-
[Technisches Gebiet:]
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Drucksteuervorrichtung, die
einen Druck eines Gases steuert, sowie eine Durchflussmengenregelungsvorrichtung,
die das druckgesteuerte Gas verwendet.
-
[Technischer Hintergrund:]
-
Bei
einem elektro-pneumatischen Regler, der mit einem elektromagnetischen
Ventil für die Versorgung mit Druckgas und mit einem elektromagnetischen
Ventil für den Gasausstoß versehen ist, werden
durch ein jeweils erzeugtes Pulssignal, das auf dem an einer Ausgangsöffnung
erfassten Druck und dem Zieldruck basiert, das elektromagnetische
Ventil für die Druckgasversorgung und das elektromagnetisches
Ventil für den Gasausstoß gleichzeitig im Öffnungs-
und Schließbetrieb betrieben. Durch die Steuerung des Druckes
in einer Pilotkammer, die durch das Hauptventil gebildet wird, wird
der Erfassungsdruck an der Ausgangsöffnung auf den Zieldruck
gesteuert (vergleiche beispielhaft das Patentdokument 1).
[Patentdokument
1:]
Offenlegungsschrift
JP 07-036551 A .
-
[Offenbarung der Erfindung:]
-
[Aufgabe, die die Erfindung zu lösen
anstrebt:]
-
Nun
wird bei dem elektropneumatischen Regler des Patentdokuments 1 ein
elektromagnetisches Ventil im Öffnungs- und Schließbetrieb
auf Grundlage eines Pulssignals betrieben, das eine vorbestimmte
Periode besitzt, und entsprechend dem Anteil des Stromflusses ändert
sich die Zeit für den Öffnungsbetrieb des elektromagnetischen
Ventils in jeder Periode. Hierbei wird es bei einer bestimmten Periode
während des Betriebs des elektromagnetischen Ventils möglich,
dass aufgrund eines Festsitzens von Fremdkörpern oder einer
Zunahme der Reibungskraft usw. die Bewegung des elektromagnetischen
Ventils augenblicklich unterbrochen oder verzögert wird.
In diesem Fall wird wegen der Zunahme der Abweichung zwischen Erfassungsdruck
und Zieldruck in der folgenden Periode das elektromagnetische Ventil
anhand des Pulssignals so betrieben, dass die Abweichung vermindert
wird. Es ist allerdings möglich, dass das elektromagnetische
Ventil auf der Grundlage des Pulssignals nicht funktioniert. In
einem solchem Fall entsteht die Notwendigkeit, das elektromagnetische
Ventil wiederum mit einem Pulssignal, welches die Abweichung zu
mindern anstrebt, im nachfolgenden Zyklus zu betreiben. Aus diesem
Grunde ist zu befürchten, dass sich der Zustand der vergrößerten
Abweichung des Erfassungsdruckes und des Zieldrucks länger
fortsetzt.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt daher das Hauptanliegen zugrunde, angesichts
der oben erwähnten Situation einer Drucksteuervorrichtung,
die mit einem elektromagnetischen Ventil ausgestattet ist, das in
einem Öffnungs- und Schließbetrieb auf Grundlage
eines Pulssignals mit einer vorbestimmten Periode betrieben wird,
eine Drucksteuervorrichtung sowie eine Durchflussmengenregelungsvorrichtung,
die das druckgesteuerte Gas verwendet, anzubieten, welche im Fall
der Zunahme der Abweichung zwischen dem Erfassungsdruck und dem
Zieldruck diese Abweichung schnell vermindern können.
-
[Mittel zur Lösung der Aufgabe]
-
Um
die oben genannte Aufgabe zu lösen, besitzt eine 1. Erfindung
die kennzeichnenden Merkmale, dass vorgesehen ist:
ein elektromagnetisches
Ventil für die Versorgung mit Druckgas, das mit einer Gasversorgungsquelle
verbunden ist und in einem Öffnungs- und Schließbetrieb
auf Grundlage eines Pulssignals mit einer vorbestimmten Periode
betrieben wird, und
ein elektromagnetisches Ventil für
den Gasausstoß, das über eine Verbindungsleitung
mit dem elektromagnetischen Ventil für die Versorgung mit
Druckgas verbunden ist und in einem Öffnungs- und Schließbetrieb
auf Grundlage eines Pulssignals mit der vorbestimmten Periode betrieben
wird, und
eine Ableitung, die das Gas aus der Verbindungsleitung
ableitet, und
ein Druckerfassungsmittel, das den Druck des
Gases in der Verbindungsleitung oder in der Ableitung erfasst, und
ein
erstes Pulserzeugungsmittel, welches das Pulssignal basierend auf
einer Abweichung zwischen dem erfassten Druck und dem Zieldruck
des Gases erzeugt, wobei mit dem Pulssignal für jede Periode
das elektromagnetische Ventil für die Druckgasversorgung
sowie auch das elektromagnetische Ventil für den Gasausstoß betrieben
werden, um anhand des Druckerfassungsmittels den erfassten Druck
des Gases auf den Zielwert zu bringen, und
ein zweites Pulserzeugungsmittel,
welches das Pulssignal, das aufgrund des ersten Pulserzeugungsmittels
erzeugt wurde, unter der Bedingung ändert, dass die Abweichung
zwischen dem erfassten Druck des Gases und dem Zieldruck während
einer Periode, in der das elektromagnetische Ventil für
die Versorgung mit Druckgas sowie das elektromagnetische Ventil für
den Gasausstoß betrieben werden, mehr als ein Entscheidungswert
beträgt, so dass die Abweichung vermindert wird.
-
Gemäß der
1. Erfindung wird anhand des elektromagnetischen Ventils für
die Druckgasversorgung bei einem Gas, das aus einer Gasversorgungsquelle
zugeführt wird, die Durchflussmenge gesteuert, indem ein
elektromagnetisches Ventil für die Druckgasversorgung eingerichtet
wird, das mit einer Gasversorgungsquelle verbunden ist und im Öffnungs-
und Schließbetrieb aufgrund eines Pulssignals mit einer
vorbestimmten Periode betrieben wird. Bei dem Gas, das durch das
elektromagnetische Ventil für die Druckgasversorgung läuft,
wird die Durchflussmenge aufgrund des elektromagnetischen Ventils
für den Gasausstoß gesteuert, indem ein elektromagnetisches
Ventil für den Gasausstoß eingerichtet wird, welches über
eine Verbindungsleitung mit dem elektromagnetischen Ventil für
die Druckgasversorgung verbunden ist und in einem Öffnungs- und
Schließbetrieb aufgrund eines Pulssignals mit einer vorbestimmten
Periode betrieben wird. Und indem eine aus der Verbindungsleitung
das Gas ableitende Ableitung vorgesehen ist, wird basierend auf der
Durchflussmengenregelung des elektromagnetischen Ventils für
die Druckgasversorgung und des elektromagnetischen Ventils für
den Gasausstoß das druckgesteuerte Gas in der Ableitung
abgeleitet.
-
Überdies
wird, um den durch das Druckerfassungsmittel erfassten Druck des
Gases auf den Zieldruck zu bringen, wobei das Druckerfassungsmittel
den Druck des Gases innerhalb der Verbindungsleitung oder innerhalb
der Ableitung erfasst, der erfasste Druck des abzuleitenden Gases
so gesteuert, dass der Zieldruck erhalten wird, indem das erste Pulserzeugungsmittel
vorgesehen ist, das basierend auf der Druckabweichung zwischen dem
Erfassungsdruck des Gases und dem Zieldruck das Pulssignal erzeugt,
welches das elektromagnetische Ventil für die Versorgung
mit Druckgas und das elektromagnetische Ventil für den
Gasausstoß in jeder einzelnen Periode antreibt. Der Öffnungs-
und Schließbetrieb des elektromagnetischen Ventils für
die Versorgung mit Druckgas und des elektromagnetischen Ventils für
den Gasausstoß wird dabei in den jeweiligen Perioden anhand
des auf diese Weise erzeugten Pulssignals betrieben.
