KR20220150972A - 펌프 속도 제어 방법 및 장치, 컴퓨터 프로그램 및 그에 의해 적용되는 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독가능 매체, 및 펌프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 사이클 응용 내에서 가변 속도 드라이브를 갖는 펌프의 속도를 제어하기 위한 방법 및 장치를 기술하며, 상기 방법 및 장치는 펌프다운 단계 및 유지 단계로 각각 구성된 반복 사이클을 포함하고, 각 사이클의 시작 시점은 펌프의 입구 압력의 상승이 충분히 큰 시점이며, 따라서 2개의 연속적인 사이클 시작 시점 사이에서 연장되는 시간이 사이클 시간이다. 제어 방법은 현재 사이클 동안에 다음 사이클의 시작을 결정하는 것을 포함하며, 현재 사이클은 다음 사이클에 직접 선행하는 것이 바람직하다. 상기 방법은 다음 사이클의 시작 시에 전체 펌프 용량이 이용 가능하도록 다음 사이클의 시작 이전에 현재 사이클의 유지 단계 동안 최대 허용 속도로 가속하도록 펌프를 제어하는 것을 더 포함한다.

Description

펌프 속도 제어 방법 및 장치, 컴퓨터 프로그램 및 그에 의해 적용되는 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독가능 매체, 및 펌프
본 발명은 펌프의 속도를 제어하기 위한 방법, 배타적이지 않지만 특별하게는 사이클 응용에 이용되는 가변 속도 드라이브(Variable Speed Drive; VSD) 진공 펌프의 속도를 제어하기 위한 방법과 관련된다. 또한, 본 발명은 그러한 펌프 속도 제어 방법을 수행하는 장치와 관련된다. 또한, 본 발명은 그러한 펌프 속도 제어 장치에 결합된 펌프와 관련된다.
펌핑 시스템은 산업의 많은 분야에서 널리 사용되고 있지만, 낮은 에너지 효율로 인해 다량의 에너지를 소비한다. 예를 들어, 정속 펌프는 지속적으로 높은 펌핑 속도로만 작동하여 그 동안에 펌프의 낮은 용량을 유지한다. 게다가, 실제 응용 시나리오에서, 펌프 사용자의 요구사항이 펌핑 프로세스 동안에 변경되지 않은 채로 있는 경우는 드물다. 따라서, VSD에 의해 구동되는 펌프는 펌핑 시스템의 만족스러운 성능을 유지하면서 펌프를 감속하여 에너지를 절약하는 것이 가능하기 때문에 등장하게 되었다.
예를 들어, VSD 진공 펌프는 펌핑 시스템의 반복적인 사이클 작동을 필요로 하는 응용에서 이용된다. 그러한 사이클 응용은 통상적으로 2개의 단계, 즉 펌프다운 단계(pump down phase) 및 유지 단계(holding phase)로 구성된다. 펌프다운 단계에서, 펌프는 진공 챔버 내의 압력이 원하는 목표 압력으로 강하되도록 최대 속도로 작동을 유지하고, 그 후에 원하는 목표 압력을 유지하기 위해 펌프 속도가 느려진다. 따라서, 펌프다운 단계에서의 에너지 소비는 최대이고, 원하는 목표 압력까지 펌핑하는 데 필요한 시간은 이미 펌프가 전달할 수 있는 최고이다. 유지 단계에서, VSD 펌프는 최대 속도로 유지되어 에너지를 낭비하지만 다음 사이클에 최적인 펌프다운을 야기하거나, 감속되어 다음 가속에 시간이 걸리지만 에너지를 절약하며, 이는 하기에서 설명될 것이다. 따라서, 유지 단계에서, 펌핑 시스템은 목표 압력의 유지를 저해하지 않고 속도 감속으로 인해 훨씬 더 적은 양의 에너지를 소비하여, 에너지 효율이 증대되고 동시에 펌핑 성능이 유지되는 것이 가능하다.
따라서, 상기에서 언급된 사이클 작동에 수반되는 연속적인 사이클 사이의 전이를 고려하면 성능 손실 및 에너지 낭비가 여전히 존재한다. 보다 구체적으로 말하자면, 유지 단계에서 최저 속도로 작동하는 펌프는, 다음 사이클이 시작되는 시점에서, 다음 사이클에서 펌프다운 단계에 필요한 최대 속도에 도달하기 위해 가속되어야 한다. 따라서, 펌핑 시스템은 최저 속도로부터 최고 속도까지의 펌프의 가속으로 인한 지연을 기다려야 한다. 이러한 가속 때문에, 에너지가 낭비되지는 않지만, 펌프다운 완료 시간이 증가한다. 펌프다운 시간이 길다는 것은 고객을 위한 시간당 배치(batch)가 줄어들어 처리량이 줄어든다는 것을 의미한다.
따라서, 펌프의 속도를 제어함에 있어서 펌프 성능 손실 및 에너지 비효율의 문제가 여전히 존재한다.
따라서, 본 발명의 목적은 만족스러운 요구 펌프 성능을 유지할 뿐만 아니라 보다 높은 에너지 효율이 가능한 속도 제어 수단을 갖는 펌프를 제공하는 것이다.
상기에 언급된 문제에 대한 해결책은 청구항 1에 따른 속도 제어 방법, 청구항 12에 따른 속도 제어 장치 및 청구항 17에 따른 펌프에 의해 제공된다.
