JP2014512626A - 周波数変換装置を制御するコントローラ、及び制御方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
nは、ポンプの回転速度
pは、圧力線における吐出流体圧力、及び/または、ポンプにおける吐出流体圧力差
指数a、並びに因子bおよびcは、容積移送式真空ポンプの定数
kは、吐出流体の潤滑作用の因子
vは、吐出流体粘性
図1は、容積移送式真空ポンプ・システム1の設計を概略的に示している。このシステムは、本実施例では、単一スピンドル・ポンプ、または多重スピンドル・ポンプ、具体的には、3重スピンドル・ポンプとして設計された容積移送式真空ポンプ2を含む。容積移送式真空ポンプ2は、周波数変換装置4を含む電気モータとして設計された容積移送式真空ポンプ・モータ3のモータ・シャフトと動作できるように接続する。周波数変換装置4は、調整装置6により生成される処理済み変数YS 、または、補正後の処理済み変数Y'S 、または、任意選択的に複数回補正されている処理済み変数Y'S に基いて、容積移送式真空ポンプ・モータ3のモータ巻線への電流を制御、及び/または、調整する。
第1実動作パラメータXは、実制御変数、即ち、図示の例示的実施例において単位barで測定された圧力に対応する。基準入力変数Xは、圧力であり、少なくとも20barに達する。同様に、実動作パラメータXは、20barとして測定される。
第1実動作パラメータXは、実制御変数、ここでは、即ち、圧力と一致する。実圧力が、20barとして測定される。該当規定に基いて、制御変数の定値は変化する。具体的には、基準入力変数Wが、20barから30barへと変化する。それと同時に、外乱変数にも変化が生じる。流れ抵抗は、装置の変化等に起因する僅かな流路面積、即ち、微小な流路半径によって増加することが想定されている。
基準入力変数Wは、単位L/minで測定された体積流である。第1実動作パラメータXは、実測体積流である。体積流の需要は、動作中に増加するものと仮定している。ここで示す例では、基準入力変数が、1500L/minから3000L/minまで2倍となるものとする。調整装置6は、得られたシステム偏差W‐Xから、処理済み変数YS、即ち、この場合では、回転速度を求める。この処理済み変数YS、即ち、調整装置6により事前選択された回転速度が、比較手段10によって、最大許容回転速度、即ち、第1限界値Ylimit maxと比較される。この最大許容回転速度は、NPSHavailableに基づき、即ち、利用可能なNPSH 、及び/または、システムの保持圧力レベルに基いて求められる。例示的実施例では、この圧力は、8 m H2O(ウォータ・カラム・メートル)に達する。そして、Ylimit max、即ち、最大許容回転速度は、NPSHavailable 、及び、測定された他の実動作パラメータ(この場合では媒体の粘性)に基いて算出される。この算出は、例えば、図4で示された図に基づくか、或いは、以下の計算原理に基づく多項式に基いて実施され、不揮発性メモリーに記憶される。
NPSH = f(ポンプ・サイズ (da)、傾斜のスピンドル角度、粘性v、回転速度 n)
これによって、ポンプ中の媒体の軸方向速度を算出可能となり、これは、スピンドル径da 、及び、スピンドル傾斜角の関数とするポンプ・サイズに基づき、任意の設計サイズや任意の傾斜角に適用可能であり、従って、以下の関係が、簡易な式として得られる。
NPSH = f(vax size spindle slope angle, 、粘性v、回転速度 n)
この結果、
vax allowed size NPSH = f(v, n)が真となり、
従って、以下の関係
vax = S*n 、または、 n = vax/S
最終的には、以下の関係
Ylimit max = n allowed size NPSH = vax allowed size NPSH/S
