(57)【要約】【課題】流体機械の台数制御装置において、台数制御装置に接続された流体機械の運転時間を平準化できる台数制御装置、及び、その制御方法を提供する。【解決手段】  複数の流体機械と、流体機械の起動、停止を個別に制御可能な台数制御装置と、を備え、台数制御装置は、それぞれの流体機械に対し、当該流体機械および他の流体機械の総運転時間に基づき連続運転時間を設定し、運転している流体機械のうち、当該流体機械に設定された連続運転時間を経過した流体機械がある場合であって、停止中の流体機械がある場合は、停止中の流体機械を起動して当該流体機械を停止させる。【選択図】図２
2020101094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の流体機械と、
前記流体機械の起動、停止を個別に制御可能な台数制御装置と、を備え、
前記台数制御装置は、それぞれの流体機械に対し、当該流体機械および他の流体機械の総運転時間に基づき連続運転時間を設定し、
運転している流体機械のうち、当該流体機械に設定された連続運転時間を経過した流体機械がある場合であって、停止中の流体機械がある場合は、停止中の流体機械を起動して当該流体機械を停止させる流体機械システム。
【請求項２】
前記台数制御装置は、運転している流体機械のうち、当該流体機械に設定された連続運転時間を経過した流体機械がある場合、かつ停止中の流体機械がある場合であって、停止中の流体機械が停止してからの経過時間が所定時間より短い場合は、前記所定時間経過後に停止中の流体機械を起動して当該流体機械を停止させる請求項１に記載の流体機械システム。
【請求項３】
前記台数制御装置は、それぞれの流体機械の連続運転時間を設定するにあたり、総運転時間の長い流体機械の連続運転時間を、総運転時間の短い流体機械の連続運転時間よりも短い時間とする請求項１に記載の流体機械システム。
【請求項４】
前記台数制御装置は、それぞれの流体機械の連続運転時間を設定するにあたり、総運転時間の最も長い流体機械がメンテンナンス時間を迎える前に各流体機械の連続運転時間を設定する請求項３に記載の流体機械システム。
【請求項５】
前記台数制御装置は、前記流体機械システムの起動時に前記連続運転時間が最も長い流体機械を最初に起動する請求項１に記載の流体機械システム。
【請求項６】
複数の流体機械のそれぞれに対し、当該流体機械および他の流体機械の総運転時間に基づき連続運転時間を設定し、
運転している流体機械のうち、当該流体機械に設定された連続運転時間を経過した流体機械がある場合であって、停止中の流体機械がある場合は、停止中の流体機械を起動して当該流体機械を停止させる流体機械システムの制御方法。
【請求項７】
運転している流体機械のうち、当該流体機械に設定された連続運転時間を経過した流体機械がある場合、かつ停止中の流体機械がある場合であって、停止中の流体機械が停止してからの経過時間が所定時間より短い場合は、前記所定時間経過後に停止中の流体機械を起動して当該流体機械を停止させる請求項６に記載の流体機械システムの制御方法。
【請求項８】
それぞれの流体機械の連続運転時間を設定するにあたり、総運転時間の長い流体機械の連続運転時間を、総運転時間の短い流体機械の連続運転時間よりも短い時間とする請求項６に記載の流体機械システムの制御方法。
【請求項９】
それぞれの流体機械の連続運転時間を設定するにあたり、総運転時間の最も長い流体機械がメンテンナンス時間を迎える前に各流体機械の連続運転時間を設定する請求項８に記載の流体機械システムの制御方法。
【請求項１０】
前記流体機械システムの起動時に前記連続運転時間が最も長い流体機械を最初に起動する請求項６に記載の流体機械システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流体機械システムに係り、特に複数台の流体機械を制御する台数制御装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
気体圧縮装置などの産業機械は定期的なメンテナンスが欠かせない装置である一方、導入される顧客や用途によっては、メンテナンスのために停止させることが困難である場合がある。
