DE112018002360T5

DE112018002360T5 - Durchflussregelanordnung mit lokalisiertem nichtflüchtigem Speicher

Info

Publication number: DE112018002360T5
Application number: DE112018002360.5T
Authority: DE
Inventors: Tim Tiemeyer; John Ruf; Michael Brew
Original assignee: Idex Health and Science LLC
Current assignee: Idex Health and Science LLC
Priority date: 2017-05-08
Filing date: 2018-04-23
Publication date: 2020-01-16
Also published as: US20210116426A1; JP2023159122A; JP2020519431A; US20230022667A1; WO2018208489A1; GB2577000B; GB201916299D0; US11454962B2; GB2577000A

Abstract

Beschrieben ist eine Vorrichtung zum Regeln eines Fluidstroms und insbesondere eines Fluidstroms durch eine mikrofluidische Mehrwegregelventil-Anordnung einer Hochdruck-Flüssigkeitschromatographie-Einheit (high pressure liquid chromatography, HPLC). Die Durchflussregelvorrichtung verfügt über ein lokalisiertes Daten-Repository zum Speichern von kumulativen Verschleißanzeigen von Komponenten der Vorrichtung. Die gespeicherten Informationen wandern mit der Vorrichtung für einen zuverlässigeren prädiktiven Ausfall von Komponenten der Vorrichtung.

Description

Querverweis zu verwandten Anwendungen
Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil der Anmeldung und die Priorität der am 08. Mai 2017 eingereichten provisorischen US-Patentanmeldung Seriennr. 62/502,853, deren Inhalt hierin durch Verweis in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
Bundesstaatliche Förderung:
Keine Anwendung
Gemeinsames Forschungsabkommen:
Keine Anwendung
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich generell auf Fluid-Durchflussregelanordnungen und insbesondere auf eine mikrofluidische Mehrwegregelventil-Anordnung einer Hochdruck-Flüssigkeitschromatographie-Einheit (high pressure liquid chromatography, HPLC) mit einem lokalisierten Daten-Repository zum Speichern von identifizierenden Daten, die der Ventilregelanordnung entsprechen. In einigen Ausführungsformen entsprechen die gespeicherten Daten einer zuletzt bekannten Ventilposition, sodass eine Neuinitialisierung des Ventils nach jeder Stromabschaltung nicht mehr erforderlich ist. Das lokalisierte Daten-Repository wandert mit dem Ventil, unabhängig von der Umgebung, in der es verwendet wird. Ferner können die in dem lokalisierten Daten-Repository gespeicherten identifizierenden Daten in einigen Ausführungsformen Daten beinhalten, die den kumulativen Nutzungs- und Verschleißeigenschaften für einen prädiktiven Ausfall von Komponenten der mikrofluidischen Mehrwegregelventil-Anordnung entsprechen. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Bewerten einer Durchflussregelvorrichtung und spezifischer zum Bewerten einer mikrofluidischen Mehrwegregelventil-Anordnung einer Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie-Einheit (high pressure liquid chromatography, HPLC) mit einem lokalisierten kumulativen Verschleißindikator für einen prädiktiven Ausfall von Komponenten der Anordnung.
HINTERGRUND
In der Vergangenheit verwendeten Hochdruck-Flüssigkeitschromatographie-Einheiten (high pressure liquid chromatography, HPLC) mehrere Pumpen und Ventile, um den Durchfluss eines Probenfluids durch die HPLC-Einheit zu regeln. Ein Host-Rechnersystem ist normalerweise elektrisch mit der HPLC-Einheit und verschiedenen Komponenten innerhalb der HPLC-Einheit gekoppelt, einschließlich mikroprozessorgesteuerter Pumpen und Ventile. Das Host-System kann die Komponenten innerhalb der HPLC steuern und Informationen über die Steuerung der Komponenten speichern. Verschiedene Komponenten innerhalb der HPLC-Einheit weisen Verschleißeigenschaften mit unterschiedlichen Raten auf. Eine HPLC-Pumpe kann beispielsweise eine Reparatur oder einen Austausch mit einer anderen Rate erfordern als ein HPLC-Regelventil, das in derselben HPLC-Einheit betrieben wird. Ferner ist es manchmal wünschenswert, nur Teile der Pumpe oder des Ventils zu reparieren oder zu ersetzen, anstatt die gesamte Komponente zu ersetzen.
Obwohl der Host-Computer möglicherweise Daten im Speicher aufzeichnet, die sich auf Reparatur- und Austauschereignisse assoziiert mit einer serialisierten Komponente beziehen, werden manchmal verschiedene Komponenten einer HPLC-Einheit ausgelagert und in eine andere Einheit platziert. Wenn die zwei Host-Computer nicht miteinander verbunden sind, hat der zweite Host-Computer keine Historie der ausgetauschten Komponenten und muss alle ausgetauschten Komponenten neu initialisieren. Obwohl aktuelle Durchflussregelkomponenten mit Anhänger oder Aufkleber aufweisen können, die an der Außenseite der Komponente angebracht sind, sind zusätzlich die auf dem Aufkleber enthaltenen Angaben begrenzt und statisch. Wenn der zweite Host-Computer keine Nutzungshistorie für diese Komponenten hat, kann es sein, dass der Benutzer der HPLC nicht weiß, dass die HPLC-Einheit eine oder mehrere Komponenten aufweist, die sich beispielsweise dem Ende ihrer betrieblichen Lebensdauer nähern oder eine Wartung benötigen.
Es wäre daher wünschenswert, eine Durchflussregelkomponente bereitzustellen, die zur Verwendung in einer HPLC-Einheit geeignet sein kann und in der Lage ist, aktualisierte Informationen und mit der Komponente assoziierte Daten in dem lokalen nichtflüchtigen Speicher zu speichern. Beispielsweise wäre es ohne beabsichtigte Einschränkung wünschenswert, Informationen in Bezug auf einen Reparaturstatus der Komponente, eine Ausrichtung von Unterkomponenten der Komponente, eine Ausrichtung einer Komponente in ihrer Umgebung, eine Seriennummer der Komponente, Teilenummern von Unterkomponenten, den Hersteller der Komponente, das Herstellungsdatum, die Konfiguration der Komponente, die betriebliche Lebensdauer/Nutzung, die Betriebsspezifikationen, Materialkompatibilität, die mit der Komponentenbewegung assoziierten Werte, die Werte, die mit den kumulativen Mengen der Komponentenbewegung assoziiert sind, die zuletzt bekannte Position von Komponenten, die optimale Position von Komponenten, Fehler von Komponenten, Informationen über Komponentenreparatur, die Wartungsanforderungen von Komponenten oder Informationen in Bezug auf die Umgebung, der die Komponente ausgesetzt ist, zu speichern.
ZUSAMMENFASSUNG
Ausführungsformen gemäß den Aspekten der Erfindung beinhalten eine Durchflussregelkomponente, die über ein oder mehrere lokalisierte Daten-Repositories zum Speichern einer Vielzahl von Informationen in Bezug auf eine Verwendung der Komponente verfügt. Das Daten-Repository beinhaltet einen nichtflüchtigen Speicher, der vorzugsweise, ohne beabsichtigte Einschränkung von der FRAM-Variante ist. Obwohl FRAM hierin als bevorzugtes lokalisiertes Datenspeicher-Repository beschrieben ist, werden die Fachleute auf dem Gebiet verstehen, dass ein anderer maschinenlesbarer und schreibbarer Speicher als das lokalisierte Daten-Repository verwendet werden können, einschließlich eines nichtflüchtigen Speichers, wie z. B. MRAM, NAND oder EEPROM.
In bestimmten Ausführungsformen kann die Durchflussregelkomponente ein direkt angetriebenes Durchflussregelventil sein, das einen Motor, einen Antriebsstrang und eine Fluidweganordnung aufweist, die als eine einzelne Einheit enthalten sind. Eine Leiterplatte (printed circuit board, PCB) und ein Motorantrieb können an dem Direktantriebventil montiert sein. Die Fluidweganordnung des Ventils kann einen Deckel oder Stator und eine Membran oder einen Rotor mit darin gebildeten Anschlüssen beinhalten. Die Membran kann durch den Motor gedreht werden, um den gewünschten Durchfluss von Fluids durch das Ventil zu regeln. Manchmal kann die Fluidweganordnung repariert oder ersetzt werden, indem nur die Rotor- und Statorkomponenten ersetzt werden. Ein Protokoll über den Neuaufbau der Fluidweganordnung kann in dem Daten-Repository gespeichert sein. Ferner kann die Drehmenge der Membran oder des Rotors bestimmt und ein Protokoll der Drehmenge in dem Daten-Repository gespeichert werden. Außerdem kann auch eine kumulative oder gesamte Menge einer Rotorbewegung und Motorbewegung in dem Daten-Repository aufgezeichnet werden. Wenn die Fluidweganordnung neu aufgebaut wird, kann die kumulative Drehmenge für jeden Rotor separat in dem Daten-Repository gespeichert werden. Auf diese Weise werden die Informationen für jeden Neuaufbau über die gesamte betriebliche Lebensdauer der gesamten „Einzeleinheit“ beibehalten. Daten, die mit der Gesamtbewegung oder den Umdrehungen des Antriebsstrangs und des Motors assoziiert sind, können auch beibehalten und als separate Werte gespeichert werden, die sich von den Umdrehungen des Rotors unterscheiden.
In bestimmten Ausführungsformen kann die Durchflussregelkomponente eine Durchflussregelventilanordnung mit einem Motor, einem Stellglied und einem modularen Behälter umfassen. Das Ventil oder die Membran ist in dem modularen Behälter enthalten. Eine oder mehrere Leiterplatten können an der Ventilanordnung montiert sein. Beispielsweise kann eine Leiterplatte sowohl an dem Stellglied als auch an dem Motor montiert sein. Antriebssteuerungen, ein Mikroprozessor und ein residenter nichtflüchtiger Speicher können an den Leiterplatten montiert sein. Eine Fluidweganordnung ist in dem Behälter enthalten und die Fluidweganordnung kann „gewartet“ werden, indem entweder schnell der gesamte Behälter ersetzt wird oder indem eine oder mehrere Komponenten innerhalb des Behälters ersetzt werden. Die Einfachheit eines einfachen Ersatzes des gesamten Behälter verringert die Standzeit des HPLC-Systems. Daten in Bezug auf die Wartung des Behälters können in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert werden, der an dem Behälter an sich befestigt ist. Alternativ kann der Behälter entfernt und wieder aufgebaut werden, ähnlich wie bei einem Neuaufbau der Rotor- und Statorkomponenten mit Direktantrieb. Nach einem Neuaufbau werden Informationen über den Neuaufbau in dem Speicher des Behälters gespeichert, und dann ist der Behälter bereit für einen weiteren schnellen Austausch, wenn ein weiterer Behälter gewartet werden muss. Ein Daten-Repository kann sowohl auf dem Behälter als auch auf dem Stellglied oder Motor gehalten werden. Das Daten-Repository auf dem Behälter kann verwendet werden, um Daten zu halten, die der Gesamtzahl oder den Umdrehungen des Ventils, der Anzahl von Neuaufbauten und anderen Daten, die für den Behälter spezifisch sind, entsprechen. Das Daten-Repository kann z. B. ein FRAM sein. Die an dem Stellglied angebrachte Leiterplatte kann Treiber für einen Positionssensor und ein Ventil beinhalten. Die Leiterplatte kann einen separaten FRAM, IC und Mikroprozessor unterstützen, die für die Verwaltung des FRAMs auf dem Behälter verantwortlich sind.
