DE102004054004A1

DE102004054004A1 - Vacuum pump system and signal generation method

Info

Publication number: DE102004054004A1
Application number: DE102004054004A
Authority: DE
Inventors: Jochen BÖTTCHER; Wolfgang Losch
Original assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Current assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Priority date: 2004-11-09
Filing date: 2004-11-09
Publication date: 2006-05-11
Also published as: EP1655494A3; EP1655494B1; EP1655494A2

Abstract

Ein Vakuumpumpsystem und ein Signalerzeugungsverfahren werden vorgestellt, bei dem aus dem Zustand des Vakuumpumpsystems kennzeichnende Größen mittels Vergleichen und logischen Verknüpfungen Signale erzeugt werden. Der Benutzer des Vakuumpumpsystems wird in die Lage versetzt, selbst die Art und Anzahl dieser Vergleiche und logischen Verknüpfungen zu wählen.A vacuum pumping system and a signal generating method are presented, in which signals indicative of the state of the vacuum pumping system are generated by means of comparisons and logic operations. The user of the vacuum pumping system will be able to choose for himself the type and number of these comparisons and logic operations.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb eines Vakuumpumpsystems.The The invention relates to an apparatus and a method of operation a vacuum pumping system.

Vakuumpumpen sind wichtige Bestandteile vieler Systeme zur Erzeugung von Produkten oder zur Analyse von Stoffen. Die Fertigungsprozesse sind zunehmend komplex und hocheffizient geworden, weshalb auch die Anforderungen an die Vakuumpumpen gestiegen sind. Insbesondere sind heute eine hohe Flexibilität und gute Bedienbarkeit bei hoher Betriebssicherheit gefragt.vacuum pumps are important components of many systems for the production of products or for the analysis of substances. The manufacturing processes are increasing become complex and highly efficient, which is why the requirements have risen to the vacuum pump. In particular, today are one high flexibility and good operability with high reliability required.

Um diesen Anforderungen zu genügen, besitzen Vakuumpumpen eine Vielzahl von Sensoren, die den Betriebszustand überwachen. Hierzu zählen Temperaturfühler, Drehzahlmesser und viele andere mehr. Auch solche Größen, die ohne Sensor bestimmt werden, charakterisieren den Zustand der Pumpe, beispielsweise Fehlercodes, die in einem Fehlerspeicher abgespeichert werden, oder die Schaltzustände von Heizelementen u.ä.. Die Integration der Vakuumpumpe und ein sicherer Betrieb erfordern, dass die Messwerte der Sensoren und die weiteren Größen ständig überwacht und Steuersignale generiert werden können. Mit Hilfe dieser Steuersignale ist es dem Anwender der Pumpe möglich, die Pumpe in sein System zu integrieren. Insbesondere erlauben sie eine Reaktion auf einen sich ändernden Betriebszustand der Pumpe.Around to meet these requirements, Vacuum pumps have a variety of sensors that monitor the operating condition. These include temperature sensors, tachometers and many more. Even those sizes that are determined without a sensor characterize the state of the pump, such as error codes, which are stored in a fault memory, or the switching states of Heating elements etc. The integration of the vacuum pump and safe operation require that the measured values of the sensors and the other variables are constantly monitored and control signals can be generated. With the help of these control signals it is possible for the user of the pump, the To integrate the pump into his system. In particular, they allow one Reaction to a changing one Operating condition of the pump.

Die Steuersignale werden erzeugt, indem zunächst diejenigen Größen erfasst werden, die den Betriebszustand des Vakuumpumpsystems kennzeichnen. Anschließend werden diese Größen mit Vorgabewerten verglichen. Das Ergebnis dieses Vergleichs kann dann logisch mit anderen solchen Ergebnissen verknüpft werden und bilden ein Endergebnis. Aus diesem wird dann ein Steuersignal generiert und auf der Steuerleitung zur Verfügung gestellt.The Control signals are generated by first detecting those quantities which characterize the operating state of the vacuum pump system. Subsequently These are sizes with default values compared. The result of this comparison can then logically with be linked to other such results and form an end result. From this then a control signal is generated and on the control line to disposal posed.

