JP6024402B2 - システム制御装置およびその制御方法、プログラム、ならびに、制御システム - Google Patents

Description

本発明は、システムの制御に関し、特に、種々の装置に圧縮空気を供給するシステムを制御するための制御装置およびその制御方法、当該システムにおいて利用されるコンピュータが実行するプログラム、ならびに、このような制御装置を備える制御システムに関する。

従来、工場等のシステムにおける消費電力の低減に関し、種々の技術が開示されている。たとえば、特許文献１（特開２００１−０３４３２３号公報）には、自己の消費電力を測定して外部へ送信する工作機械が開示されている。特許文献２（特開２００７−１４８７２６号公報）には、工場において、工程ごとに、用力負荷の推移やエネルギー消費量の推移を含むエネルギー消費を分析する装置が開示されている。

また、上記のようなシステムでは、圧縮空気送出用コンプレッサから、配管を介して、各装置に圧縮空気を供給するものがある。このようなシステムについて、コンプレッサの駆動によるエネルギ消費を抑えるための種々の技術が開示されている。たとえば、特許文献３（特開２００４−１７６６８３号公報）、特許文献４（特開２００７−２９１８７０号公報）、特許文献５（特開２０１１−２２６５８６号公報）、および、特許文献６（特開２０１２−０３１７８９号公報）には、コンプレッサの電力消費を抑えるための技術が開示されている。

特開２００１−０３４３２３号公報 特開２００７−１４８７２６号公報 特開２００４−１７６６８３号公報 特開２００７−２９１８７０号公報 特開２０１１−２２６５８６号公報 特開２０１２−０３１７８９号公報

特許文献３〜特許文献６に開示された技術では、コンプレッサに近い配管において計測された空気圧に基づいて、コンプレッサの駆動が制御される。なお、一般的なシステムでは、配管は、コンプレッサから直接的に圧縮空気を導入される主管と、当該主管から延びる枝管とを含む。そして、圧縮空気を供給される装置は、枝管に接続される。そして、従来の技術では、主管の空気圧を用いて、コンプレッサの駆動が制御されていた。

このような従来の技術によれば、枝管や当該枝管に接続された装置において十分な空気圧が保たれるように、主管の空気圧は、必要な空気圧に対して多少の余裕を持つように制御される必要がある。また、上記のような装置のオペレータや管理者は、当該装置を利用していないときであっても、当該装置に供給される空気圧が低減された場合に、当該装置を含む作業環境に何らかの不具合が生じることを懸念する場合が多い。

以上のように、上記のような圧縮空気を供給するシステムでは、コンプレッサの駆動のための電力消費を抑えることを困難にする事情が依然として残されている。

本発明は、かかる実情に鑑み考え出されたものであり、その目的は、コンプレッサから装置に圧縮空気を供給するシステムにおける当該コンプレッサの駆動電力の低減に寄与することである。

ある局面に従うと、圧縮空気を供給するコンプレッサに接続された幹線と、幹線に接続された枝管と、枝管に接続され圧縮空気を供給される対象物と、幹線内の圧力である元圧に基づいてコンプレッサの駆動を制御する駆動装置とを備えるシステムを制御するためのシステム制御装置が提供される。システム制御装置は、元圧についての制御目標と、当該制御目標に従って駆動装置がコンプレッサを駆動したときの消費エネルギ量との関係である、第１の関係を記憶する記憶手段と、制御目標と、当該制御目標に従って駆動装置がコンプレッサを駆動したときの枝管内の圧力である枝圧との関係である、第２の関係を取得する取得手段と、元圧についての第１の基準値および枝圧についての第２の基準値の入力を受け付ける入力手段と、第２の関係に基づいて、第２の基準値以上の枝圧を維持するためのコンプレッサの制御目標である新規制御目標を決定する決定手段と、第１の基準値に従って駆動装置がコンプレッサを駆動したときの消費エネルギ量と、新規制御目標に従って駆動装置がコンプレッサを駆動したときの消費エネルギ量との差を算出する差分算出手段と、新規制御目標および差に関連する情報を表示する表示手段とを備える。

好ましくは、システム制御装置は、駆動装置が制御目標でコンプレッサを駆動している期間、枝管内の圧力の連続的な計測結果を蓄積する蓄積手段と、枝圧の計測結果の安定性の指標を、時系列の複数の計測結果に基づいて連続的に導出し、さらに、計測結果と指標とに基づいて計測結果が変化することが予測される範囲である予測範囲を導出するための導出手段とをさらに備える。第２の関係は、制御目標と、当該制御目標に対応する枝管内の圧力の計測結果に対する予測範囲における最小値との関係である。

好ましくは、入力手段は、計測結果が到達する確率の入力をさらに受け付ける。導出手段は、入力された確率に対応する指標および予測範囲を導出する。

好ましくは、幹線には、２以上の枝管が接続される。決定手段は、２以上の枝管のうち、制御目標に従って駆動装置がコンプレッサを駆動したときの枝圧が最も低い枝管の枝圧を第２の基準値以上で維持するための新規制御目標を決定する。

