KR20090006840A - 압력식 유량 제어장치의 스로틀 기구 하류측 밸브의 작동 이상 검출방법 - Google Patents

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Abstract

종전의 압력식 유량 제어장치로는 그 기구 상 유량 출력 신호의 존재로써 스로틀 기구 하류측 밸브의 개방 동작을 판정할 수 없으므로 문제이다. 그 때문에 압력식 유량 제어장치의 작동시의 유량 출력 신호의 변동 상태로부터 스로틀 기구 하류측 밸브의 개방을 간단하게 판정할 수 있게 한다
압력식 유량 제어장치에 있어서, 그 스로틀 기구 하류측 밸브를 개방함과 아울러 압력식 유량 제어장치에 입력하는 유량 설정값(Qe)을 변동시키고, 상기 유량 설정값(Qe)의 변동 중의 압력식 제어장치로부터의 유량 출력 신호(Qo)의 변동의 크기(ΔV)를 검출하고, 상기 유량 출력 신호(Qo)의 변동의 크기(ΔV)가 규정값 이상인 경우에는 스로틀 기구 하류측 밸브의 개방 작동이 정상이라고 판단하고, 또한 상기 변동의 크기(ΔV)가 규정값 이하인 경우에는 개방 작동이 이상이라고 판단한다.
압력식 유량 제어장치

Description

압력식 유량 제어장치의 스로틀 기구 하류측 밸브의 작동 이상 검출방법{METHOD OF DETECTING MALFUNCTION OF RESTRICTION MECHANISM DOWNSTREAM SIDE VALVE OF PRESSURE FLOW CONTROL DEVICE}
본 발명은 압력식 유량 제어장치의 스로틀 기구 하류측에 설치한 밸브의 개방 작동의 이상을 압력식 유량 제어장치의 유량 출력 신호의 모니터에 의해 검출하는 방법에 관한 것으로서, 주로 반도체 제조장치나 식품관계, 화학관계 설비 등의 압력식 유량 제어장치를 사용한 유체공급 설비에 있어서 이용되는 것이다.
반도체 제조설비나 화학관계 설비 등의 가스 공급 설비에서는, 최근 열량식 유량 제어장치 대신에 압력식 유량 제어장치가 많이 이용되고 있다. 압력식 유량 제어장치는 구조가 간단하여 제조 비용의 인하나 설비의 소형화를 꾀할 수 있는 동시에, 제어 정밀도나 응답성의 점에서도 열량식 유량 제어장치보다 우수할지언정 떨어지지 않기 때문이다.
그런데, 가스 공급 설비 등에 있어서는 가스 공급 설비를 구성하는 각 기기, 특히 밸브류의 동작 상태 등을 정기적으로 점검하는 것이 일반적이며, 이것들의 점검 작업은 가스 공급 설비로부터 가스를 안정 공급하는 점에서 불가결한 사항이다.
상술한 바와 같은 요구에의 대응으로서, 본원 출원인은 먼저 도 9에 나타내 는 바와 같은 압력식 유량 제어장치를 사용한 가스 공급에 있어서의 밸브의 이상 검출방법을 개발하고, 이것을 일본 특허출원 2005-253996호로서 공개하고 있다.
즉, 상기 특허출원 2005-253996호의 기술은, 도 9와 같은 가스 공급 설비에 있어서의 밸브(V1, V2, V3)의 작동 상태나 시트 리크의 유무(이하, 체크라고 부른다)를, 각 밸브(V1, V2, V3)를 배관로로부터 분리하지 않고 체크할 수 있게 한 것이며, 뛰어난 실용적 효용을 갖는 것이다. 또한, 도 9에 있어서, Go는 퍼지 가스, Gp은 프로세스 가스, FCS는 압력식 유량 제어장치, 1a, 1b, 1c는 배관로, E는 프로세스 챔버이다.
또한, 이 도 9에 나타낸 가스 공급 설비에 있어서, 예를 들면 밸브(V1, V2, V3)의 작동 상태(개방·폐쇄 상태)의 정상·이상을 판단할 경우에는, 도 10에 나타낸 바와 같은 순서로 체크가 행하여져 간다.
즉, 우선 스텝 S0에서 이상 체크를 개시한다. 계속해서, 스텝 S1에서 V1 폐쇄, V2 개방→폐쇄(스위칭), V3 폐쇄의 조작을 행하고, FCS의 하류측 배관(1b)에 N2를 충전한다. 다음에, 스텝 S2에서 FCS의 압력표시(P1)를 체크하고, P1의 증감(ΔP1)이 0인지의 여부를 판단한다.
ΔP1이 0이 아닐 경우이며, P1 상승의 경우에는 V1 또는 V2의 어느 한쪽 또는 양쪽이 이상(시트 리크 또는 동작 불량)이며, 또한 P1이 감소의 경우에는 V3이 이 상(시트 리크 또는 동작 불량)이라고 판단한다(스텝 S3).
다음에, 스텝 S4에서 V1 개방, V2 폐쇄로 해서 프로세스 가스(실제 가스)(Gp)를 FCS로 흘리고, 스텝 S5에서 FCS의 압력표시(P1)를 체크한다. P1의 상승이 있으면 V1의 동작은 정상(스텝 S7), P1의 상승이 없으면 V1의 동작 이상이라고 판단해서(스텝 S6), V1의 동작 상황을 확인한다. 그 후에 스텝 S8에서 V1 폐쇄, V2 개방으로 하고, FCS의 압력표시(P1)를 체크한다(스텝 S9). P1이 상승하지 않으면 V2의 동작 이상으로 판단해서 (스텝 S10)으로서 V2의 동작 상황을 확인한다.
또한 P1이 상승하면 V2의 동작은 정상으로 판단된다(스텝 S11).