Im Stand der Technik geschieht dies in fest vorgegebenen Form, d.h. bei Herstellung der Pumpe wird festgelegt, welche Verknüpfungen möglich sind.in the In the prior art, this is done in a fixed predetermined form, i. When making the pump, it determines which links possible are.

Dies macht die Pumpen erheblich unflexibel, denn die Steuersignale sind nur auf die Fälle angepasst, die bei der Herstellung ersichtlich waren. Treten Sonderfälle auf, muss die Software durch den Hersteller der Pumpe geändert werden, wodurch natürlich Kosten und Zeitverlust entstehen. Für den Benutzer der Pumpe ist überdies meist nicht klar, wie die Sensorsignale zu Steuersignalen verknüpft werden, er kann nicht davon ausgehen, dass das ausgegebene Steuersignal seinen Anforderungen entspricht.This makes the pumps considerably inflexible because the control signals are only in the cases adjusted, which were apparent in the production. If special cases occur, the software must be changed by the manufacturer of the pump, which of course Cost and time loss arise. Moreover, for the user of the pump usually not clear how the sensor signals are linked to control signals, he can not assume that the output control signal meets his requirements.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Vakuumpumpsystem zu schaffen, in welchem die Anpassung der Erzeugung von Steuersignalen flexibler und insgesamt kostensparend ist.The The object of the invention is to provide a vacuum pumping system, in which the adaptation of the generation of control signals more flexible and overall is cost-saving.

Gelöst wird diese Aufgabe durch das Signalerzeugungsverfahren nach Anspruch 1 und die Vorrichtung nach Anspruch 9.Is solved this object by the signal generation method according to claim 1 and the device according to claim 9.

Entgegen dem Stand der Technik ist die Erzeugung der Steuersignale innerhalb des Vakuumpumpsystems anpassbar. Damit kann das Vakuumpumpsystem an aktuelle Bedürfnisse ausgerichtet werden, ohne dass der Hersteller konsultiert werden muss. Die Einstellung geschieht vor Ort und kann durch den Benutzer des Vakuumpumpsystems oder einem Servicemitarbeiter erfolgen, was insgesamt Arbeitszeit bei Vakuumpumpsystembesitzer und Vakuumpumpsystemhersteller spart. Eine kostenintensive Variantenvielfalt wird vermieden, da jede Variante durch Anpassung vor Ort aus demselben Grundtyp des Vakuumpumpsystems hervorgeht.opposite In the prior art, the generation of the control signals is within adaptable to the vacuum pumping system. This allows the vacuum pump system to current needs without having to consult the manufacturer. The setting is done on site and can be done by the user of the Vacuum pumping system or a service employee, resulting in total working time saves on vacuum pump system owners and vacuum pump system manufacturers. A costly variety of variants is avoided, as each variant by local adaptation from the same basic type of vacuum pumping system evident.

Der Benutzer bzw. Servicemitarbeiter kann auch eine Anpassung verwenden, die ein Dritter erstellt hat. In dem Fall kann die Einstellung quasi auch fern der Vakuumpumpsystems erfolgen. Oder als Kombination kann die Einstellung auch durch einen Dritten per geeignetem Medium (z.B. Internet) direkt auf das Vakuumpumpsystem verbracht werden, ohne dass jemand vor Ort sein muss.Of the User or service employee can also use an adjustment which a third party has created. In that case, the setting can be quasi also be done far from the vacuum pumping system. Or as a combination can the adjustment also by a third party by suitable medium (e.g. Internet) can be spent directly on the vacuum pumping system without someone must be on site.

Die Erfindung soll im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert werden.The Invention will be explained in more detail below with reference to the figures.

1: Schematische Darstellung des Verfahrens in der einfachsten Form. 1 : Schematic representation of the process in the simplest form.

2: Komplexere Verarbeitung mehrerer Größen zur Erzeugung mehrerer Steuersignale. 2 : More complex processing of multiple sizes to generate multiple control signals.

3: Maskierung und eine Rückkopplungsschleife in der ein Endergebnis zurück auf den Eingang gekoppelt wird. 3 : Masking and a feedback loop in which an end result is coupled back to the input.

