JP4343285B2 - プラズマトーチ調整制御システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマトーチの分野に関し、具体的には、プラズマトーチの調整および制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマトーチは、高温（＞３５００℃）でイオン化されたガスを供給する高出力の電気装置である。プラズマトーチは、非常に高い温度を必要とする以下のような工業分野で使用されている。
【０００３】
− 環境分野。危険な廃棄物の破壊やガラス化。
【０００４】
− 化学分野。ある種の生成品の合成。
【０００５】
− 鉄、鋼鉄および冶金工業。溶鉱炉およびキュポラの加熱用。
【０００６】
トーチの動作を単独で考えることもできるが、トーチは一般に工業プロセスと結合されて、これに熱エネルギーを供給しこれとの間で制御データを交換する。
【０００７】
プラズマトーチを動作させるためには、トーチシステムの検査／制御を確実にする自動システムによって制御されたいくつかの補助システムを同時に実施することが必要となる。
【０００８】
したがって本発明は、トーチと、これに関連しその使命の履行を可能とする補助システムとを有する、プラズマトーチシステム（トーチシステム）にも関する。
【０００９】
トーチシステムの自動システムの設計は、プロセスにおける使用条件によって決まる。トーチは例えば、高温に加熱され腐食環境となっている炉中に部分的に挿入される。次いでトーチは、内部的および外部的に冷却される。
【００１０】
トーチシステムは、工業プロセスを乱したり、または途中で止めてしまったりすることがないよう、高い信頼度での長期の動作サイクルおよび十分な連続動作時間を有するものでなければならない。
【００１１】
しかし、たとえ高度な技術によるシステムであるとしても、プラズマトーチの実施態様は単純でなければならず、特別な知識を持たないオペレータでも使用可能なものでなければならない。ヨーロッパ出願ＥＰ−５６５４２３にはプラズマトーチ制御システムが開示されている。
【００１２】
この従来技術のシステムでは、アーク電圧およびアーク強度が連続的に測定される。検査または制御手段が、アーク電流およびプラズマ生成ガス流量の制御を可能にする。最後に、空気制御型の調整弁が、気体流量増幅器に関係付けられた電気的気体的ポジショナによって制御される。これによって弁の開閉の変動を、検査または制御手段によって供給される基準値の変動に合わせることが可能となる。
【００１３】
このようなトーチ制御システムは複雑であり、比較的に固定した設備の実施を必要とする。特に、前記文献に記載の弁は、比較的に正確な機械動作をする。さらに前記検査システムは、トーチごと用途ごとに固定されている。使用する基準値の変更は可能であるが、所与のトーチおよび所与の用途に合わせて設計された調整システムは、他の異なるトーチ、または他の用途に適合しない。
【００１４】
さらに、このようなシステムはトーチの動作を最適化しない。ヨーロツパ出願ＥＰ−５６５４２３は、基準電力を得る方法、または電力基準値に達したときにトーチの電力を安定させる問題に関する情報を与えていない。
【００１５】
この文献は、プラズマ生成ガスの湿度の変動や電極の摩耗状態などの外部からの干渉や外乱の問題の処理も示していない。しかしこのような外乱は、特に比較的に長い期間トーチを使用した後に生じる。この場合、トーチが供給する実電力は、満足な動作ならびにトーチが使用されるプロセスの継続に不利な影響を受ける。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、先に述べたシステムよりも使用法が柔軟な別のプラズマトーチ調整システムを見つけるという問題が生じる。
【００１７】
ポジショナおよび流量増幅器を有する空気式制御弁の使用を必要としないプラズマトーチの調整または制御システムを実施するという問題も生じる。
【００１８】
あらかじめ確立した最適なトーチ動作に合致する調整システムを見つけるという問題も生じる。
【００１９】
最後に、プラズマ生成ガス組成の変動または電極の摩耗によって大きく乱されることのないトーチ動作を見つけるという問題が生じる。
【００２０】
本発明は、前述の問題の解決を可能にする新規なプラズマトーチ調整システムを提案する。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、プラズマトーチを制御するシステムに関する。このシステムは、
− 最適電圧曲線と呼ばれるトーチのアーク電圧曲線をトーチに供給される実電力の関数として記憶する手段と、
− トーチの電力調整を制御する手段であって、ランプ条件（ramp condition）として知られる第一の動作条件に従って動作して、アーク電圧を、誤差マージンの範囲内で最適電力とともに変化させながら、または誤差マージンの範囲内で最適電圧に一致させながら、実電力を、電力基準値として知られる値に到達させ、永続条件（permanent condition）と呼ばれる第二の動作条件に従って動作して、誤差マージンの範囲内でアーク電圧を最適電圧に等しく維持しながら、基準値の付近に実電力を安定させる手段と
を有する。
【００２２】
最適電圧という用語は、設計者が事前に選択した電圧を意味するものと理解する。この最適電圧は、所与の電力に対するトーチの最高効率および／または電極の最小摩耗に対応する電圧とすることができる。
【００２３】
このようなシステムは、空気流量の機械的調整を必要としない。さらにこのようなシステムでは、検査または制御手段の制御に対する部品の応答の速度または加速に関する問題がない。
【００２４】
最後に、このようなシステムでは、それぞれのトーチに対して、トーチの最適動作を決定する関数の知識のみが必要なので、このようなシステムはどんなプラズマトーチシステムとも適合する。
【００２５】
ランプ条件下で動作するときには、この調整手段によって、電力基準値に到達することが可能となる。永続条件下で動作するときには、この調整手段によって、トーチの電力を安定化させることが可能となる。
【００２６】