계속해서, 스텝 S12에서 상기 스텝 S2에 있어서의 밸브류의 이상이 밸브(V3)의 동작 이상에 해당하는지의 여부를 판단한다. 즉, 스텝 S2의 판단이 No[밸브(V1, V2, V3) 중 어느 하나가 동작 이상]이며, 또한 밸브(V1 및 V2)의 동작이 정상이면 밸브(V3)가 동작 이상으로 판단되고(스텝 S13), 또한 스텝 S2에 있어서의 판단이 yes의 경우에는 각 밸브(V1, V2, V3)의 동작이 정상으로 판단된다(스텝 S14).
상기 각 밸브(V1, V2, V3)의 동작의 정상이 확인되면 계속해서 스텝 S15로 진행하여 시트 리크의 체크가 행하여진다. 또한 상기 밸브 작동 상태의 정상, 이상판단에 있어서는, 가) 각 밸브(V1, V2, V3), FCS 및 배관계(1a, 1b, 1c) 등에는 시트 리크 이외의 외부 리크(예를 들면 이음매나 보닛 등으로부터의 누설)는 없을 것, 나) 각 밸브의 구동부는 정상으로 동작하는 것, 다) FCS는 정상으로 동작하는 것, 라) V1, V2는 동시에 개방되는 일이 없는 것 등이 전제가 되어 있는 것은 물론이다.
그러나, 압력식 유량 제어장치(FCS)는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 소위 오리피스나 음속 노즐 등의 스로틀 기구(8)의 상류측 가스 압력(P1)이나 가스 온도(T1)에 기초하여 스로틀 기구(8)를 유통하는 가스유량을 연산하는 구성으로 되어 있다(일본 특허공개 평8-338546호 등). 그 때문에, 예를 들면 스로틀 기구(8)의 하류측의 밸브(V3)가 폐쇄 상태에 있어서 스로틀 기구(8)를 유통하는 가스유량이 0이여도, 관로(3)에 가스압(P1)이 작용하고 있으면 유량 연산회로(13)의 유량 연산기(20)에서 가스유량(Qf)이 연산되고, 이것이 유량 출력 신호(Qo)로서 외부에 출력되게 된다. 즉 밸브(V3)의 개방 불량에 의해 가스가 유통하지 않고 있어도 유량 출력 신호(Qo)가 외부로 출력되게 된다.
또한, 도 11에 있어서, 2는 컨트롤 밸브, 12는 유량 출력회로, 14는 유량 설정회로, 16은 연산 제어회로, 21은 비교회로, Qy는 제어 신호(Qy=Qe-Qf)이다.
그 결과, 예를 들면 가스 공급 설비의 가동 중에 FCS의 하류측의 밸브(V3)의 개폐 작동이 행하여졌을 때에 상기 밸브(V3)의 개방 작동에 이상이 있는지의 여부를 FCS의 유량 출력 신호(Qo)로부터 직접 확인할 수 없다.
왜냐하면, 상술한 바와 같이 스로틀 기구(8)를 유통하는 가스흐름이 0(밸 브(V3)가 폐쇄 상태)이여도 스로틀 기구 상류측에 압력(P1)이 있으면 유량 출력 신호(Qo)가 외부로 출력되기 때문에, 밸브(V3)에 이상이 생겨서 이것이 개방되지 않고 폐쇄되어 있어도 유량 출력 신호(Qo) 상에서는 밸브(V3)가 항상 개방되어 있게 되기 때문이다.
[특허문헌 1] 일본 특허공개 평 8-338546호 공보
[특허문헌 2] 일본 특허공개 평 2000-66732호 공보
본원 발명은 압력식 유량 제어장치의 스로틀 기구 하류측 밸브의 이상 검출에 있어서의 상술과 같은 문제, 즉 압력식 유량 제어장치의 구조 때문에 스로틀 기구 상류측에 압력(P1)이 존재하면 스로틀 기구를 유통하는 가스흐름이 없어도 외부로 유량 출력 신호(Qo)가 출력되기 때문에, 압력식 유량 제어장치의 스로틀 기구 상류측 압력(P1)[또는 유량 출력 신호(Qo)]을 이용하여 스로틀 기구 하류측 밸브의 개방 작동의 이상을 정확하게 판단할 수 없다고 하는 문제를 해결하고자 하는 것이며, 압력식 유량 제어장치를 가스 공급 설비의 이상 검출 모드로 스위칭하지 않고 스로틀 기구 하류측 밸브의 개방 또는 폐쇄시의 압력식 유량 제어장치로부터의 유량 출력 신호(Qo)의 변동에 기초하여 스로틀 기구 하류측 밸브의 개방 작동의 이상을 신속하고 또한 확실하게 판단할 수 있게 한 압력식 유량 제어장치의 스로틀 기구 하류측 밸브의 작동 이상 검출방법을 제공하고자 하는 것이다.
청구항 1의 발명은, 스로틀 기구 상류측의 유체 압력(P1)을 사용해서 스로틀 기구를 유통하는 유체 유량(Qf)을 연산하고, 상기 유체 유량 연산값(Qf)과 유량 설정값(Qe)의 차이를 유량 제어 신호(Qy)로 해서 스로틀 기구 상류측의 컨트롤 밸브(2)를 개폐 제어함으로써, 상기 유량 제어 신호(Qy)가 0이 되도록 상기 유체 압력(P1)을 조정함과 아울러 상기 유체 유량 연산값(Qf)을 유량 출력 신호(Qo)로서 출력하도록 한 구성의 압력식 유량 제어장치를 사용한 가스 공급 설비에 있어서, 압력식 유량 제어장치의 스로틀 기구 하류측 밸브를 개방함과 아울러 압력식 유량 제어장치에 입력하는 유량 설정값(Qe)을 변동시켜, 상기 유량 설정값(Qe)의 변동 중의 상기 유량 출력 신호(Qo)의 변동의 크기(ΔV)를 검출하고, 상기 유량 출력 신호(Qo)의 변동의 크기(ΔV)가 규정값 이상인 경우에는 스로틀 기구 하류측 밸브의 개방 작동이 정상이라고 판단하고, 또한 상기 변동의 크기(ΔV)가 규정값 이하인 경우에는 개방 작동이 이상이라고 판단하는 것을 발명의 기본 구성으로 하는 것이다.
