JP6016889B2 - 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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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)
- 基準入力変数(W)と吐出流体圧力を有する第1実動作パラメータ(X)の関数としての周波数変換装置用の処理済み変数(YS)を生成するようになされ、論理手段が配置された、調整装置と、
前記第1実動作パラメータ(X)の関数として少なくとも1つの第1限界値(Ylimit max, Ylimit min)と、吐出流体粘性を有する少なくとも1つの追加の実動作パラメータ(X H ,Y H ,Y HH )を求めるよう設計され、前記調整装置からの前記処理済み変数(Y S )が前記第1限界値(Y limit max , Y limit min )を超えたら、容積移送式真空ポンプが欠陥状態であることを表すものである、第1限界値指定ユニットと、
処理済み変数(Y S )若しくは補正後の処理済み変数(Y' S , Y" S )を判定するか、または、前記処理済み変数(Y S )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比較手段と、
前記第1比較手段が、前記処理済み変数(Y S )若しくは前記補正後の処理済み変数(Y' S , Y" S ) または、前記処理済み変数(Y S )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)を出力するようになされた第1補正手段であって、前記補正後の処理済み変数は、前記第1限界値指定ユニットにより求められた前記第1限界値(Ylimit max, Ylimit min)に対応する、第1補正手段と、
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)を判定するよう設計された第2限界値指定ユニットであって、前記処理済み変数(Y S )若しくは前記補正後の処理済み変数(Y' S , Y" S )、 または、前記処理済み変数(Y S )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が前記第2限界値を超える場合、前記容積移送式真空ポンプ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がある、第2限界値指定ユニットと、
前記処理済み変数(Y S )若しくは補正後の処理済み変数(Y' S , Y" S )、または、前記処理済み変数(Y S )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)と比較する第2比較手段と、
前記第2比較手段により、前記処理済み変数(Y S )若しくは補正後の処理済み変数(Y' S , Y" S )、または前記処理済み変数(Y S )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、前記第2限界値指定ユニットにより求められた前記第2限界値(Ylimit max, Ylimit min)と一致する補正後の処理済み変数(Y'S, Y"S)を出力する、第2補正手段と、
を備える容積移送式真空ポンプの容積移送式真空ポンプ・モータの周波数変換装置を制御するコントローラ。 - 前記第1実動作パラメータは、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、前記吐出流体の実圧力、実圧力差、若しくは、実体積流を備える実測の実制御変数(X)、
前記周波数変換装置の回転周波数定値、若しくは、前記周波数変換装置のトルク定値の実値または実測値に基いて算出された実測の補助的な処理済み変数(YH)、
前記容積移送式真空ポンプ・モータの回転速度、若しくは、前記容積移送式真空ポンプ・モータのトルクに基いて算出された実測の補助制御変数(XH)、
前記容積移送式真空ポンプの実測の吐出流体温度、若しくは、蓄積温度、
実測の振動値であり、または、測定、若しくは、算出された吐出流体の粘性、または、
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に記載のコントローラ。 - 前記論理手段は、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、若しくは、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、ギャップ幅、若しくは、スピンドル径を含む固有形状パラメータ(GP)を考慮に入れるようになされ、前記固有形状パラメータは、前記コントローラに配置された容積移送式真空ポンプに固有であり、前記固有形状パラメータは、前記関数関係の状況内で前記比較値判定のためメモリー内に記憶され、または、
メモリー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にな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及び第2限界値指定ユニットのすくなくとも1つは、少なくとも1つの固有の形状パラメータ(GP)、望ましくは、前記コントローラに割り当てられ、且つ、メモリーに記憶されたギャップ幅、若しくは、スピンドル径の関数として、前記第1及び第2限界値の少なくとも1つを判定するように、または、これらの値を、メモリー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、
前記第1及び第2補正手段の少なくとも1つは、前記ギャップ幅若しくは前記スピンドル径の関数として、または、メモリーに記憶された吐出流体パラメータ(FP)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、吐出流体パラメータ(FP)は前記吐出流体のせん断特性を有する、
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及び第2限界値指定ユニットの少なくとも1つは、メモリーに記憶され、且つ、前記コントローラに割り当てられた前記容積移送式真空ポンプに固有の、前記容積移送式真空ポンプの最小、若しくは、最大せん断率の関数として、または、少なくとも1つの実せん断率の関数として、第1及び第2限界値を算出するよう設計されていること、並びに、前記第1及び第2補正手段は、前記メモリーに記憶され、且つ、前記コントローラに割り当てられた前記容積移送式真空ポンプに固有とされる前記容積移送式真空ポンプの少なくとも1つのせん断率の関数として、または、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及び第2比較手段は、前記第1実動作パラメータ(X)、前記少なくとも1つの追加の実動作パラメータ(XH, YH, YHH)、第1実動作パラメータ(X)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の少なくとも1つ、または、調整装置の処理済み変数(YS)、補正後の処理済み変数、または、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)に基いて算出された比較値を、前記論理手段のメモリー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、前記第1及び第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第1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。 - EEPROMを備える不揮発性メモリーにおいて、手動により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に関する様々なシステム・パラメータ・データ・レコード、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。 - 前記論理手段は、前記第1実動作パラメータ(X)、少なくとも1つの追加の実動作パラメータ(XH, YH, YHH)、及び、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に固有のパラメータの、少なくとも1つの関数として、前記容積移送式真空ポンプの保守要求を判定、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。 - 前記コントローラは、CANバス・システムを介して通信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。 - 前記コントローラは、前記第1実動作パラメータ(X)、前記少なくとも1つの追加の動作パラメータ (XH, YH, YHH) 、前記基準入力変数(W)、前記比較値、及び、前記限界値、の少なくとも1つを、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、前記コントローラの構成用に少なくとも1つのキーを備え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。 - 前記論理ユニットは保守の必要性を通知するための通知手段をさらに備え、
前記通知手段は、ディスプレイ及びLEDランプの少なくとも1つを備え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と、
前記容積移送式真空ポンプを駆動する容積移送式真空ポンプ・モータと、
前記容積移送式真空ポンプ・モータに割り当てられた周波数変換装置と、
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の上流のコントローラと、を備え、
前記基準入力変数を前記コントローラに供給する基準入力変数指定ユニットが前記コントローラに割り当てられた、
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は、複数のシステム・ユニットを監視、制御、及び、調整、の少なくとも1つをするのに設計され、前記システム・ユニットは容積移送式真空ポンプを備え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が、前記コントローラのそれぞれ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。 - 前記コントローラは、CANバス・システムを介して、プロセス制御室及び複数の前記コントローラの少なくとも1つ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。 - 前記コントローラは、前記第1実動作パラメータ(X)、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、
前記コントローラは、前記第1実動作パラメータ(X)、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) を受信する前記周波数変換装置への信号伝達接続を有し、前記少なくとも1つの追加の実測の実動作パラメータは、容積移送式真空ポンプ・モータの回転速度、若しくは、前記周波数変換装置の回転周波数定値、若しくは、前記周波数変換装置のトルク定値を備えること、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。 - 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用の、容積移送式真空ポンプの容積移送式真空ポンプ・モータの周波数変換装置を制御する方法であって、
前記容積移送式真空ポンプ・モータの周波数変換装置用の処理済み変数(YS)は、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、
前記調整装置に割り当てられた論理手段の補助で、第1実動作パラメータ(X)の関数としての第1限界値(Ylimit max, Ylimit min) と少なくとも1つの追加の実動作パラメータ(X H, Y H , Y HH )が算出され、処理済み変数(Y S )若しくは補正後の処理済み変数(Y' S , Y" S )、または、前記処理済み変数(Y S )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第1限界値と比較し、前記処理済み変数(Y S )若しくは補正後の処理済み変数(Y' S , Y" S )、または、前記処理済み変数(Y S )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が前記第1限界値を超えたら、容積移送式真空ポンプが欠陥状態であることを表すものであり、処理済み変数(Y S )若しくは補正後の処理済み変数(Y' S , Y" S )、または、前記処理済み変数(Y S )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、前記第1限界値指定ユニットにより求められた前記第1限界値(Ylimit max, Ylimit min)と一致する補正後の処理済み変数(Y'S, Y"S)が出力され、
前記処理済み変数(Y S )若しくは前記補正後の処理済み変数(Y' S , Y" S ) 、または、前記処理済み変数(Y S )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前記比較値が第2限界値 (Y limit max , Y limit min ) を超えたら、前記容積移送式真空ポンプ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) の関数として第2限界値(Y limit max , Y limit min )が判定され、及び、少なくとも1つの追加の実動作パラメータ(XH, YH, YHH)が判定され、
前記処理済み変数(Y S )若しくは補正後の処理済み変数(Y' S , Y" S )、または、前記処理済み変数(Y S )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前記比較値を、前記少なくとも1つの第2限界値(Ylimit max, Ylimit min)と比較し、
処理済処理済み変数(Y S )若しくは補正後の処理済み変数(Y' S , Y" S )、または、前記処理済み変数(Y S )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前記比較値が前記少なくとも1つの第2限界値(Ylimit max, Ylimit min)をある値まで超える場合、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、
方法。
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