4: Vakuumpumpsystem mit einer Zustandsverarbeitungseinheit und einem Hilfsmittel zur Durchführung der Änderung an der Erzeugung der Steuersignale. 4 : A vacuum pumping system comprising a state processing unit and a means for making the change to the generation of the control signals.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in seiner einfachsten Form in 1 dargestellt. Es liegen mindestens zwei Ausgangswerte vor (linke Seite der 1a), wobei es sich im hier gezeigten Beispiel um die Drehzahl als eine den Zustand der Vakuumpumpe kennzeichnende Größe und einen Vorgabewert handelt. Diese beiden Werte werden im Schritt "Vergleichen" miteinander verglichen und damit ein Vergleichsergebnis erzeugt. Im gezeigten Beispiel werden die Werte auf Gleichheit überprüft, es kann hier aber jeder Vergleichsoperator angewendet werden, also auch „größer als", „kleiner als", „kleiner gleich", „größer gleich" und „ungleich". Durch den Vergleich entsteht ein Ergebnis in Form eines logischen Zustands. Dieser Zustand wird dann zur Erzeugung eines Signals genutzt, beispielsweise wird eine Leuchtdiode angesteuert, eine Signalleitung auf einen logischen Pegel (z.B. SV oder 0V) gesetzt oder ein Logikwert über ein Bussystem übertragen. Durch die Wahl des Benutzers entsteht ein individuelles Schaubild, dass einer Konfiguration des Vakuumpumpsystems entspricht.The inventive method is in its simplest form in 1 shown. There are at least two initial values (left side of the 1a ), wherein in the example shown here, the speed as a characteristic of the state of the vacuum pump size and a default value is. These two values are compared with one another in the "compare" step, thereby generating a comparison result. In the example shown, the values are checked for equality, but any comparison operator can be used, including "greater than", "less than", "less than or equal to", "greater than or equal to" This state is then used to generate a signal, for example, a light-emitting diode is triggered, a signal line is set to a logical level (eg SV or 0V) or a logic value is transmitted via a bus system an individual graph that corresponds to a configuration of the vacuum pumping system.

Als Ausgangswerte für den Vergleichsschritt können auch mehrere den Zustand der Vakuumpumpe kennzeichnende Größen dienen. Dies ist in 1b gezeigt, wo zwei gemessene Temperaturen 1 und 2 miteinander verglichen werden. Dargestellt ist der Vergleich „Temperatur 1 größer als Temperatur 2". Daraus resultiert wiederum ein Vergleichsergebnis „Ergebnis 2", woraus ein Signal 2 erzeugt wird. Erfindungsgemäß wird der Benutzer des Vakuumpumpsystems in die Lage versetzt, die Art und die Anzahl der Vergleiche selbst zu wählen. Dadurch kann er kann beispielsweise selbst den Vergleich „größer als" in 1b durch einen anderen Vergleich, z.B. „kleiner als", ersetzen. In diesem Beispiel gibt die Erfindung dem Benutzer die Möglichkeit, Art und Anzahl der Vergleiche zu wählen, was bei einer vorgefertigten Konfiguration wie im Stand der Technik nicht zutrifft.As output values for the comparison step, several variables characterizing the state of the vacuum pump can also be used. This is in 1b shown where two measured temperatures 1 and 2 are compared. Shown is the comparison "temperature 1 greater than temperature 2." This in turn results in a comparison result "result 2", from which a signal 2 is generated. According to the invention, the user of the vacuum pumping system is enabled to choose the type and number of comparisons himself. As a result, he can, for example, even the comparison "greater than" in 1b by another comparison, eg, "less than." In this example, the invention gives the user the option of selecting the type and number of comparisons, which is not the case with a prefabricated configuration as in the prior art.