본 발명에 따른 펌프의 속도를 제어하기 위한 방법은 특히 사이클 응용에 이용되는 가변 속도 드라이브(VSD) 진공 펌프에 적용된다. 펌프의 사이클 응용은 통상적으로 반복된 사이클로 펌프를 작동하는 것을 포함하며, 각 사이클 동안에 펌프는 VSD에 의해 가능하게 되는 상이한 속도로 작동할 수 있다. 따라서, 상기 방법은 반복된 사이클로 작동하도록 펌프를 제어하는 것을 포함하며, 각 사이클은 펌프다운 단계 및 유지 단계를 포함하여, 펌프가 진공 챔버 내의 용적부를 반복적으로 펌핑하도록 제어된다. 예를 들어, 각 사이클 내에서, 펌프는 먼저 더 높은 속도로 작동하여 압력을 계속 강하하고, 다음에 특정의 원하는 목표 압력에 도달한 후에 원하는 목표 압력을 유지하기에 충분한 더 낮은 속도로 작동한다. 상기 방법은 입구 압력의 상승에 기초하여 사이클 지속시간을 분석한다. 상기 방법은 펌프 가속 시간을 고려하여, 어떤 순간이 다시 가속하기에 최상인 순간인지를 계산한다. 이러한 순간은 압력 상승 이전일 수 있으며, 이는 새로운 사이클을 나타낸다. 상기 방법에 따르면, 2개의 연속적인 사이클 시작 사이에 경과된 시간이 사이클 시간이다.
또한, 상기 방법은 현재 사이클 동안에 다음 사이클의 시작을 결정하는 것을 포함하며, 현재 사이클은 바람직하게는 다음 사이클에 바로 선행한다. 따라서, 본 방법에 의하면, 아직 오지 않은 다음 사이클의 시작, 예를 들어 현재 사이클 직후의 다음 사이클의 시작을 결정하는 것이 가능하며, 그에 따라 적어도 유지 단계에 관련된 시간 길이의 보다 양호한 제어 및 계산이 보장된다.
더욱이, 상기 방법은 다음 사이클의 시작보다 더 이전에 현재 사이클의 유지 단계 동안 최대 속도로 가속하도록 펌프를 제어하는 것을 포함하며, 이는 현재 사이클의 유지 단계에서 낭비되었을 시간이 펌프의 가속에 이용되고, 그에 따라 다음 사이클의 펌프다운 단계에 추가로 그리고 직접적으로 적용되도록 다음 사이클의 시작 시에 전체 펌프 용량이 이미 이용 가능하게 된다.
따라서, 본 발명의 이점은 각 펌프다운 단계의 시작 시에 발생했을 가속 지연이 사전에, 보다 구체적으로는 바로 이전 사이클의 유지 단계의 종료부에서 펌프를 가속함으로써 회피되어, 이러한 유지 단 동안에 낭비되었을 에너지도 절약된다는 것이다. 다시 말해서, 각 유지 단계의 종료부를 사용하여 펌프를 가속함으로써 전체 펌핑 시스템의 에너지 효율이 증대되고, 가속 지연이 제거되므로 펌프다운 단계 동안에 발생하는 성능 손실도 감소된다.
바람직하게는, 펌프다운 단계에서, 펌프는 진공 챔버의 용적부가 고압으로부터 설정 또는 목표 압력으로 펌핑되도록 최대 속도로 작동하도록 제어된다. 펌프의 최대 허용 속도는 바람직하게는 펌프의 입구 압력, 펌프의 모터 전류 및 오일 온도의 함수이다. 따라서, 최대 허용 속도는 펌핑 시스템의 기능 요구사항에 내재된 파라미터이다. 이러한 경우에, 최상의 펌프다운 시간을 제공하기 위해 가능한 한 빨리 용적부를 펌핑하도록 펌프가 제어되도록 보장되지만, 이는 불가피하게 최대 에너지 소비량을 수반한다.
바람직하게는, 유지 단계에서, 펌프는 펌핑 시스템의 일반적인 성능을 보장하기 위해 상기에 언급된 설정 압력이 유지되도록 최저 또는 최소 속도로 점차적으로 감속되도록 제어된다. 따라서, 펌프 성능을 저해하지 않으면서 설정 압력을 유지하기 위해 훨씬 더 낮은 속도가 유지 단계에 필요하기 때문에, 에너지 효율이 이미 증대된다.
보다 바람직하게는, 유지 단계에서, 펌프의 속도는 펌프의 입구 압력 및 설정 압력에 기초하여 감속되도록 제어된다. 따라서, 펌프 속도는 입구 압력 및 설정 압력에 의해 그리고 바람직하게는 진행중 사이클의 사이클 시간, 즉 현재 사이클의 시작과 다음 사이클의 시작 사이의 시간 길이를 고려하는 것에 의해 결정되는 함수에 따라 펌프 압력에 대해 선형으로 감속되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 방법은 입구 압력이 사전설정된 임계치에 도달하는 것을 검출할 때 각 사이클의 시작을 검출하는 것을 더 포함한다. 입구 압력의 사전설정된 임계치는 바람직하게는 반복된 사이클 동안 최고 입구 압력보다 작고 설정 압력보다 크다.