청구항 2의 발명은, 청구항 1의 발명에 있어서, 압력식 유량 제어장치에 입력하는 유량 설정값(Qe)의 변동시에 정상 유량 설정값(Qe")보다 큰 유량 설정값(Qe') 또는 정상 유량 설정값(Qe")보다 작은 유량 설정값(Qe')을 유량 설정값(Qe)으로서 입력하도록 한 것이다.
청구항 3의 발명은, 스로틀 기구 상류측의 유체 압력(P1)을 사용해서 스로틀 기구를 유통하는 유체 유량(Qf)을 연산하고, 상기 유체 유량 연산값(Qf)과 유량 설정값(Qe)의 차이를 유량 제어 신호(Qy)로 해서 스로틀 기구 상류측의 컨트롤 밸브(2)를 개폐 제어함으로써, 상기 유량 제어 신호(Qy)가 0이 되도록 상기 유체 압력(P1)을 조정함과 아울러 상기 유체 유량 연산값(Qf)을 유량 출력 신호(Qo)로서 출력하도록 한 구성의 압력식 유량 제어장치를 사용한 가스 공급 설비에 있어서, 압력식 유량 제어장치의 스로틀 기구 하류측 밸브를 폐쇄함과 아울러 압력식 유량 제어장치에 입력하는 유량 설정값(Qe)을 0으로 하고, 상기 유량 설정값(Qe)을 0으로 한 후의 변동 중의 상기 유량 출력 신호(Qo)의 변동의 크기(ΔV)를 검출하고, 상기 유량 출력 신호(Qo)의 변동의 크기(ΔV)가 규정값 이상인 경우에는 스로틀 기구 하류측 밸브의 개방 작동이 정상이라고 판단하고, 또한 상기 변동의 크기(ΔV)가 규정값 이하인 경우에는 개방 작동이 이상이라고 판단하는 것을 발명의 기본 구성으로 하는 것이다.
청구항 4의 발명은, 청구항 3의 발명에 있어서, 스로틀 기구 하류측 밸브의 폐쇄와 동시 또는 일정 시간(Δt) 지연시켜 압력식 유량 제어장치에 입력하는 유량 설정값(Qe)을 0으로 하도록 한 것이다.
청구항 5의 발명은, 스로틀 기구 상류측의 유체 압력(P1)을 사용해서 스로틀 기구를 유통하는 유체 유량(Qf)을 연산하고, 상기 유체 유량 연산값(Qf)과 유량 설정값(Qe)의 차이를 유량 제어 신호(Qy)로 해서 스로틀 기구 상류측의 컨트롤 밸브(2)를 개폐 제어함으로써, 상기 유량 제어 신호(Qy)가 0이 되도록 상기 유체 압력(P1)을 조정함과 아울러 상기 유체 유량 연산값(Qf)을 유량 출력 신호(Qo)로서 출력하도록 한 구성의 압력식 유량 제어장치를 사용한 가스 공급 설비에 있어서, 압력식 유량 제어장치의 스로틀 기구 하류측 밸브를 개방함과 아울러 압력식 유량 제어장치에 유량 설정 신호(Qe)를 입력하고, 상기 스로틀 기구 하류측 밸브를 개방한 후의 상기 유량 출력 신호(Qo)의 변동의 크기(ΔV)를 검출하고, 상기 유량 출력 신호(Qo)의 변동의 크기(ΔV)가 규정값 이상인 경우에는 스로틀 기구 하류측 밸브의 개방 작동이 정상이라고 판단하고, 또한 상기 변동의 크기(ΔV)가 규정값 이하인 경우에는 개방 작동이 이상이라고 판단하는 것을 발명의 기본 구성으로 하는 것이다.
청구항 6의 발명은, 청구항 5의 발명에 있어서, 스로틀 기구 하류측 밸브의 개방 지령의 발신으로부터 소정 시간(Δt) 지연시켜 압력식 유량 제어장치에 유량 설정 신호(Qe)를 입력하고, 상기 유량 출력 신호(Qo)의 강하율의 크기를 검출하도록 한 것이다.
청구항 7의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나의 발명에 있어서, 스로틀 기구를 오리피스 또는 음속 노즐로 하도록 한 것이다.
(발명의 효과)
본원 발명에 있어서는, 압력식 유량 제어장치의 스로틀 기구 하류측 밸브의 개방 또는 폐쇄 동작과 동시 또는 스로틀 기구 하류측 밸브의 개방 또는 폐쇄와 동작으로부터 일정 시간(Δt) 지연시켜 압력식 유량 제어장치의 유량 설정값(Qe)을 입력 또는 차단으로 해서 변동시켜, 스로틀 기구 하류측 밸브의 개방 또는 폐쇄 동작과 유량 설정값(Qe)의 입력 또는 차단 사이에 있어서의 유량 출력 신호(Qo)의 변동 상태로부터 스로틀 기구 하류측 밸브의 개방 동작의 이상, 정상을 판단하는 구성으로 하고 있다.