【０００３】
そのため、生産設備の停止頻度を極力抑えるために、複数台設置された流体機械を同時期にメンテナンスや交換ができるような台数制御装置による制御方法として特許文献１などがある。
【０００４】
特許文献１には、複数台のポンプの台数を制御して水位または流量を制御するポンプの運転台数制御方法において、前記各ポンプの運転時間を積算し、運転時間積算値に基づき運転順序を決定し全てのポンプの運転時間と始動回数を均一化することを特徴としたポンプの運転台数制御方法について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５８−１６１０１１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、設備の生産能力増強などに伴って圧縮気体の使用量が増え、気体圧縮装置を追加した場合、従来装置との運転時間さが大きく、また稼働率も高い場合、運転時間の長い装置が頻繁に運転と停止を繰り返したり、運転時間の短いものが常に運転し続けるといった特徴がある。
【０００７】
気体圧縮装置では、連続運転に伴う温度上昇に摺動部の摩耗劣化の加速を防ぐ目的などから、設備全体として余力がある場合には一定時間経過後に停止中の圧縮装置とローテーションさせて圧縮装置を停止させ冷却させることにより部品の寿命延長を図っている。
【０００８】
その場合、前記同様に設備全体としての稼働率が高い場合や、複数台のインバータ搭載圧縮装置を有する台数制御では運転時間の長いものであってもローテーションにより一定時間運転するため、運転時間を縮小させるが平準化が期待通り実現できずにメンテナンスの時期を同一にできない等の課題があった。
【０００９】
本発明の目的は、これらの課題に鑑み、流体機械の台数制御装置において、運転時間の異なる流体機械の台数制御においても運転時間の平準化をしつつ、すべての流体機械において運転停止による冷却時間を確保することが可能な制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記課題を解決するために、複数の流体機械と、流体機械の起動、停止を個別に制御可能な台数制御装置と、を備え、台数制御装置は、それぞれの流体機械に対し、当該流体機械および他の流体機械の総運転時間に基づき連続運転時間を設定し、運転している流体機械のうち、当該流体機械に設定された連続運転時間を経過した流体機械がある場合であって、停止中の流体機械がある場合は、停止中の流体機械を起動して当該流体機械を停止させる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、流体機械の台数制御において、装置の運転時間が極端に異なる場合の組み合わせであっても、各流体機械の冷却に必要な停止時間を確保して摺動部品の摩耗劣化を抑えつつ、運転時間の平準化が可能な台数制御装置、及び、その制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１の前提となる既存の気体圧縮装置の台数制御システム説明する図である。
【図２】実施例１における気体圧縮装置追加後の台数制御システム説明する図である。
【図３】実施例１における気体圧縮装置の運転時間の平準化の動作を示す運転パターン図である。
【図４】実施例２における従来方式での運転パターン図である。
【図５】実施例２における起動抑止制御付きの場合の動作を示す運転パターン図である。
【図６】実施例２における起動抑止制御付きの場合の圧縮装置のローテーション機の選択と連続運転時間の設定および起動抑止の制御処理を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する
【実施例１】
【００１４】
本実施例では、空気を圧縮する気体圧縮装置の台数制御装置を例に説明する。
【００１５】
図１は、本実施例における気体圧縮装置の台数制御装置のシステム構成図である。図１では、圧縮装置７Ａ、７Ｂと圧縮装置の運転状態を制御する台数制御装置１と、前記圧縮装置から吐出される圧縮気体を貯留するタンク９で大略構成される。前記台数制御装置１は、前記タンク９に貯留された圧縮気体の圧力を計測する圧力センサ３と、その圧力情報によって複数の圧縮装置の運転台数や運転する圧縮機を決定する制御回路２、装置全体の作動状態を決定するための運転スイッチ４、停止スイッチ５から構成される。