Die höhere Flexibilität und Effizienz des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in 2 am Beispiel eines komplexeres Systems veranschaulicht. Im ersten Schritt ganz links in der Abbildung werden mehrere Größen erfasst, hier die Drehzahl, ein Fehlercode und eine Temperatur 1. Der Fehlercode ist eine binäre Zahl, die repräsentiert, ob eine Komponente fehlerfrei funktioniert oder nicht. Im Fehlercode können auch Zeitüberschreitungen oder ähnliche Fehler enthalten sein. Erfindungsgemäß kann der Benutzer nun diese erfassten Größen von ihm gewählten Vergleichen unterziehen. In der Figur von oben nach unten sind dies: der Vergleich der Drehzahl mit der Vorgabe „50 Hz" durch den Vergleichsoperator „größer als"; der Vergleich der Drehzahl mit dem der Vorgabe „250 Hz" mit dem Vergleichsoperator „kleiner als"; der Vergleich des Fehlercodes mit der Vorgabe „0100101" mit dem Vergleichsoperator „ist gleich" und in der unteren Zeile der Vergleich der Temperatur 1 mit der Vorgabe „100°C" mit dem Vergleichsoperator „größer als". Im nächsten Schritt werden die Ergebnisse der Vergleiche zumindest teilweise logisch miteinander verknüpft, wobei die Art und Anzahl der logischen Verknüpfungen ebenfalls und damit in einem weiteren Aspekt der Erfindung, vom Benutzer gewählt werden. Gezeigt ist im Beispiel der 2, das die Vergleiche der ersten beiden Zeilen durch „und" miteinander verknüpft werden. Dieses Ergebnis wird anschließend mit dem Ergebnis der Zeile 3 durch „oder" verknüpft, wodurch ein Ergebnis 1 entsteht, aus dem dann in der Folge das Signal 1 erzeugt wird. Im Beispiel wird das Ergebnis des Vergleichs der Temperatur 1 mit der Vorgabe direkt als Ergebnis 2 zur Erzeugung des Signals 2 benutzt.The higher flexibility and efficiency of the method according to the invention is in 2 illustrated by the example of a more complex system. In the first step on the far left of the figure, several quantities are detected, here the speed, an error code and a temperature 1. The error code is a binary number representing whether a component is working properly or not. The error code may also include timeouts or similar errors. According to the invention, the user can now subject these detected variables to his chosen comparisons. In the figure from top to bottom, these are: the comparison of the speed with the specification "50 Hz" by the comparison operator "greater than"; the comparison of the speed with the specification "250 Hz" with the comparison operator "less than"; the comparison of the error code with the specification "0100101" with the comparison operator "is the same" and in the bottom line the comparison of the temperature 1 with the specification "100 ° C" with the comparison operator "greater than". In the next step, the results of the comparisons are at least partially logically linked with each other, and the type and number of logic operations are also selected by the user in a further aspect of the invention. Shown in the example of the 2 in that the comparisons of the first two lines are linked by "and", and this result is then linked to the result of line 3 by "or", which produces a result 1, from which the signal 1 is subsequently generated. In the example, the result of the comparison of the temperature 1 with the specification is used directly as result 2 for the generation of the signal 2.

Eine weiteres Beispiel eines vom Benutzer gewählten Schemas von Vergleichen und logischen Verknüpfungen ist in 3 gezeigt. Gegenüber dem Beispiel in 2 wurde der Vergleich der Temperatur 1 weggelassen. Zusätzlich wurde eine Maskierung des Fehlercodes vorgenommen, d.h. nur ein Teil des Fehlercodes wird für den Vergleich mit der Vorgabe „0101" benutzt, beispielsweise die letzten vier Stellen bzw. „bits" (unterstrichen). Die Maskierung kann durch bitweises UND, bitweises ODER, bitweises EXKLUSIV-ODER oder ähnliche bitweise Operationen erfolgen. Das Ergebnis der Maskierung ist immer noch ein Wert und wird erst durch den nachfolgenden Vergleich zu einem logischen Zustand. Ebenfalls neu gegenüber 2 ist, dass das Ergebnis 1 der logischen Verknüpfung der Ergebnisse der beiden Vergleiche in den Zeilen 1 und 2 als Grundlage des Vergleiches in Zeile 3 benutzt wird.Another example of a user-selected schema of comparisons and logical operations is in FIG 3 shown. Compared to the example in 2 the comparison of temperature 1 was omitted. In addition, a masking of the error code was made, ie only a part of the error code is used for the comparison with the default "0101", for example the last four digits or "bits" (underlined). The masking can be done by bitwise AND, bitwise OR, bitwise EXCLUSIVE-OR or similar bitwise operations. The result of the masking is still a value and only becomes a logical state through the subsequent comparison. Also new compared 2 is that the result 1 of the logical combination of the results of the two comparisons in lines 1 and 2 is used as the basis of the comparison in line 3.