바람직하게는, 현재 사이클 동안에 다음 사이클의 시작을 결정할 때, 다음 사이클에 바로 선행하는 것이 바람직한 적어도 하나의 이전 사이클의 시작에 기초하여 다음 사이클의 시작이 추정되도록 베이지안 필터, 특히 칼만 필터가 적용된다. 다시 말해서, 다음 사이클에 선행하는 적어도 하나의 이전 사이클의 시작이 주어지면, 상기 방법은 적어도 하나의 이전 사이클의 시작 시점에 포함되는 정보를 사용하여 아직 오지 않은 다음 사이클의 시작을 추정하는 것을 포함한다. 그러한 추정은 베이지안 필터, 특히 칼만 필터에 의해 달성 가능하다.
바람직하게는, 펌프의 입구 압력은 입구 압력의 도함수에 대해 칼만 필터를 구현함으로써 추정되며, 입구 압력의 도함수는 바람직하게는 시간에 대해 수행된다. 다음에, 칼만 필터링의 결과는 새로운 사이클이 시작되는지 여부를 결정하기 위해 상기에 언급된 입구 압력의 사전설정된 임계치와 비교되도록 시간에 따라 모니터링된다. 보다 구체적으로, 입구 압력의 실시간 값이 칼만 필터링에 의해 모니터링되고, 그에 따라 입구 압력의 추정에 의해 사전설정된 임계치가 도달되면 새로운 사이클의 시작, 즉 바람직하게는 현재 사이클에 바로 이어지는 다음 사이클의 시작이 검출될 수 있다. 또한, 칼만 필터에 의해 입구 압력의 도함수가 추정될 수 있을 뿐만 아니라, 새로운 사이클의 시작의 결정을 위해 입구 압력의 상승 또는 입구 압력의 절대 값이 추정될 수 있는 한 입구 압력 자체도 추정될 수 있다. 따라서, 본 발명은 베이지안 필터, 특히 칼만 필터를 사용하여 추정되는 파라미터의 선택을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
보다 구체적으로, 입구 압력의 추정은 다음 사이클에 바로 선행하는 것이 바람직한 적어도 하나의 이전 사이클에서의 입구 압력의 시간에 대한 도함수의 추정에 기초하여 다음 사이클에서의 입구 압력의 시간에 대한 도함수를 사전 예측하는 것과, 다음 사이클에서의 입구 압력의 시간에 대한 도함수의 사전 예측 및 현재 사이클에서의 입구 압력의 시간에 대한 도함수의 관측에 기초하여 다음 사이클에서의 입구 압력의 시간에 대한 도함수를 사후 업데이트하는 것에 기초하고 있다. 다시 말해서, 다음 사이클에 선행하는 적어도 하나의 이전 사이클, 즉 정보가 추정될 사이클에서 입구 압력의 시간에 대한 도함수의 추정된 값의 정보가 주어지면, 다음 사이클의 사전 정보가 예측되며; 이러한 예측된 값은 현재 사이클에서 제어 방법으로 측정될 수 있는 관측된 값을 고려하여 추가로 업데이트될 필요가 있다. 따라서, 각 사이클에서의 입구 압력의 추정은 현재 사이클에서 얻은 관측된 값 또는 측정된 값뿐만 아니라 적어도 하나의 이전 사이클의 추정으로부터 얻어진 조합된 결과이며, 그에 따라 추정의 정확도가 보장된다. 상기에서 이미 언급된 바와 같이, 칼만 필터링에 의해 추정되는 특정 파라미터의 선택은 입구 압력의 도함수에 제한되지 않는다. 또한, 고려되는 이전 사이클의 수는 바람직하게는 적어도 1개, 보다 바람직하게는 2개 또는 3개이며, 추정 정확도 및 알고리즘 복잡성의 요구사항에 따라 3개 초과일 수도 있다.
바람직하게는, 상기 방법은 다음 사이클의 가속전 속도를 추정하는 것을 더 포함한다. 다음 사이클의 시작 시에 펌프가 이미 전체 용량에 있도록 다음 사이클 동안에 펌프가 가속되도록 제어될 필요가 있는 시점을 추정하는 것이 필요하다. 사이클의 시작은 사전설정된 임계치에 도달할 때 결정될 수 있기 때문에, 펌프의 전체 용량은 입구 압력의 사전설정된 임계치에 도달했을 때 달성된 것으로 간주된다. 따라서, 다음 사이클과 관련된 가속전 시간은 다음 사이클의 시작으로부터 다음 사이클의 유지 단계에서 펌프가 가속되도록 제어되는 시점까지의 시간 길이로 지칭된다. 특정 응용 시나리오에 따라, 다음 사이클의 시작은 전술한 바와 같이 고정되거나 추정될 수 있으며, 다음 사이클의 가속전 시간의 추정이 주어지면, 유지 단계에서 사전에, 추정된 가속전 시간이 만료되는 시점에서 최대 속도로 가속하도록 펌프를 제어하는 것이 가능하다. 또한, 추정은 다음 사이클에 바로 선행하는 것이 바람직한 적어도 하나의 이전 사이클의 가속전 시간에 기초하여 베이지안 필터, 특히 칼만 필터에 의해 구현된다. 고려되는 이전 사이클의 수는 보다 바람직하게는 2개 또는 3개이고, 적어도 하나의 이전 사이클은 정보가 추정될 다음 사이클에 바로 선행할 필요는 없다.