-
Ferner
werden im Fall, dass die Abweichung zwischen dem erfassten Druck
und dem Zieldruck den Entscheidungswert überschritten hat,
beispielsweise weil sich aufgrund einer beliebigen Anomalie ein
elektromagnetisches Ventil nicht mehr bewegt, die elektromagnetischen
Ventile basierend auf Pulssignalen betrieben, die geändert
wurden, um die Abweichung zu verringern, indem unter der Bedingung, dass
die Abweichung zwischen dem erfassten Druck des Gases und dem Zieldruck
mehr beträgt als der Entscheidungswert, und mit dem Ziel,
die Abweichung in Perioden zu verringern, in denen das elektromagnetische
Ventil für die Versorgung mit Druckgas und das elektromagnetische
Ventil für den Gasaus stoß betrieben werden, das
zweite Pulserzeugungsmittel vorgesehen ist, welches das Pulssignal abändert,
das anhand des ersten Pulserzeugungsmittels erzeugt wird. Der Effekt
besteht darin, dass, weil die Wahrscheinlichkeit vergrößert
wird, dass sich die Ventile in Perioden bewegen, in denen der Betrieb
basierend auf abgeänderten Pulsignalen stattfindet, im
Fall einer Zunahme der Abweichung zwischen dem erfassten Druck des
Gases und dem Zieldruck, die Abweichung schnell wieder verringert
werden kann. Nun wird in der Situation, in der das mit Hilfe des
ersten Pulserzeugungsmittels erzeugte Pulssignal abgeändert
wird, um die Abweichung zu verringern, das mit Hilfe des ersten
Pulserzeugungsmittels erzeugte Pulssignal so korrigiert, dass die
Abweichung verringert wird. Auf Grundlage des mit Hilfe des ersten
Pulserzeugungsmittels erzeugten Pulssignals wird, um die Abweichung
zu verringern, ein Pulssignal erzeugt usw., dessen Anwendung nun möglich
wird.
-
Bei
der 2. Erfindung wird ausgehend von der 1. Erfindung für
den Entscheidungswert ein Wert eingerichtet, anhand dessen eine
Feststellung möglich wird, dass sich das elektromagnetische
Ventil für die Versorgung mit Druckgas oder das elektromagnetische
Ventil für den Gasausstoß über zwei Perioden des
Pulssignals hinweg erstreckend nicht bewegt haben, so dass innerhalb
von zwei Perioden des Pulssignals eine Anomalie des elektromagnetischen
Ventils festgestellt wird, und dadurch die Abweichung zwischen dem
erfassten Druck des Gases und dem Zieldruck schnell verringert werden
kann.
-
Bei
der 3. Erfindung sind ausgehend von der 1. oder 2. Erfindung die
kennzeichnenden Merkmale vorgesehen, dass das zweite Puls erzeugungsmittel das
aufgrund des ersten Pulserzeugungsmittels erzeugte Pulssignal unter
der weiteren Bedingung abändert, dass der Zustand, in welchem
die Abweichung mehr beträgt als der Entscheidungswert,
länger als eine im Vergleich zur vorbestimmten Periode kürzer
eingestellte Entscheidungszeit fortdauert.
-
Der
3. Erfindung zufolge dient der Sachverhalt, dass der Zustand, in
welchem die Abweichung mehr beträgt als der Entscheidungswert,
länger fortdauert als die Entscheidungszeit, als weitere
Bedingung für eine Änderung des von dem ersten
Pulserzeugungsmittel zu erzeugenden Pulssignals. Auf Grundlage einer
mehr als der Entscheidungswert betragenden Abweichung kann daher
das verlässlich als darüber hinausgehend festgestellte
Pulssignal verändert werden. Ferner ist es möglich,
weil diese Entscheidungszeit kürzer als die vorbestimmte
Periode eingestellt ist, dass unabhängig von der Zeit,
zu welcher der Zustand, in welchem die Abweichung mehr als der Entscheidungswert
beträgt, innerhalb einer Periode des Pulssignals beginnt,
die Entscheidung spätestens innerhalb von weniger als 2
Perioden einschließlich der Periode, in welcher der Zustand
begonnen hat, abzuschließen. Ein Effekt besteht darin,
dass, während verlässlich festgestellt wird, dass
die Abweichung mehr beträgt als der Entscheidungswert,
eine Änderung des Pulssignals, mit dem die elektromagnetischen
Ventile betrieben werden, in einer vergleichsweise früheren
Periode möglich wird.
-
Bei
der 4. Erfindung ist als kennzeichnendes Merkmal vorgesehen ein
Gegenstand, der umfasst:
eine der die 1.–3. Erfindungen
betreffenden Drucksteuervorrichtungen,
ein Durchflussmengenregelungsmittel,
das die Durchflussmenge eines Fluids abhängig von dem Druck
regelt, der durch das Gas eingeprägt wird, das von der
Drucksteuervorrichtung zugeführt wird,
ein Durchflussmengenerfassungsmittel,
das die Durchflussmenge des Fluids erfasst,
ein Einstellmittel,
das den Zieldruck des Gases abhängig von der Abweichung
zwischen einer erfassten Durchflussmenge und einer Zieldurchflussmenge einstellt,
um die erfasste Durchflussmenge des Fluids basierend auf dem Durchflussmengenerfassungsmittel
auf den Zielwert zu bringen.
-
Der
4. Erfindung zufolge wird – indem eine Drucksteuervorrichtung
gemäß der 1.–3. Erfindung sowie ein Durchflussmengenregelungsmittel,
das die Durchflussmenge eines Fluids abhängig von dem Druck
regelt, der durch das Gas eingeprägt wird, das von der
Drucksteuervorrichtung zugeführt wird, vorgesehen sind – die
Durchflussmenge des Fluids durch das Durchflussmengenregelungsmittel
basierend auf dem von der Drucksteuervorrichtung gesteuerten Druck
geregelt. Somit wird, um den auf diese Weise eingestellten Zieldruck
zu erhalten, der Druck des Gases von der Drucksteuervorrichtung
gesteuert, und um die erfasste Durchflussmenge des Fluids auf die
Zieldurchflussmenge zu bringen, die Steuerung durchgeführt,
indem ein Durchflussmengenerfassungsmittel, das die Durchflussmenge
des Fluids erfasst, und ein Einstellmittel, das den Zieldruck des
Gases abhängig von der Abweichung zwischen einer erfassten
Durchflussmenge und einer Zieldurchflussmenge einstellt, um die
erfasste Durchflussmenge des Fluids basierend auf dem Durchflussmengenerfassungsmittel
auf den Zielwert zu bringen, vorgesehen sind. Mehr noch umfasst
das Durchflussmengenerfassungsmittel, das die Durchflussmenge des
Fluids erfasst, ein indirektes Erfassen der Durchflussmenge des
Fluids anhand einer Erfassung des Drucks des Fluids.
-
Hierbei
wird, beispielsweise aufgrund irgendeiner beliebigen Anomalie, im
Falle einer zu groß gewordenen Abweichung zwischen dem
erfassten Druck des Gases und dem Zieldruck, der Zieldruck des aus
der Drucksteuervorrichtung abgeleiteten Gases basierend auf dieser
groß gewordenen Abweichung eingestellt. Allerdings wird
im Falle, dass die Anomalie in der Drucksteuervorrichtung entsteht,
der erfasste Druck des Gases, das aus der Drucksteuervorrichtung
abgeleitet wird, nicht mehr angemessen gesteuert, um auf den Zieldruck
gebracht zu werden, so dass eine Schwierigkeit entsteht, die erfasste
Durchflussmenge des Fluids, das von dem Durchflussmengenregelungsmittel
geregelt wird, schnell auf die Zieldurchflussmenge zu bringen.
-
Weil
in diesem Punkt bei der 4. Erfindung eine der die 1.–3.
Erfindungen betreffenden Drucksteuervorrichtungen vorgesehen ist,
kann in dem Fall, dass die Abweichung zwischen dem Erfassungsdruck
des Gases und dem Zieldruck größer wird, schnell
die Abweichung verringert werden. Der Effekt besteht darin, dass
in diesem Fall die erfasste Durchflussmenge des Fluids, das durch
das Durchflussmengenregelungsmittel geregelt wird, schnell auf die
Zieldurchflussmenge gebracht werden kann, obwohl in diesem Fall
in der Drucksteuervorrichtung eine Anomalie entsteht.
-
[Beste Ausführungsform der Erfindung]
-
Im
Folgenden wird auf eine Zeichnung einer Ausführungsform
der die vorliegende Erfindung betreffenden Drucksteuervorrichtung
Bezug genommen und diese näher erläutert.
