JP2004502903A - 計量ポンプの電動機の起動方法 - Google Patents

Abstract

本方法は、計量ポンプの電動機を起動するためのものであり、送出される流体量（Ｖ_ｎｏｍ）は本方法により外部のインパルス・トリガーによって設定され、本方法では、予め決められた送出量（Ｖ_ｎｏｍ）が各インパルス（ｔ）に配分される。制御装置は、最後に受信された２つのインパルスの時間間隔（Δｔ）を検出し、送出される流体量が先に評価された間隔を基礎として後続のインパルス間隔に渡り分布されるように電動機を起動する。

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に記載された特徴に一致する計量ポンプの電動機の起動方法に関する。
【０００２】
変位原理に従って機能する計量ポンプ、従ってダイアフラムまたはピストンポンプを有する計量ポンプは、電磁式に作動されるか、モータによって作動される。電磁式に作動される計量ポンプでは、送出量は通常、一方では機械的なストローク調整によって、かつ他方では周波数の変更によって設定される。可変性の送出フロー（主送出フロー）へと流れ込む流体の可能な限り正確な計量（混合）を達成するために、こうしたポンプは通常、クロック発振器を接続することのできる電気接続部を有し、クロック発振器は、主送出フローの所定の送出量が送出されると必ずインパルスを放射し、その時点で計量ポンプは、その送出し行程が各インパルスについて計量分配される調整量に機械的に整合されている１つまたは複数の作動ストロークを実行する。混合される送出フローのこの整合性に関わらず、例えば計量される流体が短時間に主フローへと送出され、次のインパルスは長時間後でないと実行されないような場合など特に、ストローク調整及び送出される流体量に依存して変則的な混合比が発生する場合がある。
【０００３】
ごく単純な設計で構成された電磁式駆動装置を有する計量ポンプ以外に、例えばＤＥ　１９６　２３　５３７　Ａ１による電動機式駆動装置を有する計量ポンプも周知である。このような計量ポンプは、設計の面ではかなり複雑なものとなっているが、送出量をより正確かつ一様に制御することができる。通常これらは、ストローク調整なしで機能する。このタイプの構成の計量ポンプは、例えばレオンバーグ所在のＬＥＷＡ　Ｈｅｒｂｅｒｔ　Ｏｔｔ社のＬＥＷ　Ａ　ＬＡＢ　Ｋ３／Ｋ５型により周知である。このポンプは、外部からの計量フロー制御のためのインタフェースを備えているが、この場合は起動がアナログ信号を介して行われるため信号処理及びその後の処理が複雑であり、故障もしやすい。この場合、送出量の計量は電流に依存して制御される。
【０００４】
この技術的現状に対して、本発明の目的は、外的なインパルス起動により予め限定されたコースに従って可能な限り正確に送り出しを行うような電動機駆動式計量ポンプを設計することにある。
【０００５】
本発明によれば、この目的は、請求項１に明記された特徴によって達成される。本発明による方法の効果的な構成は、諸従属請求項及び後続の明細書本文に明記されている。
【０００６】
本発明の基本的概念は、送出される量を予め限定されたコースに従って、２つ以上のインパルス間に形成される時間間隔に渡り、かつ特に可能であれば常時所定の送出量が存在するような方法で分布することにある。効果的には同時に、連続する２つのインパルスの時間間隔が決定され、次いで、例えばステッパ・モータまたは位置検出のための適切な検出装置が装備された直流または交流モータである電動機の駆動装置が起動され、例えばこれに続くインパルス間隔で、または後続のインパルス間隔順序で、送出される流体量の可能な限り一様な分布が実行される。本発明のコンテキストにおいては、可能な限り一様とは、例えば段階的作動の場合には、各ステップが同一の時間間隔を有するインパルス間隔に渡って分布されていると理解されるべきものである。完全に一様な分布は、既に最新技術においては当たり前となっているように戻り行程の間のモータは送出し行程の間よりも高速で起動されているとしても、ポンプの１以上の必要な戻り行程によって変動される可能性があるものと理解されなければならない。
【０００７】