を得ることが可能である。
図2に基づく例示的実施例は、調整装置6により生成された処理済み変数YS が、容積移送式真空ポンプの保護に相当、及び/または、ポンプ保護を確実なものとする少なくとも1つの第1限界値とは比較されず、代わりに、吐出流体品質を確保する1つの第2限界値と比較されるという点において、図1の例示的実施例とは異なる。ここで紹介した例示的実施例は、第2限界値と関連している。
第4例は、媒体の保護に関連する。つまり、処理済み変数からの容積移送式真空ポンプ(吐出媒体)の結果と共に、吐出流体の品質パラメータの悪影響も伝搬しないよう、第2限界値を決定する。
この原理は、以下から導出される。
例えば、τallowed = D*η、及び、η= v*ρであるニュートン流体の場合は、
Dallowed = τallowed/(v*ρ)
更に、
nallowed = Wallowed/(Da*π*60)を満たす。
これをWallowed = Dallowed*S、及び/または、 Dallowed = △Wallowed/Sに挿入して、発生する全ての定数をkにまとめれば、最大許容回転速度は、以下の通り算出される。
Dallowed = (Da*π*n)/(k*S)→ nallowed = (Dallowed*k*S)/(Da*π)
それ故、最大許容回転(速度)は、限界値Ylimit maxと一致する。
図3に基づく例示的実施例は、図1と図2に基づく例示的実施例とは異なる。つまり、調整装置6によって出力された処理済み変数YS を、少なくとも1つの第1限界値(ポンプ保護限界値)、及び、少なくとも1つの第2限界値(媒体保護限界値)と比較できるよう、コントローラ5を設計する。図3に基いて紹介した例示的実施例では、調整装置6により生成された処理済み変数YSを最初に、第1限界値と比較してから、第2限界値と比較する。だが、これと逆の順序、即ち、処理済み変数を第2限界値と比較してから、第1限界値と比較することも、もちろん可能である。
この例示的実施例は、ポンプ保護実装に関する保護的な例示的実施例である。処理済み変数は、ポンプ用の回転速度信号であり、ポンプの回転速度を、図の左座標軸上にプロットしている。ポンプの圧力接点で測定した吐出圧力は、右側座標軸上でプロットした吐出流体圧力と共に、第1実動作パラメータとして、第1限界値の計算へ入力される。吐出流体粘性(媒体粘性)は、追加の実動作パラメータとして、第1限界値の計算に入力され、媒体粘性は、下方の横軸上にプロットされる。代替的に、吐出流体体積流、ポンプ回転速度、または、吐出流体圧力は、ここでは、基準入力変数として見なされる。具体的な例示的実施例では、吐出流体圧力を、基準入力変数と仮定している。
2 容積移送式真空ポンプ
3 容積移送式真空ポンプ・モータ
4 周波数変換装置
5 制御手段
6 調整装置
7 論理手段
8 基準入力変数指定ユニット
9 調整装置の減算器
10 第1比較手段
11 第1関数ユニット
12 第1限界値指定ユニット
13 第1補正手段
14 プロセス制御システム
15 第2限界値指定ユニット
16 第2比較手段
17 第2関数ユニット
18 第2補正手段
19 メモリー
20 第1判定手段
21 第2判定手段
YS 処理済み変数
YS ’ 補正後の処理済み変数
YS ” 補正後の処理済み変数
X 第1実動作パラメータ(望ましくは、実制御変数)
YHH 追加の実動作パラメータ(主要処理済み変数)
YH 追加の実動作パラメータ(補助的な処理済み変数)
XH 追加の実動作パラメータ(補助的な制御変数)
W 基準入力変数
GP 容積移送式真空ポンプの形状パラメータ
FP 吐出流体パラメータ
Claims (21)
- 論理手段(7)が、
調整装置(6)と、
結果が限界値を超えたら、前記結果が容積移送式真空ポンプ(2)の欠陥状態を表しうるように、第1実動作パラメータ(X)、及び、少なくとも1つの追加の実動作パラメータ(XH, YH, YHH)、具体的には吐出流体粘性の関数として、少なくとも1つの第1限界値(Ylimit max, Ylimit min)を求めるよう設計された第1限界値指定ユニット(12)と、