-
[Kurze Erläuterung der Zeichnungen:]
-
[1]
Ein Schaltungsdiagramm, das den vollständigen Aufbau einer
mit einer Drucksteuervorrichtung ausgestatteten Versorgungsschaltung
für eine chemische Flüssigkeit zeigt.
-
[2]
Ein Schaltungsdiagramm, das eine schematische Darstellung eines
elektropneumatischen Reglers zeigt.
-
[3]
Ein Diagramm, das den Stromflussanteil eines elektromagnetischen
Ventils und die Kolbenverschiebung eines elektromagnetischen Ventils zeigt.
-
[4]
Ein Flussdiagramm, das den Ablauf einer Steuerung des Luftdrucks
zeigt.
-
[5]
Ein Zeitdiagramm, das eine Situation des Betriebs der Drucksteuervorrichtung
zeigt.
-
Dazu
stellt 1 einen Schaltungsplan dar, der den vollständigen
Aufbau einer Versorgungsschaltung für chemische oder medizinische
Flüssigkeiten zeigt, in welcher eine Drucksteuervorrichtung vorgesehen
ist.
-
Wie
in 1 gezeigt ist, ist bei dieser Schaltung eine Pumpe 21 für
chemische Flüssigkeiten vorgesehen, um die Ansaugung und
Ausgabe der chemischen Flüssigkeit durchzuführen.
Die Pumpe 21 für die chemische Flüssigkeit
umfasst beispielsweise eine Membranpumpe, eine Blasebalgpumpe, und
so weiter, zum Beispiel. Die in dem Behälter X für
chemische Flüssigkeiten gespeicherte chemische Flüssigkeit
wird von der Pumpe 21 für chemische Flüssigkeiten
durch die eine Ansaugleitung für chemische Flüssigkeiten
bildende Ansaugrohranordnung 31 angesaugt.
-
Die
Ausgabeseite der Pumpe 21 für chemische Flüssigkeiten
ist mit der eine Ausgabeleitung für chemische Flüssigkeiten
bildenden Ausgaberohranordnung 32 verbunden. Ein Pilotregler 22 ist
als ein Regulierungsmittel für die Durchflussmenge stromabwärts
dieser Ausgaberohranordnung 32 vorgesehen. Die von der
Pumpe 21 für chemische Flüssigkeiten
ausgegebene chemische Flüssigkeit wird von diesem Pilotregler 22 auf
eine vorbestimmte Durchflussmenge geregelt und wird dann auf dem
Wafer 23 ausgegeben. Ferner wird der stromabwärts
liegende Endbereich der Ausgaberohranordnung 32 durch eine
Ausgabedüse 32a gebildet, die die chemische Flüssigkeit
auf den Wafer 23 ausgibt.
-
Der
Pilotregler 22 regelt die Durchflussmenge der chemischen
Flüssigkeit basierend auf einem Betriebsdruck, wobei auf
Grundlage der von dem elektropneumatischen Regler 40 abgeleiteten
Luft dieser Betriebsdruck angelegt wird. Insbesondere regelt der
Pilotregler 22 die Durchflussmenge, indem aufgrund der
Verschiebung einer Membran abhängig von der Luft, mit welcher
die Pilot kammer versorgt wird, ein mit der Membran verkoppeltes
Ventilelement bewegt wird. Der elektropneumatische Regler 40 regelt
den Betriebsdruck des Pilotreglers 22, indem er gegenüber
dem Pilotregler 22 die Versorgung und die Ausgabe von Luft
steuert. Dieser Pilotregler 22 und dieser elektropneumatische
Regler 40 sind über eine Luftleitung 35 miteinander
verbunden, wobei die Luft für die Regelung des Betriebsdrucks
in dieser Luftleitung umläuft. Ferner bildet der elektropneumatische
Regler 40 eine Drucksteuervorrichtung, welche den Druck
des abgeleiteten Gases steuert, und die Luftleitung 35 bildet
eine das Gas ableitende Ableitungsrohranordnung.
-
Überdies
ist bei der Ausgaberohranordnung 32 zwischen der Pumpe 21 für
die chemische Flüssigkeit und dem Pilotregler 22 als
Durchflussmengenerfassungsmittel ein die Durchflussmenge der chemischen
Flüssigkeit erfassender Durchflussmengensensor 71 eingerichtet.
-
Bei
dem Durchflussmengencontroller 60 handelt es sich um eine
elektronische Steuervorrichtung, die sich aus einem Mikrocomputer
als Hauptbestandteil zusammensetzt, der eine CPU und verschiedenen
Arten von Speichern etc. umfasst. Der Durchflussmengencontroller 60 erhält
als Input eine Ziel-Durchflussmenge für die chemische Flüssigkeit von
einem das Hauptsystem zusammengefasst kontrollierenden Kontrollcomputer
und darüber hinaus auch nacheinander die vom Durchflussmengensensor 71 erfassten
Erfassungs-Durchflussmengen der chemischen Flüssigkeit.
Der Durchflussmengencontroller 60 betreibt aufgrund des
diversen Inputs den elektropneumatischen Regler 40 und
führt eine rückkoppelnde Regelsteuerung (feedback)
aus, um den Erfassungsdruck mit dem Zieldruck in Übereinstimmung
zu bringen.
-
Der
Durchflussmengencontroller 60 berechnet eine Abweichung
zwischen der als Input vom Kontrollcomputer erhaltenen Ziel-Durchflussmenge und
der vom Durchflussmengensensor 71 erfassten Erfassungs-Durchflussmenge,
wobei er eine auf der Abweichung basierende Rechenverarbeitung nach Art
einer PID-Rechenoperation u. s. w. durchführt, und gibt
als Output dem elektropneumatischen Regler 40 gegenüber
den Zieldruck als Betriebsdruck aus. Dann regelt der elektropneumatische
Regler 40 den Betriebsdruck für die Steuerung
des Pilotreglers 22 anhand der Steuerung der am Pilotregler 22 anliegenden
Luftversorgung und dem Luftausstoß, welches auf dem Zieldruck
vom Durchflussmengencontroller 60 basiert. Indem eine solche
Rechenverarbeitung wiederholt wird, konvergiert die erfasste Durchflussmenge
der chemischen Flüssigkeit mit der Zieldurchflussmenge.
Ferner bildet der Durchflussmengencontroller 60 ein Einstellmittel,
mit dem der Zielwert des Gasdrucks eingestellt wird.
-
Als
nächstes wird ein Überblick über den elektropneumatischen
Regler 40 anhand des Schaltkreisdiagramms gemäß 2 näher
erläutert.
-
Der
elektropneumatische Regler 40 ist über die Luftleitung 35 mit
dem Pilotregler 22 verbunden und steuert darauf basierend
die Versorgung und den Ausstoß der am Pilotregler 22 anliegenden
Luft, aufgrund dessen er den Betriebsdruck für die Steuerung des
Pilotreglers 22 regelt.
-
Der
elektropneumatische Regler 40 ist auf der Seite, auf welcher
Luft zugeführt wird, mit einem elektromagnetischen Ventil 43 für
die Druckluftversorgung und auf der Seite, auf welcher Luft ausgestoßen
wird, mit einem elektromagnetischen Ventil 44 versehen.
Ein Öffnungs- und Schließbetrieb wird auf Grundlage
eines Pulssignals ausgeführt, das eine vorbestimmte Periode
besitzt, wobei diese elektromagnetischen Ventile 43 und 44 die
Zirkulation sowie die Drosselung der Luft bewerkstelligen. Konkret
verändert sich die Zeitdauer und der Grad, in welchem die
Kolben als Ventilelemente der elektromagnetischen Ventile 43, 44 in
den geöffneten Zustand verschoben werden, entsprechend
dem Stromflussanteil in jeder einzelnen Periode. Wenn zum Beispiel das
Pulssignal eine Periode von 10 ms besitzt, so schwankt der Anteil
der Stromflusszeit in einem Bereich von 0–100%. Außerdem,
sind diese elektromagnetischen Ventile 43, 44 Ventile
vom standardmäßig geschlossenen Typ, der die Luft
in der Zeit fehlenden Stromflusses sperrt.
-
Das
elektromagnetische Ventil 43 für die Druckgaszufuhr
sowie auch das elektromagnetische Ventil 44 für
den Gasausstoß sind miteinander über eine Verbindungsleitung 46 verbunden,
wobei die oben genannte Luftleitung 35 mit dieser Verbindungsleitung 46 verbunden
ist. Somit entsteht hinsichtlich der Luftleitung 35 die
Möglichkeit der Luftzufuhr und auch des Luftausstoßes.
