CN101105175B

CN101105175B - 压缩空气制造设备

Info

Publication number: CN101105175B
Application number: CN2007100913452A
Authority: CN
Inventors: 长谷征和; 松田洋幸
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2006-07-11
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2027-03-30
Also published as: US8608450B2; JP4786443B2; JP2008019746A; US20080014097A1; US8257053B2; US20090169396A1; CN101105175A

Abstract

本发明提供一种在获得节能效果的同时还能够提高供给压力稳定性的压缩空气制造设备，其具有压缩空气的压缩机(1)、驱动该压缩机(1)的电动机(2)、以及对该电动机(2)的旋转速度进行可调控制的变换器(3)，该压缩空气制造设备包括：检测压缩机(1)的排出压力的压力传感器(9)、以及控制装置(4)，其计算空气排出系统(7)的压力损失(ΔP)，并据此以使末端压力处于规定范围内的方式而变更空气排出系统(7)上游侧位置(15a)的压缩机(1)的排出压力的控制范围，以使由排出压力处于已变更的控制范围内的方式，通过变换器(3)对电动机(2)的旋转速度(N)进行可调控制。

Description

压缩空气制造设备

技术领域

本发明涉及具有压缩机的压缩空气制造设备，该压缩机由利用变换器对旋转速度进行可调控制的电动机驱动。

背景技术

压缩空气制造设备例如作为进行容量控制的调速压缩机单元，包括：压缩空气的压缩机、驱动该压缩机的电动机、对该电动机的旋转速度进行可调控制的变换器、对压缩机的输出压力进行检测的压力传感器、以及根据通过该压力传感器检测到的输出压力与控制压力之间的偏差，通过变换器对电动机的旋转速度进行可调控制的控制装置。并且，众所周知，具有多个调速压缩机单元的结构采取并行运转或交互、追踪运转的方式。另外，例如，众所周知，在具有至少包括一台调速压缩机单元的多个压缩机单元的构成中，通过变换器对对应的电动机的旋转速度进行可调控制而使一台调速压缩机单元运转，同时，使除此以外的压缩机单元进行能够切换成以对应的电动机的旋转速度为上限值而运转的全负荷运转状态或停止状态的台数控制运转。

然而，将从压缩机排出的压缩空气供给至供给目的地的空气排出系统的压力损失，根据压缩机的排气量以及供给目的地的使用空气量的变化而发生变化。因此，一般而言，以使空气排出系统的下游侧位置的末端压力(供给压力)在期望的压力值以上的方式，预估空气排出系统的最大压力损失，对空气排出系统上游侧位置的压缩机的排出压力的控制范围进行设定。这种压缩空气制造设备可以获得期望的压缩空气，但是，例如，当使用空气量少(即，压缩机的排气量变少)时，尽管空气排出系统的压力损失变小，但是由于压缩机的排出压力的控制范围依然为被设定得高，因而导致对压缩机超出需要的驱动，造成多余的耗电。

为了解决上述问题，例如，根据由压力传感器检测出的空气排出系统上游侧位置的压缩机的排出压力，为了使空气排出系统下游侧位置的末端压力处于规定范围内，一般提倡使用对电动机的旋转速度进行可调控制的控制装置(例如，参照日本专利特开2004-190583号公报)。详细说明如下：该控制装置预先存储有规格压力时空气排出系统的压力损失(＝上游侧位置的压缩机的排出压力-下游侧位置的末端压力)，通过将压力传感器检测出的压缩机的排出压力和规格压力进行比较，对空气排出系统的压力损失进行计算。并且，在空气排出系统下游侧位置的末端压力的规定范围内，对加上了空气排出系统压力损失计算值的压缩机排出压力的控制范围进行计算，并据此对电动机的旋转速度进行可调控制。

发明内容

然而，上述现有技术中存在以下需要改进的问题。

即，上述控制装置具有：根据压力传感器检测出的压缩机排出压力对空气排出系统的压力损失进行计算，并据此，以使空气排出系统下游侧位置的末端压力在规定范围内的方式变更压缩机排出压力的控制范围的第一功能；以及以使由压力传感器检测出的压缩机的排出压力处于已通过第一功能变更的控制范围内的方式而通过变换器对电动机的旋转速度进行可调控制的第二功能。然而，该第一功能以充分保证第二功能的控制量(压缩机的排出压力)和操作量(电动机的旋转速度)之间关系为前提，第一功能的压缩机的排出压力的收敛性与第二功能的电动机的旋转速度的收敛性相互影响。因此，例如，当使用空气量大幅度变动时，压缩机的排出压力以及电动机的旋转速度发生摆动，空气排出系统下游侧位置的末端压力亦即供给压力呈不稳定状态。

本发明是鉴于上述现有技术的问题而提出的，其目的在于提供一种在获得节能效果的同时能够提高供给压力稳定性的压缩空气制造设备。

(1)为实现上述目的，本发明的压缩空气制造装置，包括压缩空气的压缩机、驱动上述压缩机的电动机、以及对上述电动机的旋转速度进行可调控制的变换器，该压缩空气制造装置具有：排出压力变更模块，根据上述电动机的旋转速度计算连接在上述压缩机排出侧的空气排出系统的压力损失，并据此，以使上述空气排出系统下游侧位置的末端压力处于规定范围内的方式变更上述空气排出系统上游侧位置的上述压缩机的排出压力的控制范围；压力检测模块，对上述空气排出系统上游侧位置的上述压缩机的排出压力进行检测；以及旋转速度控制模块，以使由上述压力检测模块检测出的上述压缩机的排出压力处于已由上述排出压力变更模块变更的控制范围内的方式，通过上述变换器对上述电动机的旋转速度进行可调控制。

