(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
起伏動作及び旋回動作を可能にしたブームに、ブロワによる負圧を作用させるようにした吸引タンクに接続した輸送管を配設し、該輸送管を介して吸引タンクに穀物を吸引するようにした空気式アンローダの省エネルギ制御方法において、ブロワを駆動する電動機に可変電圧可変周波数装置を備え、ブームの起伏角に対応する輸送管の圧力損失からブロワの最小吸引圧力を自動算出するようにし、荷役運転中、ブロワの吸引圧力を通常荷役に必要な前記自動算出した最小吸引圧力となるようにブロワの動力電源を可変電圧可変周波数装置で自動制御するようにしたことを特徴とする空気式アンローダの省エネルギ制御方法。
起伏動作及び旋回動作を可能にしたブームに、ブロワによる負圧を作用させるようにした吸引タンクに接続した輸送管を配設し、該輸送管を介して吸引タンクに穀物を吸引するようにした空気式アンローダの省エネルギ制御方法において、ブロワを駆動する電動機に可変電圧可変周波数装置を備え、穀物の種類からブロワの最小吸引圧力を自動算出するようにし、荷役運転中、ブロワの吸引圧力を通常荷役に必要な前記自動算出した最小吸引圧力となるようにブロワの動力電源を可変電圧可変周波数装置で自動制御するようにしたことを特徴とする空気式アンローダの省エネルギ制御方法。
【背景技術】
【0002】
従来、船舶による穀物の輸送においては、積載効率の向上や輸送経費の低減のために袋詰や梱包を省略して、穀物を直接専用の船倉に積載することが通例になっており、この船倉内の穀物を搬出するためにアンローダが汎用されている。
このアンローダとして、
図6(a)に示すように、穀物Mを、供給部としての回転羽根車を備えたフィーダ、スクリュー等からなる供給機111(
図6(b))を介して、ひれ付きコンベヤ等からなるコンベヤ112に移送した後、ホッパ113へ投入し、シュート114を介して、陸上のコンベヤ115へ投入供給する機械式アンローダ(「機械式連続アンローダ」とも呼ばれる。)110や、穀物Mを、供給部としてのノズル121を介して、ブロワ126によって負圧を作用させた吸引ダクト122により吸い取った後、ロータリーフィーダ123、排出ダクト124を介して、陸上のコンベヤ125へ移載する空気式アンローダ120が用いられている(例えば、特許文献1及び2参照。)。
【0003】
そして、アンローダは、機械式アンローダの場合は、機体本体に、起伏動作及び旋回動作可能に水平ブームを配設するとともに、その先端にスイング動作可能に垂直ブームを配設し、さらに、その先端に供給機を配設し、稼働中は、垂直ブーム及び供給機を船倉内に挿入することにより、穀物を搬出するようにしている。
同様に、空気式アンローダの場合は、機体に、起伏動作及び旋回動作可能にブームを配設するとともに、このブームに水平伸縮動作及び垂直伸縮動作可能に伸縮管からなる輸送管(水平伸縮管及び垂直伸縮管)を配設し、さらに、その先端にノズルを配設し、稼働中は、垂直伸縮管及びノズルを船倉内に挿入することにより、穀物を搬出するようにしている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、東日本大震災以降、発電所を含む電力設備が被害を受けたこと、また、福島第一原子力発電所事故後に国内の原子力発電所が安全審査のため停止したことにより電力危機が発生し、これに伴い、産業界には省エネルギ化への対応が広く要請されているが、上記アンローダは、機械式アンローダ、空気式アンローダのいずれの場合も、荷役作業中は、荷役に支障を与えることがないように、アンローダの稼働状況に関わらず、すなわち、搬出される穀物の有無や搬出される穀物の量に関わらず、常に一定の出力状態で駆動されるようにされているため、上記要請には応じられていないのが現状であった。
具体的には、例えば、空気式アンローダにおいては、ブロワを駆動する電動機は、荷役を開始すると、供給電源の電圧及び周波数に従い定速回転しているため、余分な電力を消費し、省エネルギ化への点で問題があった。
【0006】
