공기가 손실되는 정도와 기기 사이의 배관에서 압축공기가 누설되는 정도를 파악할 수 없다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 구간별 압력계측 및 제어 프로세스이다. 공기압축기 토출측 이후의 기기와 기기 사이의 압축공기 배관에 디지털 통신 방식 압력계를 설치하여, 압력 변화에 따른 누설 압력을 계측하여 압력계가 설치된 배관의 누설구간을 사용자에게 알려주고 해당 공기압축기의 구동을 정지하고 이를 대체할 공기압축기를 선정하거나, 누설된 배관구간을 사용자에게 알려 누설된 배관을 보수할 수 있다.
도 4에 개시된 구간별 압력계측 및 제어 프로세스를 설명한다.
먼저 공기압축기, 필터, 쿨러, 드라이어, 다수의 공기압축기에 공급되는 압축공기를 모아놓는 압축공기탱크 등의 기기사이에 디지털 통신 방식 압력계를 설치한후, 공기압축기의 운전을 시작한다.
누설이 없는 계측구간의 데이터를 읽어 초기압력값으로 설정한다.
이때 초기값이 존재하지 않으면, 배관구간별 설치된 압력계의 데이터를 읽어 이를 초기압력값으로 설정하고, 초기값이 존재하면 이를 초기압력값으로 설정하고 모든 구간별 공기압력을 계측한다.
상기에서 구간별 공기압력 계측값이, 설정된(읽어들인) 초기압력값과 같거나 크면 계측을 계속한다.
만약, 상기에서 구간별 공기압력 계측값이, 설정된(읽어들인) 초기압력값보다 작으면 이를 누설로 판단하고 이를 해당 구간의 누설압력값으로 기록한다. 이 누설압력값을 사용자에게 통지한다. 이때 통지방법은 알람프로세스를 통하여 사용자 단말기로 전송하는 방법일 수 있다.
누설압력값을 전송받으면, 사용자는 해당 배관구간을 확인하여 원인파악을 통하여 조치하거나, 해당배관을 차단하고 해당 공기압축기의 구동을 정지하고 대체 공기압축기를 선정하여 구동하는 조치를 취한다.
본 발명에 의한 이기종, 다기종의 다수 공기압축기를 호환운영하여 다수의 공기압축기를 효율적으로 운전하기 위해, 멀티압축기제어시스템(MCCU, Multi Compressor Control Unit)이라는 임베디드 시스템으로 여러 공기압축기의 운전 파라메타를 데이터 포집하여 원격 관리한다. 주요한 운전 방법으로는 다수의 공기압축기를 그룹화하여 사용자 제어 가능 토출 압력과 회전수 제어 등으로 그룹제어하며, 토출 압력의 최대값을 설정하여 수요제어(mand Control) 운전하고, 수요제어주기(Demand Control Period)를 설정하여 수요제어주기 내에 일정한 압축 공기를 생산할 수 있으며, 현재 시점 부하단의 사용량을 예측하여 수요에 최적화된 압축공기를 생산하고, 유휴의 공기압축기를 예비 운전하여 압축 공기 생산량을 능동적으로 제어할 수 있게 한다.
이를 위하여 도 3에 개시된 바와 같이 공기압축기 부하량에 따라 변동되는 모터회전수와 토출압력에 따른 공기압축기유의 윤활유량을 자동제어하는 것이 바람직하다. 즉, 공기압축기유를 사용하여 냉각, 밀봉, 윤활 기능을 수행하는 왕복동식, 로터리식(베인형, 스크류형, 터보형) 공기압축기에 전자식 개폐 밸브를 설치하여 부하량에 따라 윤활유량을 자동으로 제어하되, 저부하 구간과 고부하 구간에서 정유량을 공급하지 않고 부하에 따른 비례적 유량으로 전자 밸브를 개폐한다. 이는 공기압축기의 수명을 연장하고, 공기압축기의 성능을 일정하게 유지하는데 효과적이다.
또한 공기압축기에서 토출된 압축공기가 필터, 쿨러, 드라이어, 다수의 공기압축기에 공급되는 압축공기를 모아놓는 압축공기탱크 등의 기기 사이에서 압력손실이 발생하거나, 배관에서 누설되는 누설량을 계측하여 허용량 이상의 손실 또는 누설이 발생하였을 경우 이를 계측구간별로 사용자에게 알려주어 대책을 마련하도록 한다. 이때 계측은 차압용 압력계를 사용하는 것이 바람직하다.
이와 같은 압축공기 누설 대책으로 압축공기 누설로 인한 에너지 소모를 감축할 수 있다.