그 결과, 특별한 검사장치를 별도로 설치 또는 부가하거나, 또는 압력식 유량 제어장치를 가스 공급 설비의 이상 검출 모드로 스위칭하는 일 없이 압력식 유량 제어장치의 유량 출력 신호(Qo)를 모니터하는 것 만으로, 가스 공급 설비의 가동 중에 압력식 유량 제어장치의 스로틀 기구 하류측 밸브의 개방 동작의 정상, 이상을 용이하게 또한 간단하게 판단할 수 있어, 압력식 유량 제어장치의 「유량 출력 신호(Qo)의 존재가 즉시 스로틀 기구 하류측 밸브의 개방 동작과 결부되지 않는다.」라고 하는 문제를, 용이하게 극복하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명에서 사용하는 압력식 유량 제어장치(FCS)의 기본 구성의 일례를 나타내는 것이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압력식 유량 제어장치에 의한 스로틀 기구 하류측 밸브의 작동 이상 검출방법의 실시 설명도이다.
도 3은 제 1 실시예에 있어서의 압력식 유량 제어장치(FCS)로의 유량설정 입력 신호(Qe) 및 스로틀 기구 하류측 밸브(V2)로의 밸브 개방 전류(IV2)와, FCS로부터의 유량 출력 신호(Qo)의 타이밍 관계를 나타내는 것이며, (a)부분은 시험시의 유량 설정 신호(Qe')를 정상 유량 설정 신호(Qe")보다 크게 했을 경우, (b)부분은 시험시의 유량 설정 신호(Qe')를 정상 유량 설정 신호(Qe")보다 작게 했을 경우를 나타내는 것이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 압력식 유량 제어장치에 의한 스로틀 기구 하류측 밸브의 작동 이상 검출방법의 실시 설명도이다.
도 5는 제 2 실시예에 있어서의 FCS로의 유량설정 입력 신호(Qe)와, 스로틀 기구 하류측 밸브(V2)를 구동하는 전자밸브(EV)로의 전자전류(IV2)와, FCS로부터의 유량 출력 신호(Qo)의 타이밍 관계를 나타내는 것이며, (a)부분은 상기 스로틀 기구 하류측 밸브(V2)의 폐쇄와 FCS의 폐쇄를 대략 동시로 했을 경우, (b)부분은 스로틀 기구 하류측 밸브의 폐쇄로부터 시간(Δt)=0.2sec 늦게 FCS로의 유량설정 입력(Qe)을 0(FCS 폐쇄)으로 했을 경우를 각각 나타내는 것이다.
도 6은 도 5의 (b)에 나타낸 멀티 스텝 방법에 의한 FCS 유량 출력 신호(Qo)의 강하율과, 스로틀 기구 하류측 밸브(V2)의 작동 지연 시간(ΔtV)의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 7은 실시예 3(멀티 스텝에 의해 압력식 유량 제어장치(FCS)를 상승시킬 때의 FCS 유량 출력 신호(Qo)의 변화율로부터 이상 판정을 받은 경우)에 있어서의 도 6과 같은 내용의 설명도이다.
도 8은 실시예 3에 있어서의 FCS 유량 출력 신호(Qo)의 변화 상황을 나타내는 것이며, 도 8의 (a)부분은 유량설정 입력 Qe=100%(5V), (b)부분은 Qe=50%, (c)부분은 Qe=5%로 했을 때의 상태이다(스로틀 기구 하류측 밸브(V2)가 1기인 경우 및 4기병렬인 경우).
도 9는 종전의 압력식 유량 제어장치를 사용한 가스 공급 설비의 일례를 나타내는 것이다.
도 10은 선출원에 따른 압력식 유량 제어장치를 사용한 가스 공급 설비를 대상으로 하는 밸브 이상 검출방법의 플로우챠트이다.
도 11은 종전의 압력식 유량 제어장치의 기본 구성도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
Qe : 유량 설정값(유량 설정 신호) Qe" : 정상 유량 설정값
Qe' : 변동시의 유량 설정값 Qc : 유량 연산값
Qf : 스위칭 유량 연산값 Qo : 유량 출력 신호
Qy : 유량 제어 신호 P1 : 스로틀 기구 상류측 기체 압력
k : 유량 변환율 IV2 : 밸브(V2)의 작동용 전류
ΔV : 스로틀 기구 하류측 밸브(V2)가 비개방일 때의 유량 출력 신호의 편차
Qo' : 스로틀 기구 하류측 밸브(V2)가 비개방일 때의 유량 출력
Qo : 스로틀 기구 하류측 밸브(V2)가 정상 작동일 때의 유량 출력
EV : 전자밸브 U : 밸브 작동압 공급라인
Pe : 진공펌프 VR : 유량밸브
Pb : 바라트론 게이지(baratron gauge) PG : 프로세스 가스
N2 : 밸브 작동용 가스 C : 챔버
V1, V2 : 에어 구동밸브 PLC : 프로그래머블 컨트롤러
PL : 데이터로거(data logger) S : 가스 공급원(N2)
Qe" : 정상 유량
Qe' : 정상 유량과는 다른 설정 유량
1 : 가스 공급구 2 : 컨트롤 밸브
3 : 스로틀 기구 상류측 관로 4 : 밸브 구동부
5 : 스로틀 기구 하류측 관로 6 : 압력검출기
7 : 온도검출기 8 : 스로틀 기구
9 : 가스 유출구 10 : 증폭기
11 : 증폭기 12 : 유량 출력회로
13 : 유량 연산회로 14 : 유량 설정회로
15 : 유량 변환회로 16 : 연산 제어회로
17 : A/D변환기 18 : A/D변환기
19 : 온도보정회로 20 : 연산회로
21 : 비교회로 22 : 증폭기
이하, 도면에 기초하여 본 발명의 실시형태를 설명한다.