に割り当てられ、
処理済み変数(YS)、若しくは、補正後の処理済み変数(Y'S, Y"S)を判定するか、若しくは、前記処理済み変数(YS)、若しくは、前記補正後の処理済み変数(Y'S, Y"S)からの関数関係に従って求められた比較値を、前記少なくとも1つの第1限界値(Ylimit max, Ylimit min)と比較するよう設計された第1比較手段(10)を有し、
前記第1比較手段(10)が、結果が、前
記少なくとも1つの第1限界値(Ylimit max, Ylimit min)をある値まで超えることを検知した場合、補正後の処理済み変数(Y'S, Y"S)を出力するよう設計された第1補正手段(13)であって、前記処理済み変数は、前記限界値指定ユニット(12)により求められた限界値(Ylimit max, Ylimit min)と一致することが望ましい第1補正手段(13)を有し、並びに/または、
第1実動作パラメータ(X)、及び、少なくとも1つの追加の実動作パラメータ(XH, YH, YHH)、の関数として、少なくとも1つの第2限界値(Ylimit max, Ylimit min)を判定するよう設計された第2限界値指定ユニット(15)であって、結果が限界値を超える場合、前記容積移送式真空ポンプ(2)により吐出された前記吐出流体の品質パラメータに対して悪影響をもたらす可能性のある第2限界値指定ユニット(15)を有し、
前記処理済み変数(YS) 、若しくは、補正後の処理済み変数(Y'S, Y"S)、若しくは、前記処理済み変数(YS) 、若しくは、前記補正後の処理済み変数(Y'S, Y"S)からの関数関係に従って求められた比較値を、前記少なくとも1つの第2限界値(Ylimit max, Ylimit min)と比較するよう設計された第2比較手段(16)を有し、
前記第2比較手段(16)により、結果が前記少なくとも1つの第2限界値(Ylimit max, Ylimit min)をある量まで上回ることが検知された場合において、望ましくは前記第2限界値指定ユニット(15)により求められた限界値Ylimit max, Ylimit min)と一致することが好ましい補正後の処理済み変数(Y'S, Y"S)を出力するよう設計された、第2補正手段(18)を有することを特徴とする、
基準入力変数(W)、及び、第1実動作パラメータ(X)、具体的には吐出流体圧力の関数として容積移送式真空ポンプ・モータ(3)の前記周波数変換装置(4)用の処理済み変数(YS)を生成するよう設計された調整装置(6)を備える、
容積移送式真空ポンプ(2)の容積移送式真空ポンプ・モータ(3)の周波数変換装置(4)を制御するコントローラ。 - 第1実動作パラメータは、実測の実制御変数(X)、具体的には、前記吐出流体の実圧力、実圧差、または、実体積流であることを特徴とする、
請求項1に記載のコントローラ。 - 前記少なくとも1つの追加の実動作パラメータは、実測の実制御変数(X)、具体的には、前記吐出流体の実圧力、実圧力差、若しくは、実体積流であり、及び/または、前記少なくとも1つの追加の実動作パラメータは、実値、若しくは、実測の、具体的には、前記周波数変換装置(4)の回転周波数定値、若しくは、前記周波数変換装置(4)のトルク定値の値に基いて算出された実測の補助的な処理済み変数(YH)であり、及び/または、前記少なくとも1つの追加の実動作パラメータは、実値、具体的には、前記容積移送式真空ポンプ・モータ(3)の回転速度、若しくは、前記容積移送式真空ポンプ・モータ(3)のトルクに基いて算出された実測の補助制御変数(XH)であり、及び/または、前記少なくとも1つの追加の実動作パラメータは、実測温度、具体的には、前記容積移送式真空ポンプ(2)の吐出流体温度、若しくは、蓄積温度であり、及び/または、前記少なくとも1つの追加の実動作パラメータは、実測の振動値であり、及び/または、前記少なくとも1つの追加の実動作パラメータは、測定、若しくは、算出された吐出流体の粘性であり、及び/または、前記少なくとも1つの追加の実動作パラメータは、実測の漏洩率であることを特徴とする
