JP2023551940A - ポンプシステム - Google Patents

Abstract

少なくとも１つのポンプ、詳細には真空ポンプ又は圧縮機と、少なくとも１つのポンプに接続された制御装置とを備えるポンプシステムであって、制御装置は、少なくとも１つのポンプに低レベルサービスを提供するために少なくとも１つのポンプに直接接続された第１の処理ユニットと、ポンプシステムに高レベルのサービスを提供するために第１の処理ユニットに接続された第２の処理ユニットと、を備え、第２の処理ユニットは、外部ネットワークに接続可能である。【選択図】図１

Description

本出願は、少なくとも１つのポンプ、詳細には真空ポンプ又は圧縮機を備えたポンプシステムを提供する。

真空ポンプ又は圧縮機として構築されるポンプは、ポンプの入口から出口まで気体媒体を運ぶためのモータ駆動式装置である。その点で、一般的なポンプシステムでは、あらゆる種類の用途に真空又は圧縮流体を供給するために、２以上のポンプが一緒に動作する。従って、より効率的に動作させるために、１つのポンプシステム内の複数のポンプに共通の制御を提供することが望まれる。

さらに、顧客が、ある特定のポンプシステムだけでなく、全てのポンプ群、すなわち、世界中の異なる場所であっても使用されている全てのポンプの各ポンプの状態を概観するために、又は、製造業者が、サービス間隔を計画するために又は品質又は製品などを監視するために、ポンプシステム内の各ポンプからデータを収集することが望まれている。従って、より多くのポンプは、互いにデータを共有するために、又は、例えばクラウドサービスでもしくは顧客又はポンプ製造業者のサーバでデータを収集するために、コンピュータネットワーク、詳細にはインターネットに接続することができる。しかしながら、インターネットを介するポンプのアクセス可能性により、セキュリティ上のリスクが生じ、ポンプは、外部から操作対象になる、又はポンプシステムによってもたらされる特定のタスクに関する処理データのようなデータの破損対象になる可能性がある。

従って、本発明の目的は、セキュリティ及び動作の信頼性が向上したポンプシステムを提供することである。

本発明によるポンプシステムは、真空ポンプ又は圧縮機として構築することができる少なくとも１つのポンプを備える。詳細には、ポンプシステムは、特定の用途に真空又は圧縮流体を供給するために、２以上の真空ポンプ又は圧縮機を備えることができる。さらに、ポンプシステムは、少なくとも１つのポンプに接続された制御装置を備える。好ましくは、制御装置は、ポンプシステムの各ポンプに接続され、ポンプシステムのポンプに共通の制御を提供する。その点で、制御装置は、少なくとも１つのポンプに低レベルサービスを提供するために少なくとも１つのポンプに直接接続された第１の処理ユニットと、ポンプシステムに高レベルサービスを提供するために第１の処理ユニットに接続された第２の処理ユニットと、を備える。その点で、好ましくは、低レベルサービスを提供する１つの第１の処理ユニットだけが、ポンプシステムの各ポンプのための共通の第１の処理ユニットとして使用される。あるいは、ポンプシステムの各ポンプには、ポンプシステムの各ポンプに個別に低レベルサービスを提供する個別の第１の処理ユニットが使用される。いずれの場合でも、制御装置は、制御装置内に２以上の第１の処理ユニットが使用される場合には第１の処理ユニットの各々に接続される１つの第２の処理ユニットのみを備える。従って、本発明によれば、第１の処理ユニットは低レベルのサービスを提供し、第１の処理ユニットとは別に、第２の処理ユニットが制御装置内に使用され、ポンプシステムに高レベルサービスを提供する。従って、低レベルサービス及び高レベルサービスの特定のタスクのために、第１の処理ユニット及び第２の処理ユニットが予見され、これらは低レベルサービス及び高レベルサービスの計算要求に合わせることができる。さらに、本発明によれば、第２の処理装置は、外部ネットワーク、例えばインターネットに接続可能である。従って、第２の処理ユニットによって、外部ネットワークを介して、例えばクラウドサーバ又は中央データ処理システムとデータを交換することができる。しかしながら、外部ネットワークと第１の処理装置との間には直接接続はない。従って、少なくとも１つのポンプに低レベルサービスを提供する第１の処理装置への直接アクセスは不可能である。これによりセキュリティが強化される。さらに、第１の処理ユニットと第２の処理ユニットによって、ポンプシステムに所定の冗長性が導入され、ポンプシステムの動作の信頼性が向上する。