4 zeigt ein Vakuumpumpsystem, das zur Durchführung des erfindungsgemäße Verfahrens gestaltet ist. Gezeigt sind eine Turbomolekularpumpe 41, eine Vorvakuumpumpe 42, eine Zustandsverarbeitungseinheit 43 und ein Hilfsmittel 44. Der Rotor 50 der Turbomolekularpumpe wird durch einen Antrieb 45 in Drehung versetzt und durch Lager 51 drehbar unterstützt. Temperatursensoren 46 und 47 überwachen die Temperatur von verschiedenen Bereichen der Turbomolekularpumpe. Ein Ventil 48 dient beispielsweise zum Fluten der Turbomolekularpumpe. Die Zustandsverarbeitungseinheit 43 überwacht den Zustand der Turbomolekularpumpe. Dazu steht sie in Verbindung mit deren Sensoren, beispielsweise den Temperatursensoren, dem Antrieb, dem Flutventil und den Lagersensoren 52. Die Zustandsverarbeitungseinheit beinhaltet elektrische und elektronische Schaltungen 53 zur Durchführung der Verfahrensschritte „Vergleichen" und „Erzeugen eines Signals". Die erzeugten Signale werden auf den Leitungen 56 zur Verfügung gestellt, es kann sich bei 56 auch um ein digitales Bussystem oder eine Anzeigeeinheit handeln. Die Wahl der Art der Vergleiche kann auf verschiedene Art geschehen. Denkbar ist beispielsweise bei diskreten elektronischen Schaltungen, dass auf der Platine Wählschalter vorgesehen sind, mit denen einzelne Teile der Schaltung (jeweils entsprechend einzelnen Vergleichen) abgeschaltet oder Umgehungen freigeschaltet werden können. In einer anderen Form könnte es möglich sein, elektronische Platinen auszutauschen, die Schaltungen mit Vergleichen enthalten. Je nach Bedürfnis würde eine andere Platine eingesetzt. Bei Vakuumpumpsystemen mit Mikroprozessoren können die Vergleiche durch ein Programm auf dem Mikroprozessor durchgeführt werden. Der Benutzer oder ein anderer Bediener der Pumpe ist erfindungsgemäß in der Lage, die aktiven Teile der Software und damit die Vergleiche zu bestimmen. 4 shows a vacuum pumping system, which is designed for carrying out the method according to the invention. Shown are a turbomolecular pump 41 , a backing pump 42 a state processing unit 43 and an aid 44 , The rotor 50 The turbomolecular pump is powered by a drive 45 rotated and through bearings 51 rotatably supported. temperature sensors 46 and 47 monitor the temperature of different areas of the turbomolecular pump. A valve 48 serves, for example, to flood the turbomolecular pump. The state processing unit 43 monitors the state of the turbomolecular pump. For this purpose, it is in connection with its sensors, for example the temperature sensors, the drive, the flood valve and the bearing sensors 52 , The state processing unit includes electrical and electronic circuits 53 for carrying out the method steps "compare" and "generate a signal". The generated signals are on the lines 56 provided, it can be 56 also be a digital bus system or a display unit. The choice of the type of comparisons can be made in different ways. It is conceivable, for example, in discrete electronic circuits that are provided on the board selector switch with which individual parts of the circuit (each corresponding to individual comparisons) can be switched off or bypasses can be unlocked. In another form it might be possible to electro to exchange niche boards containing circuits with comparisons. Depending on the need, another board would be used. In vacuum pump systems with microprocessors, the comparisons can be made by a program on the microprocessor. The user or another operator of the pump according to the invention is able to determine the active parts of the software and thus the comparisons.