-
Überdies
ist in der Verbindungsleitung 46, die das elektromagnetische
Ventil 43 für die Druckgasversorgung mit dem elektromagnetischen
Ventil 44 für den Gasausstoß verbindet,
ein Drucksen sor 72 eingerichtet, und als Betriebsdruck
für die Steuerung des Pilotreglers 22 erfasst
der Drucksensor 72 den Luftdruck innerhalb der Verbindungsleitung 46.
Dieser Erfassungsdruck wird an den Druckcontroller 41 als
Output ausgegeben. Der Drucksensor 72 kann auch in der
Luftleitung 35 eingerichtet sein. Außerdem bildet
der Drucksensor 72 das Druckerfassungsmittel aus, das den
Druck des Gases innerhalb der Verbindungsleitung oder innerhalb
der Abführleitung erfasst.
-
Der
Druckcontroller 41 ist eine elektronische Steuervorrichtung,
die durch einen Mikrocomputer als Hauptbestandteil aufgebaut ist,
der durch eine CPU sowie viele Arten von Speichern etc. gebildet wird.
Der Druckcontroller 41 erhält als Input von dem Durchflussmengencontroller 60 als
Betriebsdruck den Zieldruck, und außerdem erhält
er noch als Input die jeweils nacheinander vom Drucksensor 72 erfassten
Drücke. Der Druckcontroller 41 veranlasst den
Betrieb der elektromagnetischen Ventile 43 und 44 auf
Grundlage dieses jeweiligen Inputs, und führt eine rückgekoppelte
Regelsteuerung (feedback) aus, um den erfassten Luftdruck und den
Zieldruck in Übereinstimmung zu bringen.
-
Konkret
erzeugt der Druckcontroller 41, um anhand des Drucksensors 72 den
erfassten Luftdruck auf den Zieldruck zu bringen, ein Pulssignal, welches
das elektromagnetische Ventil 43 für die Druckgasversorgung
und das elektromagnetische Ventil 44 für den Gasausstoß für
jede einzelne Periode antreibt, indem er basierend auf der Abweichung zwischen
dem erfassten Luftdruck und dem Zielluftdruck eine PID-Rechenoperation
durchführt. Wenn zum Beispiel der Luftdruck im Ansteigen
begriffen ist, nimmt der Anteil innerhalb einer Periode des Pulssignals
zu, in welchem das e lektromagnetische Ventil 43 für
die Druckgasversorgung geöffnet ist, und es nimmt die Menge
an der der Luftleitung 35 durch das elektromagnetische
Ventil 43 für die Druckgasversorgung hindurch
zugeführten Luft zu. Gleichzeitig nimmt der Anteil innerhalb
einer Periode des Pulsignals ab, in welchem das elektromagnetische
Ventil 44 für den Gasausstoß geöffnet
ist, und es nimmt auch die Menge der aus der Luftleitung 35 durch
das elektromagnetische Ventil 44 für den Gasausstoß hindurch
ausgestoßenen Luft ab.
-
Hierbei
vergrößert sich, wie in 3 gezeigt ist,
die Verschiebung des Kolbens der elektromagnetischen Ventile 43 und 44 proportional
zum Stromflussanteil für die einzelnen Perioden des Pulssignals,
wenn die elektromagnetischen Ventile 43 und 44 im
Normalfall vorliegen. Wenn dagegen gewisse Anomalien bei den elektromagnetischen
Ventilen 43 und 44 (gestrichelte Linie) verursacht
sind, dann ist die Verschiebung des Kolbens der elektromagnetischen
Ventile 43 und 44 nicht proportional gegenüber dem
Stromflussanteil für jede einzelne Periode des Pulssignals.
Wenn zum Beispiel das elektromagnetische Ventil 44 in einer
bestimmten Periode mit einem Pulssignal mit dem Tastgrad D1 betrieben
wird, kommt die Bewegung des Kolbens des elektromagnetischen Ventils 44 aufgrund
von Fremdkörperklumpen, der Zunahme der Reibungskraft usw.
zum Stehen. In diesem Fall wird, weil die Abweichung zwischen dem
von dem Drucksensor 72 als Input erhaltenen Erfassungsdruck
und dem von dem Durchflussmengencontroller 60 als Input
erhaltenen Zieldruck größer wird, in der Folgeperiode
das elektromagnetische Ventil 44 mit einem Pulssignal des
Tastgrades D2 betrieben, um die groß gewordene Abweichung
wieder zu verringern. Weil jedoch aufgrund des Pulssignals mit dem
Tastverhältnis D2 der Kolben des elektromagnetischen Ventils
fast nicht mehr bewegt wird, ist es in diesem Fall noch mehr erfor derlich,
in der Folgeperiode das elektromagnetische Ventil 44 mit
einem die Abweichung minimierenden Pulssignal zu betreiben. Es besteht
aus diesem Grund Anlass zur Sorge, dass sich der Zustand einer großen
Abweichung zwischen dem erfassten Druck und dem Zieldruck weiter
fortsetzt.
-
Deshalb
trägt eine Hauptausführungsform dafür
Sorge unter der Bedingung, dass die Abweichung zwischen dem erfassten
Luftdruck und dem Zieldruck oberhalb eines Entscheidungswertes liegt, die
Abweichung in einer Periode, in der das elektromagnetische Ventil 43 für
die Druckluftversorgung und das elektromagnetische Ventil 44 für
den Gasausstoß betrieben wird, zu minimieren, die oben
genannte PID-Rechenoperation auszuführen und das dabei
erzeugte Pulssignal zu verändern. Im Folgenden wird das
auf dem elektropneumatischen Regler 40 basierende Verfahren
der Steuerung des Luftdrucks mit Bezugnahme auf das Flussdiagramm
der 4 näher erläutert. Ferner wird
durch den Druckcontroller 41 diese Verarbeitung mit einer
vorbestimmten Periode wiederholt aufgeführt.
-
Wie
in 4 gezeigt ist, wird zunächst der Zieldruck
Pt als Input eingegeben (Schritt 110). Konkret wird der
anhand des oben genannten Durchflussmengencontrollers 60 konfigurierte
Zieldruck Pt dem Druckcontroller 41 als Input zugeführt.
Nachdem solchermaßen der Zieldruck Pt als Input zugeführt
worden ist, wird nun der erfasste Druck Pd als Input zugeführt
(Schritt 120). Konkret wird der vom oben genannten Drucksensor 72 erfasste
Luftdruck Pd dem Druckcontroller 41 als Input zugeführt.
-
Anschließend
wird die Druckabweichung ΔP zwischen dem erfassten Druck
Pd und dem Zieldruck Pt berechnet (Schritt 130), und basierend
auf dieser Druckabweichung ΔP wird das Pulssignal Db erzeugt,
mit dem die Ventile betrieben werden (Schritt 140). Konkret
erzeugt der Druckcontroller 41, um den erfassten Druck
Pd auf den Zieldruck Pt zu bringen, das Pulssignal Db (Tastgrad
Dbi), welches das elektromagnetische Ventil 43 für
die Druckluftversorgung in jeder einzelnen Periode betreibt, und
das Pulssignal Db (Tastgrad Dbe), welches das elektromagnetische
Ventil 44 für den Gasausstoß in jeder
einzelnen Periode betreibt, wozu er basierend auf der Abweichung ΔP
zwischen dem erfassten Luftdruck Pd und dem Zieldruck Pt eine PID-Rechenoperation
durchführt. Beispielsweise nimmt im Fall eines Luftdruckanstiegs
der Anteil zu, mit welchem das elektromagnetische Ventil 43 für
die Druckluftversorgung innerhalb einer Periode des Pulssignals
geöffnet ist. Mit anderen Worten, der Tastgrad Dbi des
Pulssignals, welches das elektromagnetische Ventil 43 für die
Druckluftversorgung betreibt, wird vergrößert
und die durch das elektromagnetische Ventil 43 für
die Druckluftversorgung hindurch in die Luftleitung 35 zugeführte
Luftmenge nimmt zu. Damit einhergehend nimmt der Anteil innerhalb
einer Periode des Pulssignals Db ab, in welchem das das elektromagnetische
Ventil 44 für den Gasausstoß geöffnet
ist. Mit anderen Worten, der Tastgrad Dbe des das elektromagnetische
Ventil 44 für den Gasausstoß betreibenden
Pulssignals Db verringert sich, wobei die durch das elektromagnetische
Ventil 44 für den Gasausstoß hindurch
aus der Luftleitung 35 ausgestoßene Luftmenge
vermindert wird.