好ましくは、第２の処理ユニットは、少なくとも１つのポンプに直接接続されていない。換言すれば、第１の処理ユニットは、第１の処理ユニットを介して少なくとも１つのポンプと接続されるだけである。同様に、第１の処理ユニットは、外部ネットワークに直接接続可能ではなく、換言すれば、第２の処理ユニットを介してのみ外部ネットワークに接続可能である。従って、少なくとも１つのポンプと第１の処理ユニット及び第２の処理ユニットを介した外部ネットワークとの間の分離が保証される。

好ましくは、第１の処理ユニットは、少なくとも１つのポンプと制御信号を交換することによって低レベルサービスを提供するように構成されている。従って、低レベルサービスは、ポンプを動作させるために重要なポンプの制御機能に関連する。その点で、制御信号は特定の用途に応じて決定され、動作電流、動作速度などのパラメータを含むこと、又はポンプシステムのバルブ位置信号に関連することができる。

好ましくは、第１の処理ユニットは、９０ｍｓと１１０ｍｓとの間、好ましくは９９ｍｓと１０１ｍｓとの間、最も好ましくは１００ｍｓの応答を提供する決定論的処理ユニットとして構成されている。第１の処理ユニットは、ポンプシステム内のポンプを制御するために低レベルサービスを実行するように構成されているため、高速な制御信号の交換及びポンプシステムに接続されたアプリケーション内の変化応答が、信頼性のある決定論的方法で必要である。少なくとも１つのポンプに適切な制御信号を供給するのが遅れると、アプリケーションの不適切な機能又はポンプシステム又はアプリケーションの損傷にもつながり、さらには製品の機能不全につながる。

好ましくは、第２の処理ユニットは、クラウドサーバ又は中央データ処理ユニットとのデータ交換、ポンプシステムを制御するためのユーザインタフェース（好ましくはウェブアクセスインタフェースとして構築される）、ゲートアクセスという意味での第１の処理ユニットの制御へのセキュリティアクセス、例えば人工知能、すなわちパターン認識によるポンプシステムの状態予測という意味でのポンプシステムの動作のための複雑な最適化計算、第１の処理ユニット並びに第２の処理ユニットのための更新処理などのうちの１又は２以上のような高レベルサービスを提供するように構成されている。このように、高レベルサービスとして、アクセシビリティ、ユーザビリティ、及びより複雑なタスクが第２の処理ユニットによって実行される。さらに、第２の処理ユニットによって、ポンプシステムへのセキュリティアクセスが提供される。

好ましくは、第１の処理ユニットは、第２の処理ユニットの障害発生時に第２の処理ユニットを再起動するように構成されている。従って、第１の処理ユニットは、第２の処理ユニットに対するウォッチドッグとして機能する。全ての重要な又は必須の処理は、第１の処理ユニットによって実行されるため、第２の処理ユニットの障害発生と、それに続く、第１の処理ユニットによって開始される第２の処理ユニットの再起動は、ポンプシステムの動作を中断しない。従って、ポンプシステムに冗長性が導入され、ポンプシステムの動作の信頼性が向上する。

好ましくは、第２の処理ユニットは、第１の処理ユニットの障害発生時に第１の処理ユニットを再起動するように構成されている。従って、第２の処理ユニットは、第１の処理ユニットに対するウォッチドッグとして機能する。これにより、第１の処理ユニットのシステム障害後の迅速な復旧が達成される。従って、ポンプシステムに冗長性が導入され、ポンプシステムの動作の信頼性が向上する。

好ましくは、少なくとも１つのポンプはセンサを備え、センサは、センサデータを第１の処理ユニットに送るために第１の処理ユニットに直接接続されている。詳細には、センサデータが特定のポンプ又はポンプシステムを動作させるために重要である場合、このデータは第１の処理ユニットによって直接処理することができる。第２の処理ユニットの障害発生時に、このセンサデータは第１の処理ユニットで利用可能であり、ポンプシステムの信頼性のある動作が保証される。詳細には、第１の処理ユニットは決定論的処理ユニットとして構築されているため、センサデータの高速受信が保証され、今後のセンサデータ量を短時間で処理することができる。詳細には、全てのセンサは、単純構造のために第１の処理ユニットに直接接続される。

