DE3828620C2

DE3828620C2 - Pumpenregeleinrichtung

Info

Publication number: DE3828620C2
Application number: DE3828620A
Authority: DE
Inventors: John Ronald Prybella; Terry Dean Boucher
Original assignee: Cobe Laboratories Inc
Current assignee: Terumo BCT Inc
Priority date: 1987-08-24
Filing date: 1988-08-23
Publication date: 1994-02-03
Anticipated expiration: 2008-08-24
Also published as: DE3828620A1; FR2619866B1; CA1303702C; IT8867771A0; JPH01110885A; GB2208949B; AU2108388A; US4795314A; GB2208949A; GB8820083D0; FR2619866A1; IT1223784B; AU593174B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpenregeleinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zur Regelung von Pumpen mit variablem Strömungsdurchsatz, wie beispielsweise von in medizinischen Einrichtungen verwendeten Schlauchpumpen.

Pumpen mit variablem Strömungsdurchsatz können automatisch geregelt oder gesteuert werden, indem den gewünschten Strömungs durchsatz anzeigende elektrische Signale erzeugt werden. Wenn die Pumpe eine solche mit feststehender Volumenverdrängung ist, wie eine Schlauchpumpe, dann sollte ein die Pumpenbetätigungseinrichtung (z. B. einen elektrischen Motor) ein bestimmtes Stück bewegendes Signal dazu führen, daß das entsprechende Flüssigkeitsvolumen gepumpt wird. Unter bestimmten Bedingungen jedoch kann es sein, daß die Pumpe nicht die verlangte Menge pumpt. Wenn beispielsweise mit einem niedrigen Strömungsdurchsatz und damit mit einer niedrigen Motorgeschwindigkeit gepumpt wird, kann der Motor aussetzen und sich ungleichmäßig nur stückchenweise weiterdrehen, was zum Verlust des genau geregelten Strömungsdurchsatzes führt. Andere Beispiele sind, daß von der Pumpe verlangt wird, bei einer über ihrer oberen Grenze liegenden Geschwindigkeit zu pumpen, oder daß der Betrieb der Pumpe behindert wird, beispielsweise durch Festklemmen oder durch eine behinderte Bewegung von Teilen der Pumpe.

Aus der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zugrunde liegenden GB-PS 1 326 371 ist eine Einrichtung zum intravenösen Verabreichen einer Flüssigkeit bekannt, bei der die zu infundierte Flüssigkeit mittels eines Pumpenmotors geregelt wird. Die Regelung des Pumpenmotors erfolgt durch Vergleich von elektrischen Signalen, die der gemessenen tatsächlichen Durchflußrate und der gewünschten Durchflußrate gleich sind. Das Signal für die gemessene tatsächliche Strömungsrate wird in Ansprache auf das Ausgangssignal eines Tropfensensors in einem Impulsgenerator erzeugt, der als herkömmliches monostabiles Flip-Flop ausgebildet ist und jedesmal einen Ausgangsimpuls erzeugt, wenn ein Tropfen durch den Tropfensensor erfaßt wird. Die gewünschte Strömungsrate wird in einstellbarer Weise von einem Impulsgenerator in Form eines Rechteckschwingungsimpulszuges erzeugt. Aus den Impulsen des die tatsächliche gemessene Strömungsrate anzeigenden Impulszuges des mit dem Tropfensensor verbundenen Impulsgenerators wird durch Differentiation ein negativer Impulszug erzeugt, und in entsprechender Weise wird aus dem die gewünschte Durchflußrate anzeigenden Impulszug des einstellbaren Impulsgenerators durch Differentiation ein positiver Impulszug erzeugt. Diese beiden durch Differentiation erzeugten Impulszüge, die die tatsächliche gemessene und die gewünschte Durchflußrate anzeigen, werden in einer Speicherschaltung miteinander im Sinne einer Differenzbildung kombiniert und der sich ergebende Wert integriert, um mit dem auf diese Weise erhaltenen Differenzwert die Amplitude einer Treiberschaltung für den Pumpenmotor zu regeln. Da die beiden miteinander zu vergleichenden, durch Differentiation abgeleiteten Impulszüge in analoger Weise verarbeitet und integriert werden, kann es wegen grundsätzlich nicht zu vermeidender Abweichungen beispielsweise der verwendeten Operationsverstärker, der Differenzierungsschaltungen etc. im Laufe der Zeit zu einer erheblichen Drift kommen, so daß nach einem längeren Betrieb ein beträchtlicher Unterschied zwischen der tatsächlich gepumpten Menge und der gewünschten Menge auftritt, obwohl der augenblickliche Wert scheinbar immer nachgeregelt wird.