在本发明中，排出压力变更模块根据电动机的旋转速度对空气排出系统的压力损失进行计算，并据此，以使空气排出系统下游侧位置的末端压力处于规定范围内的方式，对空气排出系统上游侧位置的压缩机的排出压力的控制范围进行变更。另外，旋转速度控制模块以使由压力检测模块检测出的压缩机的排出压力处于已由排出压力模块变更的控制范围内的方式，通过变换器对电动机的旋转速度进行可调控制。由此，能够将空气排出系统的末端压力保持在规定的范围内，同时将压缩机的电力控制到最小，因而能够获得节能效果。另外，在本发明中，根据电动机的旋转速度对压缩机的排出压力的控制范围进行变更的排出压力变更模块，和根据压缩机的排出压力对电动机的旋转速度进行可调控制的旋转速度控制模块，相互作为反馈控制功能而动作，因而能够提高压缩机的排出压力以及电动机的旋转速度的收敛性。其结果，能够稳定空气排出系统的末端压力亦即供给压力。因此，在本发明中，能够在获得节能效果的同时提高供给压力的稳定性。

(2)为实现上述目的，本发明的压缩空气制造装置，包括压缩空气的多个压缩机、分别驱动上述多个压缩机的多个电动机、以及台数控制模块，其通过变换器对对应的上述电动机的旋转速度进行可调控制而使作为上述多个压缩机中任一个的第一压缩机运转，同时，能够将除此以外的第二压缩机切换成以对应的上述电动机的旋转速度为上限值而运转的全负荷运转状态或停止状态，该压缩空气制造装置具有：排出压力变更模块，根据对应于上述第一压缩机的上述电动机的旋转速度以及对应于上述第二压缩机的上述电动机的旋转速度对连接在上述第一以及第二压缩机的排出侧的空气排出系统的压力损失进行计算，并据此，以使上述空气排出系统下游侧位置的末端压力处于规定范围内的方式变更上述空气排出系统上游侧位置的上述第一压缩机的排出压力的控制范围；压力检测模块，对上述空气排出系统上游侧位置的上述第一压缩机的排出压力进行检测；以及旋转速度控制模块，以使由上述压力检测模块检测出的上述第一压缩机的排出压力处于已由上述排出压力变更模块变更的控制范围内的方式，通过上述变换器对与上述第一压缩机对应的上述电动机的旋转速度进行可调控制。

(3)在上述(1)或(2)中，优选上述空气排出系统具有压力损失特性随时间变化的辅助器件类，上述排出压力变更模块根据上述辅助器件类的压力损失特性随时间的变化修正上述空气排出系统的压力损失。

(4)在上述(2)中，优选上述空气排出系统具有：能够向各供给目的地分别供给将从各压缩机排出的压缩空气的多个供给系统；与上述多个供给系统连通的连通配管；以及可关闭上述连通配管的开关阀门。

根据本发明，能够在获得节能效果的同时提高供给压力的稳定性。

附图说明

图1是表示本发明压缩空气制造设备的第一实施方式的整体构成的概略图。

图2是表示本发明压缩空气制造设备的第一实施方式中电动机的旋转速度比与压缩机的排出压力控制值之间关系的特性图。

图3是表示本发明压缩空气制造设备的第二种实施方式整体构成概略图。

图4是表示本发明压缩空气制造设备的第二实施方式中使用空气量比、压缩机的排出压力以及发动机旋转速度比随时间变化的时序图。

图5是表示本发明压缩空气制造设备的第三实施方式整体构成概略图。

标号说明：

1：压缩机；2：电动机；3：变换器；4：控制装置(排出压力变更模块、旋转速度控制模块)；7：空气排出系统；9：压力传感器(压力检测模块)；11：空气过滤器(辅助器件类)；15a：上游侧位置；15b：下游侧位置；18：空气排出系统；19a：上游侧位置；19b：下游侧位置；19c：上游侧位置；20：外部控制装置(排出压力变更模块)

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

通过图1和图2对本发明的第一实施方式进行说明。

图1是表示本实施方式的压缩空气制造设备整体构成的概略图。其中，实线箭头表示空气的流向，虚线箭头表示电信号的流向。

在图1中，压缩空气制造设备例如包括：无油(oil-free)式螺杆压缩机1、驱动该压缩机1的电动机2、对该电动机2的旋转速度进行可调控制的变换器3、对该变换器3进行控制的控制装置4、设置在压缩机1的吸入侧的吸入节流阀5、设置在该吸入节流阀5上游侧的除去大气中的粉尘等的吸入过滤器6、以及与压缩机1的排出侧连接并将从压缩机1排出的压缩空气供给至供给目的地的空气排出系统7。

空气排出系统7上设置有：单向阀8、对设置在该单向阀8下游侧的压缩机1的排出压力进行检测的压力传感器9(压力检测模块)、设置在该压力传感器9下游侧的具有充分容量的空气槽10、以及设置在该空气槽10下游侧的除去压缩空气中的粉尘等的空气过滤器11。

另外，在空气排出系统7的单向阀8的上游侧连接有用于将从压缩机1排出的部分压缩空作为吸入节流阀5的操作用空气而引导的配管12，该配管12上连接有根据来自控制装置4的控制信号可以进行连通、切断状态切换的控制阀13。另外，例如，当控制阀13从切断状态切换成连通状态时，驱动吸入节流阀5，切断压缩机1的吸气，将压缩机1从负荷运转(负载运转)切换成无负荷运转(无负载运转)。

此外，上述压缩机1、电动机2、变换器3、控制装置4、吸入节流阀4、吸入过滤器5、包括单向阀8以及压力传感器9的空气排出系统7的一部分、配管12、以及控制阀13等被收纳于框体内，作为压缩机单元14而构成。