このようなシステムはさらに、調整の不十分なトーチの動作では影響の出る可能性のある外乱（電極と直接に接触したプラズマ生成ガスの抵抗率または圧力の変動）に関して以下の利点を提供する。本発明に基づく調整システムでは、前記プラズマ生成ガスまたはガス供給回路の欠陥はトーチシステムに影響を及ぼさない。したがって、抵抗率の変動またはその他の外乱によって電圧が変動しても、その後それは最適値となる。
【００２７】
実電力値と基準電力値との差の関数から、調整を制御する手段がどのように動作しなければならないかを決定する手段が提供される。
【００２８】
アーク電圧および実電力値を変更するために、アーク電流値および／または空気流量値の調整を制御することができる。
【００２９】
このようなシステムはさらに、調整手段が永続条件下で動作しているときに基準電力値を変更する手段を有することができる。したがって、オペレータがどの基準値を変更したかによらず、トーチを停止させずに、最適な方法で動作することのできるシステムが得られる。
【００３０】
さらに電力調整を、トーチが動作している環境の温度調整と関係付けることができる。すなわち、電力調整を制御する手段を、温度調整を制御する手段としても使用することができる。
【００３１】
したがって本発明は、ネストされた二つのループ、すなわち電力を調整する第一のループと、温度を調整する第二のループを有するプラズマトーチ調整システムにも関する。
【００３２】
温度調整を制御する手段は、トーチが配置された装置の動作温度Ｔ_fおよび前記装置の慣性（Ｃ_p）の関数としてトーチ電力変動制御信号を生成する手段を含むことが好ましい。
【００３３】
本発明はさらに、トーチおよびその環境から構成されたシステムを監視するさまざまな手段を提供する。したがってこのトーチを、例えば溶鉱炉、キュポラ、廃棄物処理炉などの非常に高価な装置に結合することができる。トーチの補助システムの故障が、トーチに対してのみならず、下流側の装置に対しても破滅的な結果をもたらすことがある。そのため、トーチを動作させる各種補助システムを非常に緊密に監視することが必要となることがある。
【００３４】
このために、プラズマトーチの流体供給手段または電源手段に故障が発生したときに、オペレータインタフェースに警告信号または動作停止信号を供給することができる手段をトーチ制御システムに含めることができる。停止信号は、警告信号の前に伝送されることが好ましい。
【００３５】
本発明の特徴および利点は、添付図面を参照した実施形態についての以下の説明からより明らかとなろう。本明細書に記載の実施形態は、説明のためのものであって本発明を限定するものではない。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明の範囲内で使用可能なプラズマトーチは、図１に示す以下の構成部分を有する。
【００３７】
− 間に電気アーク１８が形成される二つの管状電極２、４（上流側電極および下流側電極）。
【００３８】
− 二つの電極２と４の間に位置する渦流ガス噴射チャンバ６。
【００３９】
− 上流側電極２の周囲に配置されたアークの足部（foot）もしくは根部（root）２０を回転させるための界磁コイル８。
【００４０】
− 例えばフランス国出願ＦＲ−Ａ−８９１４６７７に記載されているようなアーク点火装置（スタータ）１０。
【００４１】
− 後に詳述する冷却、接続、保護および保守のための補助装置。
【００４２】
トーチの動作中に、電極間に位置する噴射チャンバ６からプラズマ生成空気が噴射され、下流側電極４中を通って放出される。次いで、アーク電流の確立、およびこれと同期した、上流側電極２と下流側電極４を予め短絡していたスタータ１０の後退すなわち後方への移動によって、電気アークが作り出される。
【００４３】
始動後、前記短絡アークは、プラズマ生成空気を局所的に過熱し、これを導電性にする効果を有する。したがって電気アークは、自己保守現象となる。
【００４４】
電気アークによって非常に高温にされた空気は、プラズマジェットを構成し、トーチの外部に放出される。
【００４５】
この高温は、アークの根部２０のところで優勢であるので、電極を循環水で冷却する。その入口および出口は、下流側電極４では図１の参照符号１４および１６で、上流側電極２では同じく参照符号２４および２６で示されている。この循環水は、トーチの電気的絶縁を十分に維持するために脱イオンされる。
【００４６】
材料の溶融を避け、可能な最も広い表面上へ材料の損耗（フランス語でｕｓｕｒｅ）を分散させるために、電極内にある上流側および下流側のアーク根部を回転させ、長手方向に変位させることによってトーチの寿命は向上する。この動作は、界磁コイル８によって上流側電極内で実施される。このコイルには、アークの直流電流を直列に供給することもできるし、コイルに別個の電源を与えることもできる。下流側電極では、渦流噴射された空気の振れ回り効果（whirling effect）によってアーク根は回転する。
【００４７】
図２に示すようにトーチは、後述する以下のサブシステムの補助の下に実現することができる。
【００４８】
− 検査あるいは制御手段３４（以下参照）によって制御されるトーチシステムの電源手段３０。
【００４９】
− トーチ用冷却水回路を含む流体供給手段３２。
【００５０】
− プラズマ生成ガスあるいは空気回路３３。
【００５１】
− スタータ１０を制御する油圧回路。
【００５２】
− トーチ内へのプラズマ生成ガスの給気を調整する調整弁２９。
【００５３】
− オペレータインタフェース３８（または管理コンピュータ）。
【００５４】
− トーチ１を制御するロボットなどのプログラム制御手段３４。これによってオペレータはプロセス管理コンピュータ３８を介して、例えば電力、熱出力、およびトーチ１が維持するプロセスの実施温度などの所望の基準値を制御手段３４に入力することができる。
【００５５】
トーチ調整制御プログラムが、中央処理装置および入出力カードを本質的に含む産業用ロボット３４にロードされる。これは、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）からプログラムされる。このために、例えばロボット設計者によって、ロボット内にバイナリプログラムを生成することを可能とするソフトウェアが供給される。ロボットとの対話は管理装置を使用して、交換表またはメモリ領域を介して実施される。管理装置（ＰＣ）は外部から交換表にメッセージを供給する。ロボットは表の状態を読み、システム（例えば冷却回路のポンプ）をメモリまたは交換表に適合させる。本発明に提供されるロボットは例えば、約１０〜１００ミリ秒のサイクル（反応速度）で動作することができる。約１０ミリ秒の高速サイクルで使用することが好ましい。