-
Nachdem
das Pulssignal auf diese Weise erzeugt worden ist, wird festgestellt,
ob die oben genannte Abweichung ΔP mehr als ein Entscheidungswert
Rp beträgt (Schritt 150). Hierbei wird als Entscheidungswert
Rp ein Wert eingestellt, mit dem erfasst werden kann, ob das elektromagnetische
Ventil 43 für die Druckluftversorgung oder das
elektromagnetische Ventil 44 für den Gasausstoß in
Bezug auf die Periode des diese antreibenden Pulssignals Db über
eine Periode oder mehrere Perioden hinweg nicht funktioniert, oder
dass eine Verzögerung des Betriebs eingetreten ist. Beispielsweise
wird ein Wert eingestellt, mit dem erfasst werden kann, dass das elektromagnetische
Ventil 43 für die Druckluftversorgung oder das
elektromagnetische Ventil 44 für den Gasausstoß über
zwei Perioden des Pulssignals Db2 hinweg nicht funktioniert. Mit
anderen Worten, in dem Fall, in welchem der Kolben des elektromagnetischen
Ventils 43 für die Druckluftversorgung oder des elektromagnetischen
Ventils 44 für den Gasausstoß temporär
zum Stillstand kommt und damit nicht funktioniert, wird die Abweichung ΔP
zwischen dem erfassten Druck Pd der zugeführten Luft und
dem Zieldruck Pt größer, weil die Luftzufuhr oder
der Gasausstoß nicht angemessen durchgeführt werden
können. Folglich wird der einer Erfassungsfehler und die Auswirkung
einer Verzögerung bis zur Erfassung des Drucksensors 72 beseitigt,
und darüber hinaus für den Wert, mit dem ein solcher
Zustand frühzeitig erfasst werden kann, ein Entscheidungswert
Rp eingestellt.
-
Wenn
bei der vorerwähnten Entscheidung entschieden wird, dass
die Druckabweichung ΔP nicht mehr als der Entscheidungswert
Rp beträgt (Schritt 150: NEIN), dann wird basierend
auf dem vorgenannten Pulssignal Db (Tastgrad Dbi und Tastgrad Dbe)
das elektromagnetische Ventil 43 für die Druckluftversorgung
und das elektromagnetische Ventil 44 für den Gasausstoß jeweils
betrieben (Schritt 160). Mit anderen Wort, wenn entschieden wird,
dass die Druckabweichung ΔP nicht mehr als der Entscheidungswert
Rp beträgt, dann entstehen keine Anomalien in dem elektromagnetischen
Ventil 43 für die Druckgasversorgung und dem elektromagnetischen
Ventil 44 für den Gasausstoß, und es
ist vorstellbar, dass der erfasste Luftdruck Pd auf einen Wert nahe
dem Zieldruck Pt gesteuert wird. der erfasste Luftdruck Pd. Aus
diesem Grund wird basierend auf der Abweichung ΔP zwischen
dem erfassten Luftdruck Pd und dem Zieldruck Pt eine PID-Rechenoperation
durchgeführt und auf Grundlage des so erzeugten Pulssignals
Db (Tastgrad Dbi und Tastgrad Dbe) das elektromagnetische Ventil 43 für
die Druckgasversorgung und das elektromagnetischen Ventil 44 für
den Gasausstoß betrieben.
-
Wenn
andererseits bei der Entscheidung festgestellt wurde, dass der Druckunterschied ΔP mehr
als der Entscheidungswert Rp beträgt (Schritt 150:
JA), dann wird bestimmt, ob die Zeitdauer T dieses Zustands mehr
beträgt als eine Entscheidungszeit Rt (Schritt 170).
Konkret wird ab einem Zeitpunkt, zu welchem festgestellt wird, dass
die Druckabweichung ΔP mehr als der Entscheidungswert Rp
beträgt, mit Hilfe eines Zeitzählers eine Zählung
gestartet, wobei basierend darauf, dass die Zählung mehr beträgt
als ein Entscheidungswert, bestimmt wird, ob die Zeitdauer T mehr
beträgt als die Entscheidungszeit Rt. Hierbei wird die
Entscheidungszeit Rt kürzer als einige 10 ms eingestellt,
welches einer Periode des Pulssignals Db eines Pulssignals entspricht,
beispielsweise werden einige ms eingestellt. Mit anderen Worten,
die Entscheidungszeit Rt wird auf einen Wert eingestellt, der basierend
darauf, ob der Zustand fortdauert, in welchem die Druckabweichung ΔP
mehr als der Entscheidungswert Rp beträgt, eine sichere
Bestimmung ermöglicht. Weil ferner die Entscheidungszeit
Rt kürzer als die Periode des Pulssignals Db eingestellt
wird, kann unabhängig vom Zeitpunkt, in welchem der Zustand
beginnt, bei dem die Abweichung innerhalb einer Periode mehr beträgt
als der Entscheidungswert Rp, die Bestimmung – die Periode
mit dem Beginn dieses Zustands eingeschlossen – spätestens
innerhalb von 2 Perioden abgeschlossen werden. Mehr noch wird im
Fall, in dem bestimmt wurde, dass die Druckabweichung ΔP
nicht mehr als der Entscheidungswert beträgt, der Zeitzähler
zurückgesetzt (Reset).
-
Bei
der vorgenannten Bestimmung wird in dem Fall, in welchem bestimmt
wurde, dass die Zeitdauer T des Zustands, in welchem die Druckabweichung ΔP
mehr beträgt als der Entscheidungswert Rp, dagegen nicht
mehr beträgt als die Entscheidungszeit Rt (Schritt 170:
NEIN), basierend auf dem oben erwähnten Pulssignal Db (Tastgrad
Dbi und Tastgrad Dbe) das elektromagnetische Ventil 43 für die
Druckluftversorgung und das elektromagnetische Ventil 44 für
den Gasausstoß jeweils betrieben (Schritt 160).
Das heißt, dass im Fall, in welchem bestimmt wurde, dass
die Zeitdauer T des Zustands, in welchem die Druckabweichung ΔP
mehr beträgt als der Entscheidungswert Rp, nicht mehr beträgt
als die Entscheidungszeit Rt, ein Zustand wiederhergestellt wird,
in welchem die Druckabweichung ΔP kleiner ist als der Entscheidungswert
Rp, bzw. es ist wird angenommen, dass die Wiederherstellung eines
Zustands wahrscheinlich ist, in welchem die Druckabweichung ΔP
kleiner ist als der Entscheidungswert Rp. Folglich wird keine Abänderung
des Pulssignals Db durchgeführt und das elektromagnetische
Ventil 43 für die Druckgasversorgung sowie das
elektromagnetische Ventil 44 für den Gasausstoß auf
Grundlage dieses Pulssignals Db betrieben, so dass entsprechend
dem nachfolgenden Zustand die Steuerung durchgeführt wird.
-
Andererseits
wird bei der oben beschriebenen Bestimmung in dem Fall, in welchem
bestimmt wurde, dass die Zeitdauer T des Zustands, in welchem die
Druckabweichung ΔP mehr beträgt als der Entscheidungswert
Rp, auch mehr beträgt als die Entscheidungszeit Rt (Schritt 170:
JA), das Pulssignal Dr erzeugt, indem das Pulssignal Db korrigiert wird
(Schritt 180). Insbesondere entsteht in dem Fall, in welchem
bestimmt wurde, dass die Zeitdauer T des Zustands, in welchem die
Druckabweichung ΔP mehr beträgt als der Entscheidungswert
Rp, auch mehr beträgt als die Entscheidungszeit Rt, ein
Zustand, in dem der Betrieb des elektromagnetischen Ventils 43 für
die Druckgasversorgung und des elektromagnetischen Ventil 44 für
den Gasausstoß eingestellt oder verzögert wurde.
Es ist anzunehmen, dass eine vergleichsweise frühzeitige
Rückkehr aus diesem Betrieb wünschenswert ist.