【００１６】
台数制御装置１の運転スイッチ４が押下されると、台数制御装置１は圧縮装置７Ａ、圧縮装置７Ｂの両方または一方を運転させ、圧縮装置から吐出されタンク９に貯留された圧縮気体の圧力を圧力センサ３で計測し、制御回路２で圧力に応じて圧縮装置の運転台数の増減及び運転する圧縮装置を選択する。
【００１７】
次に図２は、設備の生産能力増強などに伴って圧縮気体の使用量が増え、気体圧縮装置７Ｃを追加した場合の本発明の台数制御システム構成図を示す図である。図２において、新たに、連続運転時間設定手段２０が制御回路２で動作している。このときの気体圧縮装置の運転パターンを図３に示す。
【００１８】
まず、運転スイッチ４が押下されて運転要求があった場合、制御回路２は圧縮装置を運転する前にどの圧縮装置を運転すべきか決定する。このとき圧縮装置７Ｃの運転時間が最も短く、圧縮装置７Ａが一番長いことから、運転開始の順番を７Ｃ、７Ｂ、７Ａと決定する。ここでいう運転時間とは、圧縮装置７が製造または販売されたときなどの所定の時から現在までの間に運転した時間の総和である総運転時間を指している。
【００１９】
次に連続運転時間設定手段２０により各圧縮機の連続運転時間を決定する。この時、連続運転時間設定手段２０は圧縮装置の運転時間が最も短いものをあらかじめ設定された標準運転時間Ｔｃよりも長く、例えばＴｃ×２として設定し、運転時間の最も長い圧縮装置の運転時間をＴｃ／２として設定する。ここでいう連続運転時間とは、次に圧縮装置７が運転を始めてから次に運転を停止するまでの時間を指している。
【００２０】
ここで本実施例では３台の場合を例として記述しているが、２台または４台以上でもよく、その場合は最短および最短運転時間のものの運転時間を（２倍／半分）としているが、運転時間に応じて各台数ごとに所定の係数を設定してもよく、また、最大／最少運転時間のものだけに標準的な運転時間Ｔｃに特定の乗数または除数を乗じた値を設定してもよい。
【００２１】
次にまず圧縮装置７Ｃの運転を開始し、圧力センサ３で計測される圧力があらかじめ設定された圧力に到達しない場合には、次に運転時間の短い圧縮装置７Ｂに対し連続運転時間Ｔｃを設定し起動させる。
【００２２】
次に本状態において生成される圧縮気体と消費される圧縮気体が釣り合っている場合には運転を現在の運転継続し、あらかじめ設定された圧縮装置７Ｂの連続運転時間Ｔｃが経過した場合、圧縮装置の切り替え判定処理を実施する。この時、圧縮装置７Ａが待機状態であることから、制御回路２はローテーションが可能と判断し、制御回路２は再度各圧縮装置の運転時間から連続運転時間２０で各圧縮装置の連続運転時間を再計算し設定する。
【００２３】
圧縮装置７Ａは３台中一番運転時間が長いことから、連続運転時間にＴｃ／２を設定し起動させると同時に圧縮装置７Ｂの運転を停止させる。
【００２４】
以下各圧縮装置７Ａ、７Ｂ、７Ｃの連続運転時間経過時には、圧力と休止中の圧縮装置の有無に応じて次に起動させる圧縮装置の制御を実施することにより、圧縮装置の運転時間の平準化を実現しつつ、運転時間の短い圧縮装置も含めて全数適切な停止期間による冷却が実現でき圧縮装置の早期摩耗劣化を予防することが可能となり、長寿命化が期待できる
【実施例２】
【００２５】
圧縮装置の制御においてローテーションや台数制御を実施する場合において２台の圧縮装置がほぼ同時に所定の運転時間に達した場合、図４に示すように圧縮装置７Ｃが停止した直後に再度圧縮装置７Ａの交代機として運転する場合があり、十分な冷却期間を確保できないことがある。このとき、短時間に複数回の運転／停止動作が行われるために、騒音が発生する。そのため本実施例では圧縮装置の連続運転時間設定手段２０に規定の運転時間に到達しても交代機が停止直後であった場合はローテーションを実施せず、運転を延長する機能を新たに追加する。
【００２６】