請求項1、または、請求項2の何れかに記載のコントローラ。 - 前記論理手段(7)は、前記比較値を算出するため、前記処理済み変数(YS)から、若しくは、前記補正後の処理済み変数(Y'S, Y"S)から、並びに/または、前記第1の実動作パラメータ及び前記少なくとも1つの追加の実動作パラメータ(XH, YH, YHH)からの関数関係に基いて判定するよう設計された少なくとも1つの比較値判定手段を含むことを特徴とする、
請求項1から請求項3のいずれか1つに記載のコントローラ。 - 前記比較値判定手段は、これらの固有形状パラメータ(GP)、望ましくは、前記コントローラ(5)に割り当てられた前記容積移送式真空ポンプ(2)に固有で、且つ、前記関数関係の状況内で比較値判定のためメモリー(19)内に記憶されたギャップ幅、
若しくは、スピンドル径を考慮に入れるよう、及び/または、
メモリー(19)に記憶された吐出流体パラメータ(FP)から前記吐出流体のせん断特性を考慮に入れるよう、設計されていることを特徴とする、
請求項4に記載のコントローラ。 - 前記第1、及び/若しくは、第2限界値指定ユニットは、少なくとも1つの固有の形状パラメータ(GP)、望ましくは、前記コントローラ(5)に割り当てられ、且つ、メモリー(19)に記憶されたギャップ幅、若しくは、スピンドル径、具体的には、前記吐出流体の前記せん断特性の関数として、第1、及び/若しくは、第2限界値を判定するよう、並びに/若しくは、これらの値を、メモリー(19)に記憶された吐出流体パラメータ(FP)の関数として判定するよう設計されていること、並びに/または、
前記第1、及び/若しくは、第2限界値補正手段は、前記コントローラ(5)に割り当てられメモリー(19)に記憶された前記容積移送式真空ポンプ(2)に固有の、少なくとも1つの固有の形状パラメータ(GP)、望ましくはギャップ幅、若しくは、スピンドル径の関数として、及び/若しくは、メモリー(19)に記憶された吐出流体パラメータ(FP)、具体的には、前記吐出流体の前記せん断特性の関数として、前記補正後の処理済み変数(Y'S, Y"S) を求めるよう設計されていることを特徴とする、
請求項1から請求項5のいずれか1つに記載のコントローラ。 - 前記第1、及び/若しくは、第2限界値指定ユニットは、メモリー(19)に記憶され、且つ、前記コントローラ(5)に割り当てられた前記容積移送式真空ポンプ(2)に固有の、前記容積移送式真空ポンプ(2)の最小、若しくは、最大せん断率の関数として、及び/若しくは、実せん断率の関数として、第1、及び/若しくは、第2限界値を算出するよう設計されていること、並びに/または、前記第1、及び/若しくは、第2補正手段は、前記メモリー(19)に記憶され、且つ、前記コントローラ(5)に割り当てられた前記容積移送式真空ポンプ(2)に固有とされる前記容積移送式真空ポンプ(2)の少なくとも1つのせん断率の関数として、及び/若しくは、実せん断率の関数として、前記補正後の処理済み変数(Y'S, Y"S)を判定するよう設計されていることを特徴とする、
請求項1から請求項6のいずれか1つに記載のコントローラ。 - 前記コントローラ(5)は、前記第1実動作パラメータ(X)についての少なくとも1つの入力を有し、且つ、前記少なくとも1つの追加の実動作パラメータ(XH, YH, YHH)についての複数の入力を有することを特徴とする、