他の局面に従うと、圧縮空気を供給するコンプレッサに接続された幹線と、幹線に接続された枝管と、枝管に接続され圧縮空気を供給される対象物と、幹線内の圧力である元圧に基づいてコンプレッサの駆動を制御する駆動装置とを備えるシステムを制御するための制御装置の制御方法が提供される。制御方法は、当該制御装置のコンピュータが、元圧についての制御目標と、当該制御目標に従って駆動装置がコンプレッサを駆動したときの消費エネルギ量との関係である、第１の関係を記憶するステップと、制御目標と、当該制御目標に従って駆動装置がコンプレッサを駆動したときの枝管内の圧力である枝圧との関係である、第２の関係を取得するステップと、元圧についての第１の基準値および枝圧についての第２の基準値の入力を受け付けるステップと、第２の関係に基づいて、第２の基準値以上の枝圧を維持するためのコンプレッサの制御目標である新規制御目標を決定するステップと、第１の基準値に従って駆動装置がコンプレッサを駆動したときの消費エネルギ量と、新規制御目標に従って駆動装置がコンプレッサを駆動したときの消費エネルギ量との差を算出するステップと、新規制御目標および差に関連する情報を表示するステップとを含む。

さらに他の局面に従うと、圧縮空気を供給するコンプレッサに接続された幹線と、幹線に接続された枝管と、枝管に接続され圧縮空気を供給される対象物と、幹線内の圧力である元圧に基づいてコンプレッサの駆動を制御する駆動装置とを備えるシステムを制御するためのコンピュータが実行可能なプログラムが提供される。プログラムは、コンピュータに、元圧についての制御目標と、当該制御目標に従って駆動装置がコンプレッサを駆動したときの消費エネルギ量との関係である、第１の関係を記憶するステップと、制御目標と、当該制御目標に従って駆動装置がコンプレッサを駆動したときの枝管内の圧力である枝圧との関係である、第２の関係を取得するステップと、元圧についての第１の基準値および枝圧についての第２の基準値の入力を受け付けるステップと、第２の関係に基づいて、第２の基準値以上の枝圧を維持するためのコンプレッサの制御目標である新規制御目標を決定するステップと、第１の基準値に従って駆動装置がコンプレッサを駆動したときの消費エネルギ量と、新規制御目標に従って駆動装置がコンプレッサを駆動したときの消費エネルギ量との差を算出するステップと、新規制御目標および差に関連する情報を表示するステップとを実行させる。

別の局面に従うと、上記したようなシステム制御装置と、上記したような駆動装置とを備える制御システムが提供される。制御システムでは、システム制御装置は、決定手段が決定した新規制御目標を駆動装置に送信するための送信手段をさらに含み、駆動装置は、コンプレッサの駆動制御についての目標値を、新規制御目標に更新する。

ある局面に従うと、システム制御装置は、基準値以上の枝圧を維持するためのコンプレッサの制御目標である新規制御目標を決定し、入力された基準値に従って駆動装置がコンプレッサを駆動したときの消費エネルギ量と、新規制御目標に従って駆動装置がコンプレッサを駆動したときの消費エネルギ量との差を算出する。そして、システム制御装置は、
新規制御目標と、上記差に関連する情報とを、表示する。

これにより、システムの管理者に、基準値以上の枝圧が維持される制御目標の一例として新規制御目標が提供され、さらに、制御目標が新規制御目標に変更された場合の消費エネルギ量の差に関連する情報が提供される。

システム制御装置の制御対象となるシステムの構成の概要を示す図である。 試験稼働において、幹線の内圧の制御目標を変化させた際の、枝管の内圧の変化の一例を示す図である。 コントローラが新規制御目標を決定するために利用するデータの一例を模式的に示す図である。 試験稼働の結果として表示される画面の一例を示す図である。 内圧の計測結果の予測範囲の一例を示す図である。 コントローラのハードウェア構成を模式的に示す図である。 コントローラの機能構成を模式的に示す図である。 コントローラのハードウェア構成を模式的に示す図である。 図４に示されたような情報の提示のために、コントローラが実行する処理のフローチャートである。 試験稼働における、制御目標のパターンの一例を示す図である。

以下、システム制御装置の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、同一の構成要素には各図において同一の符号を付し、詳細な説明は繰返さない。

［システムの概要］
図１は、システム制御装置の制御対象となるシステムの構成の概要を示す図である。図１を参照して、当該システムの構成の概要を説明する。

図１のシステムは、供給設備１０００と、消費設備２０００とを含む。消費設備２０００は、圧縮空気の供給を受けて、製品の製造や研磨等の処理を行う設備８０１〜８０３を含む。供給設備１０００は、設備８０１〜８０３に供給される圧縮空気を生成するコンプレッサ６０１〜６０４を含む。

供給設備１０００は、コンプレッサ６０１〜６０４において生成された圧縮空気は、配管９００を介して、タンク５００で貯蔵される。タンク５００に貯蔵された圧縮空気は、幹線９１０を介して、消費設備２０００へと送られる。幹線９１０には、当該幹線９１０内の圧力を計測するためのセンサ７０１が設けられている。供給設備１０００において、制御盤４００は、センサ７０１の計測結果に基づいて、幹線９１０内の圧力を当該幹線９１０の制御目標で維持するために、コンプレッサ６０１〜６０４を駆動する。制御盤４００は、たとえば、センサ７０１の計測結果を利用し、ＰＩＤ（Proportinal Integral Differential）制御により、コンプレッサ６０１〜６０４を駆動する。

制御盤４００は、センサ７０１の計測結果に基づいて、コンプレッサ６０１〜６０４の中のコンプレッサの駆動台数を決定する場合もある。より具体的には、制御盤４００は、幹線９１０内の圧力が低くなると、コンプレッサ６０１〜６０４のうち駆動させるコンプレッサの台数を増加させ、幹線９１０内の圧力が高くなると、駆動させるコンプレッサの台数を低減させる。

消費設備２０００には、幹線９１０から各設備８０１〜８０３へと圧縮空気を送るための枝管９１１〜９１３が設けられている。幹線９１０は、たとえば施設のダクト内に設けられている。枝管９１１〜９１３は、当該ダクトから施設内の設備へと引き出された配管として構成される。一般的に、枝管９１１〜９１３の径（１０ｍｍ程度）は、幹線９１０の径（５０ｍｍ程度）よりも小さく構成される。

