CN101144470A - 真空泵的运行控制设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了真空泵的运行控制设备及方法，以便消除在引入真空传感器和/或逆变器控制的情况下的难度。本发明涉及多组真空泵的控制。为了遵照克服这些困难的主题，本发明提出运用电流检测方法代替直接的压力检测方法，同时显示了在运行泵时如何判断所获得的真空度以及介绍了关于控制泵数量的方法。还描述了电流检测装置、真空度判断装置、工作泵控制装置和相关方法如何相联以满足本主题。还揭示了本发明的用途。

Description

真空泵的运行控制设备及方法
技术领域
本发明涉及诸如涡旋泵、叶片泵等的真空泵的运行控制设备和运行控制方法，尤其是涉及其中设置多组真空泵的情况。
背景技术
在用于真空泵，诸如涡旋泵、叶片泵等的传统运行控制方法中，引入由逆变器执行的频率控制，利用检测被减压的真空柜内部的气体压力的压力传感器的信号，控制驱动真空泵的交流电机的速度。对于借助于逆变器执行的泵负荷控制而言，例如JP-A-H9-4591/1997(在下文被称为专利文献1)的现有技术已知。
如图5所示，专利文献1示出了控制步骤构成(constitution)，其中，驱动连接于真空柜01的真空抽风机(真空泵)03的交流电机04的速度由变频器(逆变器)05控制，当泵的运行压力差降低以及需求动力下降时，增加速度，而当泵的运行压力差增大以及需求动力上升时，减小速度；这样，使输送到驱动泵的电机中的输入功率保持恒定。更进一步地，检测真空柜01内部的压力P，来判断真空状态。
在如专利文献1所示用于真空泵的传统运行控制方法中，因为柜01的真空状态检测为压力P，所以使用压力(真空)传感器来判断真空状态。在柜或真空设施室中的灰尘和/或水滴粘附到传感器探针上的情况下，令人担心的是，信号不精确，可能发生不希望的故障。因而，需要无尘型和/或防水型的特定传感器，以免灰尘和/或水滴侵入。所以，产生设备和/或设施成本增加的问题。
此外，速度控制逆变器总是伴有电子噪声，电子噪声对逆变器附近的周围电气/电子设备带来不期望的问题。
另一方面，在需要恒定真空状态的情况下，例如，在半导体制造设备的真空腔中需要非常高的减压真空状态的情况下，设置多组真空泵。甚至在其中一个泵由于故障或维修而不能工作以及排放能力下降的时候，剩下的泵仍能保持所需要的预定真空状态。
但是，驱动多组泵导致能量消耗和维修成本的增加。此外，设置多个泵会增加泵的故障频率、泵及附属设施的维修频率和维修工时。
发明内容
鉴于上述背景，本发明目的在于：消除在引入真空传感器和/或逆变器速度控制的情况下的难度；实现多个真空泵的运行，其中抑制设备成本的增加，减少维修频率，减少修理工作的工时；以及提供符合所述目的的运行控制设备和运行控制方法。
为了解决上述问题，本发明提供一种用于使至少一个柜和/或真空设施室等内部的气体减压的多个真空泵的运行控制设备，包括：电流检测装置，其检测在驱动真空泵的电机中流动的电流；和控制装置，其基于由电流检测装置检测的电流值收敛于预定范围之内的情形，判断是否达到目标真空或大体上真空状态，以减少实际运行的真空泵的数量。
依照本发明，检测在电机中流动的电流，当电流值收敛于预定范围之内时，判断实现目标真空或大体上目标真空状态。所以，不必设置传统使用的用于真空柜压力检测的真空传感器，这样，根据真空柜或真空设施室的工作情况，特别是在需要无尘型和/或防水型的特定传感器的情况下，可以抑制设备成本，获得显著的成本效益。
因为当实现目标真空或大体上目标真空状态时，要排放的气体减少，所以有可能在不必要的泵不运行的情况下保持真空状态或达到目标真空状态。因此，通过停止不必要泵的运行，可以减少多个工作真空泵的数量，从而减少动力消耗量，延长维修间隔。在用于运行和启/停泵的控制中，不需要设置速度控制设备，例如逆变器等。从而可以避免由于逆变器对周围设备产生的不期望的影响。