【００５６】
ロボット３４は、リンク４１、４３、５３によって制御信号を送信する。手段３４にはさらに、電源手段３０または流体供給手段３２に故障が生じた場合にオペレータに警告し、および／またはトーチを動作停止させる安全装置を組み込むことができる。後述するようにトーチの制御には、電極間の電圧を最適な値に維持しながら供給電力を調整することが含まれる。
【００５７】
このためセンサ３９、４０によって、トーチの電極２、４に供給される電圧および電流の測定を可能とする。これらのセンサから供給された量はディジタル化され、トーチが動作する実電力の計算が可能となる。
【００５８】
同様に、トーチ１が維持するプロセスの実施温度を測定する温度センサ４２を提供することができる。
【００５９】
プラズマトーチの動作は、所与のプラズマ生成ガス流量におけるアーク電流の関数であるアーク電圧曲線を用いて説明することができる。トーチの幾何学的形状、渦流に起因する空気力学力および界磁コイルに起因する磁気力の関数である曲線系、すなわち動作点系が得られる。したがってこの動作点系は、トーチの種類ごとに固有である。
【００６０】
８００ｋＷのトーチの動作点の線図（等流量曲線）の一例を図３に示す。図３の曲線Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩおよびＩＶはそれぞれ、１０、１５、２０および３０ｇ／ｓのプラズマ生成ガス流量に対応する。他の曲線はそれぞれ、１０ｇ／ｓずつ増加した流量に対応する（４０ｇ／ｓ、５０ｇ／ｓなど）。
【００６１】
したがってトーチは種類ごとに、以下の特定のパラメータによって特徴づけられる動作範囲を有する。
【００６２】
− アーク電流Ｉ。
【００６３】
− プラズマ生成ガス流量Ｑ。
【００６４】
− アーク電圧Ｕ。これは実質的にアークの長さを表す。
【００６５】
したがってトーチの制御を実施するのに、これらのパラメータのうちの二つを制御パラメータに選択することが可能である。具体的にはＩおよびＱが制御パラメータに非常に適しており、電圧Ｕは前記パラメータがとる値で決まる。
【００６６】
最適なトーチ動作では、電圧値は曲線Ｕ＝ｆ（Ｐ）に従う。Ｐはトーチの電力である。このような曲線は、アークがトーチの端部に捕捉されないこと、電圧が電源が許す最大電圧を超えないこと、およびアークが下流側電極の最大体積を満たすことが保証されるようにした実験から決めることができる。
【００６７】
曲線Ｕ_optimal＝ｆ（Ｐ）は、図３に示した前述の一定流量線図Ｑ＝ｆ（Ｉ）を実験から決定することによって得られる。この曲線は、ロボット３４の交換表にロードされる。
【００６８】
アークの長さ、効率およびエンタルピーに関連した最適動作点は電力の値ごとに決定される。
【００６９】
問題の各点で、電力Ｐと電圧Ｕは対応する。選択された動作点の電力と電圧の関係から、曲線Ｕ_optimal＝ｆ（Ｐ）が得られる。このような曲線の一例を図４（曲線Ｃ₁）に示す。
【００７０】
曲線Ｃ₁に沿った動作が最適であるが、他の動作条件も可能である。したがって曲線Ｃ₁は、トーチが最高効率で動作する場合に対応する。曲線Ｃ₁上の点から、電圧値および／または電力値が変化すると動作効率は低下する。
【００７１】
図４の第二の曲線Ｃ₂は、トーチの動作可能領域の下限を表す。これらの二本の曲線は、平面（Ｐ，Ｕ）内に三つ領域を規定する。
【００７２】
− 曲線Ｃ₁の上側に位置する領域１。この領域では、アークが長くなりすぎて下流側電極を通り越し、この領域での動作は妨げられる。
【００７３】
− 曲線Ｃ₂の下側に位置する領域２。電圧および比抵抗が低すぎ、トーチの動作は不安定となる。
【００７４】
− 二本の曲線の間に位置する領域３。効率は異なるが動作可能である。曲線Ｃ₁上で効率は最適で、動作パラメータが曲線Ｃ₁の動作点から離れ曲線Ｃ₂に接近すると効率は低下する。曲線Ｃ₂への接近は、ガスのエンタルピーが増加する場合に対応する。さまざまな理由から設計者は、トーチを動作させる曲線をＣ₁とＣ₂の間で選択することができる。設計者はこの場合、ロボット３４の交換表中に入力済みの曲線を新しい曲線で置き換える。
【００７５】
曲線Ｃ₁は、到達すべきトーチ動作の目標を構成する。このためには、アーク電圧Ｕを変化させるために、アーク電流Ｉおよび空気流量Ｑの値を変化させる。電流Ｉおよび電圧Ｕが変化すると電力Ｐ＝Ｕ・Ｉが変化する。したがって、前述の関数Ｕ_optimal＝ｆ（Ｐ）は、トーチの伝達関数Ｕ＝Ｆ（Ｉ，Ｑ）から生じるということができる。後者の関数は、トーチ調整システムの入力変数は電流Ｉおよび流量Ｑ、出力変数は電圧Ｕであることを示している。
【００７６】
トーチの調整は、先に実施したプラズマトーチの特性分析の結果得られた以下の原理に基づく。
【００７７】
− 空気流量Ｑが増大すると、電圧Ｕおよび電力Ｐが増大する。空気流量が増大すると、空気の温度が低下し抵抗率が増す。
【００７８】
− 空気流量Ｑが減少すると電圧Ｕおよび電力Ｐが低下する。
【００７９】
− アーク電流Ｉが増大すると電圧Ｕが低下し電力Ｐが増大する。アーク電流が増大するとプラズマ生成ガスの温度が上昇し、したがってその抵抗率が低下する。
【００８０】
− アーク電流Ｉが低下すると電圧Ｕが上昇し電力Ｐが低下する。
【００８１】
次に、本発明に基づく電力調整原理をより詳細に説明する。
【００８２】
トーチに点火する前にオペレータが、基準電力値ＣＰＵＩＳをロボット３４に入力する。特に指定しない場合ロボット３４は基準値を、以前の基準値と同じ値に調整する。
【００８３】
最初、トーチの電力は電力基準値に達するまで増大する（ランプ条件下の動作）。次いで、トーチの電力は基準電力の付近で安定する（永続条件）。
【００８４】
アーク電圧Ｕおよびアーク電流Ｉの測定は、電圧測定手段３９および電流測定手段４０を用いて、調整プロセスのサイクルごとに実施される（図２）。これらの量から、トーチの実電力Ｐ_r＝Ｕ・Ｉの計算が可能になる。
【００８５】