枝管９１１〜９１３のそれぞれには、各枝管内の圧力を計測するための圧力センサ７１１〜７１３、および、設備８０１〜８０３のそれぞれへの圧縮空気の供給量を調整するためのバルブ７３１〜７３３が設けられている。幹線９１０の、バルブ７３１〜７３３よりも上流側（供給設備１０００に近い側）に、供給設備１０００から消費設備２０００への圧縮空気の供給量を調整するためのバルブ７２１が設けられている。

消費設備２０００には、さらに、コントローラ１００とコントローラ２００とが設けられている。コントローラ１００は、圧力センサ７１１〜７１３の計測結果等に基づいて、幹線９１０の圧力についての制御目標の提示等を行う。コントローラ２００は、コントローラ１００を介して圧力センサ７１１〜７１３のそれぞれの計測結果を受信し、当該計測結果に基づいて、バルブ７２１およびバルブ７３１〜７３３のそれぞれの開閉動作を制御する。

コントローラ１００は、幹線９１０の圧力についての種々の制御目標と、各制御目標に要するエネルギ量との関係を格納している。より具体的には、図１のシステムでは、たとえば試験稼働の際に、幹線９１０内の圧力の制御目標をいくつか選択し、各制御目標に従って、コンプレッサ６０１〜６０４が駆動される。コントローラ１００には、当該試験稼働における各制御目標での駆動の際のコンプレッサ６０１〜６０４において消費されるエネルギ量（または当該エネルギ量の指標となる値）が格納される。

本実施の形態において、試験稼働が実行される期間は、システムが新規に利用を開始される時に限定されない。稼働中のシステムについて、生産が予定されていない期間等、稼働を停止することができる期間中に実行される場合もあり得る。

また、コントローラ１００には、当該試験稼働における各制御目標での駆動の際の、圧力センサ７１１〜７１３の計測結果が格納される。

そして、コントローラ１００は、圧力センサ７１１〜７１３の計測結果に基づいて、枝管９１１〜９１３のそれぞれに対して求められる最低限の圧力を実現するための制御目標（新規制御目標）を決定する。また、コントローラ１００は、制御目標の基準値の入力を受け付ける。そして、コントローラ１００は、上記のように決定した新規制御目標と、入力を受け付けた制御目標の基準値のそれぞれについて、消費エネルギ量またはその指標を取得する。そして、決定した新規制御目標、予め入力されていた制御目標の基準値、および、これらの差、ならびに、これらの消費エネルギ量の差またはこれらの指標の差を、表示する。

コントローラ１００は、表示装置を備えていてもよいし、備えていなくともよい。コントローラ１００は、上記表示を、当該コントローラ１００に備えられた表示装置で行ってもよいし、他の機器において行ってもよい。本実施の形態では、コントローラ１００は、パーソナルコンピュータ（以下、「ＰＣ」と略す）３００と通信可能である。そして、コントローラ１００は、ＰＣ３００のディスプレイ（後述するモニタ３００Ａ）において上記表示を行ってもよい。

コントローラ１００は、決定した新規制御目標を制御盤４００へ送信することが好ましい。この場合、制御盤４００は、コントローラ１００が決定した新規制御目標で、コンプレッサ６０１〜６０４の駆動を制御する。

また、コントローラ１００は、枝管９１１〜９１３の中の少なくとも一つについて、内圧の計測結果を、コントローラ２００へ送信することが好ましい。コントローラ２００は、受信した枝管の内圧に基づいて、当該内圧について予め設定された最低限の圧力以上となるように、バルブ７２１およびバルブ７３１の開閉度合いを調整する。

［新規制御目標の決定］
図２および図３は、コントローラ１００が上記したように新規制御目標を決定するために利用するデータの一例を模式的に示す図である。図２は、試験稼働において、幹線９１０の内圧の制御目標を変化させた際の、枝管９１１，９１２のそれぞれの内圧の変化の一例を示す図である。図３は、試験稼働において幹線９１０についての制御目標を変化させた際の、供給設備１０００におけるコンプレッサ６０１〜６０４の駆動に要するエネルギ量の指標の変化を示す図である。図２および図３では、圧力Ｐ１〜Ｐ４の４種類の制御目標下での結果が示されている。図３では、エネルギ量の指標の一例として、１立方メートルの空気を圧縮するのに要する動力（電力量）が示されている。以下の説明では、枝管９１１と枝管９１２に設備が接続されている例について、説明する。

試験稼働の際、図１のシステムにおいて、制御盤４００は、まず、上記４種類の制御目標のうち圧力Ｐ１で幹線９１０の内圧が調整されるように、コンプレッサ６０１〜６０４を駆動する。このとき、バルブ７３１〜７３３の開閉の度合いは、設備８０１〜８０３が稼働を停止している際の一般的な状態とされている。制御目標を圧力Ｐ１として一定の時間稼働を行った後、制御盤４００は、同様に、制御目標を圧力Ｐ２〜Ｐ４のそれぞれに設定して、一定の時間ごと、コンプレッサ６０１〜６０４を稼働する。

コントローラ１００は、各制御目標下で、圧力センサ７１１〜７１３のそれぞれの計測結果を取得し、当該計測結果に基づいてその特徴値を取得する。特徴値とは、圧力センサ７１１〜７１３のそれぞれの計測結果の特徴を表す値であって、計測結果そのものの場合もあれば、計測結果の平均値（移動平均値等）であってもよいし、当該計測結果の変化が予測される範囲での最低値であってもよい。計測結果の変化が予測される範囲の求め方の詳細について、後述する。