Weiterhin ist aus der US-PS 4 221 543 eine Einrichtung zum Pumpen von Blut bekannt, bei der die tatsächliche Drehzahl eines eine Blutpumpe antreibenden Motors mittels eines optischen Tachometers erfaßt und in Ansprache auf die Ausgangssignale des optischen Tachometers mittels einer Impulsformungsschaltung ein der tatsächlichen Drehzahl des Blutpumpenmotors entsprechender Rechteckschwingungszug erzeugt wird. Dieser Rechteckschwingungszug wird in einem Frequenz/Spannungs-Wandler in eine der tatsächlichen Drehzahl des Blutpumpenmotors entsprechende Spannung umgewandelt und diese in einem Fehlerverstärker mit einer mittels eines Einstellpotentiometers voreinstellbaren einer Solldrehzahl des Blutpumpenmotors entsprechenden Spannung verglichen. Da bei diesem Vergleich lediglich die den augenblicklichen Werten von Soll- und Ist-Drehzahl entsprechenden Spannungen verglichen werden, nicht jedoch eine Integration über einen längeren Zeitraum erfolgt, kann trotz der Regelung des Augenblickswerts der Blutpumpenmotordrehzahl über die gesamte Laufzeit der Einrichtung ein beträchtlicher Fehler zwischen dem vorgeschriebenen zu liefernden Flüssigkeitsvolumen und dem tatsächlich gelieferten Flüssigkeitsvolumen entstehen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Pumpenregeleinrichtung zu schaffen, mit der es möglich ist, die Regelung mit einem Fehler von 0% über die gesamte Laufzeit durchzuführen.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst durch eine Pumpenregeleinrichtung mit einer in Ansprache auf ein Pumpentreibersignal regelbaren Pumpe mit variablem Strömungsdurchsatz, einem Signalgenerator, der ein den gewünschten Strömungsdurchsatz der Pumpe anzeigendes Strömungsdurchsatzkommandosignal erzeugt, einem Strömungsdurchsatzfühler, der ein den gemessenen Strömungsdurchsatz der Pumpe anzeigendes Strömungsdurchsatzmeßsignal liefert, wobei mit dem Fühler und dem Generator ein Integrator verbunden ist, der das Strömungsdurchsatzkommandosignal und das Strömungsdurchsatzmeßsignal aufnimmt und auf der Basis der Differenz der Signale das Pumpentreibersignal erzeugt, und wobei das Strömungsdurchsatzkommandosignal und das Strömungsdurchsatzmeßsignal eine Folge von dem jeweiligen Strömungsdurchsatz entsprechenden Kommandoimpulsen bzw. Strömungsmeßimpulsen enthalten, wobei der Integrator einen Aufwärts/ Abwärts-Zähler enthält, der nach der Aufnahme eines Kommandoimpulses von dem Signalgenerator aufwärts zählt und der nach der Aufnahme eines Strömungsmeßimpulses von dem Strömungsdurchsatzfühler abwärts zählt, und das Treibersignal ein digitales Ausgangssignal des Aufwärts/Abwärts- Zählers ist.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Pumpenregeleinrichtung besteht darin, daß mit einem sehr geringen apparativen Aufwand, nämlich lediglich einem Aufwärts/Abwärts- Zähler, eine absolut genaue Förderung des insgesamt verlangten Volumens garantiert wird, unabhängig vom Unvermögen der Pumpe, im Augenblick genau auf das Treibersignal anzusprechen, was bei der vorherrschenden Anwendung für die Zumessung von Flüssigkeit in medizinischen Einrichtungen sehr wichtig ist, um eine genaue Steuerung des medizinischen Vorgangs zu erreichen, wenn beispielsweise die Regelung verwendet wird, für Pumpen in Leitungen für ein Antiblutgerinnungsmittel, Blut, Plasma und Blutblättchen einer mit einem Patienten bzw. Spender verbundenen kontinuierlich laufenden Blutzentrifuge, wo über einen sehr großen Bereich von Strömungsdurchsätzen eine genaue Regelung erfolgen muß, mit einem höchsten Strömungsdurchsatz, der beispielsweise zweihundert Mal so groß ist wie der niedrigste Strömungsdurchsatz.