この調整は、実瞬間電力Ｐ_rによって決まる最適アーク電圧（Ｕ_optimal）でＣＰＵＩＳの測定値Ｐ_rに近づけるために空気流量Ｑおよびアーク電流Ｉの基準値を変更することからなる。先に示したとおり、線図Ｕ_optimal＝ｆ（Ｐ）はトーチ特性試験から得られる。したがって前記線図は、オペレータによってロボット３４の記憶手段に事前に入力されたものである。
【００８６】
調整プロセスの各サイクル中、以下の動作が実施される。
【００８７】
− 実電力Ｐ_rの計算。
【００８８】
− Ｕ_optimalの決定。
【００８９】
− 基準電力値ＣＰＵＩＳとＰ_rの差の計算ΔＰ＝｜ＣＰＵＩＳ−Ｐ_r｜。
【００９０】
− ΔＰとΔＰ_raの比較。ΔＰ_raは、事前にオペレータによって決定されたしきい値であり、この値から、実電力が基準電力値に達したことが判定される。
【００９１】
ΔＰ≧ΔＰ_raの場合には、プロセスはランプ条件を継続するか、またはこれに移行する。
【００９２】
ΔＰ≦ΔＰ_raの場合は、プロセスは永続条件を継続するか、またはこれに移行する。
【００９３】
以下に示す他のプロセス動作段階を提供することができる。
【００９４】
− 空気流量Ｑおよびアーク電流Ｉの基準値が、限界値Ｑ_maxとＱ_min、およびＩ_maxとＩ_minの間にあることを確認することからなる段階。
【００９５】
− これらが限界値の間にない場合に、電流および流量の基準値をこれらの限界値に合わせて調整する段階。
【００９６】
図５に、本発明に基づく電力調整の線図を示す。
【００９７】
図６に、本発明に基づく調整プロセスのランプ動作条件の線図を示す。この条件は、トーチの始動時であるか、トーチ動作中の基準値ＣＰＵＩＳの変更時であるかに関わらず、値ＣＰＵＩＳにすばやく到達することを可能にするものである。
【００９８】
この条件中、電力の立ち上がり、または立ち下がり勾配後の周期ＤＴ₁で、ＱおよびＩの値が増分される（最初の増分ΔＱ₁およびΔＩ₁に基づく）。
【００９９】
時間間隔ＤＴ₁ごとに、実電力Ｐ_rが測定される。
【０１００】
− Ｐ_r≦ＣＰＵＩＳの場合、目標は、トーチの電力を増大させることであり、したがって、ＩをΔＩ₁だけ増大させることができ、Ｕ≦Ｕ_optimalであるならば、ＱもΔＱ₁だけ増大させることができる。
【０１０１】
Ｐ_r≧ＣＰＵＩＳの場合には、目標は、トーチの電力を低下させることであり、したがって空気流量ＱをΔＱ₁だけ減少させることができ、Ｕ≦Ｕ_optimalならば、アーク電流ＩをΔＩ₁だけ低減させることができる。
【０１０２】
この動作条件によって、電圧を最適電圧Ｕ_optimalにできるだけ近く維持しながら、トーチの電力を増大または低下させることが可能となる。ΔＰがΔＰ_raより低下したときには、ランプ動作条件は永続動作条件に置き換えられる。
【０１０３】
永続動作条件は、基準電力値に達した後に、最適アーク電圧Ｕ_optimalを維持しながら実電力を公差ΔＰ_raで基準電力値に維持することからなる。このために、空気流量Ｑおよびアーク電流Ｉの値が、周期ＤＴ₂（例えばＤＴ₂＝ＤＴ₁）で、増分値すなわち増分ステップΔＱ₂、ΔＩ₂ずつ増分または減分される。
【０１０４】
時間増分ＤＴ₂ごとに、
− Ｕ＜Ｕ_optimalかつＰ_r＜ＣＰＵＩＳの場合、
Ｑ＜Ｑ_max（プラズマ生成ガス最大流量）ならば、ＱをΔＱ₂だけ増分する。その他の場合には、ＩをΔＩ₂だけ増分する。
【０１０５】
第一のケースでは、空気流量の増加によって電圧および電力が増大する。第二のケースではアーク電流の増大によって、最適値で電圧を維持するという決められた目標にも関わらず、電圧が低下する。これは、プロセスが一時的に電力を優先し、電圧を犠牲にすることを意味し、したがって、電力を優先し、効率を犠牲にすることを意味する。この効率の損失は、プロセスの次のサイクル中に補償される。
【０１０６】
− Ｕ＜Ｕ_optimalかつＰ_r＞ＣＰＵＩＳの場合には、
Ｉ＞Ｉ_minであれば、アーク電流をΔＩ₂だけ減分し、それ以外では、空気流量ＱをΔＱ₂だけ減分する。
【０１０７】
後のケースでは、空気流量の減少は電圧および効率の損失につながる。しかしここでもやはり、この損失は一時的なものであり、調整プロセスの次のループ中に補償される。
【０１０８】
− Ｕ≧Ｕ_optimalかつＰ_r＞ＣＰＵＩＳの場合には、空気流量をΔＱ₂だけ減分する。
【０１０９】
− Ｕ≧Ｕ_optimalかつＰ_r＜ＣＰＵＩＳの場合には、電流をΔＩ₂だけ増分する。
【０１１０】
図７に、本発明に基づく調整プロセスの永続動作条件の線図を示す。
【０１１１】
トーチ調整システムは、基準電力値ＣＰＵＩＳが変更されない限り、永続動作条件を継続する。オペレータがロボット３４に入力するなどによってこのような変更を実施すると、ΔＰがΔＰ_raを超過し、プロセスはランプ動作条件に戻る。
【０１１２】
したがって図８に示すように、本発明に基づくプロセスによって、トーチの実電力を時間の関数として変化させて、これを、最適動作条件またはオペレータが選択した条件のできるだけ近くに維持することができる。図８において、電力は最初、ランプ条件に基づいて上昇し、時刻ｔ₁で基準値ＣＰＵＩＳ₁に達する。この基準値は時刻ｔ’₁まで維持され、この時刻に、オペレータが基準電力値をＣＰＵＩＳ₂に変更する。動作は、再度電力を低下させながら、瞬間ｔ₂までランプ動作条件を継続する。次いでｔ₂とｔ’₂の間では、永続条件下の動作によって、電力が実質的にＣＰＵＩＳ₂に維持される。ｔ₂で、新しい電力基準値ＣＰＵＩＳ₃がオペレータによって入力される。プロセスは再びランプ条件に移行し、時刻ｔ₃に前記新基準値に達するまでこれを継続する。ｔ₃からトーチは再び永続条件下で動作する。このような動作が、必要がなくなるまで続けられる。
【０１１３】
前述のトーチ調整プロセスはトーチの電力を、制御パラメータＩおよびＱに影響する可能性のある内部因子または外部因子（外乱）に対して概ね無関係にする。電極の摩耗状態、プラズマ生成ガスの圧力、およびその組成は、トーチの動作中に変化しやすく、その結果、その動作特性に影響し、供給電力の変更の原因となるパラメータである。
【０１１４】