連続するインパルス間の時間間隔が短くなれば、送出されて計量される流体量は実際に所望される量よりも少ないという事実に至る可能性がある。これを回避するため、本発明は、２以上の連続するインパルス間隔の起動後に発生している不足量を決定することと、これを後に、好適には後続のインパルス間隙において修正することを包含している。こうした修正は、外部検出装置で実際の計量送出フローを決定することにより比較的より複雑な方法で実行されることが可能であるが、これは効果的には、起動に起因して発生する理論上の計量送出フローを基礎として決定される。従ってこの場合は、外部の検出装置が不要になる。またこれは、何れの場合でも内的に存在する電気的値によって決定されることも可能である。電動機作動式計量ポンプは、その設計に起因して冒頭で説明した電磁作動式計量ポンプよりも正確に作動するため、概して重大な不利益を被る危険を犯す必要なしに外部検出装置を除外することが可能である。
【０００８】
本発明によるインパルス制御の特に優位な点は、ポンプ膜には周知であるポンプ本体のストローク調整が不正確さに繋がりかつポンプの遠隔制御を困難にする機械的関与を必要とするという理由でこれを除外できる能力にある。
【０００９】
特に、変化する主送出フローへ流体を混合する際には、可能であれば修正を全く行わさせず、計量送出フローを変化する主送出フローへと可能な限り迅速に適合化させることが望ましい。これは、送出される流体量の分布に関して、２つまたは幾つかの先行するインパルス間の間隔を考慮し、そこから結果的に生じる理論上の後続のインパルス間隔に渡ってこれを分布させるだけでなく、これと共に、インパルス間隔の変動を決定して分布を算出する際に考慮することにおいて実行されることが可能である。即ち、変化する状況への可能な限り迅速な適合化を達成する所与の制御アルゴリズムが実行される。
【００１０】
特にこれに伴う計量手順の場合、一方ではこれは主送出フローへの可能な限り一様な供給の問題でありかつ他方では、例えば水泳プールの水に塩素を添加する際に必要であるような全体的な添加量、即ち設定濃度の問題でもあるが、一様な混合比に注意を払うことだけでなく、制御の不正確さまたは他の過誤ソースに起因して発生する可能性のある過誤の追加をなくす必要もある。このため、本発明による方法は、インパルス数、即ち公称送出量または対応する特性変数を検出し、これを電動機の起動に起因して少なくとも理論的に発生する計量送出量または対応する特性変数と比較することを包含し、かつこの差を使用して引き続きこれらを適宜補償することを含んでいる。このような長期的制御は、例えば何時間または何日にも渡ってインパルスを検出し、適当であれば１時間に１回、または１日に１回の割で、計量ポンプの送出フローを変動する主送出フローへ適合させるクイック制御では達成され得ない補助的修正を実行することができる。
【００１１】
この長期制御に関わりなく、基本的には、検出された不足量は検出直後に修正を行って可能な限り迅速な制御を保証することが望ましい。これは特に、計量ポンプが、後の修正が既に充填された、またはパッケージされた製品に何ら影響しないように充填またはパッケージングが混合の直後に実行されるような連続混合に応用される場合に望ましい。
【００１２】
計量手順の開始時においてもインパルス間隔全体に渡る一様な計量が既に実行されていることを保証するためには、２つのインパルスを受信して初めてポンプ・モータの起動を始めることが有益である。このために本方法により発生する不足量は、先に説明したオーバーライディング修正制御によって補償されることが可能である。
【００１３】
以下、本発明を一実施例によりさらに詳しく説明する。
【００１４】
図面の上側の時間軸には、例えばクロック発振器によって放出されるような電気インパルスｔ_１乃至ｔ_７が表示され、この場合のインパルスｔ_１乃至ｔ_７の各々は、適正量の計量送出フローが計量ポンプによって添加される所定の主送出フローの容積を表している。下側の時間軸には、各ケースについて、外部インパルスに依存して計量ポンプにより制御される計量送出フローが示されている。
【００１５】