이와 같은 공기압축기유 공급량 제어 및 압축공기의 손실 또는 누설여부 계측을 수행하면서. 이기종/다기종의 다수 공기압축기를 호환운영하여 다수의 공기압축기를 효율적으로 운전하기 위해서는 다수의 공기압축기 운전 시 운전 빈도가 높은 온도구간, 압력 구간, 가동대수, 모터 회전수를 통계자료로 검출하여 효율적으로 운전한다. 또한 순차적으로 운전하여 공기압축기 수명연장, 성능 향상 및 신뢰성을 확보하는 것이 바람직하다.
이하에서는 이기종/다기종의 다수 공기압축기를 호환운영하여 다수의 공기압축기를 효율적으로 운전하기 위한 운전파라메타를 적용한 운전프로세스(모드)를 설명한다.
본 발명에 의한 다수의 공기압축기 제어시스템은 압축공기량 및 압력에 따라 공기압축기를 그룹화시켜 아래의 운전프로세스(모드)별로 공기압축기그룹운전을 수행한다.
1.스케쥴제어운전프로세스(모드)
가. 에너지 절약프로세스(모드)
전체 압축공기 시스템 상에서 서로 다른 용량의 공기압축기가 사용될 때, 가능한 공기압축기 용량이 큰 공기압축기를 운전에 투입하는 프로세스(모드)이다. 이와 같이 에너지 절약프로세스(모드)로 운전하면 부하측의 필요 압축공기량과 압력에 대응하기 위하여 운전되는 공기압축기의 운전댓수가 최소가 되어 공기압축기 제어가 간편하고 공기압축기별 효율이 높은 정격용량에서 운전함으로써, 공기압축기운전에너지가 최소가 된다.
나. 균등운전프로세스(모드)(Running-hours equalization mode)
공기압축기의 가동 시간은 사용자가 임의로 정해둔 시간 간격으로 운전되며, 여러 대의 공기압축기에 대해 가동 시간이 최대한 균등하게 운전되도록 운전 순서와 가동 시간을 자동 조절하여 운전하는 프로세스(모드)이다. 이와 같이 균등운전 프로세스(모드)로 운전되면, 개별 공기압축기의 운전시간이 균등해져, 균등운전으로 인하여 운전되는 공기압축기별 정격출력상에서 운전되므로 공기압축기별 에너지효율이 우수하고, 공기압축기 유지관리에 효과적이고, 기종별 통계적 관리가 가능해질 수 있다.
2. 수요제어프로세스(모드)(Demand Control mode)
사용자가 전력 사용량 관리를 위해 설정해 둔 최대 피크 전력량을 기준으로 다수의 공기압축기 운전 시, 공기압축기 관리시스템에서 사용될 수 있는 최대 피크 전력량을 초과하지 않도록 제어 운전하는 프로세스(모드)이다.
이 수요제어프로세스(모드)의 의의를 설명하면, 현재 산업용 한전요금체계는 시간대별, 계절별 차등요금을 적용하며, 요금 차등을 많이 두어 최대수요전력을 절감시키고자 하므로, 전력사용 피크 시간 대에 Peak-cut 제어, Peak-shift 제어와 같은 방법을 적용하고 있다.
Peak-cut 제어는 사용자가 관리하려는 목표전력을 설정하여 공기압축기의 투입 전력을 일시적으로 차단 제어하는 방식이고.
Peak-shift 제어는 피크시간대에 전력 사용을 줄여 압축공기 생산량을 줄이고, 중부하 또는 경부하 시간대에 압축공기 생산을 늘여 피크시간대에 줄인 생산량을 보충하는 제어 방식이며,
이와 같은 피크 저감 방법으로 공기압축기의 사용 전력을 제어하여야 한다. 에 대응하기 위한 프로세스가 수요제어프로세스(모드)이다.
수요제어프로세스(모드)의 장점은 최대수요전력을 기준으로 기본요금을 산정하므로, 전력요금 절감 효과가 있다. 또한 투자 비용 대비 효과가 커 일반적인 기본요금 절감 방식이다. 본 발명 공기압축기시스템에는 공기압축기의 전력량을 상시 모티터링하여, 사용자가 요구하는 목표전력을 자동적으로 관리할 수 있다.
3. 수요반응프로세스(모드)(Demand Response mode)
수요반응을 위해 제어 대상 공기압축기의 운전을 수요반응지령이 발령되는 시점부터 종료되는 시점까지 스케쥴 운전하는 프로세스(모드)이다.
이 수요반응프로세스(모드)의 의의를 설명하면, 전력거래소에서 운영하는 수요자원 거래시장에 참여하여 전기사용자는 금전적인 보상을 받은 제도에 참여할 수 있는 운전 모드이다. 이 또한 최대 전격 저감의 한 방법으로 피크감축 수요반응과 전력공급비용 절감을 위한 요금절감 수요반응으로 구분하여 전력거래소에서 운영하는 전력운용 프로그램이다.