本発明に基づく調整システムによってこの問題を回避することができる。例えば、プラズマ生成ガスの湿度が増大する場合には、電極間の電圧が低下する（ガスの抵抗率が低下する）。前述のプロセスによると、これによって電流が低減し、および／または流量が増大する。これらは、電圧をその最適値の方へ変化させる傾向を持つ。したがって、湿度の影響が自動的に補償される。これは、他の外乱因子の影響に関しても適用できる。
【０１１５】
したがって、本発明に基づくトーチ制御システムは、
− 最適電圧曲線として知られるトーチのアーク電圧曲線をトーチに供給される実電力の関数として記憶する手段、および
− トーチの電力調整を制御する手段であって、第一の動作条件であるランプ動作条件に従って動作して、アーク電圧を最適電圧に等しく維持しながら実電力を電力基準値に到達させ、第二の動作条件である永続動作条件に従って動作して、アーク電圧を最適電圧に等しく維持しながら、基準値の付近に実電力を安定させる手段
を有する。
【０１１６】
前述の電力調整プロセスは実際のトーチのみを含む。このようなプロセスはトーチが動作する環境を考慮していない。しかしトーチは、例えば一定の、または周期的に変化する所定の温度に加熱されなければならない装置または環境の中で動作し、これにエネルギーを供給する。温度を維持するのに必要な熱入力すなわち熱供給も、装置または環境が置かれる状態の関数として変化する。例えばトーチが炉とともに、または炉の中で使用される場合には、炉充填段階または炉温度均質化段階中に、熱供給を変化させることが必要となることがある。
【０１１７】
前述の電力調整システムに加えて、本発明によって、トーチが置かれた環境の温度を調整することが可能となる。トーチの電力調節に基づくこの温度調整は、環境を基準温度値ＣＴ_fにし、この温度に環境を維持するために実施する。この温度調整は、依然として活動化している電力調整に上乗せされる第二段の調整である。
【０１１８】
温度調整パラメータを以下に示す。
【０１１９】
最終温度基準値ＣＴ_f。
【０１２０】
温度上昇または温度下降勾配Ｃ_p＝ΔＴ／Δｔ。これは、トーチの環境温度が制限された速度で変化することを意味する。したがってこの量Ｃ_pは、実験的に決定しなければならないものであって、炉の伝達関数から直接に得られる。環境の知識、それが機能する方法、および特性試験を通じて、トーチ電力の関数としてＣ_pに与えることのできる値についての情報を得ることができる。Ｃ_pの値が過大である場合、環境の温度上昇勾配を考慮せずに、トーチ電力がその最大値まであまりにも速く到達してしまう。Ｃ_pの値が低すぎる場合には、トーチは不十分な電力レベルにとどまる。
【０１２１】
温度調整は、勾配Ｃ_pを考慮に入れながら、炉の最終温度ＣＴ_fに到達させるために、トーチ電力をΔＰだけある回数、増分または減分することから構成される。
【０１２２】
本発明に基づく温度調整プロセスの各サイクル中に、環境の温度が測定される（図２の温度センサ４２を使用する）。この値Ｔ_mが、一つ前のサイクルの温度Ｔ_m-1の値とともに記憶される。
【０１２３】
ロボットは、初期温度値Ｔ₀（調整開始時の温度）も知っており、瞬間基準温度値Ｔ_c（Ｔ_c＝Ｔ₀±Ｃ_p×Δｔ）を計算することができる。Δｔは、サイクルの時間増分（時間ステップ）である。
【０１２４】
したがって各サイクルで、瞬間基準温度値Ｔ_c、実温度Ｔ_m、および実勾配ＰＥＮ_r＝（Ｔ_m−Ｔ_m-1）／Δｔを得ることができる。実勾配の量は、℃／時間で表したサイクルｍの有効昇温勾配または降温勾配である。
【０１２５】
したがって、Ｔ_cとＴ_mの間の温度変動公差をΔＴ、実勾配ＰＥＮ_rとＣ_pの間の勾配変動公差をΔＰＥとすると、
− Ｔ_m＜Ｔ_c−ΔＴの場合は、電力が２ΔＰだけ増分される。
【０１２６】
− Ｔ_m＞Ｔ_c＋ΔＴの場合は、電力が２ΔＰだけ減分される。
【０１２７】
− ＰＥＮ_r＜Ｃ_p−ΔＰＥの場合は、電力がΔＰだけ増分される。
【０１２８】
− ＰＥＮ_r＞Ｃ_p＋ΔＰＥの場合は、電力がΔＰだけ減分される。
【０１２９】
このような温度調整プロセスにおける時間の関数としての温度変化を概略的に図９に示す。勾配線Ｃ_pは、基準環境温度値の変化を表す。瞬間ｔ₁、ｔ₂、．．．ｔ₇のそれぞれの付近で、実温度が測定され、実温度勾配が計算される。これらのそれぞれの瞬間で、対応する電力増分値または減分値がグラフ上にプロットされている。したがって瞬間ｔ₁の付近では、瞬間基準値と比較した温度偏差がΔＴを超え、電力が２ΔＰだけ増分される。実勾配とＣ_pの間の偏差からは、ΔＰの電力増分となり、したがって全体で３ΔＰの電力増分となる。
【０１３０】
図１０に、本発明に基づく温度調整プロセスの連続する段階を表す線図を示す。Ｔ_mは例えば６０秒の周期で測定される。デフォルト値として以下の値をパラメータに与えるように選択することも可能である。
【０１３１】
− ＣＴ_f：以前の基準値と同じ値。
【０１３２】
− Ｃ_p：以前の基準値と同じ値。
【０１３３】
− Ｐ、ΔＴ、ΔＰＥ：トーチおよびその環境（例えばトーチおよび炉）によって構成されたアセンブリの特性に基づいた値。
【０１３４】
− ＣＴ_I（初期温度基準値）およびＣ_pは、初期設定の要求後にオペレータに示される初期値である。
【０１３５】
トーチ調整プロセスの二つの相補的な態様、すなわち電力調整および温度調整を以上に説明した。温度調整は電力調整を利用する。しかしある用途では、電力調整だけが実施され、温度調整は実施されない。両方が使用される場合は、プラズマトーチによって構成されたシステムを二重に調整することになる。
【０１３６】
次に、トーチに流体を供給する手段３２について説明する。図１１に、トーチ冷却回路３２の回路図を示す。
【０１３７】
プラズマトーチは、内部の上流側電極、下流側電極、および界磁コイルの周囲、ならびに外部の下流側外覆いの周囲が加圧脱イオン循環水によって永続的に冷却される。このトーチ冷却循環水はポンプ４８によって供給され、これによって、電気アーク、ならびにトーチの下流端が位置する装置または環境の温度によって壁に伝達されたエネルギーを排出することが可能となる。
【０１３８】
トーチの各種動作構成部品の電気的絶縁を保証するためにトーチ冷却水は脱イオンされる。循環水の抵抗率は、ロボット３４に接続された抵抗率センサ（図２）を用いて継続的に制御されることが好ましい。トーチ循環水の自動部分再生によって抵抗率は下限値より高く維持される。
【０１３９】