바람직하게는, 다음 사이클에 바로 선행하는 것이 바람직한 적어도 하나의 이전 사이클의 가속전 시간의 추정치와 현재 사이클의 가속전 시간의 관측치의 가중 평균에 의해, 다음 사이클의 가속전 시간의 추정치가 얻어진다. 다음 사이클에 관한 정보의 추정에 관해 보다 양호한 밸런스를 얻기 위해 이전에 추정된 정보와 현재 측정된 관측치를 조합하는 것이 유리하다.
바람직하게, 하기와 같은 반복 학습 공식이 다음 사이클의 가속전 시간을 추정하는 데 적용되며,
Figure pct00001
여기서, j = 현재 사이클에 대한 반복 인덱스,
u = 가속전 시간의 추정치,
a = 가중 계수,
b = 가중 계수,
c = 가중 계수,
d = 가중 계수,
CycleTime = 사이클 시간의 관측치,
Acceleration = VSD 인버터에 사용되는 회전수/분/초(rpm/s)의 가속도 상수,
offset = 안정성을 증가시키기 위한 오프셋 파라미터.
또한, 상기에 언급된 반복 학습 공식에서는 3개의 이전 사이클의 추정이 적용되고 있지만, 추정 정확도 및 알고리즘 복잡성의 특정 요구사항에 따라 1개 또는 2개만 또는 3개 초과의 이전 사이클이 또한 공식에 적용될 수 있으며, 이는 자연적으로 공식에 사용되는 가중 계수의 수를 변화시킨다. 또한, 가중 계수는 상기에 언급된 공식에서 고정된 파라미터로 나타나 있지만, 각 사이클에 대해 그에 맞춰 베이지안 또는 칼만 필터를 사용하여 추정될 수도 있다. 게다가, 상기에 언급된 반복 학습 알고리즘의 안정성을 증가시키기 위해 오프셋 파라미터가 적용된다. 따라서, 이러한 오프셋 파라미터는 특정 응용 시나리오에 대해 고정된 값이거나, 이를 적용하기 전에 상기에 언급된 공식의 여러 테스트를 수행하여 선택될 수 있는 값이다. 상기에 언급된 공식이 시사하는 바와 같이, 오프셋의 선택은 상기에 언급된 바와 같은 임의의 이전 사이클의 가속전 시간 추정치와, 펌프가 최소 또는 최저 속도로부터 최대 속도까지 가속하는 데 필요한 시간을 사이클 시간의 관측치에서 뺀 값 사이의 차이에 따라 달라진다.
바람직하게는, 상기에 언급된 제어 방법이 처음으로 실행될 때, 펌프는 적어도 하나의 사이클의 시작 시점 및/또는 가속전 시간이 얻어지도록 적어도 하나의 사이클 동안 최대 속도로 먼저 작동하도록 제어되고, 펌프가 최대 속도로 작동하도록 제어되는 사이클의 수는 전술한 추정을 위해 고려되어야 할 이전 사이클의 수에 따라 달라진다. 즉, 최초 추정에 사용하기에 적합한 반복 항의 값이 충분히 얻어지는 한, 펌프는 최대 속도로 작동하도록 제어된다.
본 발명에 따른 펌프의 속도 제어 장치는 특히 사이클 응용에 이용되는 VSD 진공 펌프에 적용된다. 상기 장치는 상기에 언급된 바와 같은 방법의 단계에 관한 명령이 저장되고 바람직하게는 상기에 언급된 바와 같이 추정 동안에 고정되거나 업데이트되는 파라미터가 저장되는 메모리 유닛을 포함한다. 예를 들어, 적어도 하나의 이전 사이클의 가속전 속도 및 사이클 시간의 추정뿐만 아니라 반복 인덱스를 포함하는 제 1 서브메모리 유닛이 바람직하게는 제공된다. 가중 계수, 가속도, 펌프의 최대 속도 및 최저 속도, 및 오프셋 파라미터와 같은 파라미터의 고정된 값을 저장하기 위해 제 2 서브메모리 유닛이 적용된다. 속도 제어 장치는 메모리 유닛에 포함된 명령을 실행하도록 구성된 처리 유닛과, 펌프에 속도 제어 신호를 전송하도록 구성된 출력 유닛과, 펌프의 입구 압력을 판독하여 처리 유닛에 공급하도록 구성된 입력 유닛을 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 장치는 처리 유닛이 명령을 처음으로 실행하기 시작할 때 적어도 하나의 사이클의 시작 시점 및/또는 가속전 시간을 계산하도록 구성된 시간 카운팅 유닛을 더 포함한다.
바람직하게는, 시간 카운팅 유닛은 현재 사이클의 시작 시점 및/또는 사이클 시간을 측정하도록 추가로 구성된다. 따라서, 현재 사이클 동안에, 다음 사이클의 추정은 현재 사이클에서 측정된 실제 값을 고려하여, 현재 사이클에서 수행된 추정 결과의 보다 양호한 밸런스 및 보다 높은 정확도를 가져온다.
상기에 언급된 바와 같은 속도 제어 장치가 상기에 언급된 바와 같은 방법의 단계를 실행하게 하는 명령을 포함하는 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램이 또한 제공된다.
상기에 언급된 컴퓨터 프로그램이 저장되는 본 발명에 따른 컴퓨터 판독가능 매체가 또한 제공된다.