도 1은, 본 발명에서 사용하는 압력식 유량 제어장치의 기본 구성을 나타내는 것이며, 또한 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 스로틀 기구 하류측 밸브의 작동 이상 검출방법의 실시 설명도이다.
도 1을 참조하여, 압력식 유량 제어장치(FCS)는 가스 공급구(1), 컨트롤 밸브(2), 밸브 구동부(4), 압력검출기(6), 스로틀 기구(8), 가스 유출구(9), 유량 출력회로(12), 유량 연산회로(13), 유량 설정회로(14), 연산 제어회로(16) 등으로 그 주요부가 형성되어 있고, 또한 도 1에 있어서 3은 스로틀 기구 상류측 배관, 5는 스로틀 기구 하류측 배관, 7은 온도검출기, 15는 유량 변환회로, 10, 11, 22는 증폭기, 17, 18은 A/D변환기, 19는 온도보정회로, 20은 유량 연산기, 21은 비교회로, Qc는 연산 유량신호, Qf는 스위칭 연산 유량신호, Qe는 유량 설정 신호, Qo는 유량 출력 신호, Qy는 유량 제어 신호, P1은 스로틀 기구 상류측 기체 압력, k는 유량 변환율이다.
또한 도 1 및 도 2 등에 나타낸 실시형태에 있어서는, 스로틀 기구(8)로서 소위 오리피스를 사용하고 있지만, 오리피스 대신에 음속 노즐이나 다이어프램 밸브를 사용해도 되는 것은 물론이다.
상기 도 1에 나타낸 압력식 유량 제어장치(FCS)는, 스로틀 기구 상류측 기체 압력(P1)과 스로틀 기구 하류측 압력(P2)의 비(P2/P1)가 유체의 임계값 등과 같거나 또는 이것보다 낮을 경우(소위 기체의 흐름이 임계 상태 하에 있을 때)에 주로 사용되는 것이며, 스로틀 기구(8)를 유통하는 기체 유량(Qc)은, Qc=KP1(단, K는 비례정수)로 주어진다. 또한, 압력식 유량 제어장치(FCS)에는 임계 상태와 비임계 상태의 양쪽의 흐름 상태가 되는 기체의 유량제어에 주로 사용되고, 스로틀 기구를 흐 르는 기체의 유량(Qc)을 Qc=KP2 m(P1-P2)n(K은 비례정수, m과 n은 정수, P2는 스로틀 기구 하류측 기체 압력)으로서 연산하는 형식의 것도 있지만, 기본적인 구성은 도 1의 압력식 유량 제어장치(FCS)와 같기 때문에 여기에서는 그 설명을 생략한다.
또한 상기 압력식 유량 제어장치(FCS)에서는 제어 유량의 설정값은 유량 설정 신호(Qe)로서 전압값으로 주어진다. 예를 들면, 상류측 압력(P1)의 압력 제어범위 0∼3(kgf/㎠abs)을 전압범위 0∼5V로 표시했다고 하면, Qe=5V(풀 스케일값)는 3(kgf/㎠abs)의 압력(P1)에 있어서의 유량(Qc)을 나타내게 된다.
보다 구체적으로 설명하면, 지금 유량 변환회로(15)의 변환율(k)이 1로 설정되어 있을 때에, 유량 설정 신호(Qe)=5V가 입력되면 스위칭 연산 유량신호[Qf(Qf=kQc)]는 5V가 되고, 상류측 압력(P1)이 3(kgf/㎠abs)이 될 때까지 컨트롤 밸브(2)가 개폐 조작되게 되어, P1=3(kgf/㎠abs)에 대응하는 유량(Qc)=KP1의 기체가 스로틀 기구(8)를 통해서 유통하게 된다.
실시예 1
도 2는 본원 발명의 제 1 실시예에 따른 스로틀 기구 하류측 밸브의 작동 이상 검출방법의 실시에 사용한 시험 유닛의 설명도이다. 즉, 상기 시험 유닛은 도 2에 나타내는 바와 같이, 압력식 유량 제어장치(FCS)의 상류측 및 하류측에 가스 공급 밸브(V1) 및 스로틀 기구 하류측 밸브(V2)를 각각 연결함과 아울러 이것에 프로그래머블 컨트롤러(PLC) 및 데이터로거(DL)를 배치하고, 프로그래머블 컨트롤 러(PLC)로부터 소정의 프로그램에 따라서 밸브(V1, V2) 및 압력식 유량 제어장치(FCS)의 유량 설정회로(14)에 유량 설정 신호(Qe)를 공급함과 아울러, 데이터로거(DL)에 밸브(V2)로의 밸브 개방신호(IV2), FCS로의 유량 설정 신호(Qe) 및 FCS로부터의 유량 출력 신호(Qo)를 각각 기록하도록 구성되어 있다.
또한, 도 2에 있어서 S는 가스원, C는 챔버이다.
즉, 압력식 유량 제어장치(FCS)의 스로틀 기구 하류측 밸브(V2)의 이상(폐쇄에서 개방으로 되지 않는 것)을 검지하기 위해서 상기 도 2와 같은 시험계를 구성하고, FCS로 유량 설정 신호(Qe)로서, 도 3에 나타낸 바와 같이 일단 정상 유량값(Qe")과는 다른 유량값(Qe')으로 설정한 뒤, 정상 유량값(Qe")으로 되돌리는 유량 설정 신호(Qe)를 입력한다. 또한, 도 3의 (a)부분은 정상 유량값(Qe")과는 다른 유량 설정값(Qe')을 정상 상태 유량값(Qe")보다 크게 했을 경우이며, 또한 도 3의 (b)부분은 다른 유량 설정값(Qe')을 정상 유량 설정값(Qe")보다 작게 했을 경우를 나타내는 것이다.