電磁弁５０が、脱イオンカートリッジ５４およびタンク４６から構成された脱イオン水回路への給水５２を制御する。
【０１４０】
脱イオン水再生回路６０によって、トーチ内に入る脱イオン水の品質維持が可能となる。タンクから分岐したこの回路は循環水の一部を脱イオン樹脂カートリッジ５４に送り、トーチの水循環が活動化されたときにこれをタンク４６に再放出する。したがって脱イオンは、循環水回路の継続的な分岐によって、ロボットの関与なしで自動的に実施される。再生処理流量の調整は弁によって手動で実施する。
【０１４１】
圧力センサ４７によって、冷却回路の圧力監視が可能となる。圧力が欠陥限界値より低下した場合にはトーチは電気的に停止される。
【０１４２】
タンク４６の充填サイクルによって、動作中のトーチの冷却を最適にするのに十分な予備の脱イオン水を永続的に得ることが可能になる。水圧が下限値まで降下したとき（タンク圧力センサから通知される）、これは、自動的に作動すなわち活動化され、上限値に達したときに停止される。同一の圧力測定とロボットに記憶された限界値との比較によって、異なる限界値が検出される。後者が弁５０の開閉を制御する。
【０１４３】
重大な漏出の場合には、乾いた状態で冷却用ポンプが動作することがないように、水位センサ４５によってポンプは停止される。
【０１４４】
冷却回路が奪ったエネルギーの排出は、交換器４２（板式熱交換器）および第二の水循環回路４４によって確保される。後者は、蒸発原理で動作する気体冷媒（aero-coolant）を含むことができ、また、使用可能なもの、または装置設置場所の選択に基づいて、閉ループ、または、連続的に排水するより簡単な開ループとすることができる。
【０１４５】
予備または緊急時の冷却を確保するために弁５８を含む回路５６を備えることができる。これは、例えば主回路に接続され、非脱イオン水をトーチ１に供給する。これによって水回路は汚染される。この装置は、ポンプが停止し、トーチがこれが動作する装置内にあるときにのみ動作する。
【０１４６】
前述の回路に加えて、さまざまな監視機能を一括してまたは個別に、任意選択で提供するができる。
【０１４７】
− タンク充填の監視。充填時間があまりに長い場合、または充填と次の充填との間の時間があまりに長い場合に、ロボット３４は、メッセージをオペレータに送ったり、または警告信号を発したりすることができる。
【０１４８】
− 脱イオン処理の監視。タンク４６または回路６０と組み合わせて、脱イオン水の抵抗率を測定する手段を提供することができる。次いでロボット３４に信号が送信され、測定した抵抗率をここで、一つまたは複数の限界値と比較する。限界値としては、欠陥限界値および警告限界値が可能である。測定抵抗率が欠陥限界値より低い場合、トーチが電気的に停止されるとともに警告が発せられ、測定抵抗率が警告限界値より低い場合、警告が発せられる。
【０１４９】
− 循環水の監視。センサによって、トーチ内の水の流量、および／またはタンク内の水位、および／または前記回路内の水圧、および／またはトーチに出入りする水の温度の測定が可能となる。
【０１５０】
ロボットが測定値と比較する、流量、圧力および温度に対する警告限界値および／または欠陥限界値を提供することができる。警告限界値を上まわると警告信号が発せられ、欠陥限界値を上まわるとトーチが停止される。水位では、ポンプ４８の監視によって非常に低い水位を下まわったことがわかると、ポンプおよびトーチが停止され、また、ポンプ４８が停止しトーチが利用場所の所定の位置にあるときには、予備ポンプ４９が、ロボット３４の制御の下に動作を始める。したがってロボット３４は、以下の機能の監視および制御を保証する。
【０１５１】
− 水回路の充填および原水の補充。
【０１５２】
− 冷却水の脱イオン再生。
【０１５３】
− トーチ内の水循環。
【０１５４】
− 予備冷却。
【０１５５】
− 任意で選択する水の冷却。
【０１５６】
停電またはポンプ停止の場合の保護は、
− トーチの自動後退によって、
− トーチの戻りが確認されない場合は、予備回路５６によって、
− それでも水の流量が不十分であって、トーチの戻りが確認されない場合は、重大損傷情報をオペレータに送信することによって
保証される。
【０１５７】
その結果、動作安全手段によって、以下の規則が守られていることが保証される。
【０１５８】
− トーチが装置内で動作しているときにはトーチの冷却が保証されている（そうでなければ、電極およびその下流側部分の非常に急速な溶融が起こる）。
【０１５９】
− 冷却損失の場合、トーチが装置内にあるときには、設置構成および種類の関数として、制御／検査手段３４によって以下を含む緊急動作が提供される。
【０１６０】
１．緊急ポンプの自動始動。
【０１６１】
２．トーチの自動後退。
【０１６２】
３．予備原水の循環。
【０１６３】
動作パラメータ（圧力、流量、水温、抵抗率）を永続的に測定することができ、これらの一つが変化した場合、安全処置の必要が生じる前にオペレータに警告することができる。
【０１６４】
次に、トーチに供給されるプラズマ生成ガスフローを生成し、これを制御する手段を図１２に関連させて説明する。プラズマ生成ガスは、工業用空気システムまたは圧縮器からの空気とすることができる。８００ｋＷの電力で、使用可能な最小圧力が約６バール、流量が３００Ｎｍ³／ｈ、すなわち約１１０ｇ／ｓであることが好ましい。
【０１６５】
圧縮器６２の出口で空気は、ろ過手段６４および乾燥装置６６を使用した油分除去、乾燥、および約１／１０マイクロメーターのフィルタによるろ過が実施される。緩衝タンク６８は、空気の貯蔵を生み出し、調整弁２９の上流の圧縮器に起因する圧力変動を防止する。
【０１６６】
流量計７０が、制御弁すなわち調整弁２９によって制御されてトーチ１に供給される空気の流量を測定する（図２参照）。ロボット３４が、乾燥装置および圧縮器の始動および停止、ならびに調整弁２９の開閉を保証することが好ましい。トーチが、その使用位置から後退した位置にない場合は直ちに、内部汚染を防ぐために最低限の空気フローがトーチに供給される。
【０１６７】
流量計７０は、ロボット３４において、一つまたは複数の限界値、例えば警告限界値および／または欠陥限界値と比較することができる流量測定値を提供する。警告限界値を上まわると警告信号がオペレータに送られる。