上記のように特徴値を取得することにより、コントローラ１００は、図２に示されたような、枝管の内圧（の特徴値）と制御目標との関係を取得する。図２から理解されるように、制御目標が上昇すれば、各枝管の内圧（の特徴値）も上昇する。

また、コントローラ１００は、各制御目標下でのコンプレッサ６０１〜６０４の消費電力量を取得することにより各制御目標下での消費電力量の指標を取得し、これにより、図３に示されたような、エネルギ量の指標と制御目標との関係を取得する。

コントローラ１００は、図２に示されたように、枝管９１１〜９１２のそれぞれについての内圧と制御目標との関係を取得した後、枝管９１１と枝管９１２のうち、内圧（の特徴値）が最も低い枝管を特定し、さらに、このように特定した枝管について予め定められた最低レベルの内圧の値を取得する。ここで取得された内圧の値を、本明細書では、以降、「管理目標」とも呼ぶ。内圧が最も低い枝管が特定されることにより、コントローラ１００は、システムにおいて最も内圧低下の危険性があると推定される枝管（および、そのうな枝管に接続された設備）の状態に基づいて、制御目標を設定することができる。

コントローラ１００は、管理目標を取得すると、図２に示されたような関係に基づいて、当該管理目標に対応する新規制御目標を決定する。より具体的には、当該管理目標と同じ値の特徴値（または、当該管理目標以上の一番小さい特徴値）に対応する新規制御目標を決定する。

次に、コントローラ１００は、図３に示されたような関係に基づいて、新規制御目標に対応するエネルギ量指標を取得する。

一方、コントローラ１００は、幹線９１０内の圧力の標準的な制御目標（第１の基準値）を取得する。第１の基準値は、たとえば、外部から入力される。そして、コントローラ１００は、図３に示されたような関係に基づいて、第１の基準値に対応するエネルギ量指標を取得し、さらに、第１の基準値に対応するエネルギ量指標と、（管理目標を満たすように）上記のように決定した新規制御目標に対応するエネルギ量指標との差を算出する。そして、コントローラ１００は、上記のように決定した新規制御目標、第１の基準値、上記のように算出したエネルギ量指標の差の少なくとも一つを、ＰＣ３００に表示する。

上記のようなコントローラ１００の処理内容の一例をより具体的に説明すると、たとえば、図１のシステムの管理者は、これまで、幹線９１０内の圧力を特定の圧力（たとえば、０．６５ＭＰａ（メガパスカル））で設定していた。そして、管理者は、上記第１の基準値として、０．６５ＭＰａを入力し、また、システムの試験稼働の際、「０．５５ＭＰａ」「０．６０ＭＰａ」「０．６５ＭＰａ」「０．７０ＭＰａ」の４種類の制御目標のそれぞれについて、枝管９１１，９１２の内圧の特徴値を取得した。このとき、制御目標を０．５５ＭＰａまで低下させても、枝管９１２の内圧の特徴値は、管理目標を以上を維持していたとする。この場合、当該試験稼働の結果として、コントローラ１００は、制御目標０．６５ＭＰａに対応するエネルギ量指標と、制御目標０．５５ＭＰａに対応するエネルギ量指標の差を算出する。そして、コントローラ１００は、当該差を、ＰＣ３００に表示させる。図４は、試験稼働の結果として表示される画面の一例を示す図である。

図４を参照して、画面３０１には、「省エネのご提案」というタイトルとともに、「装置停止時に、設定圧を０．５５ＭＰａまで低下させれば、」「１ｍ^３ごとに、１時間あたり、ＷＡｋｗｈ節電でき、ＸＡ円経費を削減できます。」というメッセージが表示されている。このメッセージは、試験稼働の結果から、制御目標を０．６５ＭＰａから０．５５ＭＰａまで低下させても、システムを安全に維持できる、つまり、枝管９１２の内圧の特徴値が管理目標を下回らないことを伝えるとともに、制御目標を低下させることによる削減される消費電力量の概算値、および、削減される経費の概算量を提示する。

コントローラ１００は、消費電力量の概算値として、上記のように算出したエネルギ量指標の差を表示する。また、コントローラ１００は、削減される経費の概算量として、エネルギ量指標の差に対応する電気料金を表示する。コントローラ１００には、たとえば１ｋＷｈあたり１．５円，１．８円等、予め単位電気量あたりの電気料金が設定されている。そして、コントローラ１００は、上記したエネルギ量指標の差として、単位時間あたりの電気量の差を取得した場合、当該差と単位電気量あたりの電気料金との積を、削減される経費の概算量として表示する。

［特徴値の算出］
上記したように、試験稼働における制御目標と枝管９１１，９１２の内圧とが図２に示されるように関連付けるとき、内圧として、内圧の計測結果の変化が予測される範囲（以下、単に「内圧の予測範囲」ともいう）の最低値が採用される場合がある。図５は、内圧の計測結果の予測範囲の一例を示す図である。以下、図５を参照して、内圧の予測範囲の設定方法を説明する。

図５には、実線で線ＬＤが記載されている。また、線Ｌ３、線Ｌ４、線Ｌ５、および線Ｌ６のそれぞれが互いに種類の異なる破線で記載されている。図５のグラフの横軸は、内圧が計測された時刻を表す。縦軸は、内圧を表す。線ＬＤは、計測結果を表す。線Ｌ３、線Ｌ４、線Ｌ５、および線Ｌ６は、それぞれ、予測範囲の下限を表す。上限は、線ＬＤによって表される。つまり、図５には、上限を線ＬＤとする４種類の予測範囲が示されている。

