JP4171299B2 - 計量ポンプの電動モータを駆動制御する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、請求項１に記載の特徴を有する計量ポンプの電動モータを駆動制御する方法に関する。
【０００２】
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、計量送出フローの送出量は通常、機械的なストローク調整によって設定され、他方、モータで駆動される計量ポンプでは、計量送出フローの送出量は、該モータを駆動させる電源周波数の変更によって設定される。可変性の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する。クロック発振器は、主送出フローが所定の送出量を送出すると必ずインパルスを発振し、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。
混合される計量送出フローはこの整合性にも関わらず、例えば計量される流体が短時間に主送出フローへと送出されたり、次のインパルスが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量次第で、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、外的なインパルス制御により予め決められた順序に沿って、可能な限り正確な送出を行う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、主送出フローに混合される計量送出フローを、予め決められた行程に沿って、２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で送出させることにある。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、例えばステップ・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駆動して、例えばこれに続くインパルスの時間間隔で、または後続のインパルスの時間間隔順に、計量送出フローの送出量が可能な限り一様に送出されるようにすることにある。本発明において、「可能な限り一様」とは、例えば計量ポンプの電動モータがステップごとに次々に連続した駆動である場合においても、各ステップが同一の時間間隔を有するインパルスの時間間隔で送出されると理解されるべきである。完全に一様な送出は、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においてモータが送出し行程の間よりも高速で駆動する場合には、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の時間間隔が短くなれば、計量送出フローの送出量が実際に必要とされる量よりも少なくなる可能性がある。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の時間間隔が決められた後に発生している送出不足量を決定することと、この決定された送出不足量を後に、後続のインパルス時間間隔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することが可能であるが、より効果的な修正は、ポンプ駆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めることである。従って、理論上の計量送出フローを基礎として実際の計量送出フローの送出量が決定される場合には、外部の検出装置が不要になる。また、外部検出装置で実際の計量送出フローの送出量が決定される場合、及び、理論上の計量送出フローを基礎として実際の計量送出フローの送出量が決定される場合の何れにおいても、内的に存在する電気的値によって実際の計量送出フローの送出量が決定されるようにす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】
膜ポンプは、ポンプ膜のストローク調整をする周知なる機能を有するが、この調整は機械的な調整であるため、調整精度に不正確さが伴う。また、このような機械的な調整は遠隔制御が困難である。本発明によるインパルス制御の特に優位な点は、膜ポンプのストロークを最初に決めておき、後は、主送出フローの流量に対して混合すべき送出フローの送出量を一定量に決めておくと、以後、膜ポンプのストローク調整を必要としない点にある。
【０００９】
特に、流量変化する主送出フローへ計量送出フローを混合する際には、可能であれば修正を全く行わさせず、計量送出フローを流量変化する主送出フローに可能な限り迅速に適合化させることが望ましい。これは、計量送出フローの送出量の送出に際して、２つまたは幾つか以前のインパルスの時間間隔を考慮し、そこから結果的に生じる理論上のインパルスの時間間隔を後続に渡って送出させるだけでなく、これと共に、インパルスの時間間隔の変動を決定して計量送出フローによる送出量を算出する際にも実行される。この結果、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、即ち公称送出量を、またはこれに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と、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、後の修正が既に盛られた、またはパッケージされた製品に何ら影響しないように既に盛られ、またはパッケージングが混合の直後に実行される、連続混合に応用されることが望ましい。