依照本发明的另一个构成，运行控制设备的控制装置还包括真空度判断装置，其在所监视的电机的电流值达到预定范围时判断达到门限标准值，门限标准值在目标真空值之前预先确定，并在达到门限标准值之后，电流值在预定范围之内保持一段预定时间间隔的情况下断定达到所述目标真空值；其中，当真空度判断装置断定达到预定范围之内的门限标准值或目标真空值时，减少运行的泵的数量。
因为在减压的压力达到门限标准值之后，可以在不需要大电流的情况下达到目标真空，所以如上所述的另一构成使减少多个工作真空泵的数量从而减少动力消耗量成为可能。另外，这也使得在确实判断出当检测到的电流在预定范围内保持一段预定时间间隔时达到目标真空(负压力)之后减少泵数量和动力消耗量成为可能。
依照本发明的另一个方面，当延长真空泵运行时数时，预定范围之内的目标真空值被重置在下限值。
通过以上构成，在考虑运行时数时，可以对真空度完成(completion)进行更精确的判断。这里，以这样的方式考虑，使得上述预定电流范围(从而认为已经达到门限标准值)的下降与运行时数有关。另外，下降的原因在于，由于与旋转和/或滑动磨损元件有关的磨合效应，真空泵的负荷需求与累计运行时数成比例地逐渐降低。
本发明的另一个方面的特征在于，运行控制设备包括泵运行控制装置，当真空度判断装置基于驱动所监视的泵的电机的电流值，断定达到预定范围之内的门限标准值或目标真空值时，所述运行控制装置指定多个泵中的一个作为所监视的泵，停止除所监视的泵之外的至少一个泵，以及在所有泵之间均匀地一个接一个转换所监视的泵。
依照本发明控制多个真空泵的方法，该方法包括下列步骤：指定所监视的泵，停止除所监视的泵之外的泵，以及在所有泵之间一个接一个转换所监视的泵；从而这样的运行方式可以避免特定的泵总是工作，而其它的泵保持暂停，从而导致多个泵之间的运行不均匀。所以，可以均匀地利用多个泵，以及平衡各个泵的维护工作。因而，可以促进维护工作效率的提高。
本发明的另一个构成的特征在于，在任一真空泵不能或难以运行的情况下，跳过不能或难以运行的泵的运行，指定下一个其它泵作为所监视的泵。
由于可以均匀地利用多个泵以及平衡各个泵的运行时数，上述构成使防止多组真空泵之间的运行不均匀成为可能。
本发明的另一构成涉及一种用于使至少一个柜和/或腔内部的气体减压的多个真空泵的运行控制方法，该方法包括下列步骤：检测在驱动真空泵的电机中流动的电流；和基于由电流检测装置检测的电流值收敛于预定范围之内的情形，判断是否达到目标真空和/或大体上真空状态，以减少实际运行的真空泵的数量。
依照上述构成，检测驱动各个相应真空泵的各个电机的电流，在电流值收敛于预定范围之内时，判断实现了目标真空或大体上目标真空，从而可以省略传统应用的用于压力检测真空柜或真空设施室的真空传感器，根据真空柜或真空设施室的工作情况，特别是在需要无尘型和/或防水型的特定传感器的情况下，上述构成也使抑制设备成本成为可能，并且带来显著的成本效益。
此外，通过停止不必要泵的运行，上述构成使减少多个工作的真空泵的数量、从而减少动力消耗量以及延长维修间隔成为可能；因为当实现目标真空或大体上目标真空状态时，要排放的气体减少，所以有可能在不必要的泵不运行的情况下保持真空状态或达到目标真空状态。而且，在用于运行和启/停泵的控制中，速度控制设备，例如逆变器等不再是必需的。所以，可以避免由于逆变器对周围设备产生的不期望的影响。
与上述情况相关，可以给出本发明的另一个构成：运行控制方法，其包括下列步骤：指定多个泵中的一个作为所监视的泵；在所监视的电机的电流值达到预定范围时，判断达到门限标准值，所述门限标准值在目标真空值之前预先确定；在达到门限标准值之后，断定在电流值在预定范围之内保持一段预定时间间隔时的情况下达到所述目标真空值；在基于驱动所监视的泵的电机的电流值断定达到预定范围之内的门限标准值和/或所述目标真空值时，停止除所监视的泵之外的至少一个泵；在所有泵之间均匀地一个接一个转换所监视的泵为下一个其它泵。