Bei der erfindungsgemäßen Pumpenregeleinrichtung kann eine sehr genaue Regelung des gepumpten Volumens dadurch erhalten werden, daß der Strömungsdurchsatz der Pumpe gemessen und ein Integrator in Form eines Zählers verwendet wird, um für die Pumpe ein Treibersignal zu erzeugen, das auf der Differenz der in dem Zähler berücksichtigten Werte des gemessenen Strömungsdurchsatzes und des verlangten zu pumpenden Strömungsdurchsatzes beruht und als ein digitales Ausgangssignal abgegeben wird, das auch nach längerer Laufzeit fehlerfrei ist. Der Zähler fungiert daher als ein digital arbeitender Integrator, in welchem digital die Differenz der über die Laufzeit durch Zählung digital aufintegrierten Werte des gemessenen tatsächlichen Strömungsdurchsatzes und des verlangten zu pumpenden Strömungsdurchsatzes mit einem Fehler von 0% als Funktion der Laufzeit erzeugt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische teilweise geschnittene Ansicht einer durch eine erfindungsgemäße Regelschaltung geregelten Pumpe mit feststehender Verdrängung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Regelschaltung;

Fig. 3 und 4 Schaltbilder von Ausschnitten des Blockdiagramms in Fig. 2.

Fig. 1 zeigt eine Schlauchpumpe 10 mit einem flexiblen Schlauch 12, der intermittierend und fortschreitend zwischen einer feststehenden Bahn 14 und von einem Rotor 18, der von einem Gleichstromgetriebemotor 20 mit variabler Drehzahl angetrieben wird, getragenen Rollen 16 geklemmt wird. Bei der Pumpe 10 wird ein Permanentmagnet verwendet und sie enthält einen Digitalcodierer 22, der schematisch in Fig. 1 gezeigt ist und für jede Drehung der Rotorwelle 19 363 Digitalimpulse liefert.

Aus der Fig. 1A ist ersichtlich, daß die Pumpe 10 zusammen mit drei weiteren identischen Pumpen 11, 13, 15 verwendet wird, um ein Antiblutgerinnungsmittel, Gesamtblut, Plasma und Blutplättchen zu einer mit 17 bezeichneten schematisch in der Zeichnung dargestellten Bluttrennungszentrifuge zu pumpen. Der flexible Schlauch 12 und andere in den Pumpen 11, 13, 15 enthaltene flexible Schläuche sind Bestandteile eines Einweg-Schlauchsatzes, der ebenso den (nicht gezeigten) Einweg-Trennkanal der Zentrifuge 17 enthält. Es können verschiedene Schlauchsätze für verschiedene Blutbehandlungsvorgänge oder Bestandteilsammelvorgänge verwendet werden, wobei dieselben dauernd vorhandenen Rotoren der Pumpen 10, 11, 13, 15 benützt werden, manchmal um verschiedene Flüssigkeiten zu pumpen und zum Pumpen in verschiedenen Richtungen.

Die in Fig. 2 gezeigte Regelschaltung 24 für die Antriebspumpe 20 enthält eine Integrationsschaltung 26 mit einer ihr zugeordneten Eingangsmanipulationsschaltung 28, einer Analog- Summierungsschaltung 29, einer Eingangsverstärkerschaltung 30, einer Überdrehzahlvergleichsschaltung 31, einer Drehmoment-Überschreitungsvergleichsschaltung 32, einer Ausgangsverstärkerschaltung 33, einer Mikroprozessorschaltung 34 und einer Stromversorgung 43.

