-
[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 H07- 36 551 A .
-
[Weiterer Stand der Technik:]
-
Die Druckschrift
DE 10 2007 023 345 A1 offenbart ein Bremssystem für ein mit einem Anhänger pneumatisch koppelbares Nutzfahrzeug. Das Bremssystem besitzt eine elektronische Steuereinheit, die vermittels Pulsbreitenmodulation eine erste Ventileinrichtung steuert, die mit einer Druckluftversorgung verbunden ist, um einen zum Bremsen des Anhängers erforderlichen Druck aufzubauen. Ein Drucksensor erfasst den Druck und gibt ein entsprechendes Signal an die elektronische Steuereinheit aus. Eine mit der ersten Ventileinrichtung verbundene zweite Ventileinrichtung wird durch die elektronische Steuereinheit gesteuert und ist dazu vorgesehen, ein Relaisventil zu steuern.
-
Die Druckschrift
DE 10 2004 023 365 A1 offenbart ein Verfahren zur Druckregelung für eine Brennkraftmaschine mit einem Speichereinspritzsystem. Ein erster Ist-Raildruck wird über ein erstes Filter aus dem gemessenen Raildruck bestimmt und eine erste Regelabweichung wird aus dem Soll-/Istvergleich des Raildrucks berechnet. Ein Volumenstrom wird aus der ersten Regelabweichung über einen Hochdruckregler als Stellgröße ermittelt. Ein zweiter Ist-Raildruck wird über ein zweites Filter aus dem gemessenen Raildruck bestimmt und der zweite Ist-Raildruck wird als maßgeblich für die Berechnung der Regleranteile des Hochdruckreglers gesetzt.
-
Die Druckschrift
DE 602 07 609 T2 offenbart ein Verfahren zum Bestimmen einer Verstellung eines Ventils mit einem Ventileinlass zum Empfangen eines Fluidflusses bei einem Einlassdruck und einem Ventilauslass zum Liefern des Fluidflusses bei einem Auslassdruck. Ein Zwischendruck zwischen dem Einlassdruck und dem Auslassdruck wird ausgewählt. Eine erste Verstellung des Ventils basierend auf einem viskosen Druckabfall vom Einlassdruck auf dem Zwischendruck wird bestimmt. Eine zweite Verstellung wird basierend auf einem nicht-viskosen Druckabfall vom Zwischendruck zum Auslassdruck bestimmt. Nachfolgend wird bestimmt, ob die erste Verstellung nahezu gleich der zweiten Verstellung ist. Ist die erste Verstellung nahezu gleich der zweiten Verstellung, wird schließlich die erste Verstellung oder die zweite Verstellung als die Verstellung des Ventils ausgewählt.
-
Die Druckschrift
EP 1 138 994 A2 offenbart einen Ventilpositionierer für den rauhen Einsatz, mit welchem in einer möglichweise explosiven Umgebung die Position eines Ventils umgeschaltet werden kann.
-
[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 Gasausstoß 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 Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Pulserzeugungsmittel 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 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 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 einer weiteren Erfindung ist als kennzeichnendes Merkmal vorgesehen ein Gegenstand, der umfasst:
- eine der die oben genannten 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 weiteren Erfindung zufolge wird - indem eine Drucksteuervorrichtung gemäß einer der oben genannten Erfindungen 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 weiteren Erfindung eine der die 1.-2. 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.
-
Figurenliste
-
- [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 Pilotkammer 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 Drucksensor 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 elektromagnetische 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 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 erforderlich, 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 Db 2 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 Ventils 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 Druckgasversorgung. 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 Druckgasversorgung 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 elektromagnetische 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.
-
Bezugszeichenliste
-
- 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.