Aus diesem Grunde wird, um die Druckabweichung ΔP in einer
Periode zu verringern, in der das elektromagnetische Ventile 43 für
die Druckgasversorgung und das elektromagnetische Ventil 44 für
den Gasausstoß betrieben wird, das ausgehend von der vorgenannten
PID-Rechenoperation erzeugte Pulssignal Db (Tastgrad Dbi und Tastgrad
Dbe) variiert. Konkret wird, um die Druckabweichung ΔP
zu verringern, der ausgehend von der PID-Rechenoperation erzeugte
Tastgrad Dbi und der entsprechende Tastgrad Dbe jeweils einzeln
zu- oder abnehmend korrigiert. Beispielsweise wird es im Fall, dass
der erfasste Luftdruck Pd im Vergleich zum Zieldruck Pt sehr hoch
wird, notwendig, die Periode für den Öffnungsbetrieb
des elektromagnetischen Ventils 43 für die Druckgasversorgung
zu verkürzen und gleichzeitig die Periode für
den Öffnungsbetrieb des elektromagnetischen Ventils 44 für
den Gasausstoß zu verlängern. Daher wird der Tastgrad
Dbi des elektromagnetischen Ventils 43 für die
Druckgasversorgung verringert und gleichzeitig der Tastgrad Dbe
des elektromagnetischen Ven tils 44 für den Gasausstoß vergrößert.
Für die Situation, in welcher dieser Tastgrad Dbi und dieser
Tastgrad Dbe durch Zu- oder Abnahme korrigiert werden, kann kann
der vorbestimmte Korrekturwert dazugefügt oder abgezogen
werden, es kann aber auch eine auf dem vorbestimmten Korrekturwert
beruhende Multiplikation oder Division durchgeführt werden.
Somit wird als Pulssignal Dr nach der Korrektur der Tastgrad Dri,
mit dem der Tastgrad Dbi korrigiert wurde, und der Tastgrad Dre, mit
dem der Tastgrad Dbe korrigiert wurde, eingestellt.
-
Nachdem
auf diese Weise das Pulssignal Db korrigiert und dadurch das Pulssignal
Dr erzeugt worden ist, wird mit dem Pulssignal Dr das elektromagnetische
Ventil 43 für die Druckgasversorgung und das elektromagnetische
Ventil 44 für den Gasausstoß betrieben
(Schritt 190). Das heißt, dass anhand des Pulssignals
Dr (Tastgrad Dri und Tastgrad Dre) das elektromagnetische Ventil 43 für
die Druckgasversorgung und das elektromagnetische Ventil 44 für den
Gasausstoß jeweils einzeln betrieben werden. Mithin kann
die Abweichung ΔP zwischen dem erfassten Luftdruck Pd und
dem Zieldruck Pt schnell verringert werden, weil die Wahrscheinlichkeit
für das Funktionieren des elektromagnetischen Ventils 43 für die
Druckgasversorgung und des elektromagnetischen Ventils 44 für
den Gasausstoß in einer mit dem Pulssignal Dr betriebenen
Periode groß wird.
-
Nachdem
das elektromagnetische Ventil 43 für die Druckgasversorgung
und das elektromagnetische Ventil 44 für den Gasausstoß mit
dem Pulssignal Db betrieben worden sind (Schritt 160),
oder nachdem das elektromagnetische Ventil 43 für
die Druckgasversorgung und das elektromagnetische Ventil 44 für
den Gasausstoß mit dem Pulssignal Dr betrieben worden sind
(Schritt 190), wird die Verarbeitung vorläufig
beendet. Darüber hinaus entspricht die Verarbeitung der
Schritte 110–140 der Verarbeitung durch
das erste Pulserzeugungsmittel, und die Verarbeitung der Schritte 150, 170, 180 entspricht der
Verarbeitung durch das zweite Pulserzeugungsmittel.
-
Als
nächstes folgt hinsichtlich des Betriebszustands des auf
der vorgenannten Steuerung des Luftdrucks basierenden elektropneumatischen
Reglers 40 mit Bezugnahme auf das Zeitdiagramm in 5 eine
genauere Erläuterung. Insbesondere wird in 5(a)–(e)
zum Vergleich der Betriebszustand eines herkömmlichen elektropneumatischen
Reglers gezeigt, während der Betriebszustand des erfindungsgemäßen
elektropneumatischen Reglers 40 in 5(f)–(i)
dargestellt ist.
-
Vom
Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t1 werden sowohl vom herkömmlichen
elektropneumatischen Regler als auch vom elektropneumatischen Regler 40 anhand
des Pulssignals Db, das mit Hilfe einer PID-Rechenoperation auf
Grundlage der Druckabweichung ΔP zwischen dem erfassten
Druck Pd und dem Zieldruck Pt erzeugt wird, das elektromagnetische
Ventil 43 für die Druckgasversorgung und das Ventil 44 für
den Gasausstoß betrieben. Wie in 5(e) und
(j) gezeigt ist, wird eine Steuerung dann derart duchgeführt,
dass die Druckabweichung ΔP zwischen dem erfassten Druck
Pd und dem Ziedruck Pt auf einen Wert in der Umgebung von Null liegenden
Wert kommt.
-
Wenn
zum Zeitpunkt t1 eine Anomalie in dem elektromagnetischen Ventil 44 für
den Gasausstoß eintritt, dann kommt die Bewegung des Kolbens des
elektromagnetischen Ventils 44 in jener Periode zum Stehen,
und die Verschiebung des Kolbens wird Null, wie in 5(d) und
(i) dargestellt ist. Aus diesem Grund vergrößert
sich, weil der Ausstoß der das elektromagnetische Ventil 44 für
den Gasausstoß passierenden Luft endet, der Druckunterschied ΔP zwischen
dem erfassten Druck Pd und dem Ziedruck Pt, wie in den 5(e) und (j) dargestellt ist. In der Folgeperiode
wird, um den vergrößerten Druckunterschied ΔP
zu verringern, wie in 5(a), (c), (f)
und (h) gezeigt ist, das auf einer PID-Rechenoperation beruhende
Pulssignal Db (Tastgrad Dbi0 und Tastgrad Dbe0) erzeugt und damit
das elektromagnetische Ventil 43 für die Druckgasversorgung
und das elektromagnetische Ventil 44 für den Gasausstoß jeweils
einzeln betrieben. Aber obwohl mit dem auf diese Weise erzeugten
Pulssignal des Tastgrads Dbe0 das elektromagnetische Ventil 44 für
den Gasausstoß betrieben wird, wie in 5(d) und
(i) gezeigt ist, bewegt sich der in den Haltezustand getretene Kolben
des elektromagnetischen Ventils 44 für den Gasausstoß nicht.
-
In
der Folgeperiode bewegt sich im Fall des herkömmlichen
elektropneumatischen Reglers, wie in 5(a) und
(c) gezeigt ist, der zum Stehen gekommene Kolben des elektromagnetischen
Ventils 44 für den Gasausstoß nicht,
obwohl das elektromagnetische Ventils 43 für die
Druckgasversorgung und das elektromagnetische Ventil 44 für
den Gasausstoß basierend auf dem Pulssignal Db (Tastgrad
Dbi1 und Tastgrad Dbe1) jeweils einzeln betrieben werden. Aus diesem
Grund vergrößert sich, wie in 5(e) dargestellt
ist, der Druckunterschied ΔP durch den bloßen Öffnungsbetrieb
durch das elektromagnetische Ventil 43 für die
Druckgas versorgung. Demgegenüber wird beim erfindungsgemäßen
elektropneumatischen Regler 40, wie in 5(i) gezeigt ist,
zum Zeitpunkt t2 festgestellt, ob der Druckunterschied ΔP
mehr als der Entscheidungswert Rp beträgt. Zum Zeitpunkt
t3 wird dann, weil die Zeitdauer T jenes Zustand mehr beträgt
als die Entscheidungszeit Rt, wie in 5(f) und
(h) gezeigt ist, das anhand der PID-Rechenoperation erzeugte Pulssignal
Db (Tastgrad Dbi1 und Tastgrad Dbe1) in das Pulssignal Dr (Tastgrad
Dri1 und Tastgrad Dre1) abgeändert. Aufgrund dessen werden
das elektromagnetische Ventil 43 für die Druckgasversorgung
und das elektromagnetische Ventil 44 für den Gasausstoß basierend
auf dem Pulssignal Dr (Tastgrad Dri1 und Tastgrad Dre1) jeweils
einzeln betrieben, so dass, wie in 5(i) gezeigt
ist, zum Zeitpunkt t4 der Betrieb des Kolbens des elektromagnetischen
Ventils 44 für den Gasausstoß wiedereröffnet
werden kann. Außerdem wird, weil das elektromagnetische
Ventil 43 für die Druckgasversorgung nicht im Öffnungsbetrieb
gehalten wurde, wie in 5(j) gezeigt
ist, eine Zunahme des Druckunterschieds ΔP unterdrückt.