Eine Leitung 25 für die Strömungsdurchsatzkommandosignale vom Mikroprozessor 34 ist so geschaltet, daß sie die Kommandoimpulse über die Schaltung 28 dem Aufwärtszähleingang des Aufwärts/Abwärts-Zählers 52 der Integrationsschaltung 26 zuführt. Eine Leitung 27 für die gemessenen Strömungs durchsatzsignale vom Codierer 22 ist so angeschlossen, daß sie die Strömungsmeßimpulse sowohl dem Abwärtszähleingang des Aufwärts/Abwärts-Zählers 52 über die Schaltung 28 als auch der Mikroprozessorschaltung 34 zuführt. Die Integrations schaltung 26 enthält auch einen Digital/Analog-Wandler (DAC) 58, welcher ein analoges Pumpentreibersignal zur Summierung mit dem Ausgangssignal des Eingangsverstärkers 30 in der Summierungsschaltung 29 zuführt, deren Ausgangssignal das Eingangssignal der durch die 24-Volt-Stromversorgung 43 versorgten Ausgangsverstärkerschaltung 33 ist. Das Ausgangssignal der Ausgangsverstärkerschaltung 33 am Knoten 29′ wird dem Antriebsmotor 20 zugeführt.

Die Überdrehzahlvergleichsschaltung 31 nimmt die Ausgangs spannung der Verstärkerschaltung 33 am Knoten 29′ auf und vergleicht sie mit einer Bezugsspannung und liefert ein Ausgangssignal an den Mikroprozessor 34, welches anzeigt, daß der Motor 20 mit oder nahezu mit seiner Maximaldrehzahl arbeitet. Die andere Leitung des Motors 20 am Knoten 35 ist über einen Widerstand 37, durch den der überwiegende Teil des Stroms fließt, mit Masse verbunden. Die Eingangsverstärker schaltung 30 gibt ein Signal ab, das eine Funktion der Spannung am Knoten 35 ist (und damit des Stroms durch den Motor 30 und den Widerstand 37), an die Summierungsschaltung 29 (wie bereits oben erwähnt) und an die Drehmomentüber schreitungsvergleichsschaltung 32. Eine Bezugsspannung wird auch der Drehmoment-Überschreitungsvergleichsschaltung 32 zugeführt, deren Ausgangssignal dem Mikroprozessor 34 zugeführt wird, um anzuzeigen, daß große Ströme gezogen werden.

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Eingangsmanipulations schaltung 28 D-Flipflops 38, 40, 44, 46, 48, 50 (74HCT74), einen Oszillator 47 (74LS724 oder NE555), ein Monoflop 82 (74HC4538) und verschiedene Invertierer (74HC14), ODER-Gatter (74HCT32) und UND-Gatter (74HCT11) in der folgend beschriebenen Schaltung enthält. Der Zähler 52 der Integrations schaltung 26 ist aus zwei 4-Bit-Zählern (74HC193) 54, 56 aufgebaut, die so geschaltet sind, daß sie einen einzigen 8-Bit-Zähler ergeben. Der obere und untere Ausführungsausgang CO und BO des Zählers 54 ist mit dem Aufwärts- bzw. Abwärtseingang des Zählers 56 verbunden.

Die Strömungsmeßimpulse vom Codierer 22 und die Kommando impulse vom Microprozessor 34 werden doppelt getaktet, um sie vor der Zuführung zum Zähler 52 zu synchronisieren. Das Ausgangssignal des Codierers 22 wird über ein hoch schnelles CMOS-Gatter 36 (für die Rauschunempfindlichkeit) dem Takteingang des D-Flipflops 38 zugeführt. Das Ausgangssignal des D-Flipflops 38 wird in den D-Eingang des D-Flipflops 40 geführt, das durch die Kombination am UND-Gatter 90 aus dem Ausgangssignal des Oszillators 47, dem Ausgangssignal des Oszillators 47 geteilt durch 4 durch das komplementäre Signal des Q-Ausgangs des D-Flipflops 50 und die Kombination am ODER- Gatter 92 aus dem Q-Ausgang des D-Flipflops 40 und dem Ausgang des Oszillators 47 geteilt durch 2 vom D-Flipflop 48 getaktet wird. Das vorgegebene Strömungsdurchsatzeingangssignal vom Mikroprozessor 34 wird in ähnlicher Weise bearbeitet unter Verwendung der D-Flipflops 44 und 46 und den diesen zugeordneten ODER- und UND-Gattern 96 und 98. Das Komplement des Q-Ausgangssignals des D-Flipflops 40 wird dem Abwärtszähleingang des Zählers 52 des Integrators 26 zugeführt. Das Komplement des Q-Ausgangssignals des D-Flipflops 46 wird dem Aufwärtszähleingang des Zählers 52 zugeführt. Die Komplemente der Q-Ausgangssignale der D-Flipflops 40 und 46 werden auch den Löscheingängen der D-Flipflops 38 bzw. 44 zugeführt.