本实施方式的主要部分的控制装置4，首先作为第一功能(排出压力变更模块)采用如下形式，即，对空气排出系统7的压力损失ΔP(具体的说，是从空气排出系统7中压力传感器9的检测位置15a(上游侧位置)到下游侧位置15b为止的压力损失)根据电动机2的旋转速度N进行计算，并据此，以使空气排出系统7下游侧位置15b的末端压力处于规定范围内的方式变更空气排出系统7上游侧位置15a的压缩机1的排出压力的控制范围。以下，对其进行详细说明。

空气排出系统7的压力损失ΔP与压缩机1的排气量的二次方成正比。控制装置4例如对压缩机1的最大排气量(换言之，电动机2的最大旋转速度Nmax)时的空气排出系统7的最大压力损失ΔPmax进行预先设定存储，如式(1)所示，通过将空气排出系统7的最大压力损失ΔPmax和与压缩机1的排出空气量比相当的电动机2的旋转速度比N/Nmax(例如，相当于从控制装置4向电动机2发出的旋转速度指令)的二次方相乘，计算空气排出系统7的压力损失ΔP。

ΔP＝ΔPmax×(N/Nmax)²…(1)

另外，压缩机1的排出压力控制值P1，变为将末端压力的规定值P2(在本实施方式中是从对空气排出系统7的最大压力损失ΔPmax进行预计而预先设定的压缩机1的排出压力的规定控制设定值P1_0减去最大压力损失ΔPmax的值)与压力损失ΔP相加的值(参照式(2))。另外，压缩机1的排出压力的上限值P1u变为将末端压力的规定上限值P2u(在本实施方式中是从对空气排出系统7的最大压力损失ΔPmax进行预计而预先设定的压缩机1的排出压力的规定的上限设定值P1u_0减去最大压力损失ΔPmax的值)与压力损失ΔP相加的值(参照式(3))。另外，压缩机1的排出压力的下限值P1d变为将末端压力的规定下限值P2d(在本实施方式中是从对空气排出系统7的最大压力损失ΔPmax进行预计而预先设定的压缩机1的排出压力的规定的下限设定值P1d_0减去最大压力损失ΔPmax的值)与上述压力损失ΔP相加的值(参照式(4))。此外，压缩机1的排出压力的规定控制设定值P1_0、规定的上限设定值P1u_0、以及规定的下限设定值P1d_0预先被控制装置4设定并存储。

P1＝P2+ΔP

＝P1_0-ΔPmax+ΔP…(2)

P1u＝P2u+ΔP

＝P1u_0-ΔPmax+ΔP＝P1u_0+(P1-P1_0)…(3)

P1d＝P2d+ΔP

＝P1d_0-ΔPmax+ΔP＝P1d_0+(P1-P1_0)…(4)

图(2)是表示根据上述式(1)和式(2)的计算结果获得的电动机2的旋转速度比N/Nmax与压缩机1的排出压力的控制值P1之间关系的特性图。其中，实线表示压缩机1的排出压力的控制值P1，虚线表示空气排出系统7的末端压力。

在图2中，压缩机1的排出压力的规定控制设定值被设定为P1_0＝0.69MPa，空气排出系统7的最大压力损失为ΔPmax＝0.2MPa(即，末端压力的规定值P2＝0.49MPa)。另外，压缩机1的排出压力的规定上限设定值被设定为P1u_0＝0.72MPa，压缩机1的排出压力的规定下限值被设定为P1d_0＝0.66MPa。

另外，例如，当电动机2的旋转速度比N/Nmax＝0.5时，空气排出系统7的压力损失ΔP＝0.05MPa，压缩机1的排出压力的控制值P1＝0.54。此时，虽然未图示，但根据上述式(3)和式(4)的计算，压缩机1的排出压力的上限值P1u＝0.57MPa，下限值P1d＝0.51MPa。另外，例如，当电动机2的旋转速度比N/Nmax＝0.2时，空气排出系统7的压力损失ΔP＝0.008MPa，压缩机1的排出压力的控制值P1＝0.498。此时，虽然未图示，但根据上述式(3)和式(4)的计算，压缩机1的排出压力的上限值P1u＝0.528MPa，下限值P1d＝0.468MPa。另外，例如，当电动机2的旋转速度比N/Nmax＝0时，空气排出系统7的压力损失ΔP＝0MPa，压缩机1的排出压力的控制值P1＝0.49。此时，虽然未图示，但根据上述式(3)和式(4)的计算，压缩机1的排出压力的上限值P1u＝0.52MPa，下限值P1d＝0.46MPa。

现在返回图1，装置4作为第二功能(旋转速度控制模块)进行如下操作，即，以使由压力传感器9检测出的压缩机1的排出压力处于上述计算的控制范围内的主要而对电动机2的旋转速度N通过变换器3进行可调控制。即，控制装置4例如根据从压力传感器9输入的压缩机1的排出压力与上述计算的控制值P1之间的偏差进行PID计算，并将该计算值(对电动机2的旋转速度指令0～1)输入变换器3，变换器3将对应于来自控制装置4的计算值的频率输入发动机2，对发动机2的旋转速度进行可调控制。

以下，对本实施方式的压缩空气制造设备的动作以及作用效果进行说明。此外，供给目的地的空气使用量比以及压缩机1的排气量比以压缩机1的最大排出空气量为基准(100％)表示。

例如，当使用空气量比为100％时，电动机2的旋转速度比N/N_max为100％，压缩机1的排出空气量比为100％。此时，空气排出系统7的压力损失ΔP＝ΔPmax＝0.2MPa，压缩机1的排出压力被维持在规定的控制设定值P1_0＝0.69MPa。结果，空气排出系统7末端压力维持在0.49MPa。

