JP2019105338A - Fluid control device and program for fluid control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体制御装置及び流体制御装置用プログラムに関するものである。 The present invention relates to a fluid control device and a program for the fluid control device.
従来から半導体製造プロセスにおいて、成膜室（チャンバ）へ供給する流体を制御する流体制御装置として、流路を流れる流体の圧力又は流量を流体センサで測定し、その流体センサで測定される流体測定値が予め定められた流体設置値に近づくように、その流路に設置された流体制御弁の弁開度をフィードバック制御するものが使用されている。 Conventionally, in a semiconductor manufacturing process, as a fluid control device for controlling a fluid supplied to a film forming chamber (chamber), the pressure or flow rate of fluid flowing in a flow path is measured by a fluid sensor, and fluid measurement measured by the fluid sensor A feedback control of the opening degree of the fluid control valve installed in the flow path is used so that the value approaches a predetermined fluid installation value.
そして、前記流体制御装置の流体制御弁としては、特許文献１に開示されるような、ダイヤフラム構造と、そのダイヤフラム構造を押圧するソレノイドコイルやピエゾ素子等のアクチュエータと、を備える構造のものが使用されている。 And, as a fluid control valve of the fluid control device, one having a structure including a diaphragm structure and an actuator such as a solenoid coil or a piezo element for pressing the diaphragm structure as disclosed in Patent Document 1 is used. It is done.
ところで、近年、半導体の高集積化等に伴って、流体制御装置による流体の制御にも更なる精度が求められるようになったため、出願人は、従来の流体制御装置において流体の制御に悪影響を与えている点がないか否かを検討したところ、流体制御弁が備えるアクチュエータが温度の影響を受けて流体の制御に悪影響を与えていることを発見した。 By the way, in recent years, with the high integration of semiconductors, etc., more precision is required for fluid control by the fluid control device, so the applicant has an adverse effect on fluid control in the conventional fluid control device. When examining whether there is any point given, it discovered that the actuator with which the fluid control valve was equipped was adversely affected to the control of the fluid under the influence of temperature.
詳述すると、近年、半導体製造装置内に複数の流体制御装置を集積して設置されるようになる。これにより、各流体制御装置が隣り合う流体制御装置の熱影響を受け、その結果、各流体制御装置に設置されたアクチュエータの温度が上昇する。そして、アクチュエータは、低温である場合に比べて高温である場合の方が、印加電圧を同一量で変化させたとしても、その駆動量が大きくなり、また、高温域では、流体制御弁を構成する弁体等の部材が熱膨張し、これらの影響が無視できなくなる。これらが原因となり、流体制御弁の特性が初期設定状態から変化し、初期設定時に予め定められたＰＩＤ制御係数とのバランスが崩れ、これにより、高温域にハンチングが発生するという問題があった。 More specifically, in recent years, a plurality of fluid control devices are integrated and installed in a semiconductor manufacturing device. As a result, each fluid control device is affected by the heat of the adjacent fluid control devices, and as a result, the temperature of the actuator installed in each fluid control device rises. Then, even if the actuator changes the applied voltage by the same amount when the temperature is high compared to when the temperature is low, the amount of drive increases, and in the high temperature region, the fluid control valve is configured. The components such as the valve body are thermally expanded and these effects can not be ignored. Due to these factors, the characteristics of the fluid control valve change from the initial setting state, and there is a problem that the balance with the PID control coefficient previously determined at the initial setting is lost, thereby causing hunting in the high temperature range.
そこで、本発明は、温度変化に伴うアクチュエータの駆動量の変化に起因する高温域でのハンチングを抑制した流体制御装置を提供することを主な課題とするものである。 Then, this invention makes it a main subject to provide the fluid control apparatus which suppressed the hunting in the high temperature area | region resulting from the change of the drive amount of the actuator accompanying a temperature change.
すなわち、本発明に係る流体制御装置は、流体の圧力又は流量を測定する流体センサと、前記流体を制御する流体制御弁と、前記流体制御弁の温度を測定する温度センサと、前記流体センサで測定される流体測定値が予め定められた流体目標値に近づくように、前記流体制御弁に対してその弁開度を制御するための制御量を出力する制御部と、を具備し、前記制御部が、前記流体測定値と前記流体目標値との偏差に基づき前記制御量を算出する制御量算出部と、前記温度センサで測定される温度測定値が予め定められた温度設定値に対して低温側である場合と高温側である場合とで、前記制御量算出部において前記偏差が同一である場合に算出される前記制御量の値が異なる値になるように補正する補正部と、を備えることを特徴とするものである。 That is, a fluid control device according to the present invention includes a fluid sensor that measures the pressure or flow rate of fluid, a fluid control valve that controls the fluid, a temperature sensor that measures the temperature of the fluid control valve, and the fluid sensor. A control unit for outputting a control amount for controlling the degree of opening of the fluid control valve so that the measured fluid value approaches a predetermined fluid target value; A control amount calculation unit that calculates the control amount based on a deviation between the fluid measurement value and the fluid target value, and a temperature measurement value measured by the temperature sensor with respect to a predetermined temperature setting value And a correction unit that corrects the value of the control amount calculated when the deviation is the same in the control amount calculation unit in the low temperature side and the high temperature side. Characterized by having A.