請求項1から請求項7のいずれか1つに記載のコントローラ。 - 前記第1、及び/若しくは、第2比較手段は、前記第1実動作パラメータ(X)、並びに/若しくは、前記少なくとも1つの追加の実動作パラメータ(XH, YH, YHH)、及び/若しくは、第1実動作パラメータ(X)からの関数関係、若しくは、前記少なくとも1つの追加の実動作パラメータ(XH, YH, YHH)からの関数関係に従って算出された値、若しくは、調整装置(6)の処理済み変数(YS)、補正後の処理済み変数、若しくは、前記処理済み変数(YS)、ないし、前記補正後の処理済み変数(Y'S, Y"S)に基いて算出された比較値を、前記論理手段(7)のメモリー(19)に記憶された少なくとも1つの限界値と比較するよう設計されていること、並びに/または、前記第1、及び/若しくは、第2補正手段は、前記少なくとも1つの所定の限界値が前記第1限界値を超えたということを前記比較手段により検知した場合、補正後の処理済み変数(Y'S, Y"S)を出力するよう設計されていることを特徴とする、
請求項1から請求項8のいずれか1つに記載のコントローラ。 - 前記コントローラ(5)の不揮発性メモリー(19)、具体的には、EEPROMにおいて、望ましくは手動により、具体的には、選択メニューを介して選択できるよう、種々の容積移送式真空ポンプ(2)に関する様々なシステム・パラメータ・データ・レコード、及び/または、種々の吐出流体パラメータ(FP)が記憶されることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1つに記載のコントローラ。
- 前記論理手段(7)は、前記第1実動作パラメータ(X)、及び/または、少なくとも1つの追加の実動作パラメータ(XH, YH, YHH)、及び/または、前記コントローラ(5)に割り当てられた前記容積移送式真空ポンプ(2)に固有のパラメータの関数として、前記容積移送式真空ポンプ(2)の保守要求を判定、及び/または、通知するよう設計されることを特徴とする、
請求項1から請求項10のいずれか1つに記載のコントローラ。 - 前記コントローラ(5)は、バス・システム、具体的には、CANバス・システムを介して通信するよう設計されており、該当インターフェースを備えることを特徴とする、
請求項1から請求項11のいずれか1つに記載のコントローラ。 - 前記コントローラ(5)は、前記第1実動作パラメータ(X)、及び/または、前記少なくとも1つの追加の動作パラメータ (XH, YH, YHH) 、及び/または、前記基準入力変数(W)、及び/または、前記比較値、及び/または、前記限界値を、望ましくは、それぞれタイムスタンプも含めて保存するよう、設計、及び、制御されるメモリー手段を備えることを特徴とする、
請求項1から請求項12のいずれか1つに記載のコントローラ。 - 前記入力手段は、とりわけ、少なくとも1つのキーを備えた形式として、前記コントローラ(5)の構成用に提供されることを特徴とする、
請求項1から請求項13のいずれか1つに記載のコントローラ。 - 通知手段、具体的には、ディスプレイ、及び/または、少なくとも1つのLED、具体的には、LEDランプが、前記制御モジュール(202)上に提供されることを特徴とする、
請求項1から請求項14のいずれか1つに記載のコントローラ。 - 容積移送式真空ポンプ(2)と、
前記容積移送式真空ポンプ(2)を駆動する容積移送式真空ポンプ・モータ(3)と、
前記容積移送式真空ポンプ・モータ(3)に割り当てられた周波数変換装置(4)と、
請求項1から請求項15のいずれか1つに記載の
前記周波数変換装置(4)の上流のコントローラ(5)と、を備え、
基準入力変数指定ユニット(8)が前記コントローラ(5)に割り当てられた、
容積移送式真空ポンプ・システム。 - 前記基準入力変数指定ユニット(8)は、複数のシステム・ユニット、具体的には、容積移送式真空ポンプ(2)を監視、及び/または、制御、及び/または、調整するのに設計されたプロセス制御室として設計されていることを特徴とする、