Fachleute auf dem Gebiet werden verstehen, dass ein oder mehrere lokalisierte Daten-Repositories verwendet werden können, sodass die Daten über das Ventil nicht verloren gehen, wenn die gesamte Ventilanordnung (Fluidventil, Stellglied und Motor) abgetrennt wird, das Stellglied und der Behälter (Ventil innerhalb des Behälters, Stellglieds und Motors) abgetrennt werden, oder wenn der Behälter (das Ventil innerhalb des Behälters) von dem Stellglied und Host-System abgetrennt wird. Wenn ein Daten-Repository an dem Behälter befestigt ist (z. B. eine Leiterplatte, die FRAM und IC an dem Behälter [Ventil] unterstützt), wird der IC mit Strom versorgt und über die Leiterplatte und den IC des Stellglieds gesteuert. Die Leiterplatte an dem Stellglied hätte auch einen eigenen FRAM sowie einen Mikroprozessor, um sowohl FRAM als auch ICs an dem Stellglied und dem Behälter separat zu verwalten. Obwohl FRAM hierin als bevorzugtes lokalisiertes Daten-Repository beschrieben ist, das an dem Behälter angebracht ist, werden die Fachleute auf dem Gebiet verstehen, dass andere maschinenlesbare und schreibbare Speicher als lokalisiertes Daten-Repository verwendet werden können, einschließlich eines nichtflüchtigen Speichers, wie z. B. MRAM, NAND oder EEPROM.
In bestimmten Ausführungsformen der Erfindung ist die Position des Ventils innerhalb des Ventilgehäuses oder des Behälters bestimmt und in dem lokalen Speicher gespeichert. Positionssensoren bekannter geeigneter Bauart können zum Bestimmen der Position und Menge der Drehung verwendet werden. Inkrementalencoder oder absolute Positionserfassung können nützlich sein, um die Position und Drehung des Ventils zu bestimmen. Aktuelle Encoderlösungen können in zwei Haupttypen unterteilt werden: inkremental und absolut. Inkrementale Encoder erfordern eine Initialisierung einer inkrementalen Bewegungsvorrichtung, um eine Ausgangsposition beim Einschalten des Host-Systems zu bestimmen. Nach Initialisierung wird jede Bewegung der Vorrichtung auf eine relative Positionsänderung überwacht. Absolutposition-Encoder erfordern keine Initialisierungssequenz, da die Position immer bekannt ist. Beide Encodertypen können je nach erforderlicher Genauigkeit und Präzision teuer sein.
Als Beispiel und ohne zu beabsichtigen, die Art eines geeigneten Ventilpositionssensors zu begrenzen, wird ein Encoder in Bezug auf ein Bestimmen von Ventilpositionen beschrieben, die eine Anschluss-zu-Anschluss-Verbindung definieren. Eine Verwendung eines Encoders kann den Formfaktor und die Kosten von jeder Ventileinheit reduzieren, weil Inkrementalencoder kompakt sein können und weniger als Absolutpositionssensoren kosten können. Allerdings erforderten Encoder bei jedem Start des Ventils einen Initialisierungsprozess. Die Ventilauslösung erfordert eine Ventilbewegung und eine Verkürzung der betrieblichen Lebensdauer des Ventils. Es wird erwartet, dass ein Bereitstellen der Möglichkeit, das Ventil ohne Neuinitialisierung zu verwenden, die betriebliche Lebensdauer des Ventils verlängert.
Obwohl die Beschreibung in diesem Dokument auf Encoder verweist, hängt die Funktion des Ventils nicht vom Encodertyp ab: inkremental oder absolut. Weiterhin kann es wünschenswert sein, die Encoderübergänge, die auf die Anschlusspositionen ausgerichtet sind (z. B. 60 gleich beabstandete Fenster, sodass sich ein Fensterübergang immer an den Anschlusspositionen befindet), für eine Reihe gleich großer Anschlusskonfigurationen zu optimieren, jedoch ist es nicht notwendig, Fenster mit Anschlusspositionen auszurichten. Somit kann ein Speichern der bevorzugten Anschlusspositionen eine Wiederholbarkeit und Genauigkeit von Bewegungen verbessern, da Positionen zwischen den Fenstern mit einem „Ausgleich“ des elektrischen Signals zwischen physikalischen Fenstern oder Rasten beibehalten werden.
Kombinieren eines Inkrementalencoders mit einem nichtflüchtigen Speicher kann eine kostengünstige Lösung mit kleinem Formfaktor bereitstellen, die die Vorteile eines Absolutpositionssensors emuliert und gleichzeitig zusätzliche Vorteile beim Speichern von Informationen in Bezug auf das Ventil bereitstellt, wie z. B. Anschlusskonfiguration, Herstellungsdaten, betriebliche Lebensdauer/Nutzung, Betriebsspezifikationen, Materialkompatibilität usw. Spezifische Informationen in Bezug auf die Verwendung des Ventils können mit dem Ventil wandern, anstatt auf einem Host-Computer gespeichert und verwaltet zu werden. Ein Bewegen des Ventils und/oder ein Neuaufbau von Ventilkomponenten ermöglicht dem Host-System, die Ventilnutzungsinformationen mit minimalem Datenverwaltungsaufwand zu erkennen. Nach einer ersten Initialisierung speichert das Ventil alle Bewegungen in dem Speicher. Jedes Mal, wenn das Ventil eingeschaltet wird, kann die zuletzt bekannte Position aus dem Speicher ermittelt und das Ventil ohne Initialisierung betätigt werden.
Aufgrund mechanischer Variationen in der Anordnung können die Ventilanschlüsse auch bei Nennpositionierung basierend auf der Encoder-Rückmeldung nicht optimal ausgerichtet sein. Eine optimale Positionierung der Anschlusspositionen kann als Nachschlagtabelle in dem Speicher gespeichert sein. Eine aktuelle Encoder-Rückmeldung kann über die Nachschlagtabelle interpretiert und Korrekturen an der Ventilposition vorgenommen werden. Die Nachschlagtabellen können unter Verwendung einer Vielzahl von Verfahren erstellt werden, wovon eine Gegendruckmessung beinhaltet, um die „offensten“ Anschlussausrichtungen zu finden.
Zusätzlich verbessert die Möglichkeit, die zuletzt bekannte Ventilposition zu speichern, die Effizienz im Betrieb und reduziert die Notwendigkeit, mehrmals nützliche Bewegungen beim Initialisieren eines Ventils aufzuwenden. Sobald die Ventilposition bekannt ist, ändert sich die gespeicherte Ventilposition nur noch, wenn das Ventil betätigt wird. Während einer Initialisierung des Ventils kann der anfängliche Startpunkt des Ventils als Home-Position bezeichnet werden. Tritt während einer Ventilbewegung eine Systemstörung auf, wird das Flag „erfolgreiche Bewegung“ nicht gesetzt und das Steuersystem erkennt, dass das Flag „erfolgreiche Bewegung“ nicht gültig ist. Das Ventil kann aktiv mit dem Host-System kommunizieren, dass das Ventil die Bewegung nicht beendet hat, aber die Position des Ventils ist noch immer bekannt. Das Steuersystem kann das Host-System abfragen, wohin es gehen soll, aber das Steuersystem muss das Ventil nicht auf eine HOME-Position initialisieren, da es ständig seine Bewegung aufzeichnet. Selbst wenn die Ventilbewegung nicht erfolgreich war, ist die Position des Ventils sowohl vor als auch nach dem Auftreten der Systemstörung bekannt.
Die Inkrementalencoder der vorliegenden Erfindung können eine Reihe von inkrementalen Zählstationen oder Fenster verwenden, die für die jeweilige Anwendung geeignet sind. Es wurde von dem Antragsteller bestimmt, dass ein Inkrementalencoder mit 60 Fenstern eine breite Anwendbarkeit für verschiedene gängige Ventilvarianten bietet, einschließlich 6-Weg-, 8-Weg-, 10-Weg- und 12-Weg-Ventile.
In bestimmten Ausführungsformen der Erfindung, die ein Stellglied mit abnehmbaren Behältern beinhalten, kann sich der Speicher an mehreren, separaten Stellen befinden, aber verbunden sein, um eine Kommunikation und einen Austausch von Informationen zu ermöglichen. Das Stellglied kann eine Aufzeichnung von jedem Behälter haben, der über die betriebliche Lebensdauer des Stellglieds verwendet wird, zusammen mit dem Datum des Behälterersatzes und der Gesamtzahl von Behälterersetzungen. Der Behälter kann seine eigenen relevanten Informationen halten und von einem bestimmten Stellglied getrennt werden, ohne seine einmaligen Daten zu verlieren.
In Bezug auf die Encoderfunktion kann nach Initialisierung des Ventils die zuletzt bekannte Ventilposition in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert werden. Bei Betätigung eines Ventils kann ein Wert in den integrierten Speicher geschrieben werden, der eine erfolgreiche Bewegung angibt, d. h. das Host-System kann eine Positionierung des Ventils bestimmen. Nach Initialisierung des Ventils wird die aktuelle Position in einem lokalen Speicher gespeichert und die Steuerung ist in der Lage, die zuletzt bekannte Position des Ventils aus dem Speicher zu bestimmen. Für den Fall, dass sich ein Ventil nicht bewegt, kennt das System die Position des Ventils, da während der Bewegung des Ventils ständig ein mit der Position assoziierter Wert in den Speicher geschrieben wird. Beispielsweise kann jedes Mal, wenn ein Impuls oder ein Steuersignal an den Schrittmotor gesendet wird, die Impulszahl oder ein anderes Inkrement, wie z. B. der Encoderübergang, in den Speicher geschrieben werden, bevor die Bewegung aufgerufen wird. Daher bedeutet eine erfolglose Bewegung, dass das letzte in dem Speicher gespeicherte Inkrement die letzte physikalische Position des Ventils darstellt.