Das Ausgangssignal des Monoflops 82, das zur Überwachung der Kommandoimpulse auf der Leitung 25 verwendet wird, wird am ODER-Gatter 94 mit dem Inversen des Ausgangssignals des UND- Gatters 98 kombiniert und invertiert an den Löscheingang des D-Flipflops 84 abgegeben. Das Ausgangssignal des D-Flipflops 84 wird den Löscheingängen der 4-Bit-Zähler 54, 56 eingegeben, um diese zu löschen, wenn auf der Leitung 25 keine Kommandoimpulse vorliegen. Der Takteingang des Flipflops 84 ist mit dem unteren Durchführungsausgang BO des Zählers 56 verbunden, um die Zähler 54, 56 nach der Aufnahme eines unteren Durchführungs- oder "carry-out"-Ausgangssignals zu löschen.

Das Inverse des Ausgangssignals vom UND-Gatter 90 wird dem Löscheingang des D-Flipflops 86 geliefert. Das Komplement des Q-Ausgangssignals des D-Flipflops 86 wird den Lade- oder Speichereingängen der 4-Bit-Zähler 54 und 56 zugeführt.

Das obere Durchführungsausgangssignal CO des Zählers 56 wird dem Takteingang des D-Flipflops 86 eingegeben, wobei das Komplement des Q-Ausgangs desselben invertiert dem Speicher eingang der Zähler 54, 56 zugeführt wird, um den Maximal zählerstand in die Zähler (deren Vorspeichereingänge A, B, C, D alle mit 5 Volt verbunden sind) nach der Aufnahme eines oberen Durchführungssignals zu laden.

Nun bezugnehmend sowohl auf Fig. 3 als auch auf Fig. 4 liefern die Ausgänge QA bis QD der Zähler 54, 56 ein digitales Pumpentreibersignal, welches den Eingängen B1 bis B8 des DAC 58 (DAC0800) zugeführt wird.

Bezugnehmend auf Fig. 4 enthält die Summierungsschaltung 29 einen Operationsverstärker 62 (LF412N), der als ein Eingangssignal das Ausgangssignal vom DAC 58 aufnimmt. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 62 wird mit einem analogen Regelsignal des Verstärkers 30 summiert und einem Operationsverstärker 63 (LM1458N) der Ausgangsverstärker schaltung 33 zugeleitet.

Die Ausgangsverstärkerschaltung 33 enthält auch Operations verstärker 65, 67 (LM1458N) und einen NPN-Transistor 69 (TIP29). Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 63 wird einem Operationsverstärker 65 und dessen Ausgangssignal einem Operationsverstärker 67 zugeführt. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 67 gelangt zur Basis des Transistors 69. Der Kollektor des Transistors 69 ist mit einem Leistungstransistor 80 (2N5883) über einen Basiswiderstand R43 in der Stromversorgungsschaltung 43 verbunden.

Die Motorankerspannung am Knoten 29′ wird auch als ein Eingangssignal der Überdrehzahlvergleichsschaltung 31 zugeführt, die einen Operationsverstärker 71 und damit verbundene Widerstände enthält. Der andere Eingang des Operations verstärkers 71 ist mit einer Bezugsspannung verbunden, die um einen Diodenabfall (0,7 Volt) niedriger ist als die Spannung +V_pwr · +V_pwr kann im Bereich von 24 bis 40 Volt Gleichstrom liegen.

Der Knoten 35 in der anderen Leitung zum Motor 20 ist über einen Widerstand 37 mit 0,1 Ohm, 3 Watt und Masse geführt. Die Spannung über diesen Widerstand wird der Eingangsver stärkerschaltung 30 eingegeben, deren Ausgangssignal die der Summierungsschaltung 29 zugeführte skalierte Regelspannung ist.

Das skalierte analoge Regelausgangssignal des Verstärkers 30 wird weiter der Drehmoment-Überschreitungsschaltung 32 eingegeben, die einen Operationsverstärker 75 (LF412N) und einen Operationsverstärker 77 (LM339) enthält, wobei das Ausgangssignal des ersteren dem letzteren zugeführt und mit einer Bezugsspannung verglichen wird.