본 발명에 따른 펌프는 특히 상기에 언급된 바와 같은 속도 제어 장치에 펌프가 결합되는 비사이클 응용에 이용되는 VSD 진공 펌프이다. 여기서, 진공 펌프는 특정 응용 요구사항에 적합하도록 가변 속도 드라이브가 결합될 수 있는 건식 클로 펌프(Dry Claw pump), 루트 펌프(Root pump), 스크롤 펌프(Scroll pump) 또는 로터리 스크루 펌프(Rotary Screw pump)일 수 있다. 또한, 진공 펌프는 다이어프램 펌프, 가스 또는 증기 변위 펌프 및 피스톤 펌프와 같은 변위 펌프(displacement pump)일 수 있다. 또한, 진공 펌프는 관성 펌프와 같은 속도 펌프일 수도 있다. 펌프는 복수의 펌프 파라미터를 검출하도록 구성된 제어 유닛을 포함하고, 바람직하게는 제어 유닛에 의한 파라미터의 검출을 위해 복수의 센서가 펌프에 제공된다. 펌프는 펌프에 결합된 속도 제어 장치로 복수의 펌프 파라미터를 전송하도록 구성된 출력 유닛을 더 포함한다. 또한, 펌프가 상기에 언급된 바와 같은 방법의 단계에 따라 작동하도록 제어되도록 속도 제어 장치로부터 전송된 속도 제어 신호를 수신하기 위한 입력 유닛이 펌프에 포함된다. 펌프의 입력/출력 유닛과 속도 제어 장치 사이의 통신은 펌핑 시스템과 속도 제어 장치가 하나의 장소에 물리적으로 위치될 필요가 있는 경우에 전선을 통해 구현될 수 있다. 그러나, 속도 제어 장치는 또한 펌프와 상이한 다른 장소에 위치될 수 있으며, 이 경우에 속도 제어 장치와 펌프 사이에 무선 통신이 적용된다. 또한, 상이한 장소에 있는 여러 펌프가 동시에 제어될 수 있도록 펌프와 속도 제어 장치 사이의 신호 전송을 중계하거나 제어하는 중앙 제어 장치가 다른 장소에 제공되는 것도 가능하다. 따라서, 본 발명에 따르면, 펌핑 제어 시스템의 중앙 집중식/분산식 및 로컬/네트워크식 배열 모두가 실현될 수 있다.
바람직하게는, 적어도 펌프의 입구 압력은 펌프의 제어 유닛으로부터 펌프 부위에 국부적으로 또는 멀리 위치된 제어 센터 또는 펌프 속도 제어 장치로 전송되는 복수의 펌프 파라미터에 포함된다.
따라서, 가변 속도 드라이브를 갖지 않는 종래의 펌프, 또는 가변 속도 드라이브를 갖지만 당업계의 사이클 응용에 적용될 때 각 사이클 동안의 펌프의 특정 속도 제어가 없는 펌프와 비교하여, 본 발명은 펌프의 적용 동안의 각 반복 사이클이 2개의 단계, 즉 펌프다운 단계 및 유지 단계로 나누어진다는 점에서 유리하며; 펌프다운 단계에서, 펌프는 최상의 펌프다운 시간 성능을 제공하기 위해 최대 속도로 작동함으로써 가능한 한 빨리 용적부를 펌핑하도록 제어되고; 유지 단계에서, 펌프는 다음 사이클의 펌프다운 단계의 시작 시에 발생할 수도 있는 가속 지연을 보상하기 위해 이러한 유지 단계 동안에 에너지를 이용하여 전체 용량으로 이미 가속을 시작하도록 제어되며; 베이지안 필터링, 보다 상세하게는 칼만 필터링을 사용하여, 이전 사이클에서 얻어진 추정 정보와 현재 사이클 동안에 얻어진 관측 정보를 고려함으로써 사이클의 시작과 펌프가 사이클의 유지 단계 동안에 가속되도록 제어되는 시점 사이의 시간 길이, 및 각 사이클의 시작 시점을 정확하게 추정하도록 제어된다. 따라서, 펌프의 속도는 펌프의 실시간 작동 조건에 지속적으로 적합화되어, 유지 단계 동안의 에너지 낭비를 회피하고 펌프다운 단계 동안의 펌프 성능의 손실을 회피한다.
하기 개시에서는 도면이 참조될 것이다:
도 1은 펌프 속도와 압력 사이의 관계를 나타내는 그래프이고,
도 2는 펌프다운 단계 및 유지 단계를 각각 포함하는 반복 사이클의 시작 및 유지 단계 동안의 펌프의 가속을 나타내는 그래프이고,
도 3은 다음 사이클의 시작의 추정 및 다음 사이클 동안의 펌프의 가속 시점의 추정을 나타내는 그래프이고,
도 4는 반복적인 속도 제어 프로세스를 나타내는 흐름도이고,
도 5는 속도 제어 장치의 개략도이고,
도 6은 펌프의 개략도이며,
도 7은 복수의 펌프에 결합된 속도 제어 센터를 포함하는 펌핑 시스템의 개략도이다.