Ein weiterer Vorteil einer lokalen Speicherung von Ventilbewegungsinformationen ist eine Aufrechterhaltung aktualisierter Betätigungszahlen für das Ventil, die zur Vorhersage von Ventilausfall verwendet werden können, wenn es sich der betrieblichen Lebensdauer annähert, unabhängig davon, wo und wann das Ventil verwendet wird. Da Ventilinformationen aus dem Ventilspeicher gelesen werden können, kann das Host-System eine Kompatibilität mit einem bestimmten HPLC-Prozessen sicherstellen und Ventile können als „beweglich“ zwischen verschiedenen Prozessen und Systemen angesehen werden. Zusätzlich zur Integration mit dem Ventil als komplette Einheit kann der Speicher an mehreren Stellen auf einer Ventilanordnung angeordnet sein, z. B. Stellglied gegenüber Ersatzbehälter, und als separate Einheiten verwaltet und gehalten werden.
In Bezug auf Encoderfunktion kann nach Initialisierung des Ventils die zuletzt bekannte Ventilposition in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert werden. Bei Betätigung eines Ventils kann ein Wert in den integrierten Speicher geschrieben werden, der eine erfolgreiche Bewegung angibt, d.h. das Host-System kann eine Positionierung des Ventils bestimmen oder wissen, ob eine Neuinitialisierung erforderlich ist. Ferner ist eine Interpretation und Ausführung von Befehlen möglich, die für andere Ventilkonfigurationen spezifisch sind, z.B. verschiedene physikalische Encodertypen oder Encoderkonfigurationen, unterschiedliche Antriebssystemverhältnisse und Schrittzählungen usw.
Ventilelektronik, die die Durchflussregelkomponente unterstützt, kann in das Ventil integriert und auf geeignete Weise skaliert sein. Beispielsweise können bei einem Direktantriebventil der Speicher, Prozessor, Motorantrieb und Encodersensoren auf einer einzelnen Leiterplatte zusammengefasst und auf der Unterseite des Motors des Ventils montiert sein, oder der Speicher, Prozessor und Encodersensor kann auf der Rückseite des Motors montiert und elektrisch mit einem externen Motorantrieb gekoppelt sein. Alternativ können das Stellglied und der Behälter einen dedizierten FRAM (Speicher) aufweisen, um die individuellen Daten der betrieblichen Lebensdauer von jedem davon zu verfolgen. Während der Montage und Prüfung des Ventils können verschiedene Informationen in die Speichereinheit eingegeben werden, einschließlich Informationen in Bezug auf das Herstellungsdatum, die Seriennummer der Komponenten, die Teilenummern von Komponenten und Unterkomponenten, die Konfiguration der Ventilanschlüsse, die Betriebsbedingungen (z.B. maximale Temperatur, maximaler Druck, chemische Kompatibilität, Materialien für den Ventilfluidweg usw.), die maximale Anzahl der erwarteten Bewegungen, die zuletzt bekannte Position des Ventils oder die Zählung von null Bewegung. Während der Verwendung des Ventils können zusätzliche Informationen gesammelt und im lokalisierten Daten-Repository gespeichert werden, einschließlich Flag für erfolgreiche Bewegung, zuletzt bekannte Position, kumulative Anzahl von Motor- und Ventilbewegungen oder gesamter Drehweg; Wert für die maximale Anzahl von Bewegungen vor der Wartung oder Service des Ventils.
Das lokalisierte Daten-Repository kann vorzugsweise lokale Speichereinheiten, wie z. B. FRAM verwenden, da diese Art von nichtflüchtigem Speicher eine hohe Schreibfestigkeit aufweist, die (nahezu) unbegrenzte Lese-/Schreibvorgänge, eine einfache Datenverwaltung ermöglicht und keine extern zugeführte Energie für eine „unbefristete“ Speicherung von Daten erfordert. Ferner können Daten, die den folgenden Ereignissen entsprechen, einfach gespeichert werden: Seriennummer, Teilenummer, Hersteller, Herstellungsdatum, Antriebssystemverhältnis, Encodertyp, kumulative Wellenbewegungsmengen, zuletzt bekannte Ventilposition, optimale Position von Anschlussstellen, Motorbewegungsfehler, Reparatur-/Ersatzinformationen, werden im Ventilspeicher gespeichert, oder anwendungsspezifische Informationen.
In bestimmten Ausführungsformen beinhaltet die Durchflussregelkomponente Dateninformationen, um erwartete Wartungsereignisse und die voraussichtliche betriebliche Lebensdauer zu identifizieren. Die Durchflussregelkomponente beinhaltet einen Prozessor, einen Positionssensor, einen FRAM und eine Motorsteuerung. Das System verwendet den Positionssensor (Encoderzählungen), um die Gesamtbewegung des Ventils zu verfolgen. Außerdem können Encoderzählungen und Drehmoment verwendet werden, um die Gesamtarbeit zu berechnen. Ferner können Bewegungsfehler aufgezeichnet und verglichen werden, um einen Ausfall des Ventils vorherzusagen.
Die gespeicherten Daten können eine individuelle Verfolgung von Gesamtbewegungen, der Anzahl von Neuaufbauten, Datum der Neuaufbauten und die Historie von gepaarten Seriennummern beinhalten. Eine Übersetzung oder Interpretation verschiedener Motor- und Encoder-Erwartungen des HOST-Computers (Prozessor, Encoder, FRAM, Motorsteuerung) ermöglicht eine Integration des Ventils in eine Vielzahl von HOST-Computern mit einer Software, die speziell für eine Art von Antriebssystem oder Encodersystem entwickelt wurde. Obwohl ein Host-System Informationen in Bezug auf Bewegung speichern kann, ist der „Zustand“ des Ventils nicht portierbar, da Ventilinformationen derzeit in einer Datenbank eines Host-Computers gespeichert sind, die möglicherweise nicht portierbar ist. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung sind reduzierte Kosten, eine neue Effizienz der (portierbaren) Datenverwaltung und die Einführung einer portierbaren historischen Aufzeichnung der Ventilnutzung. Weitere Vorteile beinhalten eine Minimierung der Bewegung des Ventils durch Vermeidung der wiederholten Initialisierung der Ventilposition, die derzeit bei mit Inkrementalencoder ausgestatteten Ventilen erforderlich ist. Mehrere FRAM-ICs können bei einem einzigen Ventil verwendet werden, um eine Historie des Stellglieds und aller Ersetzungen von Komponenten des Fluidwegs (Behälter) separat zu verfolgen. Die betriebliche Lebensdauer des Stellglieds kann deutlich höher sein als die ersetzbare Fluidwegunteranordnung des Ventils (Behälter). Eine Aufzeichnung der Nutzungshistorie des Stellglieds ermöglicht eine verbesserte Verfolgung, z. B. eine Liste von Behälter-Seriennummern, die über die betriebliche Lebensdauer des Stellglieds an dem Stellglied installiert wurden.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung gegenüber konventionellen Systemen dar, zumindest dahingehend, dass der Speicher am Ventil in beiden Richtungen sein kann und sowohl Lese- als auch Schreibfähigkeiten in einer portierbaren Speicherkonfiguration bereitstellt. Außerdem kann das System der vorliegenden Erfindung nicht nur eine maximal erwartete betriebliche Lebensdauer, Ventilkonfiguration usw. angeben, sondern kann auch Informationen über die aktuelle Ventilnutzung speichern, die mit einer maximal erwarteten Ventilnutzungsdauer verglichen werden können, wodurch die Notwendigkeit entfällt, dass die Instrumentsteuerung spezifischen Daten für die Anzahl der Ventile speichern und verfolgen muss, die während der gesamten betrieblichen Lebensdauer des Steuersystems auf dem Steuersystem installiert werden. Mit anderen Worten, die Datenverwaltung wird durch die vorliegende Erfindung mit Datenportierbarkeit vereinfacht.
In bestimmten Ausführungsformen erkennt der Motorantriebs-Chip, wenn der Motor keinen Schritt macht. Diese Erkennung gibt an, dass das Drehmoment die Auslegungsgrenzen überschritten hat. Die vorliegende Erfindung erkennt ferner, ob der Motor manchmal einen Schritt nicht macht oder ob sich der Motor überhaupt nicht bewegt, was auf ein schwerwiegenderes Bewegungsproblem hinweist. Die Steuerung kann dann versuchen, den klemmenden Motor freizugeben, indem sie den Antriebsstrom bis zu einem maximal festgelegten Grenzwert erhöht.
Die Anzahl der fehlgeschlagenen Schritte, ob der Motorausfall durch Erhöhen des Motorstroms behoben wird und ob der Motor in der Lage ist, mit dem Normalstrom in den Normalbetrieb zurückzukehren, werden alle im lokalen Speicher beibehalten. Die Wellenbewegung wird entweder mit einem magnetischen Detektor (an der Achse oder außerhalb der Achse) oder einem optischen Detektor, der mehrere Fenster zum Bestimmen einer Bewegung verwendet, erfasst. Die Encoderzählungen werden mit den Drehgraden korreliert. Nach jeder Bewegung wird der Speicher aktualisiert, indem die gesamte Drehung der betrieblichen Lebensdauer mit der letzten Bewegung erhöht und die Gesamtbewegungszählung um eins erhöht wird. Auf diese Weise wird eine kumulative oder fortlaufende Summe aus der Gesamtdrehung (die mit Grad korreliert werden kann) und der Anzahl der individuellen Bewegungen gespeichert. Eine Bewegung von 60 Grad zählt als eins, und eine Bewegung von 120 Grad (oder jede andere Winkeländerung) zählt auch als eins, solange jede eine kontinuierliche Bewegung ist. Zusätzlich kann eine Reihe von verpassten Schritten dokumentiert werden (der Motortreiber gibt einen Schritt aus, erkennt aber, dass sich die Welle nicht bewegt hat). Dies könnte als „Soft-Fehler“ betrachtet werden, der im laufenden Betrieb korrigiert werden kann, indem der Motor bis zum Erreichen der Zielposition angetrieben wird. Auch Ausfälle beim Erreichen der gewünschten Position können dokumentiert und gespeichert werden. Diese Fehler wären „Hard-Fehler“ und würden eine Benachrichtigung des Host-Systems erfordern.