之后，例如，当使用空气量比从100％变为20％时，由于最初压缩机1的排出空气量比为100％，因而压缩机1的排出压力要上升。首先，控制装置4根据压力传感器9检测出的压缩机1的排出压力与控制设定值P1_0之间的偏差进行PID计算，并将其计算值输出至变换器3，使电动机2的旋转速度N减少。之后，对应于减少的电动机2的旋转速度N，根据上述式(1)对空气排出系统7的压力损失ΔP进行计算，根据上述式(2)～(4)对压缩机1的排出压力的控制范围(控制值P1，上限值P1u以及下限值P1d)进行计算。此外，根据由压力传感器9检测出的压缩机1的排出压力与上述计算的控制值P1之间的偏差进行PID计算，将其计算值输出至变换器3，并例如进一步减少电动机2的旋转速度N。如上所述，控制装置4重复进行对电动机2的旋转速度N的可调控制以及对压缩机1的排出压力的控制范围的计算。结果，电动机2的旋转速度比N/Nmax减少至20％，压缩机1的排出压力为控制值P1＝0.498MPa。此时，空气排出系统7的压力损失ΔP＝0.008MPa，空气排出系统7的末端压力被维持在0.49MPa。

之后，例如，当使用空气量比在20％到0％的范围内变化时，由于电动机2的旋转速度比N/Nmax达到下限值20％，压缩机1的排出空气量比为20％，因而压缩机1的排出压力上升至0.528MPa(此时，空气排出系统7末端压力上升至0.52MPa)。当控制装置4判定：由压力传感器9检测出的压缩机1的排出压力在无负载开始压力(在本实施方式中，根据电动机2的旋转速度比N/Nmax＝0.2计算的压缩机1的排出压力的上限值P1u＝0.528MPa)以上时，对控制阀13进行控制并驱动吸入节流阀5，切换成压缩机1的无负载运转。

另外，若压缩机1的无负载运转持续进行，由于压缩机1的排出空气量比为0％，因而压缩机1的排出压力下降至0.498MPa。当控制装置4判定：由压力传感器9检测出的压缩机1的排出压力在负载回复压力(在本实施方式中，根据电动机2的旋转速度比N/Nmax＝0.2计算的压缩机1的排出压力的控制值P1＝0.498MPa)以下时，对控制阀13进行控制并开放吸入节流阀5，切换成压缩机1的负载运转。

另外，例如，尽管使用空气量比不为0％，由于当停止压缩机1时，压缩机1的排气量比为0％，因而压缩机1的排出压力下降至0.46MPa(此时，空气排出系统7的末端压力下降至0.46MPa)。当控制装置4判定：由压力传感器9检测出的压缩机1的排出压力在运转回复压力(在本实施方式中，根据电动机2的旋转速度比N/Nmax＝0计算的压缩机1的排出压力的下限值P1d＝0.46MPa)以下时，再次开始压缩机1的运转。

如上所示，在本实施方式中，控制装置4根据电动机2的旋转速度对空气排出系统7的压力损失ΔP进行计算，并据此，以使空气排出系统7下游侧位置15b的末端压力处于规定范围(在本实施方式中为0.46MPa～0.52MPa)的方式而变更压缩机1的排出压力的控制范围。另外，以使经压力传感器9检测出的压缩机1的排出压力处于变更后的控制范围内的方式而通过变换器3对电动机2的旋转速度进行可调控制。由此，能够将空气排出系统7的末端压力保持在规定范围内，同时还能够将压缩机1的电力控制在最小而获得节能效果。另外，在本实施方式中，根据电动机2的旋转速度对压缩机1的排出压力的控制范围进行变更的功能，和根据压缩机1的排出压力而对电动机2的旋转速度进行可调控制的功能，这两个功能相互作为反馈控制功能而作用，因而能够提高压缩机1的排出压力以及电动机2的旋转速度的收敛性。其结果，能够稳定空气排出系统7的末端压力亦即供给压力。因此，在本实施方式中，能够在获得节能效果的同时提高供给压力的稳定性。

此外，在上述第一实施方式中，控制装置4以当压缩机1的无负载运转时，将电动机2的旋转速度比N/Nmax＝0.2代入上述式(1)中而计算空气排出系统7的压力损失ΔP为例进行了说明，但不限于此。即，例如，控制装置4也可以对应于切换成压缩机1的无负载运转，将代入上述式(1)的电动机2的旋转速度比从N/Nmax＝0.2置换成0并进行计算。此时，可以获得与上述同样的效果。

以下，参照图3和图4对本发明的第二实施方式进行说明。本实施方式是具有多个压缩机单元的实施方式。

图3是表示本实施方式的压缩空气制造设备的整体构成概略图。此外，对与上述第一实施方式等同的部分赋予同样的编号并省略说明。

在图3中，本实施方式的压缩空气制造设备例如包括两个压缩机单元14A、14B，该压缩机单元14A、14B与上述压缩机14一样分别包括：压缩空气的压缩机1、驱动该压缩机1的电动机2、对该电动机2的旋转速度进行可调控制的变换器3、对该变换器3进行控制的控制装置4、设置在压缩机1吸入侧的吸入节流阀5、以及设置在该吸入节流阀5上游侧的将大气中的粉尘等除去的吸入过滤器6。