【０１６８】
欠陥限界値を超えると、トーチ、乾燥装置および圧縮器が停止される。トーチがその使用位置に依然としてあり、環境からのトーチの汚染を防ぐ最低限の空気循環値が維持されている場合を除き、弁２９も閉じられる。
【０１６９】
空気流量値に関する情報も、前述のとおり、トーチ電力調整の枠組みの一部を構成する。本発明の範囲内で提供される調整は、空気回路に関する外乱（例えば大気の湿度変化または気圧変化）によってはトーチは停止しないという利点を有する。オペレータにも警告されるが、本発明に基づく調整装置によって、空気フローに関する外乱に反応し、これを補償することが可能となる。反対にガス流量が、トーチ内に噴射される前に、電力、または任意選択で要求されたガスエンタルピーの関数として制御される。
【０１７０】
次に、トーチ始動装置すなわちスタータを図１３に関連させて説明する。同図ではスタータを参照符号７１で示す。
【０１７１】
このようなスタータは、フランス国出願ＦＲ−８９１４６７７に記載されていることを指摘しておく。このスタータは、ジャッキ液圧活動化回路を加圧された状態に維持することができる。これはさらに、始動ジャッキ２（図１）の前後運動を制御する。これはまた、トーチ内でのアークの点火を確実にする装置でもある。点火前に、これは前進位置に置かれ、上流側電極を下流側電極と接触させて短絡させる。始動後のアーク電流の確立中に、前記ジャッキは、上流側電極からすばやく後方に移動し、二電極間にアークを「引く」。
【０１７２】
図１３の参照符号７４は、油圧回路油を含むタンクを指す。ポンプ７６は油の一部を、上部に空気を含んだ二重畜圧器７８に上げる。畜圧器内の圧力が上昇し、限界値に達すると、プレソスタットすなわち、圧力調整器８０がポンプ電動機７６を遮断する。油圧が下限に達すると、プレソスタット８２はポンプを再始動する。圧力欠陥プレソスタット８４は、油圧が十分でない場合のトーチの始動を防止する。
【０１７３】
分配装置８７は、スタータの前進機能に関連した部分８６およびスタータの後退機能に関連した部分８８を有する。図１３では分配装置がスタータ後退位置にあり、そのため、油圧がジャッキの背面に伝えられている。
【０１７４】
スタータジャッキのそれぞれの区画には、流量リミッタ８９〜９０、９１〜９２が連結されている。それぞれは、逆止め弁８９、９１および流量リミッタ９０、９２を含む。リミッタは、ジャッキへのおよびジャッキからの油の流出入を可能とする機械的調整システムである。タンクへの油のもどりは、オイルフィルタ９３（１０μｍフィルタ）によって行われる。最後に、タンク７４には空気フィルタ９４が取り付けられる。
【０１７５】
電源手段は、直列にまたは個別に配置された界磁コイル８（図１）およびアーク１８（図１）に高電圧システムから電力を供給することを保証する。電源手段３０を図１４に示す。この電源手段は、高圧電源１００、変圧器１０２（一般に１２相）および整流器１０４を含む。これらは、トーチ電極および界磁コイルに直流電流を供給する。過電圧手段１１２の平滑チョーク１１４がアークの電流変動を吸収する。
【０１７６】
アーク整流器１０４は、グレーツ（Ｇｒａｅｔｚ）ブリッジ（例えばブリッジあたり６サイリスタ）から本質的に構成される。ファン型手段１１０は、整流器１０４内の十分な空気の循環を保証する。整流器は、ロボット３４から供給される電流基準値Ｉ_arcによってプログラムされる。この基準値の準備については、トーチ電力調整プロセスに関連してすでに述べた。
【０１７７】
電流供給手段の故障の監視は、整流器１０４に関して集中される。故障に関する情報の伝達はロボット３４に直接に実施される。標準的なセンサで、トーチ１のアーク電流およびアーク電圧の値を測定することができる。
【０１７８】
アーク電流に、警告限界値および欠陥限界値を関係付けることができる（例えば警告限界値を５０Ａ、欠陥限界値を１００Ａとする）。警告限界値では、これを超えると、アーク電流警告信号が発せられ、欠陥限界値では、これを超えるとトーチが停止する。
【０１７９】
アーク電圧に対しては、三つの限界値を設定することができる。すなわち、これ未満では電圧が低すぎる下限値、警告限界値および欠陥限界値である。電圧が下限値より低下するか、または警告限界値を上まわると、対応する警告信号がロボット３４によって送られる。電圧が欠陥限界値を超えると、トーチ１は停止される。
【０１８０】
本発明に基づく調整システムは、ネストされた二つのループ、すなわち電力調整に関係した第一のループ、および温度調整に関係した第二のループを有するシステムである。トーチシステムのサーボ機構を図１５に示す。
【０１８１】
左側の欄には、基準値Ｔ（トーチの環境である装置の温度）、Ｐ（トーチに供給される電力。ｋＷ）、Ｉ（電流。Ａ）およびＱ（プラズマ生成ガスの流量。Ｎｍ³／ｈ）が示されている。
【０１８２】
手動基準値１２０では、オペレータは電力調整機能のみを選択することができる。さらに、超過圧下にある炉内でトーチが使用される場合などに、基準値１２２によって電力を最低値Ｐ_miniにすることができる。
【０１８３】
次いで、前述の方法で電力調整が実施される（図１５のブロック１２４）。電流Ｉおよび流量Ｑをそれらの固定基準値で抑止する基準値１２６、１２８も提供できることに留意されたい（この場合には電力調整は実施されない）。空気フローなどに対する外乱１３１が考慮されている。関数Ｆは、トーチの伝達関数を表す。
【０１８４】
次いで、前述の方法で温度調整が実施される（図１５のブロック１３２）。測定温度と基準温度の間の偏差Ｅから、基準電力値は、Ｐ＝ｇ（Ｔ）に従って変化する（ブロック１３４）。関数Ｇ（Ｔ＝Ｇ（Ｐ））は、トーチと炉の伝達関数を表す。
【０１８５】
最後に、前述のとおりこのプロセスは、異なる補助システム（プラズマ生成ガス供給、冷却回路、その他）の状態に基づいて、トーチシステムの動作を認めたり、または阻止したりすることができる。
【０１８６】
一般的には本発明は、例えば８００ｋＷ、２ＭＷ、４ＭＷなどの１００ｋＷを超える電力のプラズマトーチの調整および／または制御に特に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラズマトーチを示す図である。
【図２】トーチ、および流体／電力の供給／調整システムを示す図である。