【００１２】
計量手順の開始時においてもインパルスの時間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・モータの駆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計量送出フローの送出不足量は、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は、例えばクロック発振器によって発振される電気インパルスｔ_１乃至ｔ_７が表示され、このインパルスｔ_１乃至ｔ_７の各々により、主送出フローの所定量に応じた計量送出フローの適正量を計量ポンプによって添加させることを示している。下側の時間軸には、計量ポンプによる計量送出フローの送出がインパルスにより制御されることを示している。
【００１５】
主送出フローに混合すべき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、計量送出フローが、連続する２つのインパルスの間に形成されるインパルスの時間間隔Δｔ全体に渡って可能な限り一様に送出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。まずインパルスの時間間隔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、両者間に存在するインパルスの時間間隔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計量送出フローの送出量Ｖ _ｓｏｌｌ がΔｔ_１２に相当するｔ_２で始まるインパルスの時間間隔に渡って送出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駆動して、このインパルスの時間間隔Δｔ _１２ を基礎として、結果的に送出時間Δｔ_１２の後に既定の計量送出フローの送出量Ｖ _ｓｏｌｌ に到達している送出フローＱ_２３が得られる。次に、インパルス毎に送出される計量送出フローの送出量Ｖ _ｓｏｌｌ がΔｔ_１２に相当するｔ_２で始まるインパルスの時間間隔に渡って送出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駆動し、この時間間隔Δｔ_１２を基礎として、結果的に送出時間Δｔ_１２の後に既定の計量送出フローの送出量Ｖ _ｓｏｌｌ 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、特に計量送出フローの送出量Ｖ _ｓｏｌｌ 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までの増加するインパルスの時間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に対するインパルスの時間間隔Δｔ _２３ を決定し、この時点でこのインパルスの時間間隔Δｔ _２３ に渡って送出される計量送出フローの送出量Ｖ _ｓｏｌｌ を分布させ、こうして計量送出フローＱ _３４ を適宜低減させる。計量送出フローＱ _３４ は、計量送出フローの公称送出量Ｖ _ｓｏｌｌ を最後に決定されたインパルスの時間間隔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、インパルスの時間間隔が大きくはならず小さくなる場合には、計量送出フローの送出量Ｖ _ｓｏｌｌ に到達するための計量送出フローＱ _４５ が計算済みであるインパルスの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に示すように、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制御され、これから送出が始まる新たなインパルスの時間間隔Δｔ _５６ に関して、インパルスの時間間隔Δｔ _４５ における計量送出フローによる送出量が結果的に計量送出フローの送出量Ｖ _ｓｏｌｌ プラス計量送出フローの送出不足量Ｖ _{Ｒｅｓｔ４５} となるように算出された計量送出フローＱ _５６ が決定される。計量送出フローの送出不足量Ｖ _{Ｒｅｓｔ４５} は、理論上の計量送出フローの送出量Ｖ _ｓｏｌｌ から先行する間隔において実際に送出された計量送出フローの送出量Ｖ _ｌｓｔ を減じた結果として生じる。従って、送出フローの送出間隔Δｔ _４５ に関しては、結果的に計量送出フローＱ _４５ にΔｔ_３４とΔｔ_４５との差を乗じた結果である計量送出フローの送出不足量Ｖ _{Ｒｅｓｔ４５} が生じる。従って、この計量送出フローの送出不足量Ｖ _{Ｒｅｓｔ４５} は、計量送出フローＱ _５６ の計算に際して、インパルスの時間間隔Δｔ _４５ において送出される、かつ少なすぎるこの計量送出フローの送出量がＶ _{１ｓｔ５６} に加算される。
【００１８】