依照以上所述的发明，因为在被减压的压力达到门限标准值之后，可以在不需要大电流的情况下达到目标真空，所以其使减少多个工作真空泵的数量，从而减少动力消耗成为可能。另外，这也使得在确实判断出当检测到的电流在预定范围内保持一段预定时间间隔时实现目标真空(负压力)之后减少泵数量和动力消耗量成为可能。
此外，依照上述构成，可以避免这样的缺点，即，由于特定的泵总是工作而其它泵保持暂停而导致多个泵之间的运行不均匀。所以，可以均匀地利用多个泵，以及平衡各个泵的维护工作。因而，可以促进维护工作效率的提高。
本发明提供了运行控制设备及其运行控制方法，以便消除在引入真空传感器和/或逆变器控制的情况下的难度。另外，通过本发明的多个真空泵的运行，抑制了设备成本的增加，减少了维修频率，减少了修理工作的工时。
附图说明
现在参照本发明的优选实施例和附图更详细地描述本发明，其中：
图1显示了本发明的整体构成；
图2是真空泵的动力(电流值)特征视图；
图3示出了有关本发明示例性实施例的时间图表；
图4示出了有关本发明示例性实施例的控制流程图；和
图5示出了现有技术。
具体实施方式
在下文中，将参照附图所示的实施例详细描述本发明。但是，在这些实施例中所述的部件的尺寸、材料、形状、相对位置等等仅仅是说明性的，不应当将其看作是对本发明范围的限制，除非作出任何特殊的陈述。
图1显示了本发明的整体构成，其中真空柜1由三个真空泵PA、PB和Pc减压。真空泵PA、PB和Pc分别由电机MA、MB和MC驱动。在真空柜1与每个真空泵PA、PB和Pc之间分别放置电磁开/关阀VA、VB和VC。每个真空泵PA、PB和PC为旋转排量(容积)型，例如涡旋型或叶片型等。
各电机MA、MB和MC由电源3供电。因为不对各电机MA、MB和Mc进行速度控制，所以，不需要准备逆变器等。顺便说一下，各电机只要必须为电动机即可，本发明适用于交流电机和直流电机。另外，电流检测装置5检测供给至各电机的电流。
控制装置7控制真空泵PA、PB和PC的运行和启/停。控制装置7包括：真空度判断装置9，其判断来自电流检测装置5的电流信号是否达到门限标准值S，门限标准值S先于预定范围之内的目标真空值设定，以及在电流信号达到门限标准值S之后，判断来自电流检测装置5的电流信号是否收敛于目标真空(负压力)值达到一段预定时间间隔；和泵运行控制装置11，当真空度判断装置9断定达到预定范围之内的门限标准值S或目标真空值时，泵运行控制装置11减少运行的泵的数量。
在泵为旋转排量(容积)型、例如涡旋型或叶片型的情况下，动力(电流值)特性曲线显示为图2所示的曲线，其中该曲线包括平直部分和山状部分，平直部分对应于真空完成的电流收敛，山状部分表示电流的较大变化。
在真空柜1减压刚刚开始之后，因为泵必须压缩和排放高压气体，因此需要动力(电流值)。在减压工序的适当时刻，被排放的气体大体上消失。所以，当真空柜中的负压力值收敛于小于或等于102Pa到103Pa的大体上恒定的值时，所需动力(电流值)减少。
借助于使电流值收敛于与减压工序有关的恒定值P的上述动力(电流)特征，真空度判断装置9判断检测到的电流是否达到上述从恒定值P减去α到恒定值P加上α的预定范围，其中，α是测量值波动引起的允许误差。真空度判断装置9还判断检测到的电流进入该范围的时间，即，电流达到上述预定门限标准值S的时间。更进一步，如果电流在该范围内保持一预定持续时间，例如几分钟，真空度判断装置9则断定目标真空(负压力)已经完成。
另一方面，随着真空泵PA、PB或PC的运行时数的累计，上述恒定值P预定重置在下限值。也就是说，使启动泵时的设定值P减小至值kP(P乘以系数k)，这样，kP＝0.9P，kP＝0.8P等，这里，k是由真空泵PA、PB或Pc的运行时数确定的参数，k相对于增加的运行时数具有减少的趋势。