このようなものであれば、温度センサで測定される温度測定値が予め定められた温度設定値に対して低温側である場合と高温側である場合とで、流体測定値と流体目標値との偏差が同一である場合に算出される流体制御弁の弁開度を制御する制御量の値が異なる値になるように補正するので、温度測定値が高温側又は低温側のいずれの場合であっても、同じ偏差に対する流体制御弁の駆動量を略一致させることができるようになり、流体制御弁の温度が変化したとしても同じ偏差に対する弁開度が略一定に保持され、高温域におけるハンチングを抑制することができるようになる。これにより、流体をより正確に制御できるようになる。制御量とは、流体制御弁の弁開度を制御するために入力されるものであり、例えば、電圧、電流等の電力値が含まれる。 If it is such, the fluid measurement value and the fluid target value are determined depending on whether the temperature measurement value measured by the temperature sensor is on the low temperature side or the high temperature side with respect to the predetermined temperature setting value. Are corrected so that the value of the control amount for controlling the valve opening degree of the fluid control valve calculated when the deviations of the two are the same become different values, the temperature measurement value is either high temperature or low temperature Even if there is, the drive amount of the fluid control valve for the same deviation can be made to substantially match, and even if the temperature of the fluid control valve changes, the valve opening degree for the same deviation is kept substantially constant. It becomes possible to suppress hunting. This allows more accurate control of the fluid. The control amount is input to control the degree of opening of the fluid control valve, and includes, for example, power values such as voltage and current.
また、前記流体制御装置において、前記補正部が、前記温度測定値が前記温度設定値に対して低温側である場合よりも高温側である場合の方が、前記制御量算出部において前記偏差が同一である場合に算出される制御量の値が小さい値になるように補正するものであってもよい。この場合、前記制御部が、前記偏差に基づき前記流体制御弁の弁開度をＰＩＤ制御するものであり、前記補正部が、前記温度測定値が前記温度設定値に対して低温側である場合よりも高温側である場合の方が、前記ＰＩＤ制御の係数が小さい値になるように変化させるものであるものであってもよい。 Further, in the fluid control device, in the case where the correction unit is on the high temperature side with respect to the temperature setting value with respect to the temperature setting value, the deviation in the control amount calculation unit is larger. Correction may be made so that the value of the control amount calculated in the case of the same value becomes a small value. In this case, the control unit performs PID control of the valve opening degree of the fluid control valve based on the deviation, and the correction unit is configured to measure the temperature value on the low temperature side with respect to the temperature setting value. The coefficient of the PID control may be changed to a smaller value when the temperature is higher than the temperature.
このようなものであれば、例えば、流体制御弁のアクチュエータとして、高温であるほど同じ制御量に対する駆動量が大きくなるソレノイドコイルが使用されていた場合であっても、流体制御弁の弁開度を制御する場合に、その流体制御弁の温度の影響を受け難くすることができ、高温域におけるハンチングを抑制でき、これに伴って流体制御弁を流れる流体をより正確な精度で制御できるようになる。 If it is such, for example, even if a solenoid coil is used as the actuator of the fluid control valve, the amount of drive for the same control amount increases as the temperature increases, the degree of opening of the fluid control valve To control the temperature of the fluid control valve, and to suppress hunting in the high temperature range, and thereby control the fluid flowing through the fluid control valve with more accurate accuracy. Become.
また、前記流体制御弁の弁開度をＰＩＤ制御する流体制御装置において、前記補正部が、前記温度測定値が前記温度設定値よりも低い温度である場合に用いられる前記ＰＩＤ制御の初期係数に対する倍率を変化させることにより、前記温度測定値が前記温度設定値よりも高い温度になるに従って前記ＰＩＤ制御の係数が前記初期係数よりも徐々に小さい値になるように変化させるものであってもよい。 Further, in the fluid control device that performs PID control of the valve opening degree of the fluid control valve, the correction unit is configured to calculate an initial coefficient of the PID control used when the temperature measurement value is a temperature lower than the temperature setting value. The factor of the PID control may be changed so as to gradually become smaller than the initial coefficient as the temperature measurement value becomes higher than the temperature setting value by changing the magnification. .
このようなものであれば、ソレノイドコイルは、その温度が高くなるほど、駆動量が大きくなる傾向になるが、この傾向に合わせて流体制御弁に出力する制御量を変化させることができ、流体制御弁を流れる流体を更に正確な精度で制御できるようになる。また、初期係数の倍率を変化させて係数を小さい値に変化させているので、製品毎に異なる初期係数の個体差に関係なく、係数を補正することができる。 With this type of solenoid coil, the higher the temperature, the larger the amount of drive tends to be. However, the amount of control output to the fluid control valve can be changed according to this tendency, and fluid control The fluid flowing through the valve can be controlled more accurately. In addition, since the factor of the initial coefficient is changed to change the coefficient to a small value, the coefficient can be corrected regardless of the individual difference of the initial coefficient which is different for each product.
また、前記流体制御弁が、前記制御部から出力される制御量に基づき駆動するソレノイドによって弁開度を変化するように構成されているものであってもよい。 Further, the fluid control valve may be configured to change the valve opening degree by a solenoid driven based on a control amount output from the control unit.
流体制御弁が備えるアクチュエータがソレノイドである場合には、ソレノイドの温度が上昇すると、ソレノイドの電気抵抗値が変化し、印加電圧による駆動量が変わる。そして、ソレノイドは、印加電圧によって自身が発熱するため、この傾向が顕著に現れる。このため、本発明に係る構成が非常に有効に作用する。 When the actuator included in the fluid control valve is a solenoid, when the temperature of the solenoid rises, the electrical resistance value of the solenoid changes, and the amount of drive by the applied voltage changes. And since the solenoid generates heat due to the applied voltage, this tendency is noticeable. Therefore, the configuration according to the present invention works very effectively.