-
In
der Folgeperiode wird bei dem herkömmlichen elektromagnetischen
Regler 40, um den abermals vergrößerten
Druckunterschied ΔP zu verringern, wie in 5(a) und
(c) gezeigt ist, anhand der PID-Rechenoperation das Pulssignal Db
(Tastgrad Dbi2 und Tastgrad Dbe2) erzeugt und damit das elektromagnetische
Ventil 43 für die Druckgasversorgung und das elektromagnetische
Ventil 44 für den Gasausstoß jeweils
einzeln betrieben. Wie in 5(d) dargestellt
ist, wird danach der Betrieb des Kolbens des elektromagnetischen
Ventils 44 für den Gasausstoß zum Zeitpunkt
t5 wiedereröffnet. Demgegenüber wird bei dem erfindungsgemäßen
elektropneumatischen Regler 40, wie in 5(f) und
(h) dargestellt ist, das elektromagnetische Ventil 43 für
die Druckgas versorgung und das elektromagnetische Ventil 44 für
den Gasausstoß basierend auf dem Pulssignal Dr (Tastgrad
Dri2 und Tastgrad Dre2) betrieben, und wie in 5(i) gezeigt
die Druckabweichung ΔP schnell verringert.
-
Dem
Aufbau der oben ausführlich dargestellten Ausführungsform
zufolge werden die folgenden herausragenden Effekte erzielt.
-
Indem
ein elektromagnetisches Ventil 43 für die Druckgasversorgung
vorgesehen ist, das, wenn es mit einer Versorgungsquelle für
Luft verbunden ist, anhand des Pulsignals mit der vorbestimmten
Periode im Öffnungs- und Schließbetrieb betrieben
wird, wird die aus der Luftversorgungsquelle dem elektromagnetischen
Ventil 43 für die Druckgasversorgung zugeführte
Luft hinsichtlich ihrer Durchflussmenge gesteuert. Indem ein elektromagnetisches
Ventil 44 für den Gasausstoß vorgesehen
ist, das, wenn es über eine Verbindungsleitung 46 mit
dem elektromagnetischen Ventil 43 für die Druckgasversorgung
verbunden ist, anhand des Pulssignals mit der vorbestimmten Periode
im Öffnungs- und Schließbetrieb betrieben wird,
wird die Durchflussmenge der das elektromagnetische Ventil 43 für
die Druckgasversorgung durchströmenden Luft anhand des
elektromagnetischen Ventils 44 für den Gasausstoß gesteuert. Indem
ferner eine die Luft aus der Verbindungsleitung 46 ableitende
Luftleitung 35 vorgesehen ist, wird die basierend auf der
Durchflussmengensteuerung des elektromagnetischen Ventils 43 für
die Druckgasversorgung und des elektromagnetischen Ventils 44 für
den Gasausstoß hinsichtlich des Drucks gesteuerte Luft
in die Luftleitung 35 abgeleitet.
-
Ferner
ist zusammen mit einem Drucksensor 72, der den Druck der
in der Verbindungsleitung 46 enthaltenen Luft erfasst,
ein Druckcontroller 41 vorgesehen, der, um basierend auf
dem Drucksensor 72 den erfassten Luftdruck Pd auf den Zieldruck
zu bringen, mit Hilfe einer auf der Druckabweichung ΔP
zwischen dem erfassten Luftdruck Pd und dem Zieldruck Pt basierenden
PID-Rechenoperation das Pulssignal Db erzeugt, mit dem das elektromagnetische
Ventil 43 für die Druckgasversorgung und das elektromagnetische
Ventil 44 für den Gasausstoß in den einzelnen
Perioden betrieben wird. Auf Grundlage des auf diese Weise erzeugten
Pulssignals Db werden das elektromagnetische Ventil 43 für
die Druckgasversorgung und das elektromagnetische Ventil 44 für
den Gasausstoß in jeder einzelnen Periode im Öffnungs- und
Schließbetrieb betrieben, wobei derart gesteuert wird,
dass der erfasste Druck Pd der abgeleiteten Luft auf den Zieldruck
Pt kommt.
-
Darüber
hinaus korrigiert der Druckcontroller 41 das basierend
auf der PID-Rechenoperation erzeugte Pulssignal Db zu einem Pulssignal
Dr bei Vorliegen der Bedingung, dass die Druckabweichung ΔP zwischen
dem erfassten Luftdruck Pd und dem Zieldruck Pt mehr beträgt
als der Entscheidungswert Rp, um die Druckabweichung ΔP
für Perioden zu verringern, in denen das elektromagnetische
Ventil 43 für die Druckgasversorgung und das elektromagnetische
Ventil 44 für den Gasausstoß betrieben
werden, wobei sich beispielsweise aufgrund irgendeiner Anomalie
die elektromagnetischen Ventile 43, 44 nicht mehr
bewegen. In dem Fall, dass die Druckabweichung ΔP zwischen
dem erfassten Druck Pd und dem Zieldruck Pt auf über Entscheidungswert
Rp gestiegen ist, werden, um die Druckabweichung ΔP zu verringern,
das elektromagnetische Ventil 43 für die Druckgasversorgung
und das elektro magnetische Ventil 44 für den Gasausstoß auf
Grundlage des abgeänderten Pulssignals Dr betrieben. Weil
infolgedessen die Wahrscheinlichkeit für den Betrieb der elektromagnetischen
Ventile 43, 44 in den mit dem Pulssignal Dr betriebenen
Perioden steigt, kann bei Auftreten einer sich vergrößernden
Druckabweichung ΔP zwischen dem erfassten Luftdruck Pd
und dem Zieldruck Pt die Druckabweichung ΔP sehr schnell
wieder verringert werden.
-
Indem
für den Entscheidungswert Rp der Druckabweichung ΔP
ein Wert eingerichtet ist, mit dem erfasst werden kann, dass sich
das elektromagnetische Ventil 43 für die Druckgasversorgung
oder das elektromagnetische Ventil 44 für den
Gasausstoß über 2 Perioden des Pulssignals Db
hinweg nicht bewegt hat, wird eine Anomalie des elektromagnetischen
Ventils 43 für die Druckgasversorgung oder des
elektromagnetischen Ventils 44 für den Gasausstoß innerhalb
einer kurzen Zeitdauer erfasst, die man mit 2 Perioden des Pulssignals
beziffern kann. Somit wird eines schnelle Minderung des Druckunterschieds ΔP
zwischen dem erfassten Druck Pd der Luft und dem Zieldruck Pt möglich.
-
Aufgrund
der weiteren Bedingung für die Erzeugung des abzuändernden
Pulssignals Db, das mit Hilfe der PID-Operation erzeugt wird, nämlich
ob der Zustand, in welchem der Druckunterschied ΔP mehr beträgt
als der Entscheidungswert Rp, länger als die Entscheidungszeit
Rt fortdauert, kann das Pulssignal Db abgeändert werden,
nachdem verlässlich entschieden wurde, dass die Druckabweichung ΔP mehr
beträgt als der Entscheidungswert Rp. Außerdem
kann infolge dessen, dass die Entscheidungszeit Rt kürzer
eingerichtet wurde als die Periode des Pulssignals Db, unabhängig
von dem Zeitpunkt, in welchem der Zustand beginnt, bei dem innerhalb einer
Periode des Pulssignals Db die Druckabweichung ΔP mehr
beträgt als der Entscheidungswert Rp, spätestens
innerhalb von zwei Perioden einschließlich derjenigen Periode,
in der jener Zustand beginnt, der Entscheidungsvorgang abgeschlossen werden.
Im Ergebnis kann aufgrund der verlässlichen Entscheidung,
ob die Druckabweichung ΔP mehr beträgt als der
Entscheidungswert Rp, in einer vergleichsweise frühen Periode
das das elektromagnetische Ventil 43 für die Druckgasversorgung
und das elektronische Ventil 44 für den Gasausstoß betreibende
Pulssignal Db abgeändert werden.