在压缩机单元14A、14B的压缩机1的排出侧分别连接有排出配管16A、16B，排出配管16A、16B上分别设置有单向阀8、以及对设置在该单向阀8下游侧的压缩机1的排出压力进行检测的压力传感器9(压力检测模块)。排出配管16A、16B与供给配管17以合流的方式连接，供给配管17上设置有具有充分容量的空气槽10、以及配置在该空气槽10下游侧的去除压缩空气中的粉尘等的空气过滤器11。另外，上述排出配管16A、16B以及供给配管17构成排气系统18。此外，在本实施方式中，从排气系统18中的压缩机单元14A的压力传感器9的检测位置19a(上游侧位置)到下游侧位置19b为止的压力损失、和从压缩机单元14B的压力传感器9的检测位置19c(上游侧位置)到下游侧位置19b为止的压力损失基本相等，统称为排气系统18的压力损失ΔP。

另外，还设置有对压缩机单元14A、14B的控制装置4进行集中控制的外部控制装置20。该外部控制装置20采取以下运转方式，即：对电动机2的旋转速度进行可调控制而使压缩机单元14A、14B中任一个压缩机单元(以后称可调速侧压缩机单元)运转，同时，使另一个压缩机单元(以后称定速侧压缩机单元)，在仅以可调速侧压缩机单元的排气量无法补充时，切换成以电动机2的旋转速度为上限值的全负荷运转状态，当仅以可调速侧压缩机单元的排气量可以补充时，切换成停止运转状态。另外，外部控制装置20将可调速侧压缩机单元与定速侧压缩机单元以规定的周期相互交替运转。其结果，例如，即使可调速侧压缩机单元频繁运转时，压缩机单元14A、14B的运转时间也能被平均化。另外，例如，当由于某种原因压缩机单元14A、14B中任一个出现故障时，被控制成切换至正常压缩机单元单独运转的形式。

另外，作为本实施方式的一大特点，外部控制装置20根据压缩机单元14A的电动机2的旋转速度Na以及压缩机单元14B的电动机2的旋转速度Nb对排气系统18的压力损失ΔP进行计算，并据此，以使排气系统18下游侧位置19b的末端压力处于规定范围内的方式而变更可调速侧压缩机单元中的压缩机1的排出压力的控制范围。以下，对其内容进行详细说明。

排气系统18的压力损失ΔP与压缩机单元14A、14B总的排气量的二次方成正比。外部控制装置20例如对压缩机单元14A、14B的最大总排出空气量(换言之，压缩机单元14A的电动机2的最大旋转速度Na_max以及压缩机单元14B的电动机2的最大旋转速度Nb_max)时的排气系统18的最大压力损失ΔPmax进行预先设定存储，如式(5)所示，通过将排气系统18的最大压力损失ΔPmax和分别与压缩机单元14A、14B的排出空气量比相当的电动机2的旋转速度比Na/Na_max、Nb/Nb_max的平均值的二次方相乘，来计算排气系统18的压力损失ΔP。

ΔP＝ΔPmaxX{(Na/Na_max+Nb/Nb_max)/2}²…(5)

另外，例如，当对压缩机单元14A的电动机2的旋转速度Na进行可调控制时，压缩机单元14A的排出压力的控制值P1变为在末端压力的规定控制值P2上加上上述压力损失ΔP的数值(参照上述式(2))。另外，压缩机单元14A的排出压力的上限值P1u变为在末端压力的规定上限值P2u上加上上述压力损失ΔP的数值(参照上述式(3))。另外，压缩机单元14A的排出压力的下限值P1d变为在末端压力的规定下限值P2d上加上上述压力损失ΔP的数值(参照上述式(4))。

同样，例如，当对压缩机单元14B的电动机2的旋转速度进行可调控制时，压缩机单元14B的排出压力的控制值P1变为在末端压力的规定控制值P2上加上压力损失ΔP的数值(参照上述式(2))。另外，压缩机单元14B的排出压力的上限值P1u变为在末端压力的规定上限值P2u上加上压力损失ΔP的数值(参照上述式(3))。另外，压缩机单元14B的排出压力的下限值P1d变为在末端压力的规定下限值P2d上加上上述压力损失ΔP的数值(参照上述式(4))。

另外，可调速侧压缩机单元的控制装置4采用以下方式进行控制，即：以使由压力传感器9检测出的压缩机1的排出压力处于由外部控制装置20计算的控制范围内的方式而对电动机2的旋转速度N通过变换器3进行可调控制。

以下对本实施方式的压缩空气制造设备的运转以及作用效果进行说明。图4是表示本实施方式中使用空气量比、压缩机单元14A、14B中压缩机1的排出压力、压缩机单元14A的电动机2的旋转速度比Na/Na_max以及压缩机单元14B的电动机2的旋转速度比Nb/Nb_max的随时间变化的时序图。此外，压缩机单元14A的电动机1的排出压力显示于区块(block)A～G中，压缩机单元14B的电动机1的排出压力显示于区块H～M中。

图4中，压缩机单元14A、14B中压缩机1的排出压力的规定控制设定值被设定为P1＝0.69MPa，规定的上限设定值被设定为P1u_0＝0.72MPa，规定的下限设定值被设定为P1d_0＝0.66MPa，排气系统18的最大压力损失被设定为ΔPmax＝0.2MPa。另外，供给目的地的空气使用量比以及压缩机单元14A、14B的总排出空气量比以各个压缩机单元的最大排气量为基准(100％)表示。

首先，针对使用空气量比从200％变为0％时，使压缩机单元14A的电动机2进行可调控制的情形进行说明。

当使用空气量比为200％时，压缩机单元14A、14B的电动机2的旋转速度比Na/Na_max、Nb/Nb_max分别为100％，压缩机单元14A、14B的排出空气量比分别为100％。此时，排气系统18的压力损失ΔP＝ΔP_max＝0.2MPa。另外在压缩机单元14A中，压缩机1的排出压力被维持在规定的控制设定值P1_0＝0.69MPa，排气系统18末端压力被维持在0.49MPa。