本発明は、上記従来のアンローダの現状に鑑み、荷役に支障を与えることなく省エネルギ化を図ることができるようにした空気式アンローダの省エネルギ制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するため、本発明の空気式アンローダの省エネルギ制御方法は、起伏動作及び旋回動作を可能にしたブームに、ブロワによる負圧を作用させるようにした吸引タンクに接続した輸送管を配設し、該輸送管を介して吸引タンクに穀物を吸引するようにした空気式アンローダの省エネルギ制御方法において、ブロワを駆動する電動機に可変電圧可変周波数装置を備え、荷役運転中、ブロワの吸引圧力を通常荷役に必要な最小吸引圧力となるようにブロワの動力電源を可変電圧可変周波数装置で自動制御するようにしたことを特徴とする。
【0008】
この場合において、ブームの起伏角に対応する輸送管の圧力損失からブロワの最小吸引圧力を自動算出するようにすることができる。
【0009】
また、穀物の種類からブロワの最小吸引圧力を自動算出するようにすることができる。
【0010】
また、輸送管の閉塞時に、ブロワの吸引圧力及びブロワの吸引側に設置した大気吸入弁の開度を制御するようにすることができる。
【0011】
また、底浚い荷役運転時又はブロワの空運転時に、ブロワの吸引圧力を、穀物を吸引可能な最小吸引圧力に自動制御するようにすることができる。
【0012】
また、吸引タンクの排出部から供給される穀物の供給量に追従して、ロータリーフィーダ及び搬出コンベヤの速度を制御するようにすることができる。
【0013】
また、ブロワの吸引側に設置した大気吸入弁の開放時に、ブロワをアイドリング運転するようにすることができる。
【発明の効果】
【0014】
本発明の空気式アンローダの省エネルギ制御方法によれば、空気式アンローダにおいて、ブロワを駆動する電動機に可変電圧可変周波数装置を備え、荷役運転中、ブロワの吸引圧力を通常荷役に必要な最小吸引圧力となるようにブロワの動力電源を可変電圧可変周波数装置で自動制御するようにすることにより、具体的には、ブームの起伏角に対応する輸送管の圧力損失からブロワの最小吸引圧力を自動算出するようにしたり、穀物の種類からブロワの最小吸引圧力を自動算出するようにすることにより、荷役に支障を与えることなく省エネルギ化を図ることができる。
【0015】
また、輸送管の閉塞時に、ブロワの吸引圧力及びブロワの吸引側に設置した大気吸入弁の開度を制御するようにすることにより、真空異常によりブロワが非常停止することを防止し、ブロワの起動回数を最小限に抑え、ブロワの省エネルギ運転及びブロワの機械寿命を延ばすことができる。
【0016】
また、底浚い荷役運転時又はブロワの空運転時に、ブロワの吸引圧力を、穀物を吸引可能な最小吸引圧力に自動制御するようにすることにより、荷役運転への復帰を円滑に行うことを可能にし、荷役に支障を与えることなく省エネルギ化を図ることができる。
【0017】
また、吸引タンクの排出部から供給される穀物の供給量に追従して、ロータリーフィーダ及び搬出コンベヤの速度を制御するようにすることにより、省エネルギ化を図ることができ、併せて、ロータリーフィーダ及び搬出コンベヤの軽負荷回転を低減することで、ロータリーフィーダ及び搬出コンベヤの機械寿命を延ばすことができる。
【0018】
また、ブロワの吸引側に設置した大気吸入弁の開放時に、ブロワをアイドリング運転するようにすることにより、穀物の吸引ができない大気吸入弁の開放時の省エネルギ化を図ることができる。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明の空気式アンローダの省エネルギ制御方法の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【0021】
図1〜
図3に、本発明の空気式アンローダの省エネルギ制御方法を実施する空気式アンローダを示す。
【0022】
[空気式アンローダの概要]