Die übrigen in den Fig. 3 und 4 gezeigten Bauteile haben folgende Werte:

Widerstände
R1, R3, R16, R27, R30, R32, R34, R38, R41\|10K
R2	120K
R4, R5	7,6K
R6, R9	5,6K
R7	820K
R8	30K
R10	8,2K
R11	15K
R12, R39	20K
R13, R15, R28, R40	100K
R14	47K
R17	10
R18, R19	200
R20	470, 1/2W
R21	50, 5W
R22	9,1K
R23	2K
R24	4,7K
R25	20
R26, R29, R36, R37	1M
R31	0,1, 3W
R33, R35	200K
R42	15
R43	25
R44	100

Kondensatoren
C1\|10µF
C2	0,01µF
C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9	0,1µF

Dioden
CR1, CR2, CR4
IN4148
CR3	IN5416

Beim Betrieb pumpt die Pumpe 10 Flüssigkeit durch den Schlauch 12 aufgrund der Wirkung der Rollen 16, welche Abschnitte des Schlauches 12 abschließen und die abgeschlossenen Abschnitte und die vor den Abschnitten eingeschlossene Flüssigkeit unter Antrieb durch den Motor 20 fortschreitend fördern.

Die Pumpe 10 wird so gesteuert, daß sie durch die von dem Mikroprozessor 34, der als Strömungsdurchsatzsignalgenerator wirkt, über die Leitung 25 zu der Integrationsschaltung 26 gelieferten Kommandoimpulse mit einem gegebenen Durchsatz pumpt, wobei jeder Impuls ein gegebenes zu pumpendes Volumen repräsentiert. Der Codierer 22 gibt eine Folge von Strömungs meßimpulsen ab, von denen jeder ein Flüssigkeitsvolumen (dasselbe Volumen wie bei den Kommandoimpulsen), das gepumpt worden ist, repräsentiert. Die Integrationsschaltung 26 liefert ein Pumpentreibersignal, das auf der Differenz der integrierten Werte der Kommandoimpulse und der Strömungsmeß impulse basiert, und dieses Pumpentreibersignal wird verwendet, um die Drehzahl des Motors 20 einzustellen.

Vor dem Zählen im Zähler 52 der Integrationsschaltung 26 werden die Folgen der Kommandoimpulse und der Strömungsmeßimpulse durch die D-Flipflops 38, 40, 44 und 46 doppelt getaktet, um die zum Zähler 52 gelieferten Impulse zu synchronisieren. Der Zähler 52 erzeugt ein 8-Bit-Wort, welches die Differenz zwischen der Anzahl der am Aufwärtszähleingang aufgenommenen Kommandoimpulse und der am Abwärtszähleingang aufgenommenen Strömungsmeßimpulse anzeigt. Jeder Kommandoimpuls erhöht die vom Zähler 52 kommende Zahl, während jeder Strömungsmeßimpuls vom Codierer 22 die Zahl erniedrigt. Der Zähler 52 fungiert daher als ein Digitalintegrator mit einem Fehler von 0% als Funktion der Laufzeit, jedoch mit einem Offset-Fehler, der ungefähr auf zwei Drittel einer Drehung des Motors 20 begrenzt ist, aufgrund der notwendigen Spannung zum Kompensieren der Rück-EMK des Motors bei einer gegebenen Drehzahl. Das 8-Bit-Wort ist ein digitales Pumpen treibersignal, das am DAC 58 in ein äquivalentes analoges Pumpentreibersignal umgewandelt wird. Wenn der Motor 20 mit der richtigen Drehzahl läuft, gibt es keine Netto-Spannungsänderung von DAC 58. Wenn der Motor 20 zu langsam läuft, wird die Spannung vom DAC 58 erhöht, bis die Drehzahl korrigiert ist. Umgekehrt, wenn die Drehzahl zu hoch ist, nimmt die Spannung vom DAC 58 ab.

Das analoge Pumpentreibersignal wird im Operationsverstärker 62 verstärkt und mit der skalierten Steuerspannung proportional zum Motorstrom von der Schaltung 30 summiert, um normale Drehzahlvariationen, welche die Pumpe erfährt, zu kompensieren. Dadurch wird die Rotation des Motors 20 und damit der Flüssigkeitsstrom vergleichmäßigt. Die summierte Spannung wird dann im Ausgangsverstärker 33 verstärkt, der durch die Stromversorgung 43 versorgt wird, und der Pumpe 20 zugeführt. Das Treibersignal zur Pumpe 20 kann die Spannung von der Versorgung 43 nicht überschreiten.