また、前記温度センサが、前記流体制御弁の周囲に設置された電子回路に組み込まれている素子であって、当該素子の温度特性に基づき前記流体制御弁の周囲温度を測定するものであってもよく、また、前記温度センサが、前記流体制御弁に設置され、前記流体制御弁自体の温度を測定するものであってもよい。 The temperature sensor may be an element incorporated in an electronic circuit installed around the fluid control valve, and the ambient temperature of the fluid control valve may be measured based on the temperature characteristic of the element. Alternatively, the temperature sensor may be provided at the fluid control valve to measure the temperature of the fluid control valve itself.
前者の場合には、別途温度センサを設置する必要がないため、従来の流体制御装置に設計変更を加える必要がなく、製造コストを維持したまま本発明に係る構成を適用することができる。一方、後者の場合には、誤差の原因となるアクチュエータにより近い位置で温度を測定することができるため、その温度に基づき流体制御弁に対する制御量を補正でき、これにより、流体をより正確に制御できるようになる。なお、素子としては、ダイオード、サーミスタ、ＲＴＤ等が含まれる。 In the former case, there is no need to install a separate temperature sensor, so there is no need to change the design of the conventional fluid control device, and the configuration according to the present invention can be applied while maintaining the manufacturing cost. On the other hand, in the latter case, since the temperature can be measured at a position closer to the actuator causing the error, the control amount to the fluid control valve can be corrected based on the temperature, thereby more accurately controlling the fluid. become able to. The elements include diodes, thermistors, RTDs, and the like.
また、本発明に係る流体制御装置用プログラムは、流体の圧力又は流量を測定する流体センサと、前記流体を制御する流体制御弁と、前記流体制御弁の温度を測定する温度センサと、前記流体センサで測定される流体測定値が予め定められた流体目標値に近づくように、前記流体制御弁に対してその弁開度を制御するための制御量を出力する制御部と、を具備する流体制御弁に用いられる流体制御装置用プログラムであって、前記制御部が、前記流体測定値と前記流体目標値との偏差に基づき前記制御量を算出する場合に、前記温度センサで測定される温度測定値が予め定められた温度設定値に対して低温側である場合と高温側である場合とで、前記偏差が同一である場合に算出される前記制御量が異なる値になるように補正する機能をコンピュータに発揮させることを特徴とするものである。 Further, a program for a fluid control device according to the present invention includes a fluid sensor that measures the pressure or flow rate of fluid, a fluid control valve that controls the fluid, a temperature sensor that measures the temperature of the fluid control valve, and the fluid A control unit that outputs a control amount for controlling the degree of opening of the fluid control valve so that a fluid measurement value measured by a sensor approaches a predetermined fluid target value It is a program for fluid control devices used for a control valve, and when the above-mentioned control part computes the above-mentioned amount of control based on a deviation of the above-mentioned fluid measurement value and the above-mentioned fluid target value, temperature measured by the above-mentioned temperature sensor The control amount calculated in the case where the deviation is the same is corrected to be a different value between when the measured value is on the low temperature side and when it is on the high temperature side with respect to a predetermined temperature setting value Function It is characterized in that to exert the Yuta.
このように構成した本発明に係る流体制御装置によれば、高温域でのハンチングを抑制することができる。 According to the fluid control device according to the present invention configured as described above, hunting in a high temperature range can be suppressed.
以下に、本発明に係る流体装置を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, a fluid device according to the present invention will be described based on the drawings.
本発明に係る流体制御装置１００は、例えば、半導体製造プロセスにおいて、成膜室等へ供給される流体（材料ガス）の供給量の制御に使用されるものである。なお、本発明に係る流体制御装置は、半導体製造プロセス以外にも使用することができる。 The fluid control device 100 according to the present invention is used, for example, to control the supply amount of a fluid (material gas) supplied to a film forming chamber or the like in a semiconductor manufacturing process. The fluid control device according to the present invention can be used other than the semiconductor manufacturing process.
＜実施形態＞ 本実施形態に係る流体制御装置１００は、所謂熱式のマスフローコントローラである。具体的には、図１に示すように、制御対象となる流体が流れる流路Ｌを内部に有する本体ブロック１０と、本体ブロック１０に接続され、流路Ｌを流れる流体の流量を測定する流量センサ２０と、本体ブロック１０に接続され、流路Ｌを流れる流体の流量を制御する流体制御弁３０と、を備えている。なお、流量センサ２０及び流体制御弁３０は、本体ブロック１０に取り付けられる筐体４０の内部に配置されている。また、その筐体４０の内部には、流量センサ２０及び流体制御弁３０と共に流量センサ２０及び流体制御弁３０等を制御する各種基板５０が設置されている。なお、流量センサ２０が、請求項における流体センサに対応している。 Embodiment The fluid control device 100 according to the present embodiment is a so-called thermal mass flow controller. Specifically, as shown in FIG. 1, a flow rate for measuring the flow rate of the fluid flowing through the flow path L, which is connected to the main body block 10 having the flow path L through which the fluid to be controlled flows, and the main body block 10 A sensor 20 and a fluid control valve 30 connected to the body block 10 and controlling the flow rate of fluid flowing through the flow path L are provided. The flow rate sensor 20 and the fluid control valve 30 are disposed inside a housing 40 attached to the main body block 10. Further, inside the housing 40, various substrates 50 for controlling the flow sensor 20, the fluid control valve 30, and the like, as well as the flow sensor 20 and the fluid control valve 30, are installed. The flow rate sensor 20 corresponds to the fluid sensor in the claims.