도 1은 펌프 속도와 압력 사이의 관계를 나타내며, 여기서 펌프의 최대 속도는 6000 회전/분(rpm)이고, 펌프의 최소 속도는 3500 rpm이고, 설정 압력 또는 원하는 목표 압력은 50 밀리바(mbar)인 것으로 나타나 있으며, 히스테리시스는 30 mbar에 걸쳐 연장되는 것으로 나타나 있다. 도 1에 따르면, 펌프 압력은 1000 mbar만큼 높은 값에서 시작되는 반면, 그 동안에 펌프는 압력이 지속적으로 펌핑되도록 최대 속도로 작동한다. 설정 압력 50 mbar에 도달하는 시점에서, 펌프가 점차적으로 감속되고, 그 결과 압력이 또한 20 mbar에 도달할 때까지 점차적으로 강하하는 히스테리시스 영역이 생긴다. 그 후에, 펌프는 최소 속도로 작동하여 압력의 추가 강하를 일으킨다. 펌프의 설정 압력이 충족된 후의 나중 단계에서 펌프가 만족스러운 펌프 압력 성능을 여전히 유지하면서 훨씬 더 낮은 속도로 작동하기 때문에 상당량의 에너지가 절약된다.
도 2를 참조하면, 펌프다운 단계 및 유지 단계를 각각 포함하는 반복 사이클의 상세한 표현이 제시되며, 여기서 반복 사이클의 시작과, 펌프가 가속되도록 제어될 때의 유지 단계의 시점이 또한 나타나 있다. 도 2에서, 현재 사이클은 현재 사이클의 시작과 다음 사이클의 시작 사이에서 연장되며, 현재 사이클은 펌프의 입구 압력 상승이 충분히 큰 것으로 간주되는 시점, 본 경우에는 입구 압력이 700 mbar에 도달하는 시점인 시점 1(TP1)에서 시작되고, 다음 사이클의 시작, 즉 시점 4(TP4)는 현재 사이클과 유사하게 결정된다. 사이클 시작의 결정이 입구 압력 증분의 고정 값 또는 입구 압력의 절대 값에 의존하는 것이 일반적인 것이지만, 이러한 기준은 또한 하나의 사이클 응용 동안에 각 사이클에 대해 변경될 수 있으며, 또한 특정 응용 시나리오에 따라 달라질 수 있다. 도 2에 도시된 각 사이클은 2개의 단계, 즉 펌프다운 단계 및 유지 단계로 구성된다. 펌핑 프로세스는 설정 압력, 본 경우에는 50 mbar에 도달하는 시점 2(TP2)에서 유지 단계에 진입한다(값은 도 1에 나타난 것과 동일함). 도 2에 따르면, 시점 3(TP3)에서, 펌프는 다음 사이클의 시작, 즉 TP4 이전에 속도를 증가시키도록 제어되고, 그에 따라 TP4 직후에 펌프 전체 용량이 이미 이용 가능하게 된다. 다시 말해서, 현재 사이클의 유지 단계에서 펌프의 속도를 증가시킴으로써, 유지 단계의 나머지 시간을 이용하여, 그렇지 않으면 다음 사이클의 시작 후에 발생하여 펌핑 시스템의 성능 손실을 야기하는 가속 지연을 보상할 수 있다. 본 발명에 따르면, 다음 사이클의 시작은 현재 사이클의 시작의 결정과 유사한 방식으로 현재 사이클 동안에 결정된다.
도 2에 직접적으로 도시되어 있지는 않지만, 각 사이클의 펌프다운 단계 동안에, 고압으로부터 설정 압력으로 용적을 펌핑하기 위해 펌프가 최대 속도로 작동하도록 제어되는 것이 바람직하며, 도 2의 경우에는 고압이 1000 mbar로 나타나 있고, 설정 압력은 50 mbar로 나타나 있다. 각 사이클의 유지 단계 동안에, 압력은 펌프다운 단계에 비해 훨씬 더 느린 속도로 점차적으로 강하되는 것이 또한 바람직하다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 펌프 압력은 현재 사이클의 유지 단계 동안에 점차적으로 0 mbar에 접근한다. 본 발명에 따르면, 유지 단계 동안의 펌프의 속도는 유지 단계의 보다 양호한 제어를 달성하기 위해 입구 압력과 설정 압력을 기준으로 감소하도록 제어되는 것이 훨씬 더 바람직하다.
따라서, 적어도 도 2에 따르면, 펌프가 현재 사이클의 유지 단계 동안에 가속되어야 하는 시점의 사전 결정뿐만 아니라, 다음 사이클의 시작의 결정은 다음 사이클의 시작 시에 펌프가 전체 용량으로 가속되기 위한 상당량의 시간이 예비되는 것을 보장한다는 것은 분명하다.