インパルスの時間間隔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が受信されると計量送出フローＱ _５６ による送出は中断され、次いで、次の計量送出フローＱ _６７ が生成される。この計量送出フローＱ _６７ は、そのサイズ順位のインパルスの時間間隔Δｔ _５６ を基礎として、最終的な送出量が、計量送出フローの送出量Ｖ _ｓｏｌｌ とインパルスの時間間隔Δｔ _５６ においてまだ送出されていない計量送出フローの送出不足量Ｖ _{R ｅｓｔ５６} 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送出不足量Ｖ _{R ｅｓｔ５６} は、同時に一方ではこのインパルスの時間間隔における計量送出フローの送出量Ｖ _ｓｏｌｌ のまだ送出されていない量と、かつ他方ではその前の先行間隔におけるまだ送出されていない送出不足量Ｖ _{R ｅｓｔ５６} 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送出量が評価され、本制御に起因して結果的に得られる実際の送出量と比較され、かつ適当であれば後続のインパルスの時間間隔または後続の複数のインパルスの時間間隔において修正される。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計量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インパルスの時間間隔Δｔ _１２ が決定され、インパルス毎に計量送出フローの公称送出量Ｖ _ｓｏｌｌ がこのインパルスの時間間隔Δ _１２ に渡って送出され、結果的に計量送出フロー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、計量送出フローの送出量Ｖ _ｓｏｌｌ 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の受信によって送出される送出量Ｑ _３４ は、インパルス毎に送出される計量送出フローの送出量Ｖ _ｓｏｌｌ とインパルスの時間間隔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】
本制御において、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送出量を決定し、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の送出量と比較し、適切であればこれを修正するオーバーライディング修正制御を行なうことができる。
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 (6)

1. 計量ポンプの電動モータをインパルス制御によって駆動制御する方法であって、
   主フローが所定の送出量を送出するとインパルスを発振する外部インパルス発振器により発振された２つのインパルスが受信された時点で、主送出フローに混合し、主送出フローの流量に対応する計量送出フローの送出量が、この２つのインパルスの時間間隔を基準として決定され、後続のインパルスが受信されるまでのインパルスの時間間隔毎に、この決定された計量送出フローの送出量が一様に送出されるように前記電動モータが駆動制御されるとともに、計量ポンプを駆動させる電動モータは、２つのインパルスが受信されるまで送出のための駆動が行なわれないように制御されていることを特徴とする計量ポンプの電動モータを駆動制御する方法。
2. 請求項１に記載の計量ポンプの電動モータを駆動制御する方法において、
   少なくとも最後の２つのインパルスによる時間間隔が検出されて、前記計量送出フローの送出量が、この決定があったインパルスの時間間隔を基礎として、前回に検出された時間間隔に続くインパルスの時間間隔に渡り、一様に送出されるように、電動モータが駆動制御されることを特徴とする計量ポンプの電動モータを駆動制御する方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の計量ポンプの電動モータを駆動制御する方法において、
   主送出フローの流量が増加して２以上の連続するインパルスの時間間隔が短くなる結果として、このインパルスの時間間隔において行われる実際の計量送出フローの送出量が、予め決められた送出量よりも少ない場合に生じる送出不足量は、測定されかつ後続のインパルスの時間間隔において上積み修正されるように、電動モータが駆動制御されることを特徴とする計量ポンプの電動モータを駆動制御する方法。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の計量ポンプの電動モータを駆動制御する方法において、
   主送出フローの流量が変化して２以上の連続するインパルスの時間間隔が変化した場合には、この変化が制御装置によって検知され、この変化したインパルスの時間間隔に続く、１または複数のインパルスの時間間隔に渡って行なわれる計量送出フローの送出は、この変化したインパルスの時間間隔において行なわれるように、電動モータが制御されていることを特徴とする計量ポンプの電動モータを駆動制御する方法。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の計量ポンプの電動モータを駆動制御する方法において、
   インパルス数または計量送出フローの送出量、及び電動モータの起動またはこの起動において生ぜしめる特性パラメータに起因して結果的に生じる理論上の計量送出フローの送出量が合計されかつ記憶され、予め決められた時間が経過すると、この合計されかつ記憶された値と、計量送出フローの実際の送出量とが比較され、かつ適当であれば実際の計量送出フローの送出量の修正が実行されるように、前記電動モータの駆動が制御されることを特徴とする計量ポンプの電動モータを駆動制御する方法。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の計量ポンプの電動モータを駆動制御する方法において、
   計量送出フローの送出量の修正手順は、インパルスの時間間隔の検出が認められた後に続くインパルスの時間間隔において実行されることを特徴とする計量ポンプの電動モータを駆動制御する方法。

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