Die verstärkte Treibersignalspannung am Knoten 29 wird der Überdrehzahlvergleichsschaltung 31 zugeführt, welche diese Spannung mit eine um 0,7 Volt niedrigere Spannung als die Spannung +V_pwr von der Stromversorgung 43 vergleicht. Dieser Vergleich wird verwendet, um den Mikroprozessor 34 über die Tatsache zu alarmieren, daß der Motor 20 in der Nähe der Grenze der Leistungsfähigkeit der Stromversorgung betrieben wird.

Der Strom durch den Motor 20 ist eine Funktion des Drehmoments des Motors 20. Die skalierte Steuerspannung von der Schaltung 30, welche den Strom durch den Motor 20 anzeigt, wird im Operationsverstärker 77 mit einer Bezugsspannung verglichen, die so gewählt ist, daß ein Überdrehen des Motors verhindert wird. Wenn beispielsweise die Pumpe 10 klemmt, könnte der Motor 20 große Ströme ziehen, um die durch die Integrationsschaltung 26 vorgegebenen Drehzahl anforderungen zu erfüllen. Das Ausgangssignal des Operations verstärkers 77 wird dem Mikroprozessor 34 zugeführt, um diesen auf den Zustand einer Drehmomentüberschreitung aufmerksam zu machen. Um die Pumpe 20 vor einer versehentlichen Betätigung zu schützen, beispielsweise wenn der Rotor 18 von Hand gedreht wird, wird der Zähler 52 durch das Flipflop 84 und das Monoflop 82 in einen gelöschten Zustand gebracht, wenn von dem Mikroprozessor 34 kein Kommandoimpulszug zugeführt wird. Dies führt dazu, daß das von dem Wandler 58 gelieferte analoge Pumpentreibersignal auf eine Spannung unterhalb des Massepotentials geschoben wird.

Das Flipflop 84 wird auch in Verbindung mit dem Flipflop 86 verwendet, um von "FF" auf "00" zu inkrementieren und von "00" zu "FF" zu dekrementieren. Dies bewirkt, daß der Zähler 52 sein jeweiliges maximales oder minimales Ausgangs signal beibehält, wenn die obere oder untere Zählergrenze überschritten worden ist.

Die Pumpen 11, 13 und 15 für das Blut, das Plasma und die Blutblättchen werden in gleicher Weise durch den Mikroprozessor 34 geregelt. Es ist eine genaue Regelung über einen sehr großen Bereich von Strömungsdurchsätzen möglich, z. B. den kleinen Strömungsdurchsätzen für den Antigerinnungsmittelzusatz, der genau zugemessen werden muß, und die Blutplättchen, und den großen Strömungsdurchsätzen für das Gesamtblut.