Ein weiteres Beispiel für diese „Lebensdauerunterteilung“ ist, dass Rotor und Stator auf eine bestimmte Gesamtzahl von Bewegungen getestet werden. Eine Rotor/Stator-Materialkombination bei einem bestimmten Maximaldruck hält 30.000 Bewegungen, während eine andere Kombination 60.000 Bewegungen ausführen wird. Bei Stellglied und Motor (normalerweise zusammengenommen) ist erforderlich, dass sie 800.000 Bewegungen standhalten, aber dies ist ein Auszug aus einer spezifischen Produktanforderung, d. h. diese Grenzwerte können je nach Anwendung oder Konstruktion variieren.
Die Maximalgrenzwerte, betrieblichen Lebensdauergrenzen, Wartungsanforderungen und andere voreingestellte Grenzwerte werden auf der Grundlage von Zuverlässigkeitstests festgelegt. Beispielsweise wurde durch Tests festgestellt, dass ein Behälter mehr Verschleiß aufweist als das Stellglied. Daher wird der Behälter in anderen Intervallen als das Stellglied oder der Motor ausgetauscht. Bei dem Direktantriebventil werden Rotor und Stator alle X. Bewegungsanzahl ersetzt. Der Antriebsstrang und der Motor werden in verschiedenen Intervallen gewartet, z. B. alle y- bzw. z-Anzahl von Bewegungen. Der Antriebsstrang des Direktantriebventils kann leicht von dem Motor getrennt und kann schnell ersetzt werden. Die betrieblichen Lebensdauer des Motors kann 5 Millionen Bewegungen überschreiten und kann den geringsten Wartungsaufwand erfordern.
Das HPLC-Ventil der vorliegenden Erfindung kommuniziert aktiv die betrieblichen Lebensdauer des Ventils und mögliche Wartungsanforderungen an die HPLC-Einheit oder das System, basierend auf einer kontinuierlichen Überwachung der Bewegungen und der Drehmomentrückmeldung auf der Ebene der Ventilkomponenten. Die HPLC der vorliegenden Erfindung aktualisiert aktiv die Ventilinformationen auf Ventilebene, sodass das Ventil portierbar und von dem Host-System unabhängig ist. Die Portabilität ermöglicht es, das Ventil vom Host-System abzutrennen und an anderer Stelle zu verwenden, ohne dass Identifizierende Informationen, die betriebliche Lebensdauer und die initialisierte Position der Fluidwegkonfiguration der Ventile verloren gehen.
Ausführungsformen gemäß Aspekten der Erfindung beinhalten eine mikrofluidische Mehrwegregelventil-Anordnung einer Hochdruck-Flüssigkeitschromatographie-Einheit (high pressure liquid chromatography, HPLC), die ein lokalisiertes Repository für gespeicherte kumulative Verschleißindikationen aufweist, die mit der Ventilanordnung zum prädiktiven Ausfall von Komponenten der mikrofluidischen Mehrwegregelventil-Anordnung wandern. Die Ventilanordnung beinhaltet ein Mehrwegventil, ein Datenspeicher-Repository, eine Stellgliedanordnung, ein Positionserfassungselement und eine Rechensteuerung. Das Mehrwegregelventil weist ein Ventilgehäuse auf, das das Mehrwegregelventil umschließt. Das Datenspeicher-Repository ist an dem Ventilgehäuse befestigt. Die Stellgliedanordnung ist mit dem Mehrwegregelventil gekoppelt und die Stellgliedanordnung beinhaltet ein Stellglied, das das Mehrwegregelventil betätigt. Die Positionserfassungselemente sind sowohl mit dem Mehrwegregelventil als auch mit dem Stellglied der Stellgliedanordnung gekoppelt, wobei die Positionserfassungselemente Signale erzeugen, die der Position und Bewegung des Mehrwegregelventils und des Stellglieds der Stellgliedanordnung entsprechen. Die Rechensteuerung ist elektrisch mit der Stellgliedanordnung, dem Positionserfassungselement und dem Datenspeicher-Repository gekoppelt. Daten, die mit dem Signal assoziiert sind, das der Position und Bewegung des Mehrwegregelventils und des Stellglieds der Stellgliedanordnung entspricht, sind in dem Datenspeicher-Repository gespeichert.
Die Ausführungsformen gemäß Aspekten der Erfindung können zusätzlich ein Datenspeicher-Repository beinhalten, das einen nichtflüchtigen Speicher zur Datenspeicherung aufweist. Weiterhin kann der nichtflüchtige Speicher FRAM sein. Die Positionserfassungselemente können auch in Form eines Encoders sein, der in einem Ventilgehäuse enthalten ist. Das Ventilgehäuse kann ein modularer Behälter sein oder in die Antriebsanordnung integriert sein. Daten, die der Drehmenge des Mehrwegregelventils entsprechen, werden in einem nichtflüchtigen Speicher des Datenspeicher-Repository gespeichert. Alternativ werden Daten, die der Drehmenge des Mehrwegregelventils entsprechen, in einem nichtflüchtigen Speicher der Rechensteuerung gespeichert. Alternativ können Daten, die der Drehmenge des Mehrwegregelventils entsprechen, sowohl in dem nichtflüchtigen Speicher des Datenspeicher-Repository als auch in einem residenten nichtflüchtigen Speicher der Rechensteuerung gespeichert werden. Die gespeicherten Daten können Verschleißmerkmalindikationen entsprechen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus einer kumulativen Drehung des Ventils, einer kumulativen Drehung des Stellglieds und aus fehlerhaften Starts des Stellglieds besteht. Die gespeicherten Daten können ferner dem Ventil-Wiederherstellungszustand, einer Ventilposition, Seriennummer, Teilenummer, einem Hersteller, Herstellungsdatum, einem Antriebssystemverhältnis, Encodertyp, kumulativen Wellenbewegungsmengen, einer zuletzt bekannten Ventilposition, einer optimalen Position von Wegestellen, Motorbewegungsfehlern, Reparaturinformationen, Wartungsanforderungen oder Arten von Fluid, das in dem Ventil verwendet werden kann, entsprechen.
Ausführungsformen gemäß Aspekten der Erfindung beinhalten eine Durchflussregelvorrichtung mit lokalisiertem Speicher zur Fehlererkennung. Die Durchflussregelvorrichtung weist eine Durchflussregelkomponente, ein Daten-Repository, Positionserfassungselemente und eine Rechensteuerung auf. Das Datenspeicher-Repository ist mechanisch an der Durchflussregelkomponente befestigt. Die Positionserfassungselemente sind mit der Durchflussregelkomponente gekoppelt, wobei die Positionserfassungselemente ein Signal erzeugen, das der Position und Bewegung der Durchflussregelkomponente entspricht. Die Rechensteuerung ist elektrisch mit der Durchflussregelkomponente und dem Datenspeicher-Repository gekoppelt. Daten, die mit dem Signal assoziiert sind, das der Position und Bewegung der Durchflussregelkomponente entspricht, sind in dem Datenspeicher-Repository gespeichert.
Das Datenspeicher-Repository der Durchflussregelvorrichtung der vorliegenden Erfindung beinhaltet einen nichtflüchtigen Speicher, der beispielsweise ein nichtflüchtiger FRAM-Speicher sein kann. Daten, die der Bewegungsmenge der Durchflussregelvorrichtung entsprechen, werden im nichtflüchtigen Speicher des Datenspeicher-Repository und in einem residenten nichtflüchtigen Speicher der Rechensteuerung gespeichert. Zusätzlich können eindeutige Ventil-Identifikationsdaten in dem Daten-Repository gespeichert werden, wobei die Identifizierungsdaten dem Reparaturstatus der Vorrichtung, der Position von Komponenten innerhalb der Vorrichtung, der Seriennummer, der Teilenummer, dem Hersteller, dem Herstellungsdatum, den kumulativen Mengen von Komponentenbewegung, der zuletzt bekannten Position von Komponenten, der optimalen Position von Komponenten, Komponentenfehlern, Reparaturinformationen, Wartungsanforderungen oder Arten von Umgebungen, die von der Durchflussregelvorrichtung verwendet werden, entsprechen können.
Ausführungsformen gemäß Aspekten der Erfindung können zusätzlich ein Verfahren zum Bewerten einer mikrofluidischen Mehrwegregelventil-Anordnung einer Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie-Einheit (high performance liquid chromatography, HPLC) mit einem lokalisierten kumulativen Verschleißindikator für einen prädiktiven Ausfall von Komponenten der Anordnung beinhalten. Das Verfahren beinhaltet die Schritte eines Initialisierens einer mikrofluidischen Mehrwegregelventil-Anordnung, die mit einer Hochdruck-Flüssigkeitschromatographie-Einheit (HPLC)-Einheit gekoppelt ist, wobei eine Bewegung der Mehrwegregelventil-Anordnung durch eine Stellgliedanordnung bewirkt wird; Steuern einer Bewegung der Ventilanordnung und der Stellgliedanordnung; Erlangen von Positionsdaten, die der Position des Mehrwegregelventils entsprechen; Erlangen von Bewegungsdaten, die der Bewegung der Mehrwegregelventil- und Stellgliedanordnung entsprechen; Bestimmen von kumulativen Werten, die der gesamten kumulativen Bewegung der Mehrwegregelventil- und Stellgliedanordnung entsprechen; Speichern der Positionsdaten, Bewegungsdaten und kumulativen Werte in einem lokalisierten Datenspeicher-Repository, das an der Ventilanordnung befestigt ist, das mit der Ventilanordnung wandert; und Vergleichen kumulativer Werte mit vordefinierten Grenzen.
Das Verfahren gemäß Aspekten der Erfindung kann ferner die Schritte eines Speicherns von Daten beinhalten, die der Menge an Drehung des Mehrwegregelventils entsprechen. Das lokalisierte Datenspeicher-Repository beinhaltet einen nichtflüchtigen Speicher. Ferner kann der Schritt eines Speicherns der Bewegungsdaten ein Speichern von Daten beinhalten, die der Menge an Drehung der Stellgliedanordnung entsprechen. Das Verfahren kann auch ein Speichern von Stellglieddaten beinhalten, die fehlgeschlagenen Stellglied-Starts entsprechen. Zusätzlich kann das Verfahren den Schritt eines Speicherns von identifizierenden Daten beinhalten, die einem Ventil-Wiederherstellungszustand, einer Ventilposition, Seriennummer, Teilenummer, einem Hersteller, Herstellungsdatum, einem Antriebssystemverhältnis, Encodertyp, einer zuletzt bekannten Ventilposition, einer optimalen Position von Ventilwegestellen, Motorbewegungsfehlern, Reparaturinformationen, Wartungsanforderungen oder Arten von Fluid, das in dem Ventil verwendet werden kann, entsprechen.