更具体地说，因为真空泵的负荷需求由于与旋转和/或滑动磨损元件有关的磨合效应的原因与累计运行时数成比例地逐渐降低，所以考虑运行时数可以更精确地判断真空度完成。另外，以这样的方式考虑，使上述预定电流范围(从而认为已经达到门限标准值S)的下降与运行时数有关。
判断所减压的压力是否达到门限标准值S，所述门限标准值S在目标真空值之前设定，或者通过检测分别驱动各个真空泵PA、PB和PC的各个电机MA、MB和MC的电流，得到目标真空值。所以，本发明可以在没有传统应用的用于压力检测真空柜的真空传感器的情况下实施，根据真空柜或真空设施室的工作情况，特别是在需要无尘型和/或防水型的特定传感器的情况下，本发明使抑制设备成本成为可能，并且带来显著的成本效益。
当所减压的压力达到门限标准值S时，其中门限标准值S在目标真空值之前设定，因为被排放的气体减少，所以在不需要运行不必要泵的情况下可以实现目标真空。当已经实现目标真空时，在不需要运行不必要泵的情况下，可以保持真空状态。因此，通过停止不必要泵的运行，可以减少多个工作真空泵的数量，从而减少动力消耗量，延长维修间隔。在用于运行和启/停泵的控制中，不需要设置速度控制设备，例如逆变器等。所以，可以避免由于逆变器对周围设备产生的不期望的影响。
接着，参照图3的时间图表和图4的流程图，将解释当真空度判断装置9断定所减压的压力达到门限标准值S时，泵运行控制装置11如何减少运行的泵的数量。
如图4所示，在开始时(S1)，所有的真空泵PA、PB和Pc都运行，选择真空泵PA作为要监视的泵，监测其电流IA(S2)。判断电流IA是否处于P-α≤IA≤P+α的范围之内(S3)，在判断为YES(肯定)的情况下，进一步判断其持续时间是否不小于预定时间间隔t0(S4)。如果该判断也为YES(肯定)，则认为已经实现目标真空，停止真空泵PB和PC，仅继续运行泵PA(S5)。
当判断电流IA是否处于P-α≤IA≤P+α的范围之内(S3)并且该判断为YES(肯定)时，即，当所减压的压力达到门限标准值S时，不需要判断状态S4的持续时间是否不小于预定时间间隔t0，就可以允许停止真空泵PB和PC。
当继续监测电流IA时，判断IA是否由于真空状态的消耗而大于P+α(S6)。如果IA变得大于P+α，则所有的真空泵PA、PB和Pc都将再次运行(S7)。接着，要监测的泵转换至真空泵PB(S8)，以通过与上述监视真空泵PA同样的方法监视泵PB的电流IB的方式，监视真空状态。在其中指定真空泵PB作为要监测的泵的情况下，要停止的泵转换为泵PA和PC，运行的唯一泵转换为泵PB(S9)。
在下一阶段，要监视的泵转换为真空泵PC(S10)，以与真空泵PA用作要监视的泵的情况相同的方法监视真空状态。在指定真空泵PC作为要监视的泵的情况下，要停止的泵转换为泵PA和PB，运行的唯一泵转换为泵PC(S11)。
所以，如图4所示，泵运行控制装置11构造成使控制装置11一个控制步骤接着一个控制步骤地转换，这样，控制步骤A用于真空泵PA用作要监视的泵的情况，控制步骤B用于真空泵PB用作要监视的泵的情况，控制步骤C用于真空泵PC用作要监视的泵的情况。
图3的时间图表显示了转换情况，即转换循环。在泵PA作为要运行的第一个泵启动后，泵PB和PC以预定时间延迟启动。所有的泵都置于运行。设置时间延迟是为了避免较大的负荷，即，为了避免由于同时启动多个泵引起的过电流。
图3中标记L表示达到门限标准值S或目标真空值以及除被监视的泵之外的泵都停止时的时间点。标记M表示检测到的电流值超出上述预定范围，从而暂停的泵此刻重新启动时的时间点。在所监视的泵为泵PB或PC的情况下，也是重复标记L或M处的控制作用。