本実施例２について図５及び図６を基に説明する。連続運転時間設定手段２０はまず、ステップ１１にて運転中のいずれかの圧縮装置があらかじめ設定された連続運転時間が経過したか否か判定する。ＹＥＳの場合には次にステップ１２に移り、停止中の圧縮装置があるか否か判断し、ＹＥＳと判断した場合には、ステップ１３に移り、停止中の圧縮装置が所定の停止期間Ｔｈ以上経過したか否かを判断する。ステップ１３でＹＥＳと判断された場合には、ステップ１４に移りローテーション処理を実施するが、ここでステップ１１〜ステップ１３のいずれかでＮｏと判断された場合には、ステップ９９に移りローテーション処理を実施せずにリターンする。
【００２７】
次のステップ１４では、台数制御装置１に接続された圧縮装置すべての圧縮装置の総運転時間を計算しステップ１５へ移る。
【００２８】
ステップ１５では停止中の圧縮装置から一番運転時間の短い圧縮装置をローテーション機として選択しステップ１６へ移る。
【００２９】
ステップ１６では選択されたローテーション機の運転時間が圧縮装置の中で最短か否かを判定し、ＹＥＳであった場合には次のステップ１７へ移り、ローテーション機の連続運転時間をＴｃ×２に設定してステップ１８へ移り、Ｎｏであった場合には次のステップ２６へ移る。
【００３０】
ステップ２６では、ローテーション機の運転時間が圧縮装置の中で最長か否かを判定し、ＹＥＳであった場合にはステップ２７へ移り、ローテーション機の連続運転時間をＴｃ／２に設定してステップ１８へ移り、Ｎｏであった場合には連続運転時間にＴｃを設定しステップ１８へ移る。
【００３１】
次のステップ１８では、連続運転時間が経過した圧縮装置を停止させるとともに次のステップ１９に移り、ステップ１９においてローテーション機の運転を開始するとともにステップ１６、２６または３６の判定処理にて決定された連続運転時間の計時を開始し、次のステップ９９に移りリターンする。
【００３２】
かくして台数制御装置１、圧縮装置７Ａ、７Ｂ、７Ｃの総運転時間に応じた連続運転時間を決定し運転するとともに、停止時に停止時間Ｔｈだけ再運転を抑止することによって、運転時間の平準化を実現しつつ、適切な冷却時間を確保することを可能となる。
【実施例３】
【００３３】
従来技術や上記実施例１及び実施例２では、圧縮圧縮装置の連続運転時間は予め設定された係数を乗じて求めているが、総運転時間が極端に異なる場合には、総運転時間が最も長い圧縮装置がメンテナンス時間に到達するまでに圧縮装置の運転時間の平準化が完了しない場合も考えられる。そこで実施例３は各圧縮装置の総運転時間からメンテナンスまでの残余時間Ｔｒｅｍａｉｎを計算し、平均残余時間Ｔｒｅｍａｉｎ＿ａｖｅを計算し、残余時間Ｔｒｅｍａｉｎと平均残余時間との比から各圧縮装置の運転時間を決定することで、総運転時間が最も長い圧縮装置がメンテンナス時間に到達する前に各圧縮装置の総運転時間の平準化が完了するように制御することが出来る。
【００３４】
具体的には、まず式（１）を演算し、各圧縮装置のメンテナンスまでの残余時間Ｔｒｅｍａｉｎを計算する。
【００３５】
【数１】
2020101094.tif 000003
【００３６】
ここで、Ｔｍｎｔ：メンテナンス時間、Ｔｏｐｅ：圧縮装置の運転時間である。
【００３７】
次に各圧縮装置の残余時間Ｔｒｅｍａｉｎから圧縮装置システム全体の平均残余時間Ｔｒｅｍａｉｎ＿ａｖｅを求める。すなわち、式（２）を演算する。
【００３８】
【数２】
2020101094.tif 000004
【００３９】
ここで、Ｔｒｅｍａｉｎ＿７Ａ：圧縮装置７Ａの残余時間、Ｔｒｅｍａｉｎ＿７Ｂ：圧縮装置７Ｂの残余時間、Ｔｒｅｍａｉｎ＿７Ｃ：圧縮装置７Ｃの残余時間である。
【００４０】
そして、運転時間の最も短い圧縮装置に対して、残余時間Ｔｒｅｍａｉｎと平均残余時間Ｔｒｅｍａｉｎ＿ａｖｅから連続運転時間Ｔｒｕｎ＿ｌｏｎｇを求める。すなわち、式（３）を演算する。
【００４１】
【数３】
2020101094.tif 000005
【００４２】
ここで、Ｔｒｕｎ＿ｌｏｎｇ：運転時間の短い圧縮装置の連続運転時間、ｋ：加速係数、Ｔｃ：標準連続運転時間である。
ただし、式（３）の演算の結果が本圧縮装置で想定している最大運転時間を超えている場合にはある所定の連続運転時間Ｔｒｕｎ＿ｍａｘで固定とする。
【００４３】
次に、運転時間の最も長い圧縮装置に対して、残余時間Ｔｒｅｍａｉｎと平均残余時間Ｔｒｅｍａｉｎ＿ａｖｅから連続運転時間Ｔｒｕｎ＿ｓｈｏｒｔを求める。この時の演算式を式（４）に記す。