Die beigefügten Zeichnungen, die in diese Spezifikation aufgenommen sind und einen Teil dieser Spezifikation darstellen, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der detaillierten Beschreibung dazu, die Erfindung weiter zu erläutern. Die hierin veranschaulichten Ausführungsformen sind derzeit bevorzugt; es ist jedoch zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die gezeigten präzisen Regelungen und Instrumentalitäten beschränkt ist. Zum besseren Verständnis der Art und der Vorteile der Erfindung wird auch auf die detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verwiesen.
Figurenliste
In den verschiedenen Figuren, die nicht unbedingt maßstabsgetreu sind, identifizieren ähnliche Zahlen in den Fig. im Wesentlichen ähnliche Komponenten.

1 ist eine perspektivische Vorderansicht einer mikrofluidischen Mikroanschluss-Direktantrieb-Regelventilanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine perspektivische Rückansicht eines mikrofluidischen Mikroanschluss-Direktantrieb-Regelventils gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine perspektivische Vorderansicht einer mikrofluidischen modularen Mikroanschluss-Regelventilanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine Teilschnitt-Seitenansicht der mikrofluidischen modularen Mikroanschluss-Regelventilanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie in 3 gezeigt ist;
5 ist eine perspektivische Teilschnittansicht eines Abschnitts der mikrofluidischen modularen Mikroanschluss-Regelventilanordnung, die das lokalisierte Datenspeicher-Repository, das an einer modularen Behälter der Anordnung befestigt ist, gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist eine perspektivische Teilexplosionsansicht einer mikrofluidischen modularen Mikroanschluss-Regelventilanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, die den modularen Ventilbehälter getrennt von dem Stellglied zeigt;
7 ist eine perspektivische Teilexplosionsansicht einer mikrofluidischen modularen Mikroanschluss-Regelventilanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, die den modularen Ventilbehälter getrennt von dem Stellglied und eine Abdeckung der Leiterplatte, die an der Stellgliedanordnung angebracht ist, abgenommen zeigt;
8 ist eine perspektivische Teilexplosionsansicht einer mikrofluidischen modularen Mikroanschluss-Regelventilanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, die den modularen Ventilbehälter getrennt von dem Stellglied; das lokalisierte Datenspeicher-Repository getrennt von dem modularen Behälter und die Leiterplatte getrennt von der Stellgliedanordnung zeigt;
9 ist eine perspektivische Rückansicht eines modularen Ventilbehälters gemäß der vorliegenden Erfindung, der mit dem lokalisierten Daten-Repository befestigt an dem Ventilgehäuse des modularen Ventilbehälters gezeigt ist;
10 ist ein Schema eines Blockdiagramms, das die elektrische Kopplung eines Host-Computers mit der Steuerung einer HPLC-Einheit und mit Unterkomponenten der Einheit gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 stellt ein Beispiel für einen Abschnitt eines Schaltplans einer integrierten, nichtflüchtigen Speichereinheit dar, die mit einer Steuerung einer Durchflussregelkomponente gekoppelt ist, die mit einem Host-Computer gekoppelt ist;
12 ist ein Flussdiagramm, das eine Steuerung einer austauschbaren Durchflussregelkomponente mit lokalisiertem Datenspeicherung veranschaulicht, um einen prädiktiven Ausfall der Komponente unabhängig von einem Host-System zu ermöglichen;
13 ist ein Flussdiagramm, das einen exemplarischen Betrieb eines Inkrementalencoders der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einer inkrementellen Bewegungssteuerung für ein Ventil darlegt;
14 ist ein Flussdiagramm, das einen exemplarischen Betrieb eines Inkrementalencoders der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einer inkrementellen Bewegungssteuerung für ein Ventil darlegt;
15 ist ein Flussdiagramm, das eine exemplarische Steuerung eines Inkrementalmotors der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einer inkrementellen Bewegung eines Ventils darlegt; und
16 ist ein Flussdiagramm, das einen exemplarischen Betrieb eines Inkrementalencoders der vorliegenden Erfindung darlegt, der mit einem Host-Computer in Verbindung mit einer inkrementalen Bewegungssteuerung für ein Ventil gekoppelt ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung stellt Einzelheiten zu verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung bereit, von der unten ein oder mehrere Beispiele dargelegt sind. Jede dieser Ausführungsformen ist zur Erläuterung der Erfindung bereitgestellt und ist beabsichtigt, eine Beschränkung der Erfindung zu sein. Ferner werden Fachleute auf dem Gebiet verstehen, dass verschiedene Änderungen und Variationen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom Geltungsbereich oder Geist der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform dargestellt oder beschrieben sind, in einer anderen Ausführungsform verwendet werden können, um eine noch weitere Ausführungsform zu ergeben. Daher ist es beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung auch solche Änderungen und Variationen abdeckt, die in den Geltungsbereich der angehängten Ansprüche und ihrer Entsprechungen fallen.
Die Durchflussregelkomponente 10 der vorliegenden Erfindung beinhaltet generell eine Ventilanordnung 14, eine Stellgliedanordnung 16 und einen Motor 18. Die Durchflussregelkomponente 10 ist als mikrofluidische Mikroanschluss-Regelventilanordnung veranschaulicht, jedoch werden die Fachleute auf dem Gebiet verstehen, dass die Durchflussregelkomponente verschiedene andere Ventile und Pumpen geeigneter Konstruktion beinhalten könnte. Eine Direktantrieb-Regelventilanordnung und eine Regelventilanordnung mit modularem Behälter sind in Verbindung mit einer Beschreibung der Fig. näher beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ist eine Direktantrieb-Ventilanordnung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die Direktantrieb-Ventilanordnung 20 besteht hauptsächlich aus einer Ventilanordnung 22 und einer Stellgliedanordnung 24. Die Ventilanordnung beinhaltet ein Ventilgehäuse 34 und einen in dem Gehäuse 34 enthaltenen Rotor. Die Stellgliedanordnung 24 beinhaltet ein Stellgliedgehäuse 36, das einen Schrittmotor und eine Antriebsanordnung aufweist, die eine Drehbewegung von dem Motor auf das Rotorelement innerhalb des Gehäuses überträgt. Die Antriebsanordnung koppelt den Motor an die Ventilanordnung 22. Die Antriebsanordnung kann eine Ventilwelle und ein Planetenradsystem beinhalten. Alternativ kann das Antriebssystem eine Ventilwelle beinhalten, die den Motor direkt ohne Verwendung von Zwischenrädern eingreift. In dieser Konfiguration kann das verminderte Motordrehmoment, das sich aus dem Fehlen eines Zahnradsystems ergibt, durch Anwenden eines Motors mit höherem Drehmoment kompensiert werden. Das Ventil Rheodyne Titan EZ, Modell EZ670-000-4, hergestellt von IDEX Health & Science, erreicht beispielsweise ein Drehmoment von bis zu 7 in-Ibs, indem ein 42 mm Can-Stack-Schrittmotor mit einem spritzgegossenen Planetenradsystem kombiniert wird.
Das Ventilgehäuse 34 ist generell zylindrisch geformt und definiert einen mittleren Durchgang axial dort hindurch, der sich von dem distalen Montageende bis zum Anschlussende erstreckt. Das Rotorelement kann über einen Wellenadapter, der drehbar in die Antriebsventilwelle eingreift, mechanisch mit der Stellgliedanordnung gekoppelt sein, um eine Drehung des Rotorelements zu ermöglichen. Die Ventilwelle kann verkeilt sein, sodass Drehmoment und Drehung der Ventilwelle um ihre Längsachse auf den Wellenadapter und letztlich das Rotorelement übertragen werden. Verschiedene andere Komponenten und Details einer annehmbaren Ausführungsform des Ventils, Positionssensors, Stellglieds und Motors sind in US-Patent Nr. 8,201,185B2 näher beschrieben, dessen gesamte Offenbarung hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Das Direktantriebventil 20 der vorliegenden Erfindung beinhaltet ferner eine Leiterplatte 26 mit entsprechendem lokalem nichtflüchtigem FRAM-Speicher 28, der an dem Ventilgehäuse 34 befestigt ist. Zusätzlich sind eine Motorsteuerung 38, elektrische Anschlüsse 46, eine integrierte Schaltung und ein lokaler nichtflüchtiger FRAM-Speicher 44 mit der Motorleiterplatte 40 gekoppelt, die mit einem Ende des Stellgliedanordnungsgehäuses 36 gekoppelt ist. Eine Steuerung des Direktantriebventils 20 ist im Folgenden näher beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die 3-9 ist eine modulare mikrofluidische Mikroanschluss-Regelventilanordnung 60 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Generell beinhaltet das mikrofluidische Multipositions-Ventilsystem eine Stellgliedanordnung 66, die an einem Ende der Stellgliedanordnung mit einem Antriebsmotor 64 gekoppelt ist und an dem anderen Ende abnehmbar einen Ventilbehälter 68 aufnimmt.
Die Stellgliedanordnung beinhaltet ein Gehäuse und eine Antriebsanordnung, die drehbar in dem Gehäuse angeordnet ist, um eine Antriebswelle um eine Antriebsachse derselben drehend zu verschieben. Ein Ende der Antriebswelle ist konfiguriert, um zur selektiven Drehung der Antriebswelle um die Antriebsachsemit dem Antriebsmotor 64 gekoppelt zu sein. Der Multipositions-Fluidventilbehälter 68 ist abnehmbar an der Stellgliedanordnung montiert und beinhaltet eine entsprechende Ventilwelle, die für eine Drehbewegung um eine Ventildrehachse zwischen einer Vielzahl von separaten Fluidverteilungspositionen konfiguriert ist. Der Ventilbehälter beinhaltet ferner eine Schnellverbindungskupplungsvorrichtung 70, die konfiguriert ist, um den Behälter 68 selektiv und abnehmbar an dem Stellglied 66 zu montieren, um eine selektive Positionierung der Ventilvorrichtung an einer separaten Position der Vielzahl von separaten Fluidverteilungspositionen zu ermöglichen.