前記本体ブロック１０は、一端側に流体を導入する導入ポート１１が設置され、他端側に流体を導出する導出ポート１２が設置され、導入ポート１１と導出ポート１２とを連通するように流路Ｌが設けられている。そして、流路Ｌには、その途中に流路Ｌを流れる流体の流量を調節するための軸体１３が挿入されている。なお、流路Ｌには、軸体１３を迂回するようにバイパス路ＢＰが設けられ、そのバイパス路ＢＰの途中に流量センサ２０が接続されている。また、流路Ｌには、流量センサ２０よりも下流側の途中に流体制御弁３０が接続されている。 The main body block 10 has an inlet port 11 for introducing a fluid at one end, a outlet port 12 for discharging a fluid at the other end, and a flow passage for communicating the inlet port 11 with the outlet port 12 L is provided. Further, in the flow path L, a shaft 13 for adjusting the flow rate of the fluid flowing in the flow path L is inserted in the middle thereof. A bypass path BP is provided in the flow path L so as to bypass the shaft 13, and the flow rate sensor 20 is connected to the middle of the bypass path BP. Further, in the flow path L, a fluid control valve 30 is connected midway downstream of the flow rate sensor 20.
前記流量センサ２０は、熱式質量流量センサである。具体的には、流量センサ２０は、バイパス路ＢＰの途中に接続される流量測定管２１と、流量測定管２１の上流側及び下流側に巻き付けられた一対の発熱抵抗線２２と、を備えている。なお、流量センサ２０は、流路Ｌからバイパス路ＢＰに流れ込んだ流体が流量測定管２１を流れることによって生じる一対の発熱抵抗線２２の温度差に基づき、流量測定管２１を流れる流体の流量を算出する。そして、流量センサ２０は、流量測定管２１と流路Ｌとの分流比に基づいて、流路Ｌを流れる質量流量を算出する。 The flow rate sensor 20 is a thermal mass flow rate sensor. Specifically, the flow sensor 20 includes a flow measurement pipe 21 connected in the middle of the bypass path BP, and a pair of heating resistance wires 22 wound on the upstream side and the downstream side of the flow measurement pipe 21. There is. The flow rate sensor 20 detects the flow rate of the fluid flowing through the flow measurement pipe 21 based on the temperature difference between the pair of heating resistance wires 22 generated by the flow of the fluid flowing from the flow path L into the bypass path BP. calculate. Then, the flow rate sensor 20 calculates the mass flow rate flowing through the flow path L based on the division ratio between the flow rate measurement pipe 21 and the flow path L.
前記流体制御弁３０は、所謂ソレノイドアクチュエータバルブである。具体的には、流体制御弁３０は、本体ブロック１０に接続されて弁室ＶＣを形成する接続ブロック３１と、接続ブロック３１に対して往復移動する弁体３２と、弁体３２を弁室ＶＣ側へ押圧する弾性体３３と、弁体３２に周囲に巻き付けられるソレノイドコイル３４と、を備えている。なお、弁室ＶＣは、流路Ｌの途中に介在しており、弁室ＶＣには、流路Ｌの上流側へ繋がる流入口ＬＩ及び流路Ｌの下流側へ繋がる流出口ＬＯがそれぞれ開口している。なお、弁体３２は、流入口ＬＩを塞ぐように弾性体３３によって押圧されている。よって、本体ブロック１０の流入口ＬＩが設けられた部分が弁座３５となる。そして、弁体３２の先端面が、着座面３２ａとなり、弁座３５の着座面３２ａと当接する面が、弁座面３５ａとなり、この着座面３２ａと弁座面３５ａとの隙間を変更することによって弁開度を調節するように構成されている。 The fluid control valve 30 is a so-called solenoid actuator valve. Specifically, the fluid control valve 30 is connected to the main body block 10 to form a valve chamber VC, a valve body 32 reciprocally moving with respect to the connection block 31, and a valve body 32 in the valve chamber VC. The elastic body 33 pressed to the side and the solenoid coil 34 wound around the valve body 32 are provided. In addition, the valve chamber VC is interposed in the middle of the flow path L, and an inlet LI connecting to the upstream side of the flow path L and an outlet LO connecting to the downstream side of the flow path L are opened in the valve chamber VC. doing. The valve body 32 is pressed by the elastic body 33 so as to close the inflow port LI. Therefore, the portion provided with the inflow port LI of the main body block 10 is the valve seat 35. The tip end face of the valve body 32 is a seating face 32a, and the face in contact with the seating face 32a of the valve seat 35 is a valve seating face 35a, and the gap between the seating face 32a and the valve seating face 35a is changed. Is configured to adjust the valve opening degree.
そして、前記流体制御弁３０は、ソレノイドコイル３４に電圧を印加して生じる磁力により、弁体３２の着座面３２ａを弁座３５の弁座面３５ａから離間するように駆動させることができ、また、ソレノイドコイル３４に印加する電圧の強度を変化させることにより、弁体３２の駆動量（駆動距離）を制御することができるように構成されている。すなわち、流体制御弁３０は、ソレノイドコイル３４に印加する電圧の強度（制御量）を変化させることにより、弁開度を制御できるように構成されている。 The fluid control valve 30 can drive the seating surface 32a of the valve body 32 to be separated from the valve seating surface 35a of the valve seat 35 by the magnetic force generated by applying a voltage to the solenoid coil 34, and The driving amount (driving distance) of the valve body 32 can be controlled by changing the strength of the voltage applied to the solenoid coil 34. That is, the fluid control valve 30 is configured to be able to control the degree of valve opening by changing the intensity (control amount) of the voltage applied to the solenoid coil 34.