이 수요반응프로세스(모드)의 장점은 전기 소비자가 수요자원 거래시장에 자발적으로 참여하여 합리적인 에너지 소비 유도를 통해 국가적으로 전력계통 위기를 극복하는데 그 목적이 있겠다. 이를 통해 신규 발전소 건설 회피, 온실가스 감축 및 ICT융합 부가서비스 창출에 기여할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 수요반응프로세스(모드)(Demand Response mode)에 따른 프로세스이다. 상기 수요반응프로세스(모드)는 전력거래소에서 하절기 또는 동절기 전력사용량이 높아 예비전력이 부족할 것으로 예상될 때, 수요관리사업자에 전력 감축을 요청하고, 수요관리사업자는 수요관리대상기업에 전력감축을 요청한다.
이때 수요관리대상기업을 사전에 감축목표에 해당되는 전력량을 감축하기 위하여 감축운전을 수행하는데 이를 수요반응프로세스(모드)라 한다. 이와 같은 수요반응프로세스(모드)운전에서의 운전데이터 흐름을 설명한다.
가. 데이터 로깅(Logging)
전력감축량에 따른 감축운전시에도 사업장이 피요로 하는 최소한의 압축공기량을 확보하기 위하여 운전시 에너지 절약 솔루션 등 모든 기능의 기본제공을 위한 데이터취득 저장 보관 기능을 구비한다. 이를 위해 멀티압축기제어시스템(MCCU, Multi Compressor Control Unit)에 탑재된 대용량 데이터베이스에 상시 운전 데이터 및 파라메터를 저장한다. 멀티압축기제어시스템(MCCU, Multi Compressor Control Unit)에 연결된 데이터 호환 장치(Protocol Converter)로부터 데이터를 취득하여 1초~3000초 가변 시간설정 간격으로 최대 6개월간 데이터를 백업해 둔다.
나. 멀티압축기제어시스템(MCCU, Multi Compressor Control Unit) 저장된 데이터를 그래프 형식으로 도식화하여 보여줄 수 있는 기능을 구비하도록 한다. 날짜, 시간에 따른 탐색 기능도 구현하도록 한다.
다. 스케쥴 기능을 제공하도록 한다. 이는 스마트 모바일에서도 동일하게 접근 제어할 수 있도록 한다. 일별/주간/월별/공휴일별 기능을 제공한다.
라. 멀티압축기제어시스템(MCCU, Multi Compressor Control Unit)은 취득된 데이터를 가공하여 에너지 절약 솔루션을 구현할 수 있도록 한다. 장비 개별제어 로직 개발/장비 대수제어 로직 개발/구역별 제어 알고리즘 개발/에너지 절약 판단 알고리즘 개발 등을 통해 보다 나은 제어 방식을 도출한다.
마. 멀티압축기제어시스템(MCCU, Multi Compressor Control Unit)은 스마트 모바일이 접속하여 일련의 모니터링 및 조작이 가능하도록 기능구현 알고리즘을 도출한다.
바. 멀티압축기제어시스템(MCCU, Multi Compressor Control Unit)은 각 기종별 정형화된 리포트 형태의 출력물을 취하도록 구성한다.
도 7은 실시 예에 따른 이기종, 다기종 공기압축기의 소비전력, 토출유량의 측정결과이다.
도 7에서 알수 있는 바와 같이 본 발명에 의한 제어시스템으로 제어한 결과 붉은색의 유량이 일정한 패턴을 갖고 있으며, 파란색의 소비전력 또한 피크값이 일정수준이하로 관리되어 있으며, 녹생의 압력 또한 소정범위에서 일정한 변화를 나타내고 있다. 이는 다수의 공기압축기를 운전함에서 토출압력과, 유량, 소비전력에 변화가 적고 안정적으로 제어된다는 것을 나타내는 것이다.
상기 스케쥴운전프로세스(모드), 수요제어프로세스(모드), 수요반응프로세스(모드)중 하나의 프로세스(모드)를 선정한다.
이후에는 운전온도, 운전압역, 운전회전수, 운전전력분석, 장치운전빈도에 대한 데이터를 기준으로 아래와 같은 구분시켜 운전한다.
1) 운전온도프로세스(모드)
각 공기압축기별 운전빈도가 가장 높은 온도값을 획득하여 운전온도의 편차를 구하여 전체 평균편차가 가장 작도록 그룹화한다.
2) 운전압력프로세스(모드)
각 공기압축기별 운전빈도가 가장 높은 압력값을 획득하여 토출압력의 편차를 구하여 전체 평균편차가 가장 작도록 그룹화한다.
3) 운전회전수프로세스(모드)
각 공기압축기별 운전빈도가 가장 높은 회전수를 획득하여 회전수의 편차를 구하여 전체 평균편차가 가장 작도록 그룹화한다.