Dementsprechend ist ein mikrofluidisches Ventilsystem bereitgestellt, das es ermöglicht, ein oder mehrere Multipositionsventile abnehmbar an einer einzigen Stellgliedanordnung zu montieren, die jeweils als völlig unterschiedliche umkonfigurierte Flüssigkeitsendsysteme fungieren. Im Gegensatz zu anderen Ventilsystemen kann ein mikrofluidisches Ventilsystem mit sechs Positionen durch ein mikrofluidisches Ventilsystem mit acht Positionen oder sogar ein mikrofluidisches Ventilsystem mit fünfzehn Positionen ersetzt werden, ohne die Struktur der Stellgliedanordnung zu verändern. Wie es unten näher beschrieben ist, kann das Ventilsystem nach Ausrichten des ausgewählten Ventilbehälters 68 und Montage an der Stellgliedbaugruppe 66 und nach Identifizierung der Ventilvorrichtung zum Steuern von mehr als einer Art von mikrofluidischem Multipositionsventil betrieben werden. Außerdem kann in Situationen, in denen eine Ventilvorrichtung repariert und/oder ersetzt werden muss, das Ventil zur Reparatur oder zum Austausch leicht entfernt werden, anstatt das gesamte im Analysegerät montierte Ventilsystem zu entfernen. Folglich ist das mikrofluidische Ventilsystem viel vielseitiger und führt sogar zu erheblichen Kosteneinsparungen, die zum Teil auf eine geringere Anzahl von Komponenten insgesamt zurückzuführen sind.
Die Stellgliedanordnung 66 ist so gezeigt, dass sie ein Gehäuse mit einem rechteckig geformten proximalen Abschnitt umfasst, der an dem Antriebsmotor 64 montiert wird, und einen zylindrisch geformten distalen Schaftabschnitt, der abnehmbar an dem Ventilsockel 68 montiert wird. Das Gehäuse ist generell durch eine Hüllenstruktur bereitgestellt, die vorzugsweise aus einem relativ starren Verbundwerkstoff besteht, der auf eine hohe Festigkeit ausgelegt ist. Eine Innenwand des Gehäuses definiert eine mittlere Durchgangskammer, die sich axial durch das Gehäuse von dem proximalen Abschnitt zu dem distalen Schaftabschnitt erstreckt. In der Nähe der Mitte der Durchgangskammer erstreckt sich eine ringförmige Lagerstruktur von der Innenwand radial nach innen . Die Lagerstruktur beinhaltet eine innere ringförmige Lagerwand, die einen mittleren Durchgang bildet, und einen ersten Lagerringabschnitt auf der distalen Seite der Lagerstruktur. Wie es am besten in den 4 und 5 zu sehen ist, ist der ringförmige erste Lagerringabschnitt um die Antriebsachse angeordnet und ist generell halbdonutförmig. Eine Vielzahl von Kugellagern ist im ersten Lagerringabschnitt angeordnet und wirkt mit der ringförmigen Lagerwand zusammen, um eine Rollenlagerung der Antriebsanordnung 26 um die Antriebsachse bereitzustellen.
Die Antriebsanordnung beinhaltet eine Antriebswelle und eine Zahnradträgerplattform, die an einem proximalen Ende der Antriebswelle angeordnet ist. Die Antriebswelle ist im Wesentlichen eine längliche Keilwelle mit einer Vielzahl von Keilen, die sich von ihrer Wellenachse radial nach außen erstrecken. Die Zahnradträgerplattform hingegen ist generell scheibenförmig und auf eine Weise an der Antriebswelle befestigt, dass die Trägerplattform und die Antriebswelle im Wesentlichen koaxial entlang der Antriebsachse sind und als eine Einheit zusammenwirken. Wenn die Antriebsanordnung in dem Antriebsgehäuse montiert ist, kommuniziert die Trägerplattform mit einer Getriebeanordnung, die wiederum mit dem Antriebsmotor zusammenpasst, der die Antriebswelle antreibt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Ventilsystem eine Positionssensoranordnung 72, um die genaue Drehschaltposition des montierten Ventils zu bestimmen. Durch die genaue Bestimmung der Drehschaltposition kann die Ventilvorrichtung präzise betätigt werden, und die Menge der Drehung kann bestimmt und in einem lokalen Datenspeicher-Repository gespeichert werden. Dementsprechend kann unabhängig davon, welcher Ventilbehälter 68 an der Antriebsbaugruppe 66 montiert ist, nach der ersten Initialisierung des Behälters die Position des Ventils genau gesteuert und positioniert werden, ohne dass eine Neuinitialisierung notwendig wäre.
In einer spezifischen Ausführungsform der Erfindung beinhaltet die Sensoranordnung 72 ein oder mehrere Encoderräder, die an einer drehenden Encoderspule montiert sind, die mit entsprechenden stationären optischen Sensoren zusammenwirkt, um die absolute Drehposition und Ausrichtung der Encoderräder in Bezug auf die Antriebsachse zu bestimmen. Durch eine Kombination aus optischen Sensoren und zwei Encoderrädern, die konstruiert sind, dass sie zusammenwirken, können mehrere Positionsportierungsszenarien (des gekoppelten Ventilbehälters 68) mit Absolutposition-Rückmeldung gelöst werden.
Jedes Encoderrad enthält einen Satz von Fenstern mit Innendurchmesser und einen Satz von Kerben mit Außendurchmesser, die es ermöglichen, dass ein Lichtsignal durch sie hindurch übertragen werden kann. Ein Paar benachbarter Sensoren, die an einer Sensorleiterplatte 76 montiert sind, überspannen das jeweilige drehende Rad in einer Ausrichtung, um zu bestimmen, ob eine Kerbe oder ein Fenster erfasst wird oder nicht. Die Encoderräder arbeiten in Verbindung mit den optischen Sensoren, um ein Ventil absolut an separaten Positionen zu lokalisieren. Eine Verwendung eines Encoders ermöglicht ein inkrementelles Positionieren des Ventils. Dementsprechend kann eine Ventilvorrichtung für eine präzise Steuerung und Bedienung von zwei separaten inkrementalen Positionen bis hin zu mehr als fünfzehn separaten Positionen reichen.
Um die Encoderräder strategisch um den Außendurchmesser des distalen Schaftabschnitts der Encoderspule zu positionieren, ist der Schaftabschnitt genutet und konfiguriert, um die entsprechenden Zinkenabschnitte aufzunehmen, die sich von der Innenwand des Rads radial nach innen erstrecken. Diese axial beabstandeten Encoderräder können nur in separaten Ausrichtungen an dem distalen Schaftabschnitt der Spule montiert werden, um eine korrekte Montageausrichtung zu gewährleisten. Durch Ausrichten und Montieren der ausgewählten Ventilvorrichtung über eine Kupplungsvorrichtung an der Stellgliedanordnung kann die Positionierung der Ventilvorrichtung durch eine Steuereinheit (nicht gezeigt), die zwischen der Sensorbaugruppe und dem Schrittmotor angeordnet ist, präzise gesteuert werden. Im Wesentlichen ermöglicht diese Konfiguration einen präzisen Betrieb und eine präzise Positionierung der Antriebswelle mittels der Encoderräder. Durch ein erstes Bestimmen, welcher Multipositions-Ventilbehälter 68 korrekt ausgerichtet ist und im Antriebsgehäuse sitzt, kann die Steuereinheit entsprechend dem erfassten Ventil programmiert und betrieben werden, sodass ein präziser Betrieb für jedes Ventil durchgeführt werden kann.
Wie es vorstehend beschrieben ist, befinden sich die optischen Sensoren auf der Leiterplatte, die an der Stellgliedanordnung montiert ist. Die Kopplungsvorrichtung beinhaltet ein strategisch ausgerichtetes und am Ende der Ventilwelle der Ventilvorrichtung befestigtes Kupplungselement zur Drehung um die Ventildrehachse. Eine Leiterplattenaufnahmenut in einer Seitenwand des Stellgliedgehäuses bietet eine Zugangsöffnung in die Durchgangskammer. Dieser Anschluss ermöglicht den Zugang der Sensoren zu den zwei Encoderrädern, wenn die Antriebsanordnung betriebsfähig an dem Gehäuse montiert ist. Sobald die Encoderspule/Antriebsanordnung wie erwähnt montiert ist, kann die Stellgliedleiterplatte somit auf eine Weise in die Leiterplattenaufnahmenut eingesetzt werden, dass die Sensoren die Kante der entsprechenden Encoderräder überspannen können. Verschiedene andere Komponenten und Details einer annehmbaren Ausführungsform des Behälters, des Positionssensors, des Stellglieds und des Motors sind in dem US-Patent Nr. 7,201,185B2 näher beschrieben, dessen gesamte Offenbarung hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Die modulare mikrofluidische Mikroanschluss-Regelventilanordnung 60 der vorliegenden Erfindung beinhaltet ferner elektrische Leitungen 78, um den Ventilbehälter 68, das Stellglied 66 und den Motor 64 mit einem externen System zu koppeln. Ferner ist ein lokalisiertes Daten-Repository in Form eines FRAM-Speichers 82 in dem Gehäuse 84 enthalten und mit dem Behälter 68 gekoppelt. Elektrische Leitungen 80 erstrecken sich von der Stellgliedleiterplatte und verbinden den lokalen Speicher 82 elektrisch mit dem Stellglied und der Motorsteuerung 86.
Unter Bezugnahme auf 10 ist eine mikrofluidische Mikroanschluss-Regelventilanordnung 100 generell in Verbindung mit einer HPLC-Einheit 104 und einem externen Host-Computer110 veranschaulicht. Die Ventilanordnung beinhaltet Ventil 114 mit einem eigenen lokalisierten Speicher 116, der an dem Ventilgehäuse angebracht ist, ein Stellglied 118 mit seinem Speicher 120, der an dem Stellgliedgehäuse angebracht ist, und Motor 122, der eine Antriebssteuerung und einen Prozessor 124 gekoppelt mit dem Motor aufweist. Der Ventilspeicher 116, der Stellgliedspeicher 120 und die Steuerung 124 sind alle elektrisch mit dem Host-Computer 110 gekoppelt. Die HPLC kann eine residente Steuerung 106 aufweisen, die als Vermittler zwischen dem Host-Computer 110 und dem Ventilspeicher 116, dem Stellgliedspeicher 120 und der Steuerung 124 fungiert. Die Steuerung und Verwendung der Ventilanordnung wird in Verbindung mit einer Beschreibung der 11-16 näher beschrieben.
11 veranschaulicht einen Abschnitt eines Schaltplans einer integrierten, nichtflüchtigen Speichereinheit 130, die mit einer Steuerung 132 einer Durchflussregelkomponente gekoppelt ist, die mit einem Host-Computer 138 gekoppelt ist. Die Steuerung ist mit einem Motortreiber 134 und einem Positionssensor 136 gekoppelt, um eine Bewegungssteuerung und Bewegungsanalyse des Ventils und des Motors bereitzustellen. Daten oder Werte, die mit der Motor- und Ventilbewegung verbunden sind, werden im nichtflüchtigen Speicher gespeichert, können aber auch über eine Systemsteuerung 140 an den Host-Computer 138 übermittelt werden.