主フローへの計量送出フローの可能な限り一様な計量を達成するためには、計量送出フローは、主フローへと混合される計量送出フローが連続する２つのインパルスの間に形成される間隔Δｔ全体に渡って可能な限り一様に分布されるように計量ポンプを制御することによって設定される。まず時間間隔Δｔを検出するためには、計量手順を開始する前に２つの電気インパルスｔ_１及びｔ_２が受信されるのを待って、両者間に存在する時間Δｔ_１２を決定することが必要である。次に、インパルス毎に送出される容積Ｖ_ｎｏｍがΔｔ_１２に相当するｔ_２で始まる時間に渡って分布されるようにインパルス毎に添加される計量送出量に従ってポンプが起動され、この時間間隔Δｔ_１２を基礎として、結果的に送出時間Δｔ_１２の後に既定の容積Ｖ_ｎｏｍに到達している送出フローＱ_２３が得られる。本実施例では、インパルスｔ_１乃至ｔ_４の間隔が増加しているため、特に容積Ｖ_ｎｏｍが既に到達されているが後続のインパルスはまだ受信されていない場合には、本制御により、ｔ_４までの増加する間隔に関して各々のケースで短時間の送出停止が発生する。
【００１６】
制御装置がインパルスｔ_３を取得すると、制御装置はインパルスｔ_２に対する時間間隔Δｔ_２３を決定し、この時点でこの時間間隔Δｔ_２３に渡って送出される量Ｖ_ｎｏｍを分布させ、こうして送出フローＱ_３４を適宜低減させる。計量送出フローＱ_３４は、公称送出容積Ｖ_ｎｏｍを最後に決定された時間間隔Δｔ_２３で除することにより得られる。
【００１７】
インパルスｔ_４乃至ｔ_６が表すように、インパルスの間隔が大きくはならず小さくなる場合には、容積Ｖ_ｎｏｍに到達するための送出フローＱ_４５が計算済みである時間間隔がまだ完了されていなくても、例えばｔ_５である新たなインパルスが受信されるという問題が発生する。第１の実施例による制御装置を使用すれば（図１）、ポンプは、新たなインパルス（この場合はｔ_５が初めて）を受信すると先行する送出が停止されるように起動され、これから始まる新たな送出間隔Δｔ_５６に関して、時間間隔Δｔ_４５における容積が結果的に容積Ｖ_ｎｏｍプラス容積Ｖ_ｒｅｓｔとなるように算出された送出フローＱ_５６が決定される。容積Ｖ_ｒｅｓｔは、容積Ｖ_ｎｏｍから先行する間隔において実際に送出された容積Ｖ_ｌｓｔを減じた結果として生じる。従って、送出間隔Δｔ_４５に関しては、結果的に送出フローＱ_４５にΔｔ_３４とΔｔ_４５との差を乗じた結果である容積Ｖ_{ｒ ｅｓｔ}が生じる。従って、送出フローの容積Ｑ_５６の計算に際して、時間間隔Δｔ_４５において送出される、かつ少なすぎるこの容積がＶ_ｎｏｍに加算される。
【００１８】
時間間隔Δｔ_５６もやはり先行するΔｔ_４５より小さいため、インパルスｔ_６が受信されると送出フローＱ_５６は中断され、次いで計量送出フローＱ_６７が生成される。この場合は、そのサイズ順位の送出間隔Δｔ_５６を基礎として、最終的に容積が容積Ｖ_ｎｏｍと送出間隔Δｔ_５６においてまだ送出されていない容積Ｖ_{ｒｅｓｔ５６}との和に対応するものとなるように送出フローが計算されている。まだ送出されていない容積Ｖ_{ｒｅｓｔ５６}は、同時に一方ではこの時間間隔における容積Ｖ_ｎｏｍのまだ送出されていない成分と、かつ他方ではその前の先行間隔における容積Ｖ_{ｒｅｓｔ４５}のまだ送出されていない成分とで構成され、後者は図中の直行斜線で、前者は単なる斜線で認識することができる。
【００１９】
これまでに説明した制御アルゴリズムは、本制御装置により、変動する間隔であってもインパルスに極めて迅速かつ正確に反応することができるという事実を示している。実際にはインパルス間隔の変動は極めて小さく、図１が示す比較的複雑な制御は全く必要でない場合が多い、もしくは、追加のオーバーライディング修正によって補償されることが可能である。このようなオーバーライディング修正は、予め決められた時間の後または予め決められたインパルス数の後に行われることが可能であり、この場合は、インパルス番号に対応するこの時間内に送出される公称容積が評価され、本制御に起因して結果的に得られる実際の容積と比較され、かつ適当であれば後続の間隔または後続の複数の間隔において修正される。制御誤差または制御偏差もこの長期的な修正の間に検出され、変化するインパルス間隔への適合化を可能な限り予想することができる。実際には、戻り行程によるものであれ他の偽行程によるものであれ、他の方法では検出が困難な、または全く検出され得ない制御誤差が発生する可能性がある。
【００２０】