予測範囲の下限は、たとえば、計測結果の予め定められた設定期間における移動平均μから、当該設定期間における状態データの移動偏差σを差し引くことによって導出される。線Ｌ３、線Ｌ４、線Ｌ５、および線Ｌ６は、それぞれ、３σ、４σ、５σ、６σを用いて導出された予測範囲であり、それぞれ次の式（１）〜式（４）に従って導出される。

線Ｌ３＝μ−３σ …（１）
線Ｌ４＝μ−４σ …（２）
線Ｌ５＝μ−５σ …（３）
線Ｌ６＝μ−６σ …（４）
図５に示された例では、線ＬＤと、線Ｌ３、線Ｌ４、線Ｌ５、または線Ｌ６のそれぞれの線との間の内圧の範囲が、線Ｌ３、線Ｌ４、線Ｌ５、または線Ｌ６のそれぞれの線で示される予測範囲である。本実施の形態の予測範囲は、枝管の内圧が低下することが予測される範囲を示す。

線Ｌ３、線Ｌ４、線Ｌ５、線Ｌ６は、互いに、移動偏差σの係数が異なる。線Ｌ３、線Ｌ４、線Ｌ５、および線Ｌ６のうち、図５に示されたすべての時間範囲において、移動偏差σの係数が負に大きくなるほど、予測範囲が内圧の低い値まで広がっている。つまり、係数「−６」に対応する線Ｌ６は、最も低い値を取っている。本実施の形態では、移動偏差σの係数を大きくすることにより、より大きなリスクを含む予測範囲を導出することができる。

本実施の形態では、図２に示されたような関係では、内圧の特徴値として、予測範囲における最低の値（つまり、線Ｌ３〜線Ｌ６のいずれかの線上の値）が採用される場合があり得る。この場合、元圧の制御目標は、試験稼働における枝管の内圧そのものの値ではなく、当該枝管の内圧の変化が予測される範囲の値に基づいて、設定される。したがって、枝管の内圧が上記「管理目標」以上を保つことをより高い確率で保証した上で、制御目標の低減を提案することができる。

［コントローラ１００のハードウェア構成］
図６は、コントローラ１００のハードウェア構成を模式的に示す図である。

図６を参照して、コントローラ１００は、コントローラ１００全体を制御するための演算装置であるＣＰＵ（Central Processing Unit）１０と、ＣＰＵ１０で実行されるプログラムなどを記憶するためのＲＯＭ（Read Only Memory）１１と、ＣＰＵ１０でプログラムを実行する際の作業領域として機能するためのＲＡＭ（Random Access Memory）１２と、圧力センサ７１１〜７１３からの計測結果の受信や制御盤４００およびコントローラ２００対するデータの送信などの通信を行なうモデム等により実現される通信装置１８と、ＰＣ３００のモニタ３００Ａに画像データが送信される際のインターフェースである表示用インターフェース１４と、コントローラ１００に対する操作入力を受付けるための操作部１５と、ＣＰＵ１０によって実行されるプログラム等を格納するための記憶装置１６と、コントローラ１００に対して着脱可能な記憶媒体Ｍにアクセスしてそこからファイルを読み出したり書き込んだりするためのメディアコントローラ１７とを含む。

表示用インターフェース１４は、モニタ３００Ａのドライバ用の基板などのハードウェアによって実現されてもよいし、ドライバプログラムなどのソフトウェアとして実現されても良い。操作部１５は、たとえばキーボードやマウスなどの入力装置によって実現される。

本実施の形態では、たとえば、ＣＰＵ１０が適切なプログラムを実行することにより、本明細書に記載されたコントローラ１００の機能の少なくとも一部が実現される。ＣＰＵ１０が実行するプログラムの少なくとも一部は、上記記憶媒体Ｍに記憶されていても良い。記憶媒体Ｍとしては、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc - Read Only Memory）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Digital Versatile Disk - Read Only Memory）、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ、メモリカード、ＦＤ（Flexible Disk）、ハードディスク、磁気テープ、カセットテープ、ＭＯ（Magnetic Optical Disc）、ＭＤ（Mini Disc）、ＩＣ（Integrated Circuit）カード（メモリカードを除く）、光カード、マスクＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable Programmable Read-Only Memory）などの、不揮発的にプログラムを格納する媒体が挙げられる。

また、ＣＰＵ１０が実行するプログラムは、ネットワークを介して、外部のサーバ装置Ｓからダウンロードされ、記憶装置１６にインストールされる場合も有り得る。

［コントローラ１００の機能構成］
図７は、コントローラ１００の機能構成を模式的に示す図である。

図７を参照して、コントローラ１００は、データ蓄積部１０１と、予測値導出部１０２と、出力パターン決定部１０３と、差分導出部１０４と、表示制御部１０５と、出力パターン送信部１０６とを含む。データ蓄積部１０１は、たとえば、ＲＡＭ１２および／または記憶装置１６によって実現される。予測値導出部１０２と、出力パターン決定部１０３と、差分導出部１０４と、表示制御部１０５とは、たとえばＣＰＵ１０が適切なプログラムを実行することによって実現されるが、専用の回路等、ＣＰＵ１０に対して独立したハードウェア資源によって実現される場合もあり得る。出力パターン送信部１０６は、ＣＰＵ１０によってデータの送信を指示される通信装置１８によって実現される。