Eine typische Verwendung einer Durchflussregelkomponente, genauer gesagt einer mikrofluidischen Mikroanschluss-Regelventilanordnung, ist in 12 veranschaulicht. Wenn ein Ventil zum Beispiel zum ersten Mal in einer HPLC eingesetzt wird, muss die Ventilanordnung 160 initialisiert werden. Die Initialisierung der Ventilanordnung beinhaltet die Schritte zum Bestimmen der Ventilanschlussposition 162 und Speichern der Ventilposition in dem lokalen oder residenten Speicher 164. Die Ventilsteuerung kann weiterhin eine Kalibrierungssequenz ausführen, um die optimale Position des Ventils zu bestimmen, und diese Position wird auch in dem lokalen Speicher 166 gespeichert. Nach Initialisierung des Ventils kann das Ventil zur Regulierung des Fluidstroms in einem System verwendet werden. Das Ventil kann ein Steuersignal 168 empfangen, das eine Bewegung oder Betätigung des Ventils steuert. Mit dem Ventil und der Steuerung gekoppelte Positionssensoren erfassen eine Ventilbewegung und übertragen ein Signal an die Steuerung, das der erfassten Bewegung entspricht. Das Signal wird dann verarbeitet und die Steuerung kann Werte in dem lokalen Speicher speichern, die die Ventilbewegung 170 charakterisieren. Die Positionssensoren können auch verwendet werden, um ein Signal an die Steuerung zu übertragen, das der erfassten Bewegung des mit einem Motor gekoppelten Stellglieds (Antriebswelle) entspricht. Das Signal wird dann verarbeitet und die Steuerung kann Werte in dem lokalen Speicher speichern, die die Erkennung und Bewegung des Stellglieds 172 charakterisieren. Alternativ kann der Motortreiber verwendet werden, um zu bestimmen, ob ein an den Motor gesandter Befehl in einer Motorbewegung resultiert. Die Steuerung und der Motortreiber können ferner verwendet werden, um einen oder mehrere Bewegungsfehler 174 zu erkennen. Die Steuerung kann dann kumulative Werte bestimmen, die mit der Ventilbewegung, der Motorbewegung und den Motorfehlern 176 verbunden sind. Werte, die mit den kumulierten Werten assoziiert sind, werden in dem lokalen Speicher 178 gespeichert. Die Steuerung analysiert und vergleicht die kumulierten Werte mit vordefinierten Grenzen 180. Die mit den vordefinierten Grenzwerten assoziierten Werte werden auch in dem lokalen Speicher gespeichert und können von dem Benutzer angepasst oder modifiziert werden. Wenn einer der kumulierten Werte einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, wird eine entsprechende Aktion ausgelöst. Beispielsweise kann die Steuerung ein Signal an das Host-System senden, das angibt, dass eine oder mehrere der Ventilkomponenten repariert oder ersetzt werden müssen. Zusätzlich können die Ergebnisse des Vergleichs der kumulativen Werte mit den vordefinierten Grenzwerten ferner verwendet werden, um einen möglichen Ausfall einer Komponente 182 vorherzusagen. Wenn kein Fehler vorhergesagt wird, empfängt das Ventil weiterhin Steuersignale 186. Wird ein Fehler vorhergesagt, dann wird die notwendige Komponente repariert oder ersetzt 184 und dann das Ventil wieder in Betrieb genommen und das Ventil empfängt weiterhin Steuersignale von der Steuerung 188.
13 veranschaulicht einen Prozess oder eine Routine, die die Steuerung und der Motortreiber verwendet, um das Ventil in eine neue Position 200 zu betätigen. Zuerst setzt die Steuerung ein Flag für erfolgreiche Bewegung auf ,false' 202 und löst dann eine Ventilbewegung 204 aus, indem sie einen Bewegungseingang an den Motor sendet. Die Signale des Positionssensors werden dann ausgewertet, um die Bewegung des Ventils zu bestimmen. Die Signale können in Echtzeit ausgewertet werden, um die Bewegung des Ventils in Inkrementen 206 zu steuern. Die Steuerung analysiert das Positionssensorsignal und bestimmt, ob die Bewegung erfolgreich abgeschlossen ist 208. Wenn die Bewegung erfolgreich abgeschlossen ist 210, setzt die Steuerung das Flag für erfolgreiche Bewegung auf ,true' 214 und aktualisiert dann die Ventilposition in dem Speicher 216. Eine erfolgreich abgeschlossene Bewegung kann auch zwischen den Schritten einer gesamten Bewegungssequenz bestimmt werden, d. h. Überprüfen des Status nach jedem Impuls einer Multiimpulsbewegung, die eine „Gesamtbewegung“ von Anschlusszu-Anschluss bildet. Die Steuerung aktualisiert auch im Speicher Daten oder Werte, die mit der kumulativen Bewegung oder der gesamten zurückgelegten Wegstrecke entsprechend dem Ventil und dem Motor 218 assoziiert sind. Die Steuerung zeigt dann an, dass die Ventilbewegung abgeschlossen ist 220. Wenn die Steuerung feststellt, dass die Bewegung nicht erfolgreich abgeschlossen ist 212, setzt die Steuerung den Wiederherstellungsdatenstatus für das Ventil 222 und die Steuerung speichert in dem Speicher das Flag für erfolgreiche Bewegung auf ,false' 224. Ferner aktualisiert die Steuerung die Ventilposition nicht 226 und das Signal des Positionssensors wird analysiert, um eine ungefähre Position des Ventils zu bestimmen 228. Das Ventil wird dann in einen unbekannten Zustand initialisiert 230. Die zuletzt bekannte Position ist jedoch aus dem Speicher bekannt und zugänglich, da die Position für jeden separaten Schrittwert oder Encoder-Zählungswert in dem Speicher gespeichert wird. Obwohl sich die Position des Ventils möglicherweise nicht die HOME-Position ist und die Position des Ventils zwischen den Anschlusspositionen sein kann, ist die Absolutposition des Ventils bekannt, da die letzte Position vor einer versuchten Bewegung in dem Speicher gespeichert ist.
14 veranschaulicht Analyse und Steuerung einer Motorbewegung. Der Motortreiber empfängt einen Bewegungseingang 240 und die Steuerung berechnet die Menge der Motorbewegung. Die Menge der Motorbewegung kann als Schritte und die Anzahl von Schritten und die Rate von Schritte charakterisiert sein 242, was beides in dem lokalen Speicher gespeichert werden kann. Das Signal von dem Positionssensor kann analysiert und mit einer in dem lokalen Speicher gespeicherten Korrekturtabelle verglichen werden 244. Der Motortreiber erzeugt dann einen Phasenstrom für eine Motorbewegung 246 und Signale von den Positionssensoren werden überwacht, um die Menge der Bewegung 248 zu bestimmen. Die Steuerung analysiert dann die Signale und bestimmt, ob die Bewegung annehmbar ist 250? Wenn die Bewegung nicht annehmbar ist 254 werden die Bewegungsdaten, der Bewegungsfehler und der Fehlertyp in dem lokalen Speicher 256 gespeichert und die Steuerung und der Motortreiber können einen überarbeiteten Phasenstrom für den Motor erzeugen. Wenn die Bewegung annehmbar ist 252, bestimmt die Steuerung, ob die Ventilbewegung abgeschlossen ist 258. Wenn die Bewegung nicht abgeschlossen ist 260, erzeugt der Motortreiber einen Phasenstrom und die Motorbewegung wird wiederholt (Schleife 260). Wenn die Bewegung abgeschlossen ist 262, dann werden Werte, die der Bewegungsmenge und der Endposition des Ventils entsprechen, in dem lokalen Speicher 264 aufgezeichnet und die Steuerung gibt an, dass die Bewegung abgeschlossen ist 266.
15 veranschaulicht den Prozessablauf der Steuerung und des Motors zur Überwachung und Vorhersage eines Ventilausfalls. Wenn der Motortreiber ein Signal an das Stellglied sendet, um eine Ventilbewegung 300 zu starten, vergleicht die Steuerung vordefinierte, in dem lokalen Speicher gespeicherte Drehmomentgrenzwerte mit dem Drehmoment, das aus der Motortreiber-Rückmeldung 302 berechnet wird. Die Steuerung bestimmt dann, ob die vordefinierte Drehmomentgrenze überschritten wurde 304. Wird der Grenzwert überschritten 306, erzeugt die Steuerung ein Signal, das angibt, dass eine Wartung erforderlich ist 308 und setzt die Überprüfung auf Positionsfehler fort 312. Wenn die Steuerung feststellt, dass die Drehmomentgrenze nicht überschritten wurde, macht die Steuerung weiter 314, um auf Positionsfehler zu prüfen 312. Die Steuerung bestimmt dann, ob Positionsfehler auf einer Warnstufe sind 316. Die Warnstufen sind erreicht 318, die Informationen werden in dem lokalen Speicher gespeichert und die Steuerung sendet ein Signal, das die Warninformationen übermittelt 320. Die Steuerung macht dann weiter 322, um die Daten zu analysieren, um zu bestimmen, ob die kumulative Bewegung die vordefinierten Grenzen überschreitet 324 und 328. Wenn die Warnstufe nicht erreicht wurde 326, analysiert die Steuerung die Daten, um zu bestimmen, ob die kumulative Bewegung vordefinierte Grenzen überschreitet 324 und 328. Wenn die kumulative Bewegung den voreingestellten Grenzwert überschreitet 330, erzeugt die Steuerung ein Signal, das an einen Host-Computer gesendet oder anderweitig an den Benutzer übermittelt werden kann 332, und dann macht die Steuerung weiter 334, um den Überwachungsmodus 336 abzuschließen. Wenn die kumulative Bewegung den voreingestellten Grenzwert nicht überschreitet 338, werden die Informationen in dem lokalen Speicher aufgezeichnet und die Steuerung schließt den Überwachungsmodus ab 336.