図1に示すように、空気式アンローダ1は、機体11に、起伏動作及び旋回動作可能にブーム12を配設するとともに、このブーム12に水平伸縮動作及び垂直伸縮動作可能に伸縮管からなる輸送管13(先端がブーム12を横行するトロリー13cに接続された水平伸縮管13a及び基端がトロリー13cに接続された垂直伸縮管13b)を配設し、さらに、その先端に供給部としてノズル14を配設し、各機構が各々独立に動作するようにし、稼働中は、垂直伸縮管13b及びノズル14を船舶の船倉内に挿入することにより、船倉内に収容されている穀物を搬出するようにしている。
穀物の搬出は、ノズル14及び輸送管13を介して、輸送管13が接続される、ブロワ15による負圧を作用させるようにした吸引タンク16に穀物を吸引して行うようにする。
そして、吸引タンク16に吸引された穀物は、吸引タンク16の排出部から、ロータリーフィーダ17及び搬出コンベヤ18を介して、陸上に設けた地上コンベヤ19に搬出される。
【0023】
[ブロワを駆動する電動機の電気回路]
吸引タンク16に負圧を作用させるブロワ15を駆動する電動機の電気回路は、
図2に示すように、以下のとおり構成されている。
(1)交流3相電源を供給する。
(2)漏電遮断器等からなる配線遮断器を設置する。
(3)電磁接触器等からなるリレーを設置し、可変電圧可変周波数装置に電源を供給することができる。
(4)可変電圧可変周波数装置は、交流電力を出力する電力変換装置においてその出力交流電力の実効電圧と周波数を任意に制御可能な装置である。
ACリアクトル等の高調波抑制対策機器を設置する。
PLC等のプログラムコントローラによって制御する。
(5)電動機の電流値をPLCに取り込む。
【0024】
[ブロワの吸引圧力の制御装置]
ブロワ15の吸引圧力を制御する制御装置は、
図3に示すように、以下のとおり構成されている。
(1)ブロワの吸引側に圧力スイッチを設置する。
(2)圧力スイッチは真空度を伝送できるものとし、PLCに取り込み、常時認識する。
また、警報接点信号を出力できるものが望ましい。
(3)ブロワの吸引側に大気吸入弁を設け、圧力スイッチの警報信号で開放する。
大気吸入弁は開閉の両端動作に加え、開度調整可能な電動弁が望ましい。
(4)ブーム起伏角度計を設置し、輸送管(水平伸縮管)の傾きを認識する。
【0025】
[通常の荷役運転]
空気式アンローダ1で安定した荷役を継続するためには、ブロワ15の起動回数を最小限に抑えることが重要である。
ブーム12の姿勢や穀物の急激な吸引量の増加等で、輸送管13に閉塞が生じることでブロワ15の吸引側の真空度が負圧側に上がり、ブロワ15の真空異常で停止させる場合がある。これを繰り返すと、運転立ち上げ時の電力消費、機械寿命にも影響する。
【0026】
ブロワ15の吸引圧力は、ブーム12の起伏角が負角の場合、定格荷役可能なようにブロワ15の能力を決めている。
一方、ブーム12の起伏角が正角の場合、水平伸縮管13aも正角となり、水平伸縮管13a分が吸引ロスとならず、ブロワ15の吸引圧力が過剰となる場合がある。
また、穀物の種類が変わった場合、ブロワ15を定格回転で運転すると、嵩密度、重量の違いなどにより荷役量が増加することがある。
このような場合、ノズル14又は輸送管13(水平伸縮管13a、垂直伸縮管13b)の適宜箇所に大気吸入弁(図示省略)を設け、外気の吸引量を調整するようにする。
【0027】
ブロワ15の吸引圧力を設定圧力に制御し、負圧の上昇を抑え、それでも吸引圧力の上昇が抑えられない場合は、ブロワ15の吸引側に大気吸入弁を設置し、この大気吸入弁の開度を制御することにより、ブロワ15の真空異常でのブロワ15の停止を防ぎ、省エネルギ運転を可能にする。
【0028】
ブーム12の角度で輸送管13(水平伸縮管13a)の傾きが変化するため、設定圧力は、ブーム12の角度に応じ、自動的に最小吸引圧力に制御する機能で省エネルギ運転を可能にする。
穀物の種類の変化で、余分な空気吸引量の分は、ブロワ15の吸引圧力を抑制することで荷役量を調整することを可能にし、省エネルギ運転を可能にする。
ブロワ15の吸引圧力の制御は、ブロワ15の回転速度を定格速度以下に制御することで可能にする。
このように、ブロワ15の回転速度を制御(定格回転数以下に制御)することで、消費電力の低減を図り、さらに、ブロワ15の起動回数を低減することで、ブロワ15の機械寿命の延命を可能にする。
【0029】
[底浚い荷役運転及びブロワの空運転]