当使用空气量比从200％变为120％时(图4中A区块)，由于最初压缩机单元14A、14B总的排出空气量比为200％，因而压缩机单元14A中的压缩机1的排出压力要上升。因此，首先，压缩机单元14A的控制装置4根据由压力传感器9检测的压缩机1的排出压力与控制设定值P1_0之间的偏差而进行PID计算，其计算值被输出至变换器3而使电动机2的旋转速度Na减少。之后，外部控制装置20从压缩机单元14A、14B的控制装置4获得电动机2的旋转速度Na、Nb，对应于上述电动机2的旋转速度Na、Nb，根据上述式(5)对排气系统18的压力损失ΔP进行计算，根据上述式(2)～(4)对压缩机单元14A的压缩机1的排出压力的控制范围(控制值P1、上限值P1u以及下限值P1d)进行计算。之后，压缩机单元14A的控制装置4根据由压力传感器9检测到的压缩机1的排出压力与由外部控制装置20计算的控制值P1之间的偏差进行PID计算，将其计算值输出至变换器3，例如，进一步减少电动机2的旋转速度Na。如上所述，压缩机单元14A的控制装置4的电动机2的旋转速度Na的可调控制以及外部控制装置20的压缩机1的排出压力的控制范围的计算重复进行。结果，压缩机单元14A的电动机2的旋转速度比Na/Na_max减少至20％，压缩机单元14A中压缩机1的排出压力为控制值P1＝0.56MPa。此时排气系统18的压力损失ΔP＝0.072MPa，排气系统18的末端压力被维持在0.49MPa。

当使用空气量比在120％到100％的范围内变化时(图4中B区块)，由于压缩机单元14A的电动机2的旋转速度比Na/Na_max达到下限值20％，压缩机单元14A、14B的总排出空气量比为120％，因而压缩机单元14A中的压缩机1的排出压力上升至0.592MPa(此时，排气系统18末端压力上升至0.52MPa)。当外部控制装置20判定：压缩机单元14A中的压缩机1的排出压力在无负载开始压力(在本实施方式中，根据压缩机单元14A的电动机2的旋转速度比Na/Na_max＝0.2以及压缩机单元14B的电动机2的旋转速度比Nb/Nb_max＝1计算的压缩机单元14A中压缩机1的排出压力的上限值P1u＝0.592MPa)以上时，将压缩机单元14A切换成无负载运转。

若持续进行压缩机单元14A的无负载运转(图4中C区块)，由于压缩机单元14A、14B的总排出空气量比为100％，压缩机单元14A中压缩机1的排出压力下降至0.562MPa。外部控制装置20对压缩机单元14A中压缩机1的排出压力到达负荷回复压力(在本实施方式中，根据压缩机单元14A的电动机2的旋转速度比Na/Na_max＝0.2以及压缩机单元14B的电动机2的旋转速度比Nb/Nb_max＝1计算的压缩机单元14A中压缩机1的排出压力控制值P1＝0.562MPa)为止时的无负载运转时间进行计算，当无负载运转时间超过规定时间时，在停止压缩机单元14B的电动机2的运转时，将压缩机单元14A的电动机2的旋转速度比Na/Na_max切换成100％。

当使用空气量比继续为100％时(图4中D区块)，压缩机单元14A的控制装置4的电动机2的旋转速度Na的可调控制和外部控制装置20的压缩机1的排出压力的控制范围的计算重复进行，压缩机单元14A中压缩机1的排出压力控制值为P1＝0.54MPa。此时，排气系统18的压力损失ΔP＝0.05MPa，排气系统18的末端压力被维持在0.49MPa。

当使用空气量比从100％变为20％时(图4中E区块)，压缩机单元14A的控制装置4的电动机2的旋转速度Na的可调控制和外部控制装置20的压缩机1的排出压力的控制范围的计算重复进行，压缩机单元14A的电动机2的旋转速度比Na/Na_max下降至20％，压缩机单元14A中压缩机1的排出压力控制值为P1＝0.492MPa。此时，排气系统18的压力损失ΔP＝0.002MPa，排气系统18的末端压力被维持在0.49MPa。

当使用空气量比在20％到0％的范围内变化时(图4中F区块)，由于压缩机单元14A的电动机2的旋转速度比Na/Na_max达到下限值20％，压缩机单元14A、14B的总排出空气量比为20％，因而压缩机单元14A中的压缩机1的排出压力上升至0.522MPa(此时，排气系统18末端压力上升至0.52MPa)。当外部控制装置20判定：压缩机单元14A中由压力传感器9检测出的压缩机1的排出压力在无负载开始压力(在本实施方式中，根据压缩机单元14A的电动机2的旋转速度比Na/Na_max＝0.2以及压缩机单元14B的电动机2的旋转速度比Nb/Nb_max＝0计算的压缩机单元14A中压缩机1的排出压力的上限值P1u＝0.522MPa)以上时，将压缩机单元14A切换成无负载运转。

若持续进行压缩机单元14A的无负载运转(图4中G区块)，由于压缩机单元14A、14B的总排出空气量比为0％，压缩机单元14A中压缩机1的排出压力下降至0.492MPa。外部控制装置20对压缩机单元14A中由压力传感器9检测的压缩机1的排出压力到达负载回复压力(在本实施方式中，根据压缩机单元14A的电动机2的旋转速度比Na/Na_max＝0.2以及压缩机单元14B的电动机2的旋转速度比Nb/Nb_max＝0计算的压缩机单元14A中压缩机1的排出压力控制值P1＝0.492MPa)为止时的无负载运转时间进行计量，当无负载运转时间超过规定时间时，停止压缩机单元14A的电动机2的运转。