4) 운전전력분석프로세스(모드)
각 공기압축기별 운전빈도가 가장 높은 각 상별 전압값, 전류값을 획득하여 각 상별 전압값, 전류값의 편차를 구하여 전체 평균편차가 가장 작도록 그룹화한다.
5) 장치운전프로세스(모드)
운전빈도를 순번화하여 공기압축기 장치번호를 획득한다.
본 발명의 실시 예에 따른 공기압축기 제어시스템을 설명한다.
첫째, 스케쥴운전 프로세스(모드), 수요제어프로세스(모드), 수요반응프로세스(모드) 중 하나를 적용한다.
둘째, 상기 적용된 프로세스(모드)를 적용하기 위하여 공기압축기로부터 저장된 데이터(운전온도, 토출압력, 주속모터회전수, 각 상별 전압/전류, 가동댓수)를 읽어온다.
이때 사용자가 운전온도프로세스, 운전압력프로세스, 온전회전수프르세스, 운전전력분석프로세스, 장치운전프로세스에 부여한 가중치가 높은 프로세스로 운전한다.
이때 사용자가 지정하는 가중치를 공기압축기의 운전온도, 운전압력, 운전회전수, 운전 전력인 전압,전류값의 편차를 최소화하거나, 장치운전빈도수를 평균화시키는 것에 대한 것이다.
이와 같이 다수의 공기압축기를 제어함으로써, 공기압축기 유지관리비용을 저감하고, 에너지 소비를 낮출 수 있게 된다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

Claims (5)

  1. 공기압축기, 리시버 탱크, 필터, 쿨러, 드라이어, 압축공기탱크로 구성되는 공기압축기 제어시스템에 있어서,
    공기압축기는 다수개이고, 각 공기압축기별 토출압력을 검출하는 압력계를 갖고,
    상기 공기압축기와 리시버 탱크 사이, 리시버 탱크와 필터 사이, 필터와 쿨러 사이, 쿨러와 드라이어 사이, 드라이어와 압축공기탱크 사이에 각각 차압계가 설치되고,
    스케줄운전프로세스(모드), 수용대응프로세스(모드), 수요반응프로세스(모드) 중 하나의 프로세스(모드) 중 하나가 선택하여 운전제어하는 제어부로 이루어진 것을 특징으로 하는 공기압축기 제어시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 선택된 프로세스(모드)이후에는,
    운전온도프로세스, 운전압력프로세스, 운전회전수프로세스, 운전전력분석프로세스, 장치운전프로세스 중 어느 하나의 프로세스로 운전되는 것을 특징으로 하는 공기압축기 제어시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스케줄운전프로세스(모드)는,
    서로 다른 용량의 공기압축기가 사용될 때, 가능한 공기압축기 용량이 큰 공기압축기를 운전에 투입하는 에너지 절약프로세스(모드) 또는 여러 대의 공기압축기에 대해 가동 시간이 최대한 균등하게 운전되도록 운전 순서와 가동 시간을 자동 조절하여 운전하는 균등운전프로세스(모드) 중 하나인 것을 특징으로 하는 공기압축기 제어시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 수요반응프로세스(모드)는,
    전력감축량에 따른 감축운전시에도 사업장이 필요로 하는 최소한의 압축공기량을 확보하기 위하여 운전시 에너지 절약을 위한 데이터취득 및 데이터베이스 저장 및 상기 데이터베이스로부터의 운전 데이터 및 파라메터를 이용하여 운전되는 것을 특징으로 하는 공기압축기 제어시스템.
  5. 제 1 항의 공기압축기 제어시스템을 제어하는 제어방법에 있어서,
    각 공기압축기별 토출압력 또는 주속모터회전수를 검출하여 기준압력 또눈 기준회전수를 초과하면, 소정초과구간별로 공기압축기유의 공급향을 증가시키고,
    상기 공기압축기와 리시버 탱크 사이, 리시버 탱크와 필터 사이, 필터와 쿨러 사이, 쿨러와 드라이어 사이, 드라이어와 압축공기탱크 사이에 각각 설치된차압계에 의해 검출된 차압이 소정값을 초과하면, 해당 공기압축기의 운전을 정지하고,
    스케줄운전프로세스(모드), 수용대응프로세스(모드), 수요반응프로세스(모드) 중 하나의 프로세스(모드) 중 하나가 선택되면,
    운전온도프로세스, 운전압력프로세스, 운전회전수프르세스, 운전전력분석프로세스, 장치운전프로세스 중 어느 하나의 프로세스로 운전되되,
    상시 프로세스별로 해당되는 공기압축기를 그룹화시켜 운전하는 것으로 특징으로 하는 공기압축기 제어방법.
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