データ蓄積部１０１は、圧力センサ７１１〜７１３からの連続的な検出出力（内圧の計測結果）を、受信し、蓄積する。

予測値導出部１０２は、データ蓄積部１０１に蓄積された計測結果の履歴に基づいて、指標（上記した標準偏差σ）を算出し、そして、当該指標を用いて、予測範囲の下限値を算出する。予測範囲の下限値とは、上記の式（１）〜（４）のいずれかによって算出される値である。コントローラ１００では、予め、式（１）〜（４）のいずれに基づいて下限値を算出するか、つまり、下限値の算出に３σ〜６σのいずれを利用するかを、指定する情報が登録されている。コントローラは、当該登録の内容に基づいて、下限値を算出する。当該情報の登録は、たとえば、ユーザがコントローラ１００に対して情報を入力することにより、実現される。なお、予測値導出部１０２は、上記下限値の代わりに、標準偏差σを利用することなく、実測値の平均値を出力する場合もあり得る。

出力パターン決定部１０３は、上記した予測値導出部１０２から出力される下限値または平均値と、図２に示されたような関係とに基づいて、上記の新規制御目標を決定する。

差分導出部１０４は、図３に示されたような関係に基づいて、出力パターン決定部１０３が決定した新規制御目標に対応するエネルギ量指標と、予め設定されている制御目標（上記した「第１の基準値」）に対応するエネルギ量指標との差を算出する。

表示制御部１０５は、図７に示された各要素からの出力に基づいて、図４に示されたような、試験稼働の結果を、モニタ３００Ａ等に表示する。

［コントローラ２００のハードウェア構成］
図８は、コントローラ２００のハードウェア構成を模式的に示す図である。

図８を参照して、コントローラ２００は、コントローラ２００全体を制御するための演算装置であるＣＰＵ２０と、ＣＰＵ２０で実行されるプログラムなどを記憶するためのＲＯＭ２１と、ＣＰＵ２０でプログラムを実行する際の作業領域として機能するためのＲＡＭ２２と、バルブ７２１，７３１〜７３３に対する開閉度合いの制御信号の送信などの通信を行なうモデム等により実現される通信装置２８と、外部の表示装置に画像データが送信される際のインターフェースである表示用インターフェース２４と、コントローラ２００に対する操作入力を受付けるための操作部２５と、ＣＰＵ２０によって実行されるプログラム等を格納するための記憶装置２６と、コントローラ２００に対して着脱可能な記憶媒体Ｍにアクセスしてそこからファイルを読み出したり書き込んだりするためのメディアコントローラ２７とを含む。

本実施の形態では、たとえば、ＣＰＵ２０が適切なプログラムを実行することにより、本明細書に記載されたコントローラ２００の機能の少なくとも一部が実現される。ＣＰＵ２０が実行するプログラムの少なくとも一部は、上記記憶媒体Ｍに記憶されていても良い。記憶媒体Ｍとしては、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＵＳＢメモリ、メモリカード、ＦＤ、ハードディスク、磁気テープ、カセットテープ、ＭＯ、ＭＤ、ＩＣカード（メモリカードを除く）、光カード、マスクＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭなどの、不揮発的にプログラムを格納する媒体が挙げられる。また、ＣＰＵ２０が実行するプログラムは、ネットワークを介して、外部のサーバ装置からダウンロードされ、記憶装置２６にインストールされる場合も有り得る。

［試験稼働における情報提示のためのフロー］
図９は、システムの試験稼働の際に取得された計測結果に基づいて、図４に示されたような情報の提示のために、コントローラ１００のＣＰＵ１０が実行する処理のフローチャートである。以下、図９を主に参照して、情報の提示のための処理内容を説明する。

試験稼働では、上記したように、種々の制御目標下でコンプレッサ６０１〜６０４の動作が制御される。図１０は、試験稼働における、制御目標のパターンの一例を示す図である。

図１０のパターンでは、制御目標ごとに開始時刻と終了時刻が設定されている。制御盤４００は、各開始時刻と終了時刻に従って、幹線９１０の圧力が制御目標に調整されるように、コンプレッサ６０１〜６０４の動力を調整する。図１０に示されたような試験稼働における制御目標の変更のパターンは、たとえばコントローラ１００に入力され、コントローラ１００から制御盤４００へ送信される場合があり得る。

図９に戻って、ステップＳ２０で、ＣＰＵ１０は、ステップＳ１０で取得した計測結果に基づき、図５を参照して説明したように予測値を算出して、ステップＳ３０へ処理を進める。なお、新規制御目標の決定に、予測値の代わりに計測結果の平均値が利用される場合には、ＣＰＵ１０は、ステップＳ２０で、計測結果の平均値を算出する。

ステップＳ３０では、ＣＰＵ１０は、ステップＳ２０で算出した予測値または平均値と図３に示されたような関係とに基づいて新規制御目標を決定して、ステップＳ４０へ処理を進める。

ステップＳ４０では、ＣＰＵ１０は、制御盤４０に、新規制御目標を送信して、ステップＳ５０へ処理を進める。なお、システムにおいて、制御目標の変更がシステム管理者による手動で行われる場合には、ステップＳ４０における処理は省略され得る。

ステップＳ５０では、ＣＰＵ１０は、制御目標が予め設定されていた値（第１の基準値）から新規制御目標へと変更された場合に削減されるエネルギ量（削減エネルギ量）に関連する情報を算出して、ステップＳ６０へ処理を進める。ここでは、たとえば図４の説明において言及された消費電力量の概算値などが算出される。

ステップＳ６０では、ＣＰＵ１０は、図４を参照して説明したような、消費電力量の概算値などの情報をモニタ３００Ａに表示させて、処理を終了する。

［実施の形態のまとめ］
以上説明した図１に示されたシステムでは、幹線９１０は、配管９００を介して、圧縮空気を供給するコンプレッサに接続される。枝管９１１〜９１３は、幹線９１０に接続される。枝管９１１〜９１３には、圧縮空気を供給される対象物である設備８０１〜８０３が接続される。また、幹線９１０内の圧力である元圧に基づいてコンプレッサ６０１〜６０４の駆動を制御する駆動装置として、制御盤４００が設けられている。