船庫内に穀物が堆積している状態であれば、供給部を穀物に十分挿入できるため、定常荷役運転が可能である。
一方、船庫内の穀物が少量になると、供給部を穀物に十分挿入できなくなる。このような状態になった場合、供給部を穀物に十分挿入するために、船庫内にブルトーザ等を入れ、穀物を周辺から掻き集め供給部の周りに山積みにして供給部を挿入する。このとき、掻き集めるのが遅れると、ブロワ15が空運転になることがある。
このような待機状態を底浚い運転とする。
【0030】
荷役中、穀物を吸引しているときは、設定吸引圧付近で吸引しているが、供給部付近に穀物がなくなると、ブロワ15が空運転となり、輸送管13の圧力損失が少なくなるため吸引圧力の負圧が小さくなる。これを判断し、底浚い運転に移行する。
底浚い運転時はブロワ15の吸引圧力を穀物を吸い上げられる最小の吸引圧力に制御する。
再度、穀物を吸い上げると吸引圧力が負圧側に高くなるので、自動的に通常荷役運転に復帰するようにする。
【0031】
[定量積載搬送運転]
供給部の供給量に変化が生じた場合でも、搬出コンベヤ搬送量(穀物積載量)を定格荷役積載量に保持することで、搬出コンベヤの回転数を低減することができる。
荷役運転中、ロータリーフィーダ17は定格荷役量を切り出すために定速運転をするようにしている。
通常荷役中は、供給部の供給量も安定しているので、ロータリーフィーダ17は定格量を切り出し、搬出コンベヤ18に送っている。
供給部の供給畳が減少した場合、吸引タンク16内の穀物の残量が少量となり、ロータリーフィーダ17の切出量も少量となる。
ロータリーフィーダ17の切出量が変化すると電流値も変化し、電流値を監視することで搬出コンベヤ18への切出量を算出する。
ロータリーフィーダ17の切出量から搬出コンベヤ18の積載量を追従させ、搬出コンベヤ18の定格荷役積載量に速度制御する。
供給部の供給量の変化に対し、搬出コンベヤ18の速度を追従制御することで、消費電力の低減及び搬出コンベヤ18の軽負荷回転を低減することで搬出コンベヤ18の機械寿命の延命も可能にする。
【0032】
[アイドリング運転]
荷役運転中、船庫内の吸引場所を変える場合等、供給部を上昇しブーム12を移動する。
この場合、大気吸入弁を開き、ブロワ15を無負荷運転することで、多少の消費電力の低減効果を得ることができるが、ここでは、大気吸入弁を解放したことでブロワ15及び搬送機器(ロータリーフィーダ17、搬出コンベヤ18)をアイドリング運転に自動的に切り替える。
ここで、アイドリング運転とは、電動機が連続運転可能な最小回転数をいう。
この場合は、PLC等の判断による自動切替であるが、手動釦を設け作業者の判断で行うことも可能である。
また、底浚い運転の状態が続くと吸引タンク16内の穀物がなくなり、ロータリーフィーダ17は空運転となる。
ロータリーフィーダ17の空運転は、電流値が一定時間無負荷電流になったことで確認し、ロータリーフィーダ17及び搬出コンベヤ18を底浚い運転中にアイドリング運転に切り替える機能も有する。
アイドリング運転を行うことで、消費電力の低減及びブロワ15及び搬送機器の軽負荷回転を低減し、機械寿命の延命も可能にする。
【0033】
[空気式アンローダの運転例]
空気式アンローダの運転方法の一例を、
図4〜
図5に示すフローチャートを用いて説明する。
【0034】
(1)荷役運転を開始すると、大気吸入弁を開の状態で、搬送機器及びブロワのアイドリング運転を開始する。
ブロワの起動時は、機械的衝撃を減少させるために無負荷で起動する。
また、荷役開始の操作をしてから、実際に吸引が開始されるまでは、ブームの移動等の準備に時間がかかるため、アイドリング運転を採用することで省エネルギ効果を高めている。
【0035】
(2)作業者の判断で、ブロワの吸引側に設けた大気吸入弁を閉じることで、吸引タンク内の負圧が高まり、穀物の吸引を開始する。(
図4(1))
大気吸入弁を閉じた瞬間は、ブロワの吸引圧力を、穀物を吸引可能な最小吸引圧力(穀物を吸引できる最小のブロワの吸引圧力)に制御する。
これは、通常荷役運転をするのか、底浚い運転をするのかを自動で判別するためである。