好ましくは、少なくとも１つのポンプはセンサを備え、センサは、センサデータを第２の処理ユニットに送るために、第２の処理ユニットに直接接続される。このセンサデータは、ポンプシステムの動作監視に使用すること、又は外部ネットワークを介して中央データ処理ユニットとやり取りして製造業者又は顧客による監視のために保存することができる。このセンサデータがポンプシステムの少なくともポンプを動作させるために必要である場合、センサデータは、第２の処理ユニットから第１の処理ユニットに引き渡されるか、又は第２の処理ユニットによってインテリジェント制御の観点からさらに評価され、第２の処理ユニットから第１の処理ユニットに命令として引き渡される場合がある。詳細には、全てのセンサは、単純構造のために第２の処理ユニットに直接接続される。

好ましくは、制御装置は、第１の処理ユニットと少なくとも１つのポンプとの間に配置されたフィールドバスユニットを備える。従って、ポンプシステムのセンサが全て第１の処理ユニットに直接接続される場合、フィールドバスユニットは、ポンプとセンサとのフィールドバス通信を提供するために、第１の処理ユニットと少なくとも１つのポンプとの間に配置される。その結果、第２の処理ユニットとフィールドバスユニットとの間の直接通信は不可能である。あるいは、センサが第２処理ユニットに直接接続される場合、フィールドバスユニットは、第２の処理ユニットとセンサとの間に配置される。

以下、添付図面を参照して本発明をより詳細に説明する。

本発明によるポンプシステムの例示的な構造を示す。

本発明の実施形態では、ポンプシステムは、真空ポンプ又は圧縮機として構築できるポンプ１２を備える。本実施形態の例では、ポンプシステムは３つの真空ポンプ１２を備える。しかしながら、ポンプの数は限定されず、ポンプシステムによって実行される特定のタスクに適合させることができる。全てのポンプ１２は共通の制御装置１４に接続されている。制御装置は、第１の処理ユニット１６及び第２の処理ユニット１８を備える。その点で、第１の処理ユニット１６はポンプ１２に直接接続されており、ポンプ１２と第１の処理ユニットとの間には、ポンプ１２と第１の処理ユニット１６との間のフィールドバス通信を処理して提供するためのフィールドバスユニット２０が配置されている。その点で、１つのフィールドバスユニット２０は、ポンプ１２の各々に対して個別に設けることできる、又は、共通のフィールドバスユニット２０は、ポンプシステム内の全てのポンプ１２に対して設けることができる。

その点で、第１の処理ユニット１６は、限定されるものではないが、第１の処理ユニットとポンプ１２との間の制御信号の交換による又は弁などのアクチュエータの制御によるポンプ１２の動作の制御を含む、低レベルのサービスをポンプ１２に提供するように構成される。この点で、第１の処理ユニットは、ポンプシステムの動作に必須である全ての重要な低レベルトーク（ｔａｌｋ）に対応する。

第２の処理ユニット１８は、ポンプシステムに高レベルサービスを提供する。その点で、この処理ユニットは、クラウドサーバもしくは顧客又は製造業者の中央データ処理ユニットとのデータ交換を容易にするために、例えばインターネットなどの外部ネットワーク２３に接続可能である。その点で、第２の処理ユニット１８によって提供される高レベルサービスは、例えば、動作品質などを監視する目的で、ポンプ１２の顧客又は製造業者によってポンプシステムの各ポンプ１２の動作を監視するための、クラウドサーバ２４とのデータ交換である。さらに、第２の処理ユニット１８によって、詳細には、ポンプシステムの外部制御のための、又はポンプシステムの動作及び状態のより好都合な視覚化のためのウェブインタフェースとして、インタフェースを提供することができる。さらに、第２の処理ユニットは、外部データアクセスのための外部ユーザの間のセキュリティアクセス及び認証処理を提供することができる。従って、ポンプシステムの動作を制御するために、ユーザのアクセス確認が可能になる。さらに、第２の処理ユニット１８によって、製造業者の更新サーバ２６から更新を受信してこの更新を第１の処理ユニットにインストールすることによって第１の処理ユニット１６を更新するための、又は更新サーバ２６から更新を受信してこの更新を第２の処理ユニットにインストールすることによって、更新処理を提供することができる。この点で、代替的に、更新は、第２の処理ユニット上にインストールされたサードパーティアプリケーションのプロバイダから提供することができる。さらに、第２の処理ユニット１８を設けることにより、ポンプシステムの動作を最適化するために、ポンプシステムから収集されたセンサデータに基づいて、複雑な分析アルゴリズム及びパターン認識を実行することができる。