以下，针对使用空气量比从0％变为200％时，使压缩机单元14B的电动机2进行可调控制的情形进行说明。

当使用空气量比从0％变为20％时(图4中H区块)，由于压缩机单元14A、14B总的排出空气量比为0％，因而压缩机单元14B中的压缩机1的排出压力下降至0.46MPa(此时，排气系统18末端压力下降至0.46MPa)。当外部控制装置20判定：对压缩机单元14B中压缩机1的排出压力在运转回复压力(在本实施方式中，对应于压缩机单元14A的电动机2的旋转速度比Na/Na_max＝0以及压缩机单元14B的电动机2的旋转速度比Nb/Nb_max＝0计算的压缩机单元14B中压缩机1的排出压力下限值P1d＝0.46MPa)以上时，使压缩机单元14B的电动机2的旋转速度比Nb/Nb_max作为20％进行驱动。

若使用空气量比继续为20％(图4中I区块)，压缩机单元14B的控制装置4的电动机2的旋转速度Nb的可调控制和外部控制装置20的压缩机1的排出压力的控制范围的计算重复进行，压缩机单元14B中压缩机1的排出压力控制值为P1＝0.492MPa。此时，排气系统18的压力损失ΔP＝0.002MPa，排气系统18的末端压力被维持在0.49MPa。

若使用空气量比从20％变为100％(图4中J区块)，压缩机单元14B的控制装置4的电动机2的旋转速度Nb的可调控制和外部控制装置20的压缩机1的排出压力的控制范围的计算重复进行，压缩机单元14B的电动机2的旋转速度比Nb/Nb_max增至100％，压缩机单元14B中压缩机1的排出压力控制值为P1＝0.54MPa。此时，排气系统18的压力损失ΔP＝0.05MPa，排气系统18的末端压力被维持在0.49MPa。

若使用空气量比从100％变为120％(图4中K区块)，由于压缩机单元14B的电动机2的旋转速度比Nb/Nb_max达到上限值100％，压缩机单元14A、14B总的排出空气量比为100％，因而压缩机单元14B中的压缩机1的排出压力下降至0.51MPa(此时，排气系统18末端压力下降至0.46MPa)。当外部控制装置20判定：对压缩机单元14B中由压力传感器9检测出的压缩机1的排出压力在运转回复压力(在本实施方式中，根据缩机单元14A的电动机2的旋转速度比Na/Na_max＝0以及压缩机单元14B的电动机2的旋转速度比Nb/Nb_max＝1计算的压缩机单元14B中压缩机1的排出压力下限值P1d＝0.51MPa)以下时，使压缩机单元14A的电动机2的旋转速度比Na/Na_max作为100％进行驱动的同时，将压缩机单元14B的电动机2的旋转速度比Nb/Nb_max切换成20％。

若使用空气量比继续为120％(图4中L区块)，压缩机单元14B的控制装置4的电动机2的旋转速度Nb的可调控制和外部控制装置20的压缩机1的排出压力的控制范围的计算重复进行，压缩机单元14B中压缩机1的排出压力控制值为P1＝0.562MPa。此时，排气系统18的压力损失ΔP＝0.072MPa，排气系统18的末端压力被维持在0.49MPa。

若使用空气量比从120％变为200％(图4中M区块)，压缩机单元14B的控制装置4的电动机2的旋转速度Nb的可调控制和外部控制装置20的压缩机1的排出压力的控制范围的计算重复进行，压缩机单元14B的电动机2的旋转速度比Nb/Nb_max增至100％，压缩机单元14B中压缩机1的排出压力控制值为P1＝0.69MPa。此时，排气系统18的压力损失ΔP＝0.2MPa，排气系统18的末端压力被维持在0.49MPa。

如上所示，在本实施方式中，外部控制装置20对空气排出系统7的压力损失ΔP根据压缩机单元14A、14B的电动机2的旋转速度进行计算，并据此，以使空气排出系统7下游侧位置18b的末端压力处于规定范围(在本实施方式中为0.46MPa～0.52MPa)内的方式而变更压缩机单元中压缩机1的排出压力的控制范围。另外，可调速侧压缩机单元的控制装置4以使由压力传感器9检测出的压缩机1的排出压力处于已由外部控制装置20改变的控制范围内的方式而通过变换器3对电动机2的旋转速度进行可调控制。由此，能够将空气排出系统7的末端压力保持在规定范围内，同时还能够将压缩机1的电力控制在最小而获得节能效果。另外，在本实施方式中，根据压缩机单元14A、14B中电动机2的旋转速度对可调速侧压缩机单元中的压缩机1的排出压力的控制范围进行变更的功能，和根据可调速侧压缩机单元中压缩机1的排出压力而对电动机2的旋转速度进行可调控制的功能，这两个功能相互作为反馈控制功能而作用，因而能够提高可调速侧压缩机单元中压缩机1的排出压力以及电动机2的旋转速度的收敛性。结果，能够稳定空气排出系统7的末端压力亦即供给压力。因此，在本实施方式中，与上述第一实施方式一样，能够在获得节能效果的同时提高供给压力的稳定性。

此外，在上述第二实施方式中，作为具有两台压缩机单元14A、14B的构成，以压缩机单元14A、14B均可通过变换器3对电动机2的旋转速度进行可调控制为例进行了说明，但不限于此。即，例如，作为具有三台以上压缩机单元的构成亦可。另外，也可以采取如下方式，即：多个压缩机单元中的至少一台压缩机单元，与上述压缩机单元14A、14B一样，可以通过变换器3而对电动机2的旋转速度进行可调控制，除此以外的压缩机单元将电动机2的旋转速度固定。此时，可以获得与上述实施方式二同样的效果。