請求項16に記載のシステム。 - 複数の前記容積移送式真空ポンプ(2)がこれらのそれぞれの前記コントローラ(5)に提供されていることを特徴とする、
請求項16または請求項17のいずれか1つに記載のシステム。 - 前記コントローラ(5)は、バス・システム、具体的には、CANバス・システムを介して、前記プロセス制御室、及び/または、複数の前記コントローラ(5)と互いに通信するよう設計されていることを特徴とする、
請求項16から請求項18のいずれか1つに記載のシステム。 - 前記コントローラ(5)は、前記第1実動作パラメータ(X)、及び/若しくは、少なくとも1つの追加の実測の実動作パラメータ(XH, YH, YHH)を受信するための少なくとも1つのセンサーへの信号伝達接続を備えること、並びに/または、
前記コントローラ(5)は、前記第1実動作パラメータ(X)、及び/若しくは、前記少なくとも1つの追加の実測の実動作パラメータ(XH, YH, YHH)、具体的には、容積移送式真空ポンプ・モータの回転速度、及び/若しくは、前記周波数変換装置(4)の回転周波数定値、及び/若しくは、前記周波数変換装置(4)のトルク定値を受信する前記周波数変換装置(4)への信号伝達接続を備えることを特徴とする、
請求項16から請求項19のいずれか1つに記載のシステム。 - 結果が限界値を超えたら、それが前記容積移送式真空ポンプ(2)の欠陥状態を表しうるように、調整装置(6)に割り当てられた論理手段(7)の補助で、第1限界値(Ylimit max, Ylimit min)が、第1実動作パラメータ(X)、及び、少なくとも1つの追加の実動作パラメータ(XH, YH, YHH) の関数として算出され、
処理済み変数(YS)、若しくは、補正後の処理済み変数(Y'S, Y"S)、若しくは、前記処理済み変数(YS)、若しくは、前記補正後の処理済み変数(Y'S, Y"S)からの関数関係に従って求められた比較値を、前記少なくとも1つの第1限界値(Ylimit max, Ylimit min)と比較し、結果が前記少なくとも1つの第1限界値(Ylimit max, Ylimit min)をある値まで超える場合、限界値指定ユニット(12)により求められた限界値(Ylimit max, Ylimit min)と一致することが望ましい、補正後の処理済み変数(Y'S, Y"S)が出力され、並びに/または、
結果が限界値を超えたら、前記容積移送式真空ポンプ(2)により吐出された吐出流体の品質パラメータに対して悪影響をもたらす可能性があるように、前記第1実動作パラメータ(X)、及び、少なくとも1つの追加の実動作パラメータ(XH, YH, YHH)の関数として、少なくとも1つの第2限界値(Ylimit max, Ylimit min)が判定され、
処理済み変数(YS) 、若しくは、補正後の処理済み変数(Y'S, Y"S)、若しくは、前記処理済み変数(YS) 、若しくは、前記補正後の処理済み変数(Y'S, Y"S)からの関数関係に従って求められた比較値を、前記少なくとも1つの第2限界値(Ylimit max, Ylimit min)と比較して、結果が少なくとも1つの第2限界値(Ylimit max, Ylimit min)をある程度まで超える場合、望ましくは前記第2限界値指定ユニットにより求められた限界値(Ylimit max, Ylimit min)と一致することが好ましい補正後の処理済み変数(Y'S, Y"S)が出力されることを特徴とする、
容積移送式真空ポンプ・モータ(3)の周波数変換装置(4)についての処理済み変数(YS)が、基準入力変数(W)、及び、第1実動作パラメータ(X)の関数として生成される、容積移送式真空ポンプ(2)の容積移送式真空ポンプ・モータ(3)の周波数変換装置(4)、具体的には、請求項1から請求項14のいずれか1つに記載の動作コントローラ(5)の制御方法。
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