【図３】８００ｋＷのプラズマトーチの動作図の一例である。
【図４】電力の関数として示したプラズマトーチの最適電圧の変化の一例である。
【図５】本発明に基づく電力調整プロセスの諸段階を示す図である。
【図６】ランプ動作条件下における、本発明に基づく電力調整プロセスの諸段階を示す図である。
【図７】永続動作条件下における、本発明に基づく電力調整プロセスの諸段階を示す図である。
【図８】本発明に基づいて調整されたプラズマトーチの電力の経時変化を示す図である。
【図９】基準温度およびトーチが使用された装置の温度の経時変化を示す図である。
【図１０】本発明に基づく温度調整プロセスの諸段階を示す図である。
【図１１】本発明に基づくトーチシステム用の冷却回路を示す図である。
【図１２】本発明に基づくトーチシステムのプラズマ生成ガス供給回路を示す図である。
【図１３】プラズマトーチのスタータの液圧回路を示す図である。
【図１４】本発明に基づくトーチシステムの電源回路を示す図である。
【図１５】本発明に基づくトーチシステムのサーボ機構を示す図である。
【符号の説明】
１ トーチ
２ 上流側電極
４ 下流側電極
２９ 調整弁
３０ 電源手段
３２ 流体供給手段
３３ プラズマ生成ガス回路
３４ 検査／制御手段
３８ オペレータインタフェース
３９ 電圧センサ
４０ 電流センサ
４１、４３、５３ リンク
４２ 温度センサ

Claims (14)

1. 実トーチ電力に対してトーチが最大のトーチ効率を有する電圧である最適アーク電圧を、トーチに供給される実トーチ電力に応じて記憶するデータ記憶装置と、
   実トーチ電力を電力基準値へと線形的な時間変化で移行させるように構成され且つトーチの実アーク電圧をデータ記憶装置に記憶された最適アーク電圧の誤差マージン内に維持するように構成されたランプ調整器と、
   実トーチ電力を電力基準値付近に安定化するように構成され且つ実アーク電圧をデータ記憶装置に記憶された最適アーク電圧の誤差マージン内に維持するように構成された安定化調整器と、
   トーチに流体を供給するように構成された流体供給機構と、
   トーチに電力を供給するように構成された電源装置と、
   前記流体供給機構および前記電源装置の一方に故障が生じたときに、オペレータインターフェースに対してアラーム信号を発生するように構成されたアラーム信号発生器とを具備してなり、
   前記流体供給機構が、トーチの始動ジャッキに流体を供給する始動ジャッキ流体供給機構と、
   始動ジャッキに供給された流体の圧力を監視するモニタとからなることを特徴とする、プラズマトーチ制御システム。
2. 実トーチ電力と電力基準値の差に応じて、ランプ調整器と安定化調整器を選択する選択装置を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマトーチ制御システム。
3. ランプ調整器と安定化調整器が、アーク電流および空気流量の少なくとも一方を変更することができる信号を生成するように構成された信号発生器を備え、それにより、実トーチ電力および実アーク電圧を変更することを特徴とする、請求項１または２に記載のプラズマトーチ制御システム。
4. 安定化調整器が実トーチ電力を安定化しているときに、基準電力値を変更するように構成された基準電力値修正器を更に備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のプラズマトーチ制御システム。
5. トーチから熱エネルギーを受ける装置の温度を調整するように構成された温度調整器を更に備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のプラズマトーチ制御システム。
6. 前記温度調整器が、前記ランプ調整器および前記安定化調整器からなることを特徴とする、請求項５に記載のプラズマトーチ制御システム。
7. 前記温度調整器が、実トーチ電力を調整するように構成されていることを特徴とする、請求項５に記載のプラズマトーチ制御システム。
8. 前記温度調整器が、装置の温度および装置の熱的慣性に応じて実トーチ電力を調整するように構成されていることを特徴とする、請求項５に記載のプラズマトーチ制御システム。
9. 前記温度調整器が、
   （１）装置の温度と、基準温度との差、および
   （２）装置の温度の変化速度と、装置の熱的慣性との差
   に応じて実トーチ電力を調整するように構成されていることを特徴とする、請求項５に記載のプラズマトーチ制御システム。
10. 流体供給機構および電源装置の一方に故障が生じたときに、トーチの運転を停止させる信号を発生するように構成された信号発生器を更に備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のプラズマトーチ制御システム。
11. 流体供給機構が、冷却流体循環機構、プラズマ生成ガス循環機構、および始動ジャッキ流体機構の少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１に記載のプラズマトーチ制御システム。
12. 流体供給機構が、冷却流体を脱イオンするように構成された脱イオン器と、冷却流体の脱イオンを監視するように構成された脱イオン監視器、トーチ内での冷却流体の流量を監視するように構成された流量監視器、流体供給機構の冷却流体圧力を監視するように構成された流体圧力監視器、およびトーチに出入りする冷却流体の温度を監視するように構成された流体温度監視器の少なくとも１つとを含むことを特徴とする、請求項１に記載のプラズマトーチ制御システム。
13. 流体供給機構が、プラズマ生成ガスをトーチに循環させるように構成されたプラズマ生成ガス循環機構と、トーチに供給されるプラズマ生成ガスの流量を監視する監視器を含むことを特徴とする、請求項１に記載のプラズマトーチ制御システム。
14. 電源装置によって供給される電流を監視するように構成された電流監視器と、電源装置によって供給される電圧を監視するように構成された電圧監視器とを更に備えることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマトーチ制御システム。

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