도 3에 나타내는 바와 같이 유량 설정 신호(Qe)를 FCS에 입력함과 아울러 이것과 동시에 스로틀 기구 하류측 밸브(V2)에 폐쇄 작동 전류(IV2)(여자전류)를 공급하면, 압력식 유량 제어장치(FCS)로부터의 유량 출력(Qo)은 도 3의 (a), (b)부분의 최하방에 기재되어 있는 바와 같은 변화를 한다.
즉, 스로틀 기구 하류측 밸브(V2)가 개방되지 않는 경우의 유량 출력(Qo')과 밸브(V2)가 정상으로 개방될 경우의 유량 출력(Qo") 사이에는 유량 출력(Qo)에 편차(ΔV)가 발생하므로, 압력식 유량 제어장치(FCS)로부터의 유량 출력 신호(Qo)를 모니터함으로써 스로틀 기구 하류측 밸브(V2)가 정상으로 개방된 것인지의 여부의 판단을 할 수 있다.
구체적으로는, 챔버(C)를 사용한 프로세스 처리 공정을 종료하기 위한 준비 단계 또는 프로세스 처리 공정을 시작하기 위한 준비 단계에 있어서, 프로그래머블 컨트롤러(PLC)를 통해서 압력식 유량 제어장치(FCS)에 유량 설정 신호(Qe)를, 또한 스로틀 기구 하류측 밸브(V2)에 밸브 개방 전류(IV2)를 각각 공급함과 아울러 그 때의 FCS로부터의 유량 출력 신호(Qo)의 변화 상태를 관찰하고, 상기 편차(ΔV)가 설정값 이상으로 되면 하류측 밸브(V2)가 정상으로 개방되었다고 판단하고, 반대로 상기편차(ΔV)가 규정값 이하이면 밸브(V2)가 정상으로 개방되지 않고 개방 이상이라고 판단한다.
실시예 2
실시예 2는 프로세스 처리의 종료시에 스로틀 기구 하류측 밸브(V2)의 작동 이상을 검출하도록 한 것이다. 도 4는 실시예 2에 있어서 사용한 시험 계통의 설명도이며, 도 4에 있어서, EV는 조작용 전자밸브, V1은 FCS 상류측 밸브, Pe는 진공펌프, Pb은 바라트론, VR은 유량밸브, N2는 조작용 가스, PG는 프로세스 가스이다.
스로틀 기구 하류측 밸브(V2)의 작동 이상의 검출은, 도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이 압력식 유량 제어장치(FCS)의 유량 설정 신호(Qe)의 차단 및 스로틀 기구 하류측 밸브(V2)의 폐쇄를 동시에 행하는 경우(이하, 통상 스텝이라고 부른다)와, 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이 스로틀 기구 하류측 밸브(V2)의 폐쇄와 FCS의 유량 설정 신호(Qe)의 차단 사이에 시간(Δt)의 지연을 설정하는 경우(이하, 멀티 스텝이라고 부른다)의 2종에 대해서, 어느쪽이나 처리 프로세스의 정지시에 FCS로의 유량 설정 신호(Qe)를 0(FCS 차단)으로 하고 난 후의 FCS 유량 출력 신호(Qo)의 변화를 모니터함으로써 행하였다.
도 5의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 압력식 유량 제어장치(FCS)로부터의 유량 출력 신호(Qo)가 스로틀 기구 하류측 밸브(V2)의 폐쇄 및 FCS 폐쇄[FCS의 컨트롤 밸브(2)의 폐쇄] 후에도 하강하지 않고, 같은 유량 출력 신호(Qo')의 상태가 유지되어 있을 경우에는 스로틀 기구 하류측 밸브(V2)에는 개방 이상이 있게 된다. 왜냐하면, 스로틀 기구 하류측 밸브(V2)가 폐쇄되어 있음에도 FCS의 유량 출력(Qo)이 0으로 되지 않고 유량 출력(Qo')에서 출력되고 있다고 하는 것은, 스로틀 기구(8)와 스로틀 기구 하류측 밸브(V2) 사이에 가스압이 잔류하고, 또한 이 잔류압이 전혀 감소되지 않는 상태(즉 밸브(V2)의 밸브 본체가 개방 방향으로 작동할 수 없는 상태)에 있게 되기 때문이다.
현실의 밸브 이상의 판정에 있어서는, 전자밸브(EV)와 스로틀 기구 하류측 밸브(V2) 사이의 밸브 작동압 공급라인(U)의 내용적이나 스로틀 기구 하류측 밸브(V2)의 폐쇄용 전류신호의 입력과, 현실의 밸브(V2)의 폐쇄 작동 사이의 지연시간 등을 고려한 후, FCS의 유량 출력 신호(Qo)의 강하율의 임계값을 정하고, 상기 유량 출력 신호(Qo)의 강하율이 소정의 강하율보다 작을 경우에는 스로틀 기구 하류측 밸브(V2)의 개방 작동에 이상이 있다고 판단한다.
도 6은 스로틀 기구 하류측 밸브(V2)의 폐쇄용 작동신호 입력과 실작동 시간의 차(ΔtV)와, FCS 유량 출력(Qo)[스로틀 기구 상류측 압력(P1)] 및 스로틀 기구 하류측 압력(P2)의 관계를 나타내는 것이며, (a)는 ΔtV가 클 때, (b)는 ΔtV가 작을 때를 나타내는 것이다.
도 6의 (a), (b)로부터도 분명하게 나타내는 바와 같이, 상기 ΔtV가 작을 경우(도 6의 b)에는 FCS 유량 출력(Qo)[스로틀 기구 상류측 압력(P1)]의 변화량이 작아지기 때문에 상기 유량 출력 신호(Qo)의 강하율로부터의 밸브(V2)의 이상 판단이 어렵게 된다.