コントローラ１００では、図３を参照して説明したように、元圧についての制御目標と、当該制御目標に従って制御盤４００がコンプレッサ６０１〜６０４を駆動したときの消費エネルギ量との関係（第１の関係）が、記録媒体１６等に格納されている。

また、コントローラ１００は、試験稼働の際に、通信装置１８を介して、各制御目標に従って制御盤４００がコンプレッサ６０１〜６０４を駆動したときの枝管内の圧力を、各制御目標に関連付けて、取得する。これにより、コントローラ１００は、図２を参照して説明したような、制御目標と、各制御目標下での枝管内の圧力である枝圧との関係（第２の関係）を取得する。

また、コントローラ１００は、操作部１５を介して、または、通信装置１８を介してＰＣ３００等の他の装置から、元圧についての第１の基準値と、枝圧についての第２の基準値（管理目標）の入力を受け付ける。

そして、コントローラ１００は、上記第２の関係に基づいて、第２の基準値以上の枝圧を維持するためのコンプレッサの制御目標である新規制御目標を決定する（ステップＳ３０）。また、コントローラ１００は、「削減エネルギ量」として説明したように、第１の基準値に従って駆動装置がコンプレッサを駆動したときの消費エネルギ量と、新規制御目標に従って駆動装置がコンプレッサを駆動したときの消費エネルギ量との差が算出される。

そして、コントローラ１００は、図４を参照して説明したように、上記の新規制御目標や差に関連する情報を、表示する。

なお、第２の関係において制御目標と関連付けられる枝圧は、各制御目標下での枝管内の圧力の計測結果の予測範囲の最小値とされることが好ましい。これにより、新規制御目標として、より確実に枝管内の圧力を第２の基準値以上で維持する値が決定される。

また、本実施の形態では、予測範囲の算出の際、移動偏差σの係数を選択できる。より具体的には、「−３」〜「−６」の範囲で、新規制御目標の決定に利用される移動偏差σの係数を選択できる。システムの管理者は、たとえば操作部１５に、係数を入力する。予測値導出部１０２は、入力された係数を用いて、予測範囲を算出する。

［制御目標の更新］
以上説明した本実施の形態では、コントローラ１００は、システムの試験稼働の際に取得された計測結果に基づいて、枝管の内圧を第２の目標値以上に維持するための制御目標（新規制御目標）を決定する。そして、コントローラ１００は、図４等を参照して説明したように、制御目標が新規制御目標へと更新されたことを想定したときの、節約されるエネルギ量等の情報を表示する。これにより、コントローラ１００は、システムの管理者に、枝管の内圧を第２の目標値以上に保持することについての安全性を確保した上での制御目標の低減を提案できる。

なお、本実施の形態における新規制御目標の算出は、システムの試験稼働時に制限されない。コントローラ１００は、システムの通常稼働期間、つまり、設備８０１〜８０３の少なくとも１つが稼働している期間（電力を供給されている期間）であっても、試験稼働時と同様に、新規制御目標を決定してもよい。

図１等を参照して説明したように、コントローラ１００は、決定した新規制御目標を、制御盤４００へ送信することができる。図１のシステムの通常稼働期間において、コントローラ１００は、たとえば一定時間ごとに新規制御目標を決定し、当該新規制御目標を制御盤４００へ送信する。これに応じて、制御盤４００は、制御目標として、コントローラ１００から取得した新規制御目標を設定して、コンプレッサ６０１〜６０４の駆動を制御する。

本実施の形態では、複数の枝管９１１〜９１３のうち、内圧が最も低いものに基づいて、新規制御目標が決定された。通常稼働期間では、複数の枝管９１１〜９１３のうち、接続されている設備（設備８０１〜８０３）が稼働しているものついては、各設備の稼働によって空気の流れによる圧力損失等により、計測される内圧は低下することが予測される。一方、複数の枝管９１１〜９１３のうち、接続される設備の稼働が停止すれば、当該設備の稼働による内圧の低下は生じないと考えられる。つまり、通常稼働期間では、接続される設備の稼働状況に応じて、各枝管の内圧は変動し得る。

通常稼働期間において、コントローラ１００から、リアルタイムで新規制御目標を受信することにより、制御盤４００は、幹線９１０の圧力の上昇目標を、システムにおける各設備の稼働状況に応じた必要最小限に抑えることができる。したがって、制御盤４００がコントローラ１００からリアルタイムで提供される新規制御目標に基づいてコンプレッサ６０１〜６０４の駆動を制御することにより、システムにおいて、枝管の圧力を第１の基準値以上で保持することを保証した上で、コンプレッサ６０１〜６０４の動力の無駄をより確実に省くことができる。また、新規制御目標が、枝圧の計測結果に代えて、その予測範囲の最小値に基づいて算出されることにより、枝管の内圧は、より確実に、第１の基準値以上で保持され得る。

今回開示された各実施の形態およびその変形例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。また、各実施の形態およびその変形例は、単独でも、また必要に応じて適宜組み合わされて、実施されることが意図される。

１００，２００ コントローラ、１０１ データ蓄積部、１０２ 予測値導出部、１０３ 出力パターン決定部、１０４ 差分導出部、１０５ 表示制御部、１０６ 出力パターン送信部、４００ 制御盤、９１０ 幹線、９１１〜９１３ 枝管。

Claims (7)