도 3을 참조하면, 사이클 시작 및 펌프가 가속되는 시점의 추정을 나타내는 보다 상세한 그래프가 제시되며, 여기서 각 사이클 동안의 전체 펌핑 절차는 도 2에 대해 설명된 것과 유사하다. 도 3에 따르면, 다음 사이클(C2)은, 본 발명에 따라, 본 경우에서 사이클(C2)에 선행하는 사이클(C1), 사이클(CO) 및 C0 이전의 사이클 중 적어도 하나를 지칭하는 적어도 하나의 이전 사이클의 시작 시점에 기초하여 결정된 시점(TP4)에서 시작된다. C2의 사이클 시작의 추정은 베이지안 필터(Bayesian filter)에 의해 구현되는 것이 바람직하고, 보다 상세하게는 칼만 필터(Kalman filter)에 의해 구현되는 것이 보다 바람직하다. 유사하게, 다음 사이클(C2) 이후의 사이클(즉, C3)(도 3에 완전히 도시되지는 않음)의 시작은 C3에 선행하는 적어도 하나의 이전 사이클을 사용하여 결정된다. 따라서, 사이클 시작의 추정은 임의의 새로운 사이클에 대해, 새로운 사이클에 선행하는 이전 사이클로부터의 정보를 사용하여 반복적으로 수행되어야 한다. 그러나, 응용 시나리오 및 요구사항에 따라, 전체 펌핑 절차 동안의 일부 사이클에 대해서만 사이클 추정이 구현될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같은 본 발명에 따르면, 시점(TP4)은 바람직하게는 입구 압력의 시간에 대한 도함수에 칼만 필터를 적용함으로써 추정된다. 보다 구체적으로, 현재 사이클(C1) 동안에, 사이클(C1), 사이클(CO) 및 CO 이전의 사이클의 시작에 대한 정보는 이미 있으며, 이러한 사이클(C1), 사이클(CO) 및 CO 이전의 사이클 중 적어도 하나에 대한 정보는 TP4의 사전 정보를 예측하는 데 사용되며; 또한, 현재 사이클 동안에, 입구 압력의 시간에 대한 도함수의 실제 값은 이미 관측 및 측정될 수 있고, 따라서 TP4의 예측된 정보를 추가로 업데이트하여 TP4의 사후 추정을 보다 정확하게 하는 데 사용된다.
요약하면, TP1, TP4 및 TP7(시점 7에서의 C3의 사이클 시작)은 각각의 이전 사이클 중 적어도 하나의 관련 파라미터, 즉 사이클의 시작의 이전 추정치와, 이전 사이클 중 하나의 관측 또는 측정된 정보를 모두 사용하여 상기에서 언급된 방식으로 유사하게 추정된다. 추정치를 얻을 때 적용된 이전 사이클의 수는 적어도 하나이고, 특정 응용 시나리오 및 요구사항에 따라 다르며; 도 3에는 다음 사이클에 바로 선행하는 현재 사이클의 사이클 시작의 관측이 이용되는 것으로 나타나 있지만, 응용 시나리오 및 요구사항에 따라 관련 파라미터의 다른 또는 하나 초과의 측정 또는 관측된 값이 적용될 수도 있다는 점이 주목된다.
또한 도 3에 따르면, 각 사이클에 대해, 사이클 시작과 펌프가 가속되도록 제어되는 시점 사이의 시간 길이가 또한 추정되는 것이 훨씬 더 바람직하다. 예를 들어, 도 3에는, 현재 사이클(C1) 동안에, 시점 3(TP3)이 이전 사이클, 즉 사이클(CO) 및 CO 이전의 사이클을 수행하는 동안에 이미 결정된 펌프 가속이 필요한 시점이며, 유사하게 다음 사이클(C2)에 대해, 시점 6(TP6)이 또한 이전 사이클(C1, CO) 및 CO 이전의 사이클 동안에 결정되는 것으로 나타나 있다. 각 사이클의 시작은 고정 값이거나 본 발명에 따라 전술한 바와 같이 추정되기 때문에, 도 3에 나타낸 바와 같은 가속전 시간(pre-speeding time)의 추정은 펌프가 가속되도록 제어될 필요가 있는 시점의 추정을 제공한다. 본 발명에 따르면, 가속 시점의 추정은 또한, 이전 사이클(C1, C0) 및 CO 이전의 사이클의 적어도 가속전 시간의 정보에 기초하여, 베이지안 필터에 의해 수행되는 것이 바람직하고, 보다 상세하게는 칼만 필터에 의해 수행되는 것이 보다 바람직하다.
도 3에 부가하여 그리고 본 발명에 따르면, 가속전 시간의 추정도 바람직하게는 2개의 단계를 포함하며, 하나의 단계는 기반으로 이전 사이클(C1, C0) 및 CO 이전의 사이클 중 적어도 하나의 추정에 기초하여 다음 사이클(C2)의 가속전 시간에 관한 사전 정보의 예측이고, 다른 하나의 단계는 이전 사이클(C1, C0) 및 CO 이전의 사이클 중 하나에 관한 관측 또는 측정된 정보를 사용하여 예측의 업데이트이며, 측정된 정보는 다음 사이클(C2)에 바로 선행하는 사이클(즉, C1)로부터 얻어진다.
본 발명에 따르면, 이전 사이클(C1, CO) 및 CO 이전의 사이클 중 적어도 하나의 가속전 시간의 추정치뿐만 아니라, 이전 사이클(C1, CO) 및 CO 이전의 사이클 중 하나의 관측치의 가중 평균이 추정에 적용되는 것이 바람직하다. 본 발명에 따르면 그리고 보다 바람직하게는, 가중 평균은 하기와 같은 반복 학습 공식의 형태이며,
Figure pct00002
여기서, j = 현재 사이클에 대한 반복 인덱스,
u = 가속전 시간의 추정치,
a = 가중 계수,
b = 가중 계수,
c = 가중 계수,
d = 가중 계수,
CycleTime = 사이클 시간의 관측치,
Acceleration = VSD 인버터에 사용되는 회전수/분/초(rpm/s)의 가속도 상수,
offset = 안정성을 증가시키기 위한 오프셋 파라미터.