その点で、そこでは、第１の処理ユニット１６は、ポンプシステムのポンプ１２を迅速に応答させ、確実に制御することができるように、９０ｍｓから１１０ｍｓの間、好ましくは９９ｍｓから１０１ｍｓの間の応答時間で、データの信頼できる決定論的な処理を可能にする決定論的処理ユニットとして構築される。逆に、第１の処理ユニット１６によって実行されるタスクの複雑さは、第２の処理ユニット１８によって実行されるタスクの複雑さに比べて相対的に低い。そのため、第１の処理ユニット１６に要求されるのは、ポンプシステムのポンプ１２を動作させるために重要であるがそれほど複雑でないデータの高速かつ効率的な処理である。反対に、第２の処理ユニット１８のタスクは、緊急を要さないが、より複雑である。異なるタスクを第１の処理ユニット１６と第２の処理ユニット１８に分離することにより、タスクの複雑さに対する高い要求をほぼリアルタイムで信頼性が高く決定論的方法で処理できる、処理ユニットを提供する必要がなくなる。本発明の解決策によって、複雑さが低い、緊急を要する重要なタスクは第１の処理ユニットによって実行され、他のタスクは第２の処理ユニットによって実行され、それによって第１の処理ユニット及び第２の処理ユニットの各々に対する全体的な要求が低減される。

さらに、制御装置１４内に２つの処理ユニットを有することにより、所定の冗長性により信頼性が向上する。この点に関して、第１の処理ユニット１６は、第２の処理ユニット１８の機能を監視するウォッチドッグとして機能する。第２の処理ユニット１８の障害発生時に、第１の処理ユニット１６は、第２の処理ユニット１８の再起動を開始するように構成されている。同様に、第２の処理ユニット１８は、第１の処理ユニット１６の正常動作に対するウォッチドッグとして機能し、障害発生時に、第１の処理ユニット１６の再起動を開始することができる。これにより、第２の処理ユニット１８の障害発生時、ポンプシステムを動作させるための重要なプロセスは全て第１の処理ユニット１６によって実行されるため、ポンプシステム内のポンプ１２の動作が中断されることはない。第２の処理ユニット１８の再起動後は、第２の処理ユニット１８によって提供される高レベルサービスに再びアクセスできる。

詳細には、サードパーティからのアプリケーションは、第２の処理ユニット１８にインストールすることができる。しかしながら、制御装置１４の製造業者に関して、これらのサードパーティアプリケーションの完全な信頼性を保証する可能性はない。従って、第１の処理ユニット１６によってポンプシステムを動作させるために、サードパーティのアプリケーションを重要なプロセスから分離することによって、制御装置の信頼性が向上する。第２の処理ユニット１８にインストールされたサードパーティアプリケーションに障害が発生した場合、ポンプシステムの動作は、第１の処理ユニット１６によって保証することができる。同時に、ポンプシステムの動作を中断することなく、更新サーバ２６によって提供される第２の処理ユニット１８上のサードパーティアプリケーションの更新を第２の処理ユニット１８にインストールすることができる。

詳細には、第２の処理ユニットは、高レベルサービスのコンテナ化のために動作するＤｏｃｋｅｒエンジンを有する。その点で、コンテナ間の全ての通信は、ＭＱＴＴＳプロトコルによって提供することができるパブリッシュ／サブスクライブ・エレメントサーバとして機能するメディアブローカ（ｍｅｄｉｕｍ ｂｒｏｋｅｒ）を介して行われる。

さらに、ポンプ１２の１又は２以上はセンサ２８を備えることができる。図示のように、センサ２８は、第１の処理ユニット１６に直接接続されている。センサ２８と第１の処理ユニット１６との間には、第１の処理ユニット１６とセンサ２８との間のフィールドバス通信を可能にするためにフィールドバスユニットが配置されている。詳細には、ポンプシステムの全てのセンサは、第１の処理ユニット１６に直接接続することができる。第１の処理ユニット１６は決定論的処理ユニットとして構築されているため、取得されたセンサデータの高速かつ信頼性の高い処理が可能である。その点で、フィールドバスは、ＣＡＮｏｐｅｎ、Ｍｏｄｂｕｓ、ＥｔｈｅｒＣＡＴ、ＰＲＯＦＩＮＥＴ、ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ、ＯＰＣ ＵＡなどの既知のフィールドバスの１つを介して通信を行うことができる。