前記基板５０は、流体制御装置１００をＰＩＤ制御する制御部６０を形成する各種電子部品が実装されたプリント配線基板である。なお、基板５０には、電子部品としてダイオード５１が実装されており、本実施形態においては、当該ダイオード５１を流体制御弁３０の環境温度を測定するための温度センサとして代用する。具体的には、ダイオード５１は、順方向特性が温度によって大きく変化することが知られており、その温度特性を利用して温度を測定する。なお、所謂ダイオード温度センサと同様の原理である。 The substrate 50 is a printed wiring board on which various electronic components forming the control unit 60 that performs PID control of the fluid control device 100 are mounted. A diode 51 is mounted on the substrate 50 as an electronic component, and in the present embodiment, the diode 51 is used as a temperature sensor for measuring the environmental temperature of the fluid control valve 30. Specifically, it is known that the forward characteristics of the diode 51 largely change with temperature, and the temperature is measured using the temperature characteristics. The principle is the same as that of a so-called diode temperature sensor.
前記制御部５０は、ＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄ・Ｄ／Ａコンバータ等を備えたいわゆるコンピュータを有し、前記メモリに格納されているプログラムが実行され、各種機器が協働することによって前記各機能が実現されるようにしてある。なお、制御部５０には、入力部６１や出力部が接続されている。 The control unit 50 has a so-called computer provided with a CPU, a memory, an A / D, D / A converter, etc., the programs stored in the memory are executed, and various devices cooperate with one another. The function is to be realized. The control unit 50 is connected to an input unit 61 and an output unit.
具体的には、前記制御部６０は、入力部６１から予め入力された温度設定値を記憶する温度設定値記憶部６３と、入力部６１から予め入力された流量目標値を記憶する流量目標値記憶部６２と、ＰＩＤ制御の係数の初期値（以下、「初期係数」ともいう）が記憶された初期係数記憶部６４と、ＰＩＤ制御の係数を補正する補正部６５と、流体制御弁３０の制御量を算出する制御量算出部６６と、を具備している。 Specifically, the control unit 60 stores a temperature setting value storage unit 63 storing the temperature setting value input in advance from the input unit 61, and a flow rate target value storing the flow rate target value input in advance from the input unit 61. Storage unit 62, an initial coefficient storage unit 64 in which an initial value of a coefficient of PID control (hereinafter also referred to as "initial coefficient") is stored, a correction unit 65 for correcting the coefficient of PID control, and And a control amount calculation unit 66 that calculates a control amount.
前記温度設定値記憶部６３は、例えば、メモリであり、使用者が入力部６１によって予め入力する温度設定値を記憶するものである。なお、温度設定値は、使用者が予めソレノイドの温度特性を考慮して定める温度であり、例えば、ソレノイドの駆動量に対する影響が顕著となる温度が選択される。 The temperature setting value storage unit 63 is, for example, a memory, and stores temperature setting values that the user inputs in advance using the input unit 61. The temperature setting value is a temperature which the user previously determines in consideration of the temperature characteristics of the solenoid, and, for example, a temperature at which the influence on the driving amount of the solenoid becomes remarkable is selected.
前記流量目標値記憶部６２は、例えば、メモリであり、使用者が入力部６１によって予め入力する流量目標値を記憶するものである。なお、流量目標値は、流体制御装置１００から導出したい流量を示している。 The flow rate target value storage unit 62 is, for example, a memory, and stores a flow rate target value input by the user through the input unit 61 in advance. The flow rate target value indicates the flow rate desired to be derived from the fluid control device 100.
前記初期係数記憶部６４は、例えば、メモリであり、製品出荷時に予め入力されたＰＩＤ制御の初期係数を記憶するものである。なお、初期係数は、製品の個体差を考慮して予め定められる。 The initial coefficient storage unit 64 is, for example, a memory, and stores an initial coefficient of PID control previously input at the time of product shipment. The initial coefficient is determined in advance in consideration of individual differences of products.
前記補正部６５は、温度センサ２０で測定された温度測定値が温度設定値よりも高い温度である場合に、初期係数を補正するものである。具体的には、補正部６５は、温度測定値が温度設定値よりも高い温度である場合に、初期係数の倍率をＸ（０＜Ｘ＜１）に変更して補正係数を算出する。よって、補正係数は、初期係数よりも小さい値になる。なお、補正部６５は、温度測定値が温度設定値よりも低い温度である場合に、初期係数の倍率を１のまま変更しない。 The correction unit 65 corrects the initial coefficient when the temperature measurement value measured by the temperature sensor 20 is higher than the temperature setting value. Specifically, when the temperature measurement value is a temperature higher than the temperature setting value, the correction unit 65 changes the magnification of the initial coefficient to X (0 <X <1) to calculate the correction coefficient. Therefore, the correction coefficient has a smaller value than the initial coefficient. If the temperature measurement value is lower than the temperature setting value, the correction unit 65 does not change the magnification of the initial coefficient as it is 1.