実際に穀物を吸引し始めると、設定値より負圧が高くなるので通常荷役運転と自動認識する。
設定値付近で負圧が高くならない状態が設定時間経過した場合は、底浚い運転と自動認識する。
【0036】
(3)通常荷役運転と認識した場合は、通常荷役運転用にブロワを制御する。(
図4(2)、
図4(4))
穀物の種類、ブームの基準角度によるブロワの吸引圧力の初期設定に対し、現在のブームの角度から水平輸送管の損失を計算し、ブロワの吸引圧力の設定値を補正し、ブロワの可変電圧可変周波数装置を制御することで、ブロワの能力を最小限に抑えることで省エネルギ運転を可能にする。
ブロワの回転数とブロワ吸引圧力の関係は、ほぼ比例関係にあり、ブロワの特性から比例式を記憶させる。
【0037】
本運転時の初回のみこの比例式を基に吸引圧力の設定からブロワの初期回転数を算出する。
以降、ブロワの可変電圧可変周波数装置の制御は、サンプリング時間毎に行う。(
図5(6))
ブロワの吸引圧力の設定値と現在の吸引圧力の値との差圧の補正は、この比例式の傾きからブロワの回転数を補正する。
このとき、前回補正制御から収束方向に移動している場合は、ブロワの回転数の補正量にゲインkを考慮する場合もある。
ここでは、ブロワの特性比例式を利用しているが、差圧(正、負側)に対する速度補正量テーブルに補正量を登録し、このテーブルを基に制御する場合もある。
【0038】
(4)底浚い荷役運転と認識した場合は、底浚い荷役運転用にブロワを制御する。(
図4(3))
ブロワの空運転が一定時間続いた場合に本運転に移行する。
ブロワの吸引圧力を穀物が吸引できる最小吸引圧力に制御する。(
図5(7))
この運転は、底浚い運転のみならず、ブームの移動中など、大気吸入弁を閉じた状態でのブロワの空運転が続いた場合にも適用する。
穀物の吸引を再開すると、ブロワの吸引圧が負圧側に増加変化するので、これを自動認識し、通常荷役に移行する。
【0039】
(5)通常荷役運転、底浚い運転に関わらず、搬送機器は定量積載搬送制御を行う。
吸引タンクに穀物がある場合は、ロータリーフィーダを通常回転で運転する。
サンプリング時間は、一定周期(1秒程度以内)又は切出周期に関連付けることが望ましい。
切出周期は、ロータリーフィーダの回転速度と羽車数で決まる。
ロータリーフィーダの切出量から搬出コンベヤの定量積載速度を演算し、速度制御する。(
図5(8))
ロータリーフィーダの切出量は下記による。
現在のロータリーフィーダの切出量=現在のロータリーフィーダの電流値÷定格荷役量時のロータリーフィーダの電流値×定格荷役時の切出量×機械効率
ここで、ロータリーフィーダの切出量は、電流値にほぼ比例するが、機械構成により機械効率を含める。
搬出コンベヤの定量積載速度=現在の切出量÷定格荷役時の切出量×搬出コンベヤの定格荷役速度×機械効率
ここで、搬出コンベヤの定量積載速度は、ロータリーフィーダの切出量にほぼ比例するが、搬出コンベヤの構造などにより機械効率を含める。
吸引タンク内の残量がなくなり、ロータリーフィーダが空運転したり、ブロワの底浚い運転をしている場合は、穀物が搬送されていないと認識し、搬送機器(ロータリーフィーダ、搬出コンベヤ、さらには、地上コンベヤ)をアイドリング運転に移行する。(
図4(5))
ブロワが通常荷役に復帰したり、穀物の吸引が再開されると、吸引タンクの残量、ロータリーフィーダの電流値にも変化が出るので自動的に定量積載制御に復帰する。
【0040】
(6)荷役運転開始後、段取り、ブームの長距離移動等で荷役を中断する場合、ブロワの電動機は大容量のため、頻繁に入切すると電動機の寿命を短くする危険がある。
この場合、大気吸入弁を開き、空運転(無負荷運転)で待機するようにすると、消費電力は低下するが、電動機の効率低下等、無効電力を含むため、本来の省エネルギ運転とはいえない。
ここでは、大気吸入弁を開くと荷役することはできないので、自動的にアイドリング運転に移行する。
再度、荷役の準備が整い大気吸入弁を閉じたら、自動的に通常荷役に復帰する。
【0041】
以上、本発明の空気式アンローダの省エネルギ制御方法について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。