또한 상기 ΔtV의 크기는 밸브(V2)나 전자밸브(EV), 밸브 작동압 공급라인(U)의 용적 등에 따라, 또한 스로틀 기구 하류측 압력(P2)의 변화는 압력식 유량 제어장치(FCS)의 사용 유량 레인지나 챔버(C)측의 압력 등의 조건에 따라 각각 크게 달라지는 것은 물론이다.
실시예 3
실시예 3은 압력식 유량 제어장치(FCS)의 상승시의 FCS 유량 출력 신호를 모니터함으로써 스로틀 기구 하류측 밸브(V2)의 이상(개방 부작동)을 검지하는 것이며, 주로 프로세스 계통의 상승 준비단계 중에서 스로틀 기구 하류측 밸브(V2)의 작동 이상을 검출할 경우에 사용되는 것이다.
상기 실시예 3에 있어서 사용한 시험장치는, 상기 도 4에 나타낸 시험장치와 동일하며, 제 3 실시예에 있어서는 구체적으로는, 압력식 유량 제어장치(FCS)의 1차측의 밸브(V1) 및 스로틀 기구 하류측 밸브(V2)가 개방되고나서 FCS에 유량 설정 신호(Qe)가 입력될 때까지의 시간(Δt) 내[딜레이 타임(Δt)=0.2sec]에 발생하는 FCS 유량 출력 신호(Qo)의 강하량을 모니터하고, 상기 강하량을 기준으로 해서 스로틀 기구 하류측 밸브(V2)의 개방 작동의 이상을 판단하는 것이다.
도 7은 실시예 3에 있어서의 FCS 유량 출력 신호(Qo)와, 딜레이 타임(Δt)=0.2sec와, 스로틀 기구 하류측 밸브(V2)의 개방 지연 시간(ΔtV) 등의 관계를 나타내는 것이다. 프로세스의 기동 준비의 단계에서 FCS의 상류측 밸브(V1) 및 스로틀 기구 하류측 밸브(V2)를 개방으로 하고나서, 딜레이 타임(Δt)=0.2sec 늦게 FCS를 작동(유량 설정 신호(Qe) in)시켰을 때, 스로틀 기구 하류측 밸브(V2)가 정상으로 개방 동작을 할 경우에는 FCS 유량 출력 신호(Qo)가 딜레이 타임(Δt) 중에 하강하 고, 반대로 스로틀 기구 하류측 밸브(V2)가 정상으로 개방 동작을 하지 않을 경우에는 딜레이 타임(Δt) 중의 FCS 유량 출력 신호(Qo)의 변화가 없는 상태가 된다.
또한, 상기 FCS 유량 출력 신호(Qo)의 변화의 정도(강하율)가 스로틀 기구 하류측 밸브(V2)의 개방 지연 시간(ΔtV)의 대소에 의해 크게 변화되는 것은, 상기 실시예 2의 경우와 완전히 같다. 따라서, 스로틀 기구 하류측 밸브(V2)로의 작동압 공급라인(U)의 길이나 전자밸브(EV)의 종류, 압력식 유량 제어장치(FCS)의 유량설정 레인지 등이, 상기 FCS 유량 출력 신호(Qo)의 딜레이 타임(Δt) 중의 강하율에 크게 영향을 주게 된다.
도 8은 압력식 유량 제어장치(FCS)의 유량 설정 신호(Qe) 및 스로틀 기구 하류측 밸브(V2)의 수를 변화시켰을 경우의 유량 출력 신호(Qo)의 강하 상태를 조사한 결과를 나타내는 것이다. 압력식 유량 제어장치(FCS)로서는 정격 유량 1SLM의 표준 타입의 것을 사용하고, 또 밸브(V1)에는 Cv값 0.1의 것, 밸브(V2)에는 Cv값 0.2의 것을 각각 사용하고 있다. 또한 밸브(V1, V2)의 작동압 공급라인(U)은 내경 2.5mφ, 길이 1m로 하고, 유량 제어밸브(VR) 및 진공펌프(Pe)는 N2=2SLM 공급시에 스로틀 기구 하류측 압력(P2)이 120Torr로 되도록 조정되어 있다.
도 8로부터도 분명하게 나타내는 바와 같이, FCS의 설정 유량신호(Qe)가 Qe=100%일 때의 FCS 유량 출력 신호(Qo)의 평균 압력 강하율은 89.9%[밸브(V2) 대수 =1]∼79.4%[밸브(V2) 대수=4]이며, Qe=50%일 때의 평균 강하율은 85.4%(V2=1대)∼79.7%(V2=4대), Qe=5%일 때의 평균 강하율은 86.3%(V2=1대)∼70.6%(V2=4대)로서 어느 경우에나 밸브의 이상(개방 부작동)을 검출할 수 있었다.
또한, 압력 강하율은 (B-A)/A×100%로서 연산한 값이며, 여기에서 B는 프로세스 종료 후의 FCS의 유량 출력 신호(Qo), A는 멀티 스텝시의 0.2sec 후의 FCS 유량 출력 신호(Qo')의 값이다(도 8의 (a)를 참조).
본 발명은 압력식 유량 제어장치(FCS)를 사용한 가스 공급 설비이면 어떠한 설비에도 적용할 수 있고, 압력식 유량 제어장치(FCS)의 스로틀 기구 하류측 밸브의 개방 동작을, 압력식 유량 제어장치(FCS)의 유량 설정입력(Qe)을 변화시켰을 때의 유량 출력 신호(Qo)의 변화 상태로부터 확실하게 검출할 수 있다.