因みに、本実施形態においては、温度設定値記憶部６３に、前記温度設定値に該当する第１温度設定値と、第１温度設定値よりも高い温度に設定された第２温度設定値と、が記憶されている。そして、補正部６５は、図３に示すように、温度測定値が第１温度設定値よりも高い温度になった場合に、温度測定値が第１温度設定値から第２温度設定値に至るまで徐々に初期係数の倍率を小さくして補正係数を算出する。よって、この場合、補正係数は、温度測定値が第１温度設定値から第２温度設定値に近づくに従って徐々に小さい値になる。この場合、第１温度設定値が、請求項における温度設定値に該当する。 Incidentally, in the present embodiment, the temperature setting value storage unit 63 includes a first temperature setting value corresponding to the temperature setting value, and a second temperature setting value set to a temperature higher than the first temperature setting value. Is stored. Then, as shown in FIG. 3, when the temperature measurement value reaches a temperature higher than the first temperature setting value, the correction unit 65 reaches the temperature measurement value from the first temperature setting value to the second temperature setting value. The correction factor is calculated by gradually reducing the magnification of the initial factor up to. Therefore, in this case, the correction coefficient gradually decreases as the temperature measurement value approaches the second temperature setting value from the first temperature setting value. In this case, the first temperature set value corresponds to the temperature set value in the claims.
前記制御量算出部６６は、流量センサ２０で測定された流量測定値と流量設定値との偏差に基づき、補正部６５から取得される初期係数又は初期係数より小さい補正係数によって流体制御弁３０のソレノイドコイル３２に印加する電圧（制御量）を算出するものである。 The control amount calculation unit 66 calculates an initial coefficient of the fluid control valve 30 by a correction coefficient smaller than the initial coefficient or the initial coefficient acquired from the correction unit 65 based on the deviation between the flow rate measurement value measured by the flow rate sensor 20 and the flow rate setting value. The voltage (control amount) to be applied to the solenoid coil 32 is calculated.
このように構成することにより、流量測定値と流量設定値との偏差が同一である場合に、初期係数に基づき算出される電圧と、補正係数に基づき算出される電圧と、が異なる値となる。これにより、偏差が同一であっても、低温域においてソレノイドコイル３２に印加する電圧よりも、高温域においてソレノイドコイル３２に印加する電圧の方が、小さい値となり、高温域においてソレノイドコイル３２が温度の影響によって大きく駆動することを防止でき、高温域におけるハンチングを抑制できる。因みに、流量レンジの小さい流体制御弁ほど、高温域におけるハンチングが生じ易いが、本発明の構成を採用することにより、このハンチングを抑制できる。 With this configuration, when the deviation between the measured flow rate and the set flow rate value is the same, the voltage calculated based on the initial coefficient and the voltage calculated based on the correction coefficient have different values. . As a result, even if the deviation is the same, the voltage applied to the solenoid coil 32 in the high temperature range becomes smaller than the voltage applied to the solenoid coil 32 in the low temperature range, and the temperature of the solenoid coil 32 in the high temperature range Can be prevented from being greatly driven by the influence of the above, and hunting in a high temperature region can be suppressed. Incidentally, although the flow control valve having a smaller flow rate range tends to cause hunting in a high temperature range, this hunting can be suppressed by adopting the configuration of the present invention.
次に、本実施形態に係る流体制御装置１００の動作を図４に基づき説明する。 Next, the operation of the fluid control system 100 according to the present embodiment will be described based on FIG.
先ず、使用者が入力部６１から流量目標値、第１温度設定値、及び、第２温度設定値を入力する（ステップＳ１）。そして、流体制御装置１００に対して稼働信号が入力されると、制御部６５は、温度センサ２０で測定される温度測定値が第１温度設定値よりも高い温度であるか否かを判断する（ステップＳ２）。 First, the user inputs the flow rate target value, the first temperature setting value, and the second temperature setting value from the input unit 61 (step S1). Then, when the operation signal is input to the fluid control device 100, the control unit 65 determines whether the temperature measurement value measured by the temperature sensor 20 is a temperature higher than the first temperature setting value. (Step S2).
そして、制御部６０は、温度測定値が第１温度測定よりも高い場合に、補正部６５において、初期係数の倍率を温度測定値に応じた倍率にして補正係数を算出する（ステップＳ３）。次に、制御量算出部６６において、流量センサ２０で測定された流量測定値と流量目標値との偏差に基づき、補正係数を用いて電圧を算出し（ステップＳ５）、その算出した電圧を流体制御弁３０のソレノイドコイル３４に入力して弁開度を制御する（ステップＳ６）。 Then, when the temperature measurement value is higher than the first temperature measurement, the control unit 60 calculates the correction coefficient by setting the magnification of the initial coefficient to the magnification according to the temperature measurement in the correction unit 65 (step S3). Next, based on the deviation between the flow rate measured value measured by the flow rate sensor 20 and the flow rate target value, the control amount calculation unit 66 calculates a voltage using a correction coefficient (step S5), and calculates the calculated voltage The valve opening degree is controlled by inputting to the solenoid coil 34 of the control valve 30 (step S6).