-
Weil
sowohl der Tastgrad Dbi des das elektromagnetische Ventil 43 für
die Druckgasversorgung antreibenden Pulssignals Db als auch der
Tastgrad Dbe des das elektromagnetische Ventil 44 für
den Gasausstoß antreibenden Pulssignals Db beide variiert
werden, kann die Zunahme des Druckunterschieds ΔP aufgrund
eines Normalbetriebs von nur einem der beiden Ventile 43, 44 für
die Druckgasversorgung bzw. für den Gasausstoß gesteuert
werden.
-
Weil
der elektropneumatische Regler 40 und der Pilotregler 22 vorgesehen
sind, der die Durchflussmenge der chemischen Flüssigkeit
abhängig von dem anliegenden Druck der von dem elektropneumatischen
Regler 40 zugeführten Luft regelt, wird die Durchflussmenge
der chemischen Flüssigkeit durch den Pilotregler 22 basierend
auf demjenigen Druck gesteuert, der von dem elektropneumatischen
Regler 40 angelegt wird. Außerdem sind der die
Durchflussmenge der chemischen Flüssigkeit erfassende Durchflussmengensensor 71 und
der Durchflussmengencontroller 60 vorgesehen, der mit Hilfe
des Durchflussmengensensors 71 den Zieldruck Pt für
die Luft basierend auf einer Abweichung zwischen der erfassten Durchflussmenge
und der Zieldurchflussmenge einstellt, um die erfasste Durchflussmenge
an chemischer Flüssigkeit auf die Zieldurchflussmenge zu
bringen. Dadurch wird, um den auf diese Weise eingestellten Zieldruck
Pt zu erhalten, anhand des elektropneumatischen Reglers 40 der
Luftdruck gesteuert, und infolgedessen auch die erfasste Durchflussmenge
an chemischer Flüssigkeit gesteuert, um die Zieldurchflussmenge
zu erhalten.
-
Hierbei
wird beispielsweise in dem Fall, dass aufgrund einer beliebigen
Anomalie die Abweichung zwischen der erfassten Durchflussmenge der
chemischen Flüssigkeit und der Zieldurchflussmenge zugenommen
hat, gemäß dieser vergrößerten
Abweichung der Zieldruck Pt der Luft, die aus dem elektropneumatischen
Regler 40 abgeleitet wird, eingestellt. Allerdings wird
in dem Fall, dass im elektropneumatschen Regler 40 eine
Anomalie entsteht, nicht mehr angemessen dahingehend gesteuert,
dass der erfasste Druck Pd der aus dem elektropneumatischen Regler 40 abgeleiteten
Luft auf Zieldruck Pt kommt. Somit entsteht die Schwierigkeit, dass
die aufgrund des Pilotreglers 40 geregelte, erfasste Durchflussmenge
an chemischer Flüssigkeit schnell auf die Zieldurchflussmenge
gebracht wird.
-
Bei
diesem Punkt kann, weil bei der vorliegenden Ausführungsform
ein elektropneumatischer Regler 40 vorgesehen ist, der
die oben erwähnte Steuerung des Luftdrucks durchführt,
im Fall einer groß gewordenen Druckabweichung ΔP
zwischen dem erfassten Luftdruck Pd und dem Zieldruck Pt die Druckabweichung ΔP
schnell wieder verringert werden. Die Folge ist, dass die Durchflussmenge
an chemischer Flüssigkeit, die mit dem Pilotregler 22 geregelt wird,
schnell auf die Zieldurchflussmenge gebracht werden kann, auch wenn
der Fall auftritt, dass in dem elektropneumatischen Regler 40 eine
Anomalie auftritt.
-
Die
vorliegende Erfindung wird durch das vorgenannte Ausführungsbeispiel
nicht eingeschränkt, beispielsweise ist solches wie nachfolgend ausgeführt
ebenso geeignet.
-
Bei
der obigen Ausführungsform wurde zwar als Erfassungsmittel
für Durchflussmengen, das die Durchflussmenge eine Fluids
erfasst, der Durchflussmengensensor 71 verwendet, der die
Durchflussmenge der chemischen Flüssigkeit erfasst. Es
kann aber auch ein Drucksensor verwendet werden, der anhand einer
Erfassung des Drucks der chemischen Flüssigkeit indirekt
die Durchflussmenge der chemischen Flüssigkeit erfasst.
-
Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform wurde zwar als Gas,
von dem dann Gebrauch gemacht wird, wenn der elektropneumatischen
Regler 40 den Betrieb regelt, Luft verwendet. Es kann aber
genauso auch Stickstoff oder ein anderes Gas u. s. w. verwendet
werden.
-
Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform wurde zwar der Sachverhalt,
dass der Zustand, in dem die Druckabweichung ΔP mehr beträgt
als der Entscheidungswert Rp, länger fortdauert als eine Entscheidungszeit
Rt, die kürzer eingestellt ist als die Periode des Pulssignals
Db, als weitere Bedingung dafür verwendet, um das basierend
auf der PID-Rechenoperation entstandene Pulssignal Db zu variieren.
Diese Bedingung kann aber auch weggelassen werden. Insbesondere
kann unter der Bedingung, dass die Druckabweichung ΔP mehr
beträgt als der Entscheidungswert Rp, ebenso gut das basierend auf
der PID-Rechenoperation erzeugte Pulssignal Db direkt geändert
werden. Weil es in diesem Fall nicht erforderlich ist, den Ablauf
der Entscheidungszeit abzuwarten, besteht bereits in einer früheren
Periode die Möglichkeit, dass man das Pulssignal Db variieren
kann, so dass die Druckabweichung ΔP vergleichsweise schneller
verringert werden kann.
-
Bei
der oben genannten Ausführungsform wurden zwar der Tastgrad
Dbi des das elektromagnetische Ventil 43 für die
Druckgasversorgung antreibenden Pulssignals Db und der Tastgrad
Dbe des das elektromagnetische Ventil 44 für den
Gasausstoß antreibenden Pulssignals Db beide variiert,
es kann aber genauso gut auch nur einer der beiden Tastgrade Dbi
und Dbe variiert werden.
-
Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform wurde zwar, um die
Druckabweichung ΔP zu verringern, das basierend auf der
PID-Rechenoperation erzeugte Pulssignal Db modifiziert und dadurch das
Pulssignal Dr erzeugt. Es ist aber genauso gut möglich,
das Pulssignal Dr zu erzeugen, um statt dem durch die PID-Operation
erzeugten Pulssignal Db die Druckabweichung ΔP zu verringern.
Das heißt, dass mit dem basierend auf der PID-Rechenoperation
erzeugten Pulssignal Db ein spezielles Pulssignal Dr erzeugt wird,
und dieses Pulssignal Dr anstatt des Pulssignals Db genauso gut
zur Verringerung der Druckabweichung ΔP erzeugt werden
kann.
-
Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform wurde zwar das Pulssignal
Db erzeugt, das das elektromagnetische Ventil 43 für
die Druckgasversorgung und das elektromagnetische Ventil 44 für
den Gasausstoß basierend auf einer PID-Rechenoperation
entsprechend der Druckabweichung ΔP zwischen dem erfassten
Druck Pd und dem Zieldruck Pt antreibt. Das Pulssignal Db kann aber
auch durch eine auf die Druckabweichung ΔP bezogene, von
den PI-Rechenoperationen verschiedene Rechenverarbeitung erzeugt
werden.
-
Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform wurde zwar angestrebt,
durch den elektropneumatischen Regler 40 die an der Durchflussmengenregelungsvorrichtung
vom Membrantyp anliegende Luft abzuleiten. Es ist aber genauso gut
möglich, Luft abzuleiten, die an einer Durchflussmengensteuervorrichtung
vom Typ eines Luftzylinders anliegt. Außerdem ist einer
das druckgesteuerte Gas verwendenden Vorrichtung zufolge auch eine
andere Vorrichtung als die Durchflussmengenregelungsvorrichtung möglich,
die die erfindungsgemäße Drucksteuervorrichtung
verwendet.
-
- 35
- Luftleitung
als Ableitung
- 40
- Elektropneumatischer
Regler als Drucksteuermittel
- 43
- elektromagnetisches
Ventil für die Druckgasversorgung
- 44
- elektromagnetisches
Ventil für den Gasausstoß
- 72
- Drucksensor
als Druckerfassungsmittel.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-