従って、本発明によって、ポンプシステムを適切に動作させるために、特定のタスクが分離され、特定の処理ユニットによって実行される。その点で、第１の処理ユニット１６は、低レベルサービス、すなわちポンプシステム内のポンプの直接制御及びセンサ２８からのセンサデータの処理のために提供される。加えて、より高度なサービスは、外部ネットワークを介したデータ交換、更新処理、他のセキュリティ機能など、ポンプの顧客又は製造業者向けのさらなるサービスを可能にする、第２の処理ユニット１８によって提供される。その点で、高レベルサービスを提供する第２の処理ユニットとポンプシステム内のポンプ１２との間には直接的な通信はない。通信は、第１の処理ユニットを介してのみ可能である。従って、第２の処理ユニットは、ポンプシステム内のポンプ１２を外部から制御するためのアクセス用セキュリティゲートとして機能する。同時に、ポンプシステムの制御装置１４内の２つの処理ユニットに起因して、冗長性により動作の信頼性が向上する。

１２ ポンプ
１４ 制御装置
１６ 第１の処理ユニット
１８ 第２の処理ユニット
２２ 外部ネットワーク

Claims (10)

1. 少なくとも１つのポンプ（１２）、詳細には真空ポンプ又は圧縮機と、前記少なくとも１つのポンプ（１２）に接続された制御装置（１４）とを備えるポンプシステムであって、
   前記制御装置（１４）は、
   前記少なくとも１つのポンプ（１２）に低レベルサービスを提供するために前記少なくとも１つのポンプ（１２）に直接接続された第１の処理ユニット（１６）と、
   前記ポンプシステムに高レベルサービスを提供するために前記第１の処理ユニット（１６）に接続された第２の処理ユニット（１８）と、
   を備え、
   前記第２の処理ユニット（１８）は、外部ネットワーク（２２）に接続可能である、ポンプシステム。
2. 前記第２の処理ユニット（１８）は、前記少なくとも１つのポンプ（１２）に直接接続されておらず、前記第１の処理ユニット（１６）は、前記外部ネットワーク（２２）に直接接続可能ではない、請求項１に記載のポンプシステム。
3. 前記第１の処理ユニット（１６）は、前記少なくとも１つのポンプ（１２）と制御信号を交換することによって低レベルサービスを提供するように構成されている、請求項１又は２に記載のポンプシステム。
4. 前記第１の処理ユニット（１６）は、９０ｍｓと１１０ｍｓとの間、好ましくは９９ｍｓと１０１ｍｓとの間、最も好ましくは１００ｍｓの応答を提供する決定論的処理ユニットとして構成されている、請求項１から３のいずれかに記載のポンプシステム。
5. 前記第２の処理ユニット（１８）は、クラウドとのデータ交換、ポンプシステムを制御するためのインタフェース、セキュリティアクセス、最適化計算、前記第１の処理ユニット（１６）並びに前記第２の処理ユニット（１８）の更新処理のうちの１又は２以上を高レベルサービスとして提供するように構成されている、請求項１から４のいずれかに記載のポンプシステム。
6. 前記第１の処理ユニット（１６）は、前記第２の処理ユニット（１８）の障害発生時に、前記第２の処理ユニット（１８）を再起動するように構成されている、請求項１から５のいずれかに記載のポンプシステム。
7. 前記第２の処理ユニット（１８）は、前記第１の処理ユニット（１６）の障害発生時に、前記第１の処理ユニット（１６）を再起動するように構成されている、請求項１から６のいずれかに記載のポンプシステム。
8. 前記少なくとも１つのポンプ（１２）は、センサ（２８）を備え、前記センサ（２８）は、センサデータを前記第１の処理ユニット（１６）に送るために前記第１の処理ユニット（１６）に直接接続されている、請求項１から７のいずれかに記載のポンプシステム。
9. 前記少なくとも１つのポンプ（１２）は、センサ（２８）を備え、前記センサ（２８）は、センサデータを前記第２の処理ユニット（１８）に送るために前記第２の処理ユニット（１８）に直接接続されている、請求項１から８のいずれかに記載のポンプシステム。
10. フィールドバス通信を提供するために、前記第１の処理ユニット（１６）又は前記第２の処理ユニット（１８）に接続されたフィールドバスユニット（２０）を特徴とする、請求項１から９のいずれかに記載のポンプシステム。

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