【００４４】
【数４】
2020101094.tif 000006
【００４５】
ただし、式（４）の演算の結果が本圧縮装置で想定している最小運転時間よりも小さくなってしまう場合には、ごく短時間で運転を終了してしまうことを防ぐために、ある所定の連続運転時間Ｔｒｕｎ＿ｍｉｎで固定とすることによって、圧縮装置の頻繁なローテーションによる騒音・耳障り音や、突入電流による電気回路へのダメージあるいは電磁接触器の接点摩耗を防ぐ。
【００４６】
そして残りの圧縮装置に対しては、式（５）を用いて連続運転時間Ｔｒｕｎを求める。
【００４７】
【数５】
2020101094.tif 000007
【００４８】
そして、式（３）、（４）、（５）で求めた連続運転時間Ｔｒｕｎを図６のステップ１７、２７、３７におけるＴｃ×２、Ｔｃ／２、ＴｃをそれぞれＴｒｕｎ＿ｌｏｎｇ、Ｔｒｕｎ＿ｓｈｏｒｔ、Ｔｒｕｎに置換して運転制御を行う。
【００４９】
かくして、本発明によれば、運転時間が極端に異なる圧縮装置の組み合わせによる台数制御においても、運転時間の短い圧縮装置を優先的にかつ他の圧縮装置に比べて長時間連続運転させることができ、圧縮装置の台数制御装置においてメンテナンス時間までに運転時間を平準化可能な台数制御装置、及び、その制御方法を提供することができる。
【００５０】
上記の実施例において、台数制御装置１と複数の圧縮装置７とが１つのパッケージに収められた製品であるのか、複数のパッケージに収められた製品を組み合わせたシステムであるのかについては特に限定しない。すなわち、１つのパッケージ内に、台数制御装置１と複数の圧縮装置７とを備えた製品に上記の実施例で説明した制御を行い、例えば１台の圧縮装置７が故障により交換された場合や、販売時には空欄となっていたスペースに圧縮装置７を追加した場合に、各圧縮装置７の運転時間を平準化するように動作させることが出来る。また、既に１台以上のパッケージ型の圧縮装置７が動作している環境に新たにパッケージ型の圧縮装置７を追加した場合などに、パッケージ型の台数制御装置１を導入して各圧縮装置７の運転時間を平準化するように動作させることが出来る。
【００５１】
特に、台数制御装置１と複数の圧縮装置７とが全て別の製品として構成されたシステムの場合、各圧縮装置７はそれぞれが制御基板を有していることとなるが、台数制御装置１が備える制御回路２による運転、停止信号等に従って本実施例で説明したように動作するように構成される。また、各圧縮装置７は台数制御装置１から起動、停止信号等を受信する通信回線を介して現在の動作状況や、運転時間に関する情報を送信するように構成してもよいし、システム構築時にユーザが各圧縮装置７の運転時間を台数制御装置１に入力し、システム構築後は台数制御装置１の起動、停止信号に従って各圧縮装置１が運転していることを前提に台数制御装置１が各圧縮装置７の運転時間をカウントするように構成しても良い。
【００５２】
なお、本発明はツイン／シングルスクリュー式、レシプロ式、ターボ式などの圧縮装置を複数有する圧縮装置システムまたは圧縮装置のパッケージで採用可能である。また、圧縮装置としては空気のように混合気体を圧縮する圧縮装置や窒素ガスや酸素ガスなどの単一の気体を圧縮する圧縮装置にも採用可能である。さらに、本発明は圧縮装置以外にも冷凍機、ポンプなど同様の機構を有する流体機械を複数有するシステムまたはパッケージに採用することが可能である。
【００５３】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１：台数制御装置
２：制御回路
３：圧力センサ
４：運転スイッチ
５：停止スイッチ
７：圧縮装置
９：空気タンク
２０：連続運転時間設定手段
【図１】
2020101094.tif 000008
【図２】
2020101094.tif 000009
【図３】
2020101094.tif 000010
【図４】
2020101094.tif 000011
【図５】
2020101094.tif 000012
【図６】
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