另外，在上述第一和第二实施方式中，虽然未作特别说明，但设置在空气排出系统7、18上的空气过滤器11由于粉尘等的附着影响其压力损失特性随时间而变化。此处，为了解决此问题，可以将空气排出系统7、18的压力损失ΔP根据空气过滤器11的压力损失特性随时间的变化进行修正。具体的说，例如，当最大排气量时空气过滤器11的压力损失特性，例如是在30日内分别以0.01MPa增加时，通过计时功能对空气过滤器11的压力损失增加量ΔPf进行计算，将上述式(1)～(5)中最大压力损失ΔPmax上加上该压力损失增加量ΔPf而进行修正。另外，例如，对空气过滤器11进行新品更换时，将空气过滤器11的压力损失增加量ΔPf＝0进行初始化处理。此外，作为压力损失特性随时间的变化的空气排出系统的辅助器件，除空气过滤器11外，例如可以采用在润滑油式压缩机中使用的油过滤器等。在本变形例中，可以获得与上述实施方式一和实施方式二同样的效果。

以下，参照图5对本发明的第三实施方式进行说明。本实施方式采用的是可以对与多个压缩机单元连接的空气排出系统进行分割的构成形式。

图5是表示本发明压缩空气制造设备的第三种实施方式整体构成概略图。在图5中，对与上述第二实施方式等同的部分赋予同样的编号并省略说明。

在本实施方式中，空气排出系统21包括：连接在压缩机单元14A的压缩机1的排出侧，将从压缩机1排出的压缩空气供给至一个供给目的地的供给系统22A、以及连接在压缩机单元14B的压缩机1的排出侧，将从压缩机1排出的压缩空气供给至其它供给目的地的供给系统22B，在供给系统22A和22B上朝向下游侧依次分别设置有：单向阀8、压力传感器9、空气槽10以及空气过滤器11。另外，在供给配管系统22A的空气槽10的上游侧与供给配管系统22B的空气槽10的上游侧之间连接有连通配管23A，在供给配管系统22A的空气过滤器11的下游侧与供给配管系统22B的空气过滤器11的下游侧之间连接有连通配管23B，这些连通配管23A、23B上分别设置有开关阀24。此外，在本实施方式中，从空气排出系统21中压缩机单元14A的压力传感器9的检测位置25a(上游侧位置)到下游侧位置25b为止的压力损失，和从压缩机单元14B的压力传感器9的检测位置25c(上游侧位置)到下游侧位置25b为止的压力损失基本相等，总称为空气排出系统21的压力损失ΔP。

外部控制装置20进行如下运转，即：根据来自输入装置(未图示)的指令信号将控制信号输出至开关阀23，将开关阀23切换成连通、切断状态。之后，例如，当将开关阀23切换成连通状态时，进行将来自压缩机单元14A、14B的压缩空气合流并供给至供给目的地的台数控制运转，形成与上述第二实施方式同样的构成形式。即，外部控制装置20根据压缩机单元14A、14B的电动机2的旋转速度Na、Nb，对可调速侧压缩机单元中压缩机1的排出压力的控制范围进行变更。另外，可调速侧压缩机单元的控制装置4以使由压力传感器9检测出的压缩机1的排出压力处于经外部控制装置20变更的控制范围内的方式，通过变换器3对电动机2的旋转速度进行可调控制。

另外，例如，当将开关阀23切换成切断状态时，成为将来自各压缩机单元的压缩空气分别供给至各供给目的地的并列运转，各压缩机单元与上述第一实施方式同样构成。即，在各压缩机单元14A、14B中，控制装置4根据电动机2的旋转速度而对压缩机1的排出压力的控制范围进行变更，以使通过压力传感器9检测出的压缩机1的排出压力处于已变更的控制范围内的方式而通过变换器3对电动机2的旋转速度进行可调控制。

在如上所述构成的本实施方式中，与上述第一以及第二实施方式一样，可以在获得节能效果的同时提高供给压力的稳定性。另外，在本实施方式中，由于可以将空气排出系统21拆分成供给系统22A、22B，因而可以方便的与压缩空气的使用状况对应。

Claims

1.一种压缩空气制造装置，包括压缩空气的多个压缩机、分别驱动所述多个压缩机的多个电动机、以及台数控制模块，其通过变换器对对应的所述电动机的旋转速度进行可调控制而使作为所述多个压缩机中任一个的第一压缩机运转，同时，能够将除此以外的第二压缩机切换成以对应的所述电动机的旋转速度为上限值而运转的全负荷运转状态或停止状态，该压缩空气制造装置的特征在于，具有：

排出压力变更模块，根据对应于所述第一压缩机的所述电动机的旋转速度以及对应于所述第二压缩机的所述电动机的旋转速度对连接在所述第一以及第二压缩机的排出侧的空气排出系统的压力损失进行计算，并据此，以使所述空气排出系统下游侧位置的末端压力处于规定范围内的方式变更所述空气排出系统上游侧位置的所述第一压缩机的排出压力的控制范围；

压力检测模块，对所述空气排出系统上游侧位置的所述第一压缩机的排出压力进行检测；以及

旋转速度控制模块，以使由所述压力检测模块检测出的所述第一压缩机的排出压力处于已由所述排出压力变更模块变更的控制范围内的方式，通过所述变换器对与所述第一压缩机对应的所述电动机的旋转速度进行可调控制。

2.如权利要求1所示的压缩空气制造装置，其特征在于：

所述空气排出系统具有压力损失特性随时间变化的辅助器件类，所述排出压力变更模块根据所述辅助器件类的压力损失特性随时间的变化修正所述空气排出系统的压力损失。

3.如权利要求1所示的压缩空气制造装置，其特征在于：

所述空气排出系统具有：能够向各供给目的地分别供给将从各压缩机排出的压缩空气的多个供给系统；与所述多个供给系统连通的连通配管；以及可关闭所述连通配管的开关阀门。