Claims

1. Pumpenregeleinrichtung mit
einer in Absprache auf ein Pumpentreibersignal regelbaren Pumpe (10) mit variablem Strömungsdurchsatz,
einem Signalgenerator (30, 33, 34, 43), der ein den gewünschten Strömungsdurchsatz der Pumpe anzeigendes Strömungs durchsatzkommandosignal erzeugt,
einem Strömungsdurchsatzfühler (22), der ein den gemessenen Strömungsdurchsatz der Pumpe anzeigendes Strömungsdurchsatzmeßsignal liefert,
wobei mit dem Fühler und dem Generator ein Integrator (26) verbunden ist, der das Strömungsdurchsatzkommandosignal und das Strömungsdurchsatzmeßsignal aufnimmt und auf der Basis der Differenz der Signale das Pumpentreibersignal erzeugt, und wobei das Strömungsdurchsatzkommandosignal und das Strömungsdurchsatzmeßsignal eine Folge von dem jeweiligen Strömungsdurchsatz entsprechenden Kommandoimpulsen bzw. Strömungsmeßimpulsen enthalten,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Integrator (26) einen Aufwärts/Abwärts-Zähler (52) enthält, der nach der Aufnahme eines Kommandoimpulses von dem Signalgenerator aufwärts zählt und der nach der Aufnahme eines Strömungsmeßimpulses von dem Strömungsdurchsatzfühler abwärts zählt, und daß das Treibersignal ein digitales Ausgangssignal des Aufwärts/Abwärts-Zählers (52) ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsdurchsatzkommandosignal eine Folge von Kommandoimpulsen ist, von denen jeder ein zu pumpendes Flüssigkeitsvolumen anzeigt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsdurchsatzmeßsignal eine Folge von Strömungsmeßimpulsen ist, von denen jeder ein tatsächlich gepumptes Flüssigkeitsvolumen anzeigt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (10) variabler Drehzahl eine von einem Motor (20) mit variabler Drehzahl angetriebene Pumpe mit feststehender Volumenverdrängung ist, und daß der Strömungsdurchsatzfühler (22) einen Digitalcodierer enthält, der nach einem bestimmten Drehwinkel einen Strömungsmeßimpuls abgibt.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Digital/Analog-Wandler (58) zum Wandeln des digitalen Ausgangstreibersignals in ein analoges Pumpentreibersignal.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (10) variabler Drehzahl durch einen Gleichstrommotor (20) variabler Drehzahl angetrieben wird, welcher durch das analoge Pumpentreibersignal angetrieben wird.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Summierungsschaltung (29) zum Addieren des analogen Pumpentreibersignals zu einem einen Strom durch den Gleichstrommotor (20) variabler Drehzahl anzeigenden analogen Steuersignal.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Drehmoment-Überschreitungsanzeigeschaltung, die eine Spannung auf der Basis des Stromes durch den Motor (20) aufnimmt und einen Vergleicher (32) enthält, um diese Spannung mit einer Bezugsspannung zu vergleichen.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (20) durch eine Stromversorgungsquelle mit einer feststehenden Spannung versorgt wird, wobei die dem Motor zugeführte Spannung niedriger ist als die feststehende Spannung und durch das analoge Pumpentreibersignal eingestellt wird.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Überdrehzahlanzeigeschaltung, welche die dem Motor zugeführte Spannung aufnimmt und einen Vergleicher (31) enthält, um diese mit der feststehenden Spannung zu vergleichen.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufwärts/Abwärts-Zähler (52) einen oberen Durchführungsausgang (carry-out) und einen zur Aufnahme eines hohen Zählerstandes geschalteten Vorspeichereingang enthält, und daß eine Zählerüberlaufschaltung vorgesehen ist, welche nach der Aufnahme des oberen Durchführungsausgangssignals den Vorspeichereingang lädt.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufwärts/Abwärts-Zähler (52) einen unteren Durchführungsausgang (carry-out) und einen Löscheingang (CLR) enthält und daß weiter eine Zählerunterlaufschaltung vorgesehen ist, um den Zähler nach Aufnahme des unteren Durchführungsausgangssignals zu löschen.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufwärts/Abwärts-Zähler (52) einen Löscheingang aufweist und daß eine Kommandoimpulsüberwachungsschaltung zum Überwachen des Strömungsdurchsatzkommandosignals und zum Löschen des Zählers, wenn ein Fehlen von Kommandoimpulsen festgestellt wird, vorgesehen ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommandoimpulsüberwachungsschaltung eine Monoflop-Schaltung (82) enthält, die das Strömungsdurchsatzkommandosignal als ein Eingangssignal aufnimmt und nach dem Feststellen von Kommandoimpulsen einem Löscheingang (CLR) des Zählers (52) ein niedrigpegeliges Signal zuführt und dem Löscheingang ein hochpegeliges Signal zuführt, wenn die Impulse für eine gegebene Zeitdauer nicht aufgenommen worden sind.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch doppelt getaktete Flipflop-Schaltungen (38, 40, 42, 44) zum Synchronisieren der Kommandoimpulse und der Strömungsmeßimpulse.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (10) eine Schlauchpumpe ist.

17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch die Verwendung in einer medizinischen Einrichtung mit einer in Ansprache auf das Pumpentreibersignal steuerbaren Schlauchpumpe mit variablem Strömungsdurchsatz.

18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch die Verwendung in einer Blutzentrifugeneinrichtung mit einer Zentrifuge mit einer Blutzuführungsleitung und mehreren Ausgangsleitungen für getrennte Blutbestandteile, und mehreren auf mindestens einige der Leitungen einwirkenden Schlauchpumpen mit variablem Strömungsdurchsatz, wobei jede der Pumpen in Ansprache auf ein Pumpentreibersignal steuerbar ist.