Das Hilfsmittel 44, welches als Bestandteil der Zustandsverarbeitungseinheit 43 oder als eigenständiges Gerät ausgebildet sein kann, versetzt den Benutzer in die Lage, die Art der Vergleiche und logischen Verknüpfungen zu wählen. Denkbar ist, dass die Konfiguration der Vergleiche im Hilfsmittel 44 durchgeführt wird, während Hilfsmittel 44 und Zustandsverarbeitungseinheit 43 voneinander getrennt sind. Durch eine Verbindung oder ein Übertragungsmedium wird dann die neue Konfiguration in die Zustandsverarbeitungseinheit übertragen.The tool 44 which is part of the state processing unit 43 or as a stand-alone device, enables the user to select the type of comparisons and logical links. It is conceivable that the configuration of the comparisons in the tool 44 is performed while aids 44 and state processing unit 43 are separated from each other. Through a connection or a transmission medium, the new configuration is then transferred to the state processing unit.

Denkbar ist auch, dass dieses Hilfsmittel als Rechner ausgestaltet ist, der über ein Bussystem mit der Zustandsverarbeitungseinheit in Kontakt steht und Daten austauscht.Conceivable is also that this tool is designed as a calculator, the over a bus system is in contact with the state processing unit and Exchanges data.

Die Zustandsverarbeitungseinheit kann einen oder mehrere Physikalische Wandler 54 enthalten, beispielsweise in Form eines oder mehrerer Analog-to-Digital-Converter.The state processing unit may include one or more physical transducers 54 contained, for example in the form of one or more analog-to-digital converter.

Weiterhin kann die Zustandsverarbeitungseinheit 43 oder das Hilfsmittel 44 eine Prüfeinheit 55 beinhalten. Diese Einheit überprüft die vom Benutzer gewählten Vergleiche und logischen Verknüpfungen auf logische Richtigkeit.Furthermore, the state processing unit 43 or the remedy 44 a test unit 55 include. This unit checks the user-selected comparisons and logic operations for logical correctness.

In einer Ausführungsform kann die Zustandsverarbeitungseinheit einen Mikroprozessor enthalten, der mindestens einen Teil der Funktionen der elektrischen und elektronischen Schaltungen 53, des physikalischen Wandlers 54 und der Prüfeinheit 55 übernimmt.In one embodiment, the state processing unit may include a microprocessor that performs at least a portion of the functions of the electrical and electronic circuits 53 , the physical transducer 54 and the test unit 55 takes over.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Zustandsverarbeitungseinheit 43 Bestandteil der Turbomolekularpumpe 41. Sie kann auch Teil der Steuerelektronik sein, die Antrieb und eventuell vorhandene Magnetlager ansteuert.In another embodiment, the state processing unit is 43 Component of the turbomolecular pump 41 , It can also be part of the control electronics that controls the drive and possibly existing magnetic bearings.

Claims

Method for generating at least one signal characterizing the state of a vacuum pump system, which comprises as method steps: the comparison of at least two values for generating a comparison result, wherein the values representing the operating state of the vacuum pump system are quantities or default values, and generating a signal from the comparison result, characterized in that the type of comparison is variable.

Method according to claim 1, characterized in that that, as a further step, it comprises the logical linking of logical states, where the logical states Comparison results or default values are.

Method according to claim 1 or 2, characterized that as a further step, the masking of the operating state of the vacuum pump system.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that as a further step, the physical conversion of logical states includes.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that at least one of the comparison results as Initial value for at least one comparison serves.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the settings are based on logical correctness be tested.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the vacuum pumping system sensors ( 46 . 47 ) and a state processing unit ( 43 ) having.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the vacuum pumping system comprises means ( 44 ) for selecting the type and number of comparisons.

Vacuum pump system comprising a vacuum pump ( 41 ), Sensors ( 46 . 47 ) and a state processing unit ( 43 ), wherein the state processing unit generates at least one signal indicative of the state of a vacuum pump system, wherein - at least two values are compared to produce a comparison result, wherein the values indicative of the operating state of the vacuum pump system are values or default values, and - the signal is generated from the comparison result characterized in that the type of comparison is changeable.

Vacuum pump system according to claim 9, characterized in that the state processing includes at least a microprocessor, the at least part of the functions of the electrical and electronic circuits ( 53 ), the physical transducer ( 54 ) and the test unit ( 55 ) takes over.

Vacuum pumping system according to claim 9 or 10, characterized in that the state processing unit ( 43 ) and aids ( 44 ) are separable from each other.