しかしながらほとんどの場合、先に説明した実施例の変数に従って送出フローが計算される図２が示す実施例による単純化された制御装置で十分であり、この場合は、まず２つのインパルスｔ_１及びｔ_２を待って両者間に形成された時間間隔Δｔ_１２が評価され、インパルス毎に送出される公称容積Ｖ_ｎｏｍがこの時間間隔Δ_１２に渡って分布され、結果的に送出フローＱが得られる。但し、先に説明した実施例の変数とは対照的に、送出フローＶ_ｎｏｍに到達した後も送出手順は中断されず、次のインパルスｔ_３が受信されるまで送出が続き、連続的な混合が保証される。インパルスｔ_３の受信によって起動される送出量Ｑ_３４は、インパルス毎に送出される容積Ｖ_ｎｏｍと時間Δｔ_２３との結果として生じる。送出はこの場合も、次のインパルスｔ_４の受信まで実行される。
【００２１】
結果的には本制御に起因して、低減するインパルス・シーケンスを有する本実施例の変数の場合は送出が多すぎ、増大するインパルス・シーケンスの場合は送出が少なすぎる。これは、何れの場合も、次のインパルスが受信されるまでは予め設定された送出量が修正されないためである。実際には主送出フローは比較的一定であり、偏差の上下変動は同程度であるため、連続的に混合を行ない、故に中断もないという優位点のあるこの単純化された制御により比較的正確な計量を達成することができる。この場合もやはり、例えば何時間または何日もの後に受信されたインパルスを計数し、これをもとに計量送出フロー全体の公称容積を決定し、これを制御装置によって送出された実際の計量送出フローと比較し、適切であればこれを修正するオーバーライディング制御を供給することができる。オーバーライディング修正は、効果的には、数個のインパルスの後、または１以上のポンプ・ストロークの実行後に行なうことが可能である。さらに本制御装置は常設の安全回路を有し、本安全回路は、例えば主送出フローの偏差が過度に大きくなると計量送出フローが適合化されること、例えば予め限定された時間の経過後にさらなるインパルスを受信しなければ計量送出フローは停止されることを保証する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例によるパルス・シーケンスの送出量への依存性を示している。
【図２】図１による表示の第２の実施例を示している。

Claims (8)

1. 計量ポンプの電動機を起動するための方法であって、送出される流体量は本方法で外部インパルス・トリガーにより予め限定され、予め決められた送出量は各インパルスに配分され、少なくとも２つのインパルスの時間間隔は検出され、かつ電動機は、送出される流体量が先に評価された間隔を基礎として予め限定されたコースに従って後続のインパルス間隔に渡り分布されるように起動されることを特徴とする方法。
2. 少なくとも２つの最後のインパルスの時間間隔は検出されることと、送出される流体量は、先に評価された間隔を基礎として、これに続くインパルス間隙に渡り可能な限り一様に分布されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. ２以上の連続するインパルス間隔の起動後に結果的に生じる不足量は決定されかつ修正されることを特徴とする先行する任意の請求項記載の方法。
4. ２以上の連続するインパルス間隔の起動後に結果的に生じる不足量は決定されかつ後続のインパルス間隔において修正されることを特徴とする先行する任意の請求項記載の方法。
5. インパルス間隔の時間変化は検出され、かつ送出される流体量のこれに続く１つまたは複数のインパルス間隔に渡る分布はこの変化に依存して実行されることを特徴とする先行する任意の請求項記載の方法。
6. インパルス数または送出される流体量及び起動または対応する特性パラメータに起因して結果的に生じる理論上の送出量が合計されかつ記憶されることと、予め決められた時間が経過すると送出量の合計されかつ記憶された値は送出される流体量と比較され、かつ適当であれば送出量の修正が実行されることを特徴とする先行する任意の請求項記載の方法。
7. ポンプ・モータは２つのインパルスが受信されるまで送出を起動されないことを特徴とする先行する任意の請求項記載の方法。
8. 修正手順は検出の直後、好適には検出間隔に続くインパルス間隔において実行されることを特徴とする先行する任意の請求項記載の方法。