1. 圧縮空気を供給するコンプレッサに接続された幹線と、前記幹線に接続された枝管と、前記枝管に接続され前記圧縮空気を供給される対象物と、前記幹線内の圧力である元圧に基づいて前記コンプレッサの駆動を制御する駆動装置とを備えるシステムを制御するための制御装置であって、
   前記元圧についての制御目標と、当該制御目標に従って前記駆動装置が前記コンプレッサを駆動したときの消費エネルギ量との関係である、第１の関係を記憶する記憶手段と、
   前記制御目標と、当該制御目標に従って前記駆動装置が前記コンプレッサを駆動したときの前記枝管内の圧力である枝圧との関係である、第２の関係を取得する取得手段と、
   前記元圧についての第１の基準値および前記枝圧についての第２の基準値の入力を受け付ける入力手段と、
   前記第２の関係に基づいて、前記第２の基準値以上の前記枝圧を維持するための前記コンプレッサの制御目標である新規制御目標を決定する決定手段と、
   前記第１の基準値に従って前記駆動装置が前記コンプレッサを駆動したときの消費エネルギ量と、前記新規制御目標に従って前記駆動装置が前記コンプレッサを駆動したときの消費エネルギ量との差を算出する差分算出手段と、
   前記新規制御目標および前記差に関連する情報を表示する表示手段とを備える、システム制御装置。
2. 前記駆動装置が前記制御目標で前記コンプレッサを駆動している期間、前記枝管内の圧力の連続的な計測結果を蓄積する蓄積手段と、
   前記枝圧の前記計測結果の安定性の指標を、時系列の複数の前記計測結果に基づいて連続的に導出し、さらに、前記計測結果と前記指標とに基づいて前記計測結果が変化することが予測される範囲である予測範囲を導出するための導出手段とをさらに備え、
   前記第２の関係は、前記制御目標と、当該制御目標に対応する前記枝管内の圧力の計測結果に対する前記予測範囲における最小値との関係である、請求項１に記載のシステム制御装置。
3. 前記入力手段は、前記計測結果が到達する確率の入力をさらに受け付け、
   前記導出手段は、前記入力された確率に対応する前記指標および前記予測範囲を導出する、請求項２に記載のシステム制御装置。
4. 前記幹線には、２以上の枝管が接続され、
   前記決定手段は、２以上の前記枝管のうち、前記制御目標に従って前記駆動装置が前記コンプレッサを駆動したときの枝圧が最も低い枝管の前記枝圧を前記第２の基準値以上で維持するための前記新規制御目標を決定する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のシステム制御装置。
5. 圧縮空気を供給するコンプレッサに接続された幹線と、前記幹線に接続された枝管と、前記枝管に接続され前記圧縮空気を供給される対象物と、前記幹線内の圧力である元圧に基づいて前記コンプレッサの駆動を制御する駆動装置とを備えるシステムを制御するための制御装置の制御方法であって、
   当該制御装置のコンピュータが、
   前記元圧についての制御目標と、当該制御目標に従って前記駆動装置が前記コンプレッサを駆動したときの消費エネルギ量との関係である、第１の関係を記憶するステップと、
   前記制御目標と、当該制御目標に従って前記駆動装置が前記コンプレッサを駆動したときの前記枝管内の圧力である枝圧との関係である、第２の関係を取得するステップと、
   前記元圧についての第１の基準値および前記枝圧についての第２の基準値の入力を受け付けるステップと、
   前記第２の関係に基づいて、前記第２の基準値以上の前記枝圧を維持するための前記コンプレッサの制御目標である新規制御目標を決定するステップと、
   前記第１の基準値に従って前記駆動装置が前記コンプレッサを駆動したときの消費エネルギ量と、前記新規制御目標に従って前記駆動装置が前記コンプレッサを駆動したときの消費エネルギ量との差を算出するステップと、
   前記新規制御目標および前記差に関連する情報を表示するステップとを含む、システム制御装置の制御方法。
6. 圧縮空気を供給するコンプレッサに接続された幹線と、前記幹線に接続された枝管と、前記枝管に接続され前記圧縮空気を供給される対象物と、前記幹線内の圧力である元圧に基づいて前記コンプレッサの駆動を制御する駆動装置とを備えるシステムを制御するためのコンピュータが実行可能なプログラムであって、
   前記プログラムは、前記コンピュータに、
   前記元圧についての制御目標と、当該制御目標に従って前記駆動装置が前記コンプレッサを駆動したときの消費エネルギ量との関係である、第１の関係を記憶するステップと、
   前記制御目標と、当該制御目標に従って前記駆動装置が前記コンプレッサを駆動したときの前記枝管内の圧力である枝圧との関係である、第２の関係を取得するステップと、
   前記元圧についての第１の基準値および前記枝圧についての第２の基準値の入力を受け付けるステップと、
   前記第２の関係に基づいて、前記第２の基準値以上の前記枝圧を維持するための前記コンプレッサの制御目標である新規制御目標を決定するステップと、
   前記第１の基準値に従って前記駆動装置が前記コンプレッサを駆動したときの消費エネルギ量と、前記新規制御目標に従って前記駆動装置が前記コンプレッサを駆動したときの消費エネルギ量との差を算出するステップと、
   前記新規制御目標および前記差に関連する情報を表示するステップとを実行させる、プログラム。
7. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のシステム制御装置と、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の駆動装置とを備える制御システムであって、
   前記システム制御装置は、前記決定手段が決定した前記新規制御目標を前記駆動装置に送信するための送信手段をさらに含み、
   前記駆動装置は、前記コンプレッサの駆動制御についての目標値を、前記新規制御目標に更新する、制御システム。

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