Claims (7)

  1. 스로틀 기구 상류측의 유체 압력(P1)을 사용해서 스로틀 기구를 유통하는 유체 유량(Qf)을 연산하고, 상기 유체 유량 연산값(Qf)과 유량 설정값(Qe)의 차이를 유량 제어 신호(Qy)로 해서 스로틀 기구 상류측의 컨트롤 밸브(2)를 개폐 제어함으로써, 상기 유량 제어 신호(Qy)가 0이 되도록 상기 유체 압력(P1)을 조정함과 아울러 상기 유체 유량 연산값(Qf)을 유량 출력 신호(Qo)로서 출력하도록 한 구성의 압력식 유량 제어장치를 사용한 가스 공급 설비에 있어서, 상기 압력식 유량 제어장치의 스로틀 기구 하류측 밸브를 개방함과 아울러 상기 압력식 유량 제어장치에 입력하는 유량 설정값(Qe)을 변동시켜, 상기 유량 설정값(Qe)의 변동 중의 상기 유량 출력 신호(Qo)의 변동의 크기(ΔV)를 검출하고, 상기 유량 출력 신호(Qo)의 변동의 크기(ΔV)가 규정값 이상인 경우에는 스로틀 기구 하류측 밸브의 개방 작동이 정상이라고 판단하고, 또한 상기 변동의 크기(ΔV)가 규정값 이하인 경우에는 개방 작동이 이상이라고 판단하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어장치의 스로틀 기구 하류측 밸브의 작동 이상 검출방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 압력식 유량 제어장치에 입력하는 유량 설정값(Qe)의 변동시에 정상 유량 설정값(Qe")보다 큰 유량 설정값(Qe') 또는 정상 유량 설정값(Qe")보다 작은 유량 설정값(Qe')을 유량 설정값(Qe)으로서 입력하도록 한 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어장치의 스로틀 기구 하류측 밸브의 작동 이상 검출방법.
  3. 스로틀 기구 상류측의 유체 압력(P1)을 사용해서 스로틀 기구를 유통하는 유체 유량(Qf)을 연산하고, 상기 유체 유량 연산값(Qf)과 유량 설정값(Qe)의 차이를 유량 제어 신호(Qy)로 해서 스로틀 기구 상류측의 컨트롤 밸브(2)를 개폐 제어함으로써, 상기 유량 제어 신호(Qy)가 0이 되도록 상기 유체 압력(P1)을 조정함과 아울러 상기 유체 유량 연산값(Qf)을 유량 출력 신호(Qo)로서 출력하도록 한 구성의 압력식 유량 제어장치를 사용한 가스 공급 설비에 있어서, 상기 압력식 유량 제어장치의 스로틀 기구 하류측 밸브를 폐쇄함과 아울러 상기 압력식 유량 제어장치에 입력하는 유량 설정값(Qe)을 0으로 하고, 상기 유량 설정값(Qe)을 0으로 한 후의 변동 중의 상기 유량 출력 신호(Qo)의 변동의 크기(ΔV)를 검출하고, 상기 유량 출력 신호(Qo)의 변동의 크기(ΔV)가 규정값 이상인 경우에는 스로틀 기구 하류측 밸브의 개방 작동이 정상이라고 판단하고, 또한 상기 변동의 크기(ΔV)가 규정값 이하인 경우에는 개방 작동이 이상이라고 판단하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어장치의 스로틀 기구 하류측 밸브의 작동 이상 검출방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 스로틀 기구 하류측 밸브의 폐쇄와 동시 또는 일정 시간(Δt) 지연시켜 상기 압력식 유량 제어장치에 입력하는 유량 설정값(Qe)을 0으 로 하도록 한 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어장치의 스로틀 기구 하류측 밸브의 작동 이상 검출방법.
  5. 스로틀 기구 상류측의 유체 압력(P1)을 사용해서 스로틀 기구를 유통하는 유체 유량(Qf)을 연산하고, 상기 유체 유량 연산값(Qf)과 유량 설정값(Qe)의 차이를 유량 제어 신호(Qy)로 해서 스로틀 기구 상류측의 컨트롤 밸브(2)를 개폐 제어함으로써, 상기 유량 제어 신호(Qy)가 0이 되도록 상기 유체 압력(P1)을 조정함과 아울러 상기 유체 유량 연산값(Qf)을 유량 출력 신호(Qo)로서 출력하도록 한 구성의 압력식 유량 제어장치를 사용한 가스 공급 설비에 있어서, 상기 압력식 유량 제어장치의 스로틀 기구 하류측 밸브를 개방함과 아울러 상기 압력식 유량 제어장치에 유량 설정 신호(Qe)를 입력하고, 상기 스로틀 기구 하류측 밸브를 개방한 후의 상기 유량 출력 신호(Qo)의 변동의 크기(ΔV)를 검출하고, 상기 유량 출력 신호(Qo)의 변동의 크기(ΔV)가 규정값 이상인 경우에는 스로틀 기구 하류측 밸브의 개방 작동이 정상이라고 판단하고, 또한 상기 변동의 크기(ΔV)가 규정값 이하인 경우에는 개방 작동이 이상이라고 판단하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어장치의 스로틀 기구 하류측 밸브의 작동 이상 검출방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 스로틀 기구 하류측 밸브의 개방 지령의 발신으로부터 소정 시간(Δt) 지연시켜 상기 압력식 유량 제어장치에 유량 설정 신호(Qe)를 입력하고, 상기 유량 출력 신호(Qo)의 강하율의 크기를 검출하도록 한 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어장치의 스로틀 기구 하류측 밸브의 작동 이상 검출방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스로틀 기구를 음속 노즐 또는 오리피스로 하도록 한 것을 특징으로 하는 압력식 유량 제어장치의 스로틀 기구 하류측 밸브의 작동 이상 검출방법.
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