16 veranschaulicht eine alternative Motorbewegungsanalyse und Motorbewegungssteuerung. Der Motortreiber empfängt einen Bewegungseingang 400 von einem Host-System. Die Steuerung interpretiert den Host-Befehl und übersetzt den Befehl an den Positionssensor und Motor 402. Die Steuerung berechnet dann die Menge der Motorbewegung. Die Menge der Motorbewegung kann als Schritte und die Anzahl von Schritten und die Rate von Schritte charakterisiert sein 404, was beides in dem lokalen Speicher gespeichert werden kann. Das Signal von dem Positionssensor kann analysiert und mit einer in dem lokalen Speicher gespeicherten Korrekturtabelle verglichen werden 406. Der Motortreiber erzeugt dann einen Phasenstrom für eine Motorbewegung 408 und Signale von den Positionssensoren werden überwacht, um die Menge der Bewegung zu bestimmen 410. Das Signal des Positionssensors wird übersetzt und dann werden die mit der Übersetzung assoziierten Daten an das Host-System 412 gesendet. Die Steuerung analysiert dann die Signale und bestimmt, ob die Bewegung annehmbar ist 416. Wenn die Bewegung nicht annehmbar ist 418 werden die Bewegungsdaten, der Bewegungsfehler und der Fehlertyp in dem lokalen Speicher 420 gespeichert und die Steuerung und der Motortreiber können einen überarbeiteten Phasenstrom für den Motor erzeugen. Wenn die Bewegung annehmbar ist 422, bestimmt die Steuerung, ob die Ventilbewegung abgeschlossen ist 426. Wenn die Bewegung nicht abgeschlossen ist 428, erzeugt der Motortreiber einen Phasenstrom und die Motorbewegung wird wiederholt (Schleife 428). Wenn die Bewegung abgeschlossen ist, dann werden Werte, die der Bewegungsmenge und der Endposition des Ventils entsprechen, in dem lokalen Speicher 430 aufgezeichnet und die Steuerung gibt an, dass die Bewegung abgeschlossen ist 432.
Diese und verschiedene andere Aspekte und Merkmale der Erfindung sind mit der Absicht beschrieben, veranschaulichend und nicht beschränkend zu sein. Diese Erfindung wurde hierin ausführlich beschrieben, um die Patentbestimmungen einzuhalten und den Fachleuten auf dem Gebiet Informationen zur Verfügung zu stellen, die zur Anwendung der neuen Prinzipien und zur Konstruktion und Verwendung solcher spezialisierten Komponenten benötigt werden. Es ist jedoch zu verstehen, dass die Erfindung durch spezifisch unterschiedliche Konstruktionen durchgeführt werden kann und dass verschiedene Änderungen, sowohl an der Konstruktion als auch an den Betriebsverfahren, durchgeführt werden können, ohne vom Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen. Ferner werden in den beigefügten Ansprüchen die Übergangsbegriffe umfassen und beinhalten dahingehend in einem offenen Sinne verwendet, dass Elemente zusätzlich zu den aufgezählten vorhanden sein können. Andere Beispiele erschließen sich den Fachleuten auf dem Gebiet bei Ansicht dieses Dokuments.
Beansprucht wird:
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

US 8201185 B2 [0042]
US 7201185 B2 [0053]

Claims

Mikrofluidische Mehrwegregelventil-Anordnung einer Hochdruck-Flüssigkeitschromatographie-Einheit (high pressure liquid chromatography, HPLC), die ein lokalisiertes Repository für gespeicherte kumulative Verschleißindikationen aufweist, die mit der Ventilanordnung zum prädiktiven Ausfall von Komponenten der mikrofluidischen Mehrwegregelventil-Anordnung wandern, die Ventilanordnung umfassend: ein Mehrwegregelventil mit einem Ventilgehäuse, das das Mehrwegregelventil umschließt; ein Datenspeicher-Repository, das an dem Ventilgehäuse befestigt ist; eine Stellgliedanordnung, die mit dem Mehrwegregelventil gekoppelt ist, wobei die Stellgliedanordnung ein Stellglied beinhaltet, das das Mehrwegregelventil betätigt; Positionserfassungselemente, die mit dem Mehrwegregelventil und dem Stellglied der Stellgliedanordnung gekoppelt sind, wobei die Positionserfassungselemente ein Signal erzeugen, das der Position und Bewegung des Mehrwegregelventils und des Stellglieds der Stellgliedanordnung entspricht; eine Rechensteuerung, die mit der Stellgliedanordnung, dem Positionserfassungselement und dem Datenspeicher-Repository gekoppelt ist; und wobei Daten, die mit dem Signal assoziiert sind, das der Position und Bewegung des Mehrwegregelventils und des Stellglieds der Stellgliedanordnung entspricht, in dem Datenspeicher-Repository gespeichert sind.
Regelventilanordnung nach Anspruch 1, wobei das Datenspeicher-Repository einen nichtflüchtigen Speicher beinhaltet.
Regelventilanordnung nach Anspruch 1, wobei das Datenspeicher-Repository einen nichtflüchtigen FRAM-Speicher beinhaltet.
Regelventilanordnung nach Anspruch 1, wobei die Positionserfassungselemente in Form eines Encoders sind.
Regelventilanordnung nach Anspruch 1, wobei das Ventilgehäuse ein modularer Behälter ist.
Regelventilanordnung nach Anspruch 1, wobei Daten, die der Drehmenge des Mehrwegregelventils entsprechen, in einem nichtflüchtigen Speicher des Datenspeicher-Repository gespeichert sind.
Regelventilanordnung nach Anspruch 1, wobei Daten, die der Drehmenge des Mehrwegregelventils entsprechen, in einem residenten nichtflüchtigen Speicher der Rechensteuerung gespeichert sind.
Regelventilanordnung nach Anspruch 1, wobei Daten, die der Drehmenge des Mehrwegregelventils entsprechen, in einem nichtflüchtigen Speicher des Daten-Repository und in einem residenten nichtflüchtigen Speicher der Rechensteuerung gespeichert sind.
Regelventilanordnung nach Anspruch 1, wobei gespeicherte Daten Verschleißmerkmalindikationen entsprechen können, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus einer kumulativen Drehung des Ventils, einer kumulativen Drehung des Stellglieds und aus fehlerhaften Starts des Stellglieds besteht.
Regelventilanordnung nach Anspruch 1, wobei gespeicherte Daten einem Ventil-Wiederherstellungszustand, einer Ventilposition, Seriennummer, Teilenummer, einem Hersteller, Herstellungsdatum, einem Antriebssystemverhältnis, Encodertyp, kumulativen Wellenbewegungsmengen, einer zuletzt bekannten Ventilposition, einer optimalen Position von Wegestellen, Motorbewegungsfehlern, Reparaturinformationen, Wartungsanforderungen oder Arten von Fluid, das in dem Ventil verwendet werden kann, entsprechen können.
Durchflussregelvorrichtung mit einem lokalisierten Speicher zur Fehlervorhersage, die Vorrichtung umfassend: eine Durchflussregelkomponente; ein Datenspeicher-Repository, das an der Durchflussregelkomponente befestigt ist; Positionserfassungselemente, die mit der Durchflussregelkomponente gekoppelt sind, wobei die Positionserfassungselemente ein Signal erzeugen, das der Position und Bewegung der Durchflussregelkomponente entspricht; eine Rechensteuerung, die mit der Durchflussregelkomponente und dem Datenspeicher-Repository gekoppelt ist; und wobei Daten, die mit dem Signal assoziiert sind, das der Position und Bewegung der Durchflussregelkomponente entspricht, in dem Datenspeicher-Repository gespeichert sind.
Durchflussregelvorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Datenspeicher-Repository einen nichtflüchtigen Speicher beinhaltet.
Durchflussregelvorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Datenspeicher-Repository einen nichtflüchtigen FRAM-Speicher beinhaltet.
Durchflussregelvorrichtung nach Anspruch 11, wobei Daten, die der Bewegungsmenge der Durchflussregelvorrichtung entsprechen, in einem nichtflüchtigen Speicher des Datenspeicher-Repository und in einem residenten nichtflüchtigen Speicher der Rechensteuerung gespeichert sind.
Durchflussregelvorrichtung nach Anspruch 11, wobei identifizierenden Daten in dem Datenspeicher-Repository gespeichert sein können, wobei die identifizierenden Daten dem Reparaturstatus der Vorrichtung, der Position von Komponenten innerhalb der Vorrichtung, der Seriennummer, der Teilenummer, dem Hersteller, dem Herstellungsdatum, den kumulativen Mengen von Komponentenbewegung, der zuletzt bekannten Position von Komponenten, der optimalen Position von Komponenten, Komponentenfehlern, Reparaturinformationen, Wartungsanforderungen oder Arten von Umgebungen, die von der Durchflussregelvorrichtung verwendet werden, entsprechen können.
Verfahren zum Bewerten einer mikrofluidischen Mehrwegregelventil-Anordnung einer Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie-Einheit (high pressure liquid chromatography, HPLC), mit einem lokalisierten kumulativen Verschleißindikator für einen prädiktiven Ausfall von Komponenten der Anordnung, das Verfahren umfassend: Initialisieren einer mikrofluidischen Mehrwegregelventil-Anordnung, die mit einer Hochdruck-Flüssigkeitschromatographie-Einheit ((high pressure liquid chromatography, HPLC) gekoppelt ist, wobei die Bewegung der Mehrwegregelventil-Anordnung durch eine Stellgliedanordnung bewirkt wird; Steuern einer Bewegung der Ventilanordnung und der Stellgliedanordnung; Erlangen von Positionsdaten, die einer Position des Mehrwegregelventils entsprechen; Erlangen von Bewegungsdaten, die einer Bewegung des Mehrwegregelventils und der Stellgliedanordnung entsprechen; Bestimmen von kumulativen Werten, die der gesamten kumulativen Bewegung des Mehrwegregelventils und der Stellgliedanordnung entsprechen; Speichern der Positionsdaten, Bewegungsdaten und kumulativen Werte in einem lokalisierten Datenspeicher-Repository, das an der Ventilanordnung befestigt ist und mit der Ventilanordnung wandert; und Vergleichen von kumulativen Werten mit vordefinierten Grenzen.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei ein Speichern der Bewegungsdaten ein Speichern von Daten beinhaltet, die der Drehmenge des Mehrwegregelventils entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das lokalisierte Datenspeicher-Repository einen nichtflüchtigen Speicher beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei ein Speichern der Bewegungsdaten ein Speichern von Daten beinhaltet, die der Drehmenge der Stellgliedanordnung entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner beinhaltend ein Speichern von Stellglieddaten, die fehlgeschlagenen Stellglied-Starts entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner beinhaltend ein Speichern von identifizierenden Daten, die einem Ventil-Wiederherstellungszustand, einer Ventilposition, Seriennummer, Teilenummer, einem Hersteller, Herstellungsdatum, einem Antriebssystemverhältnis, Encodertyp, einer zuletzt bekannten Ventilposition, einer optimalen Position von Ventilwegestellen, Motorbewegungsfehlern, Reparaturinformationen, Wartungsanforderungen oder Arten von Fluid, das in dem Ventil verwendet werden kann, entsprechen können.