一方、制御部６０は、温度測定値が第１温度測定よりも低い場合に、補正部６５において、初期係数を補正しない。そして、制御量算出部６６において、流量センサ２０で測定された流量測定値と流量目標値との偏差に基づき、初期係数を用いて電圧を算出し（ステップＳ５´）、その算出した電圧を流体制御弁３０のソレノイドコイル３４に入力して弁開度を制御する（ステップＳ６´）。 On the other hand, when the temperature measurement value is lower than the first temperature measurement, the control unit 60 does not correct the initial coefficient in the correction unit 65. Then, based on the deviation between the flow rate measurement value measured by the flow rate sensor 20 and the flow rate target value, the control amount calculation unit 66 calculates a voltage using an initial coefficient (step S5 '), and calculates the calculated voltage The valve opening degree is controlled by inputting to the solenoid coil 34 of the control valve 30 (step S6 ').
＜その他の実施形態＞ 前記実施形態においては、ＰＩＤ制御の係数を補正することにより、流量測定値と流量設定値との偏差が同一である場合に、低温域での制御量よりも高温域での制御量の方が小さい値となるように構成したが、これに限定されることはない。例えば、温度補償器を設置し、ＰＩＤ制御の係数はいずれの温度域でも同一にしておき、流量測定値と流量設定値との偏差に基づき算出した制御量を、その温度補償器によって補正し、流量測定値と流量設定値との偏差が同一である場合に、低温域での制御量よりも高温域での制御量の方が小さい値となるように構成してもよい。 <Other Embodiments> In the above embodiment, by correcting the coefficient of PID control, if the deviation between the flow rate measurement value and the flow rate setting value is the same, the control amount in the low temperature range is higher than the control amount in the low temperature range. Although the control amount of is set to a smaller value, the present invention is not limited to this. For example, a temperature compensator is installed, the coefficient of PID control is made the same in any temperature range, and the control amount calculated based on the deviation between the flow rate measurement value and the flow rate setting value is corrected by the temperature compensator. If the deviation between the measured flow rate and the set flow rate value is the same, the control amount in the high temperature range may be smaller than the control amount in the low temperature range.
また、前記実施形態においては、流体制御弁３０のアクチュエータとしてソレノイドコイル３２を採用しているが、これに限定されることなく、アクチュエータとしてピエゾ素子を採用してもよい。なお、アクチュエータとしてピエゾ素子を使用した場合には、ソレノイドコイルを使用した場合ほどではないが、高温域における各部材の熱膨張が流体制御弁の特性に少なからず影響を与える。また、本発明に係る流体制御弁３０は、アクチュエータによって弁開度を制御するものであればよく、空圧弁等の開閉弁も含まれる。 Moreover, in the said embodiment, although the solenoid coil 32 is employ | adopted as an actuator of the fluid control valve 30, you may employ | adopt a piezo element as an actuator, without being limited to this. When a piezo element is used as an actuator, the thermal expansion of each member in a high temperature range affects the characteristics of the fluid control valve to some extent, although this is not so much as when a solenoid coil is used. Further, the fluid control valve 30 according to the present invention may be any one that controls the valve opening degree by an actuator, and includes an open / close valve such as a pneumatic valve.
また、前記実施形態においては、温度センサとして基板５０に取り付けられたダイオードを代用しているが、別途温度センサを設けてもよい。この場合、温度センサは、本体ブロック１０に設置するのではなく、筐体４０内の本体ブロック１０から離間した位置に設置することが好ましい。本体ブロック１０は、ステンレス製であることが多く、温度が変化し易いため、正確な温度が測定できなくなるからである。また、温度センサは、ソレノイドコイルに近い位置に設置することが好ましい。これは、前記のとおり、高温域におけるハンチングの原因としては、流体制御弁を構成する各部材の熱膨張と、ソレノイドコイルの印加電圧に対する駆動量の変化が考えられるが、後者の方が影響が大きく、このためソレノイドコイルの温度をなるべく正確に測定する必要があるからである。なお、ソレノイドコイルに近い位置としては、例えば、ソレノイドコイルを覆う筐体や、ソレノイドコイルの近くに位置する基板等を挙げることができる。但し、流体制御弁３０の周囲温度と本体ブロック１０の温度変化との関係を予め把握しておき、これにより、本体ブロック１０に設置した温度センサの温度測定値を補正するような構成を採用する場合には、この限りでない。なお、温度センサは、基板５０に搭載されたダイオードだけでなく、温度特性を有する素子であれば、サーミスタ等を代用することもできる。すなわち、温度センサは、高温域におけるハンチングに関係する部材（ソレノイドコイルや弁体等）の温度をなるべく正確に測定できるような位置に設置することが好ましい。よって、例えば、弁体やソレノイドコイルの温度変化に同期して温度変化する部材を別途設け、この部材の温度を温度センサによって測定するようにしてもよい。 Moreover, in the said embodiment, although the diode attached to the board | substrate 50 was substituted as a temperature sensor, you may provide a temperature sensor separately. In this case, it is preferable that the temperature sensor be installed at a position away from the main body block 10 in the housing 40 instead of the main body block 10. Since the main body block 10 is often made of stainless steel and the temperature is easily changed, it is impossible to measure an accurate temperature. Moreover, it is preferable to install the temperature sensor at a position close to the solenoid coil. As described above, as the cause of hunting in the high temperature region, thermal expansion of each member constituting the fluid control valve and change in the amount of drive with respect to the voltage applied to the solenoid coil can be considered. This is because the temperature of the solenoid coil needs to be measured as accurately as possible. In addition, as a position close | similar to a solenoid coil, the housing | casing which covers a solenoid coil, the board | substrate located near a solenoid coil, etc. can be mentioned, for example. However, the relationship between the ambient temperature of the fluid control valve 30 and the temperature change of the main body block 10 is grasped in advance, and thereby, a configuration is adopted in which the temperature measurement value of the temperature sensor installed in the main body block 10 is corrected. In the case, this is not the case. The temperature sensor is not limited to the diode mounted on the substrate 50, but may be a thermistor or the like as long as it is an element having temperature characteristics. That is, the temperature sensor is preferably installed at a position where the temperature of a member (such as a solenoid coil or a valve) related to hunting in a high temperature range can be measured as accurately as possible. Therefore, for example, a member that changes in temperature synchronously with the temperature change of the valve body or the solenoid coil may be separately provided, and the temperature of this member may be measured by a temperature sensor.