此外，在任一真空泵PA、PB和PC不能或难以运行的情况下，跳过不能或难以运行的泵的运行，指定下一个其它泵作为要监视的泵。例如，当泵PB不正常或维修时，要监测的泵从泵PA转换为泵PC。
此外，设置电磁开/关阀VA、VB和VC，以便阻止高压气体通过真空泵PA、PB和PC回流到真空柜内部。在真空泵PA、PB或PC开始运行之后，阀VA、VB或VC相应打开。
另外，并不总是必须同时停止除所监视的泵之外的全部起作用的泵。可以允许一个接一个地停止泵，以便避免泵负荷的急剧变化。而且，根据真空度需求，可以允许停止除所监视的泵之外的全部泵中的一些泵。
在对实施例的上述说明中，已经根据三个泵的例子进行了说明。不言而喻，该说明支持多个泵的情况，例如两个泵、四个泵和/或更多个泵的情况。
如上所述，通过控制多个真空泵的方法可以避免这样的缺点，即由于特定的泵总是工作而其它泵保持暂停而招致多个泵之间的运行不均匀，其中所述方法包括下列步骤：指定所监视的泵、停止除所监视的泵之外的泵以及在所有泵之间一个接一个转换所监视的泵。所以，可以均匀地利用多个泵，以及平衡各个泵的维护工作。从而可以促进维护工作效率的提高。
本发明消除了在引入真空传感器和/或逆变器控制的情况下的难度。另外，本发明实现了多个真空泵的运行，其中抑制设备成本的增加，减少维修频率，减少修理工作的工时。总之，本发明可以适用于多个真空泵的运行控制设备和运行方法。

Claims (7)

1.一种用于使至少一个柜和/或腔等内部的气体减压的多个真空泵的运行控制设备，包括：
电流检测装置，其检测在驱动真空泵的电机中流动的电流；和
控制装置，其基于由所述电流检测装置检测的电流值收敛于预定范围之内的情形，判断是否达到目标真空和/或大体上真空状态，以减少运行的真空泵的数量。
2.如权利要求1所述的运行控制设备，其中，控制装置还包括真空度判断装置，其在所监视的电机的电流值达到预定范围时，判断达到门限标准值，所述门限标准值在目标真空值之前预先确定，以及在达到门限标准值之后，在电流值在预定范围之内保持一段预定时间间隔时的情况下断定达到所述目标真空值；其中当真空度判断装置断定达到预定范围之内的门限标准数值或目标真空值时，减少运行的泵的数量。
3.如权利要求1所述的运行控制设备，其中，随着真空泵的运行时数的累计，预定范围之内的目标真空值被重置在下限值。
4.如权利要求2所述的运行控制设备，其中，运行控制设备还包括泵运行控制装置；所述泵运行控制装置指定多个泵中的一个作为所监视的泵，当所述真空度判断装置基于驱动所监视的泵的电机的电流值，断定达到预定范围之内的所述门限标准值或所述目标真空值时，停止除所监视的泵之外的至少一个泵，以及在所有泵之间均匀地一个接一个转换所监视的泵。
5.如权利要求4所述的运行控制设备，其中，在任一真空泵不能或难以运行的情况下，跳过不能或难以运行的泵的运行，指定下一个其它泵作为所监视的泵。
6.一种用于使至少一个柜和/或腔内部的气体减压的多个真空泵的运行控制方法，包括下列步骤：
检测流入驱动真空泵的电机中的电流；和
基于由所述电流检测装置检测的电流值收敛于预定范围之内的情形判断是否达到目标真空和/或大体上真空状态，以减少运行的真空泵的数量。
7.如权利要求6所述的运行控制方法，还包括下列步骤：指定多个泵中的一个作为所监视的泵；在所监视的电机的电流值达到预定范围时，判断达到门限标准值，所述门限标准值在目标真空值之前预先确定；在达到门限标准值之后，在电流值在预定范围之内保持一段预定时间间隔时的情况下断定达到所述目标真空值；在基于驱动所监视的泵的电机的电流值，断定达到预定范围之内的所述门限标准值和/或所述目标真空值时，停止除所监视的泵之外的至少一个泵；和在所有泵之间均匀地一个接一个转换所述监视的泵为下一个其它泵。
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