また、温度センサによって流体制御弁３０の周囲温度を測定するのではなく、温度センサによって、流体制御弁自体、特に、そのアクチュエータ（ソレノイドコイル、ピエゾ素子等）自体を測定するようにしてもよい。 Further, instead of measuring the ambient temperature of the fluid control valve 30 by the temperature sensor, the fluid control valve itself, in particular, the actuator (solenoid coil, piezo element, etc.) itself may be measured by the temperature sensor.
また、前記実施形態においては、熱式のマスフローコントローラを例示しているが、圧力式のマスフローコントローラや、弁開度を測定し、その弁開度に応じて流量を制御する位置制御式のマスフローコントローラであってもよい。この場合、流体センサとして圧力センサを使用する。また、前記両方式以外のマスフローコントローラにも適用することができる。 In the above embodiment, although a thermal mass flow controller is illustrated, a pressure mass flow controller or a position control mass flow that measures the valve opening and controls the flow rate according to the valve opening. It may be a controller. In this case, a pressure sensor is used as a fluid sensor. In addition, the present invention can be applied to mass flow controllers other than the above two methods.
その他、本発明は前記各実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。 Besides, it goes without saying that the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
１００ 流体制御装置
Ｌ 流路
１０ 本体ブロック
２０ 流量センサ
３０ 流体制御弁
３２ 弁体
３２ａ 着座面
３４ ソレノイドコイル
３５ 弁座
３５ａ 弁座面
４０ 筐体
５０ 基板
５１ ダイオード
６０ 制御部
６５ 補正部
６６ 制御量算出部
Reference Signs List 100 fluid control device L flow path 10 main body block 20 flow rate sensor 30 fluid control valve 32 valve body 32a seating surface 34 solenoid coil 35 valve seat 35a valve seating surface 40 housing 50 substrate 51 diode 60 control unit 65 correction unit 66 control amount calculation Department
Claims (8)
前記流体を制御する流体制御弁と、
前記流体制御弁の温度を測定する温度センサと、
前記流体センサで測定される流体測定値が予め定められた流体目標値に近づくように、前記流体制御弁に対してその弁開度を制御するための制御量を出力する制御部と、を具備し、
前記制御部が、
前記流体測定値と前記流体目標値との偏差に基づき前記制御量を算出する制御量算出部と、
前記温度センサで測定される温度測定値が予め定められた温度設定値に対して低温側である場合と高温側である場合とで、前記制御量算出部において前記偏差が同一である場合に算出される前記制御量が異なる値になるように補正する補正部と、を備えることを特徴とする流体制御装置。 A fluid sensor that measures the pressure or flow rate of the fluid;
A fluid control valve that controls the fluid;
A temperature sensor that measures the temperature of the fluid control valve;
A control unit for outputting a control amount for controlling the degree of opening of the fluid control valve so that a fluid measurement value measured by the fluid sensor approaches a predetermined fluid target value And
The control unit
A control amount calculating unit that calculates the control amount based on a deviation between the fluid measurement value and the fluid target value;
Calculated when the deviation is the same in the control amount calculation unit between the case where the temperature measurement value measured by the temperature sensor is on the low temperature side and the case where it is the high temperature side with respect to a predetermined temperature setting value And a correction unit that corrects the control amount to a different value.
前記補正部が、前記温度測定値が前記温度設定値に対して低温側である場合よりも高温側である場合の方が、前記ＰＩＤ制御の係数が小さい値になるように変化させるものである請求項２記載の流体制御装置。 The control unit performs PID control on the valve opening degree of the fluid control valve based on the deviation.
The correction unit is configured to change the coefficient of the PID control to a smaller value when the temperature measurement value is higher than when the temperature measurement value is lower than the temperature setting value. The fluid control device according to claim 2.
前記制御部が、前記流体測定値と前記流体目標値との偏差に基づき前記制御量を算出する場合に、前記温度センサで測定される温度測定値が予め定められた温度設定値に対して低温側である場合と高温側である場合とで、前記偏差が同一である場合に算出される前記制御量が異なる値になるように補正する機能をコンピュータに発揮させることを特徴とする流体装置用プログラム。
A fluid sensor for measuring the pressure or flow rate of fluid, a fluid control valve for controlling the fluid, a temperature sensor for measuring the temperature of the fluid control valve, and a fluid measurement value measured by the fluid sensor are predetermined. A control program for a fluid control device comprising: a control unit that outputs a control amount for controlling the opening degree of the fluid control valve so as to approach a fluid target value; ,
When the control unit calculates the control amount based on a deviation between the fluid measurement value and the fluid target value, a temperature measurement value measured by the temperature sensor is lower than a predetermined temperature setting value. For a fluid apparatus characterized by causing a computer to perform a function of correcting the control amount calculated when the deviation is the same between the case of the high side and the case of the high side program.
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