상기에서 언급된 공식에서, 현재 사이클은 반복 인덱스 j를 가지며, j+1로 표시된 다음 사이클에 바로 선행하는 j, j-1 및 j-2로 각각 표시된 3개의 이전 사이클이 적용된다고 가정된다. 또한, 응용 시나리오 및 요구사항에 따라 3개 미만의 이전 사이클을 사용하는 것도 가능하다. 상기에서 언급된 공식에 나타난 바와 같이, 적어도 현재 사이클의 사이클 시간의 관측치를 포함하는 추가 밸런싱 항(balancing term)이 포함된다. 도 3을 참조하면, 가속전 시간의 관측된 값은 펌프가 최소 속도로부터 사전설정된 임계치까지 가속하는 데 필요한 시간을 감산한 사이클 시간의 관측된 값과 동일하며, 따라서 감산 결과는 밸런싱 항에 포함될 수 있다. 바람직하게는, 사전설정된 임계치가 충분히 크고 펌프의 최대 속도에 근접하기 때문에, 대안으로서, 밸런싱 항은 펌프가 최소 속도로부터 최대 속도까지 가속되는 데 필요한 시간을 감산한 사이클 시간의 관측치를 포함할 수 있다. 반복 학습 알고리즘의 안정성을 증가시키기 위해 밸런싱 항에 오프셋 파라미터를 삽입하는 것이 더욱 바람직하며, 오프셋 파라미터는 응용 시나리오 및 요구사항에 따라 반복 방법의 각 사이클 동안에 고정되거나 조정될 수 있다. 또한, 가중 계수(a, b, c 및 d)는 상기에서 언급된 공식에서 고정된 파라미터로서 나타나 있는 반면, 본 발명에 따르면, 이러한 가중 계수를 가속전 시간과 유사한 방식으로 업데이트하는 것도 가능하다.
도 4는 본 발명에 따른 속도 제어 방법을 도시하는 흐름도이다. 여기서, 속도 제어 방법은 파라미터의 초기화를 위한 단계 10(S10)에서 시작된다. 적어도 하나의 이전 사이클의 정보가 후속 사이클의 추정에 사용되어야 하기 때문에, 속도 제어가 처음으로 활성화될 때 파라미터를 초기화할 필요가 있다. 보다 구체적으로, 파라미터를 얻기 위해 펌프가 복수의 사이클 동안에 최대 속도로 작동하도록 제어되는 안전 모드에 진입한다. 예를 들어, 상기에서 언급된 반복 학습 공식에 나타난 바와 같이, 펌프는 3개의 사이클 동안에 안전 모드로 작동하도록 제어될 수 있으며, 이에 기초하여 4번째 사이클의 추정이 수행될 수 있고, 또한 4번째 사이클 이후의 각 사이클에 대해 추정이 반복적으로 수행될 수 있다.
단계 20(S20)에서, 새로운 사이클이 시작되었는지 여부가 추적된다. 여기서 사용되는 기준은 본 발명에 따라 사전설정된 임계치에 도달하는 입구 압력의 절대 값 또는 펌프의 입구 압력의 충분히 큰 상승이다. 따라서, 이러한 단계에서의 새로운 사이클의 시작은 응용 시나리오 및 요구사항에 따라 고정 값 또는 비고정 값일 수 있는 사전설정된 임계치와 임의의 시점에서 측정된 입구 압력을 비교함으로써 간단히 검출될 수 있다. 바람직하게는, 예를 들어 상기에서 언급된 바와 같은 칼만 필터를 구현함으로써, 이러한 단계에서 새로운 사이클의 입구 압력을 추정하는 것이 또한 가능하다. 상기에서 언급된 바와 같은 4번째 사이클을 일 예로서 취하면, 임의의 시점에서의 입구 압력의 시간에 대한 도함수는 실시간 방식으로 업데이트되며, 그에 따라 1번째, 2번째 및 3번째 사이클의 사이클 시작에 대한 이전 정보가 주어지면, 추정 결과가 입구 압력이 사전설정된 값보다 높은 것으로 나타나는 시점이 4번째 사이클의 시작으로서 결정된다. S20을 체크한 후에 새로운 사이클이 막 시작된 것으로 확인되는 경우, 속도 제어 방법은 단계 30(S30)으로 진행하며, 여기서 2개의 사이클 시작 사이의 시간인 사이클 시간이 카운팅되고, 그에 따라 모든 반복 파라미터가 재설정된다. 상기에 나타난 바와 같은 학습 제어 공식을 다시 참조하면, 각 반복 동안에, 그에 사용된 가속전 시간의 3개의 항, 즉 uj, uj-1 및 uj-2뿐만 아니라, 사이클 시간의 관측치, 즉 CycleTimej를 업데이트하는 것이 필요하다. S30에서, 필요한 경우 오프셋뿐만 아니라 가중 계수의 파라미터를 재설정하는 것도 가능하다. 한편, S20을 체크한 후에, 펌프가 사이클의 시작 이외의 조건으로 작동하고 있는 것으로 확인되면, 속도 제어 방법은 단계 40(S40)으로 진행한다.
S40에서, 입구 압력이 설정 압력(Psp)보다 높지 않은지 여부 또는 펌프가 안전 모드로 작동하고 있는지 여부가 체크된다. 2개의 기준 모두가 충족되지 않는 경우, 속도 제어 방법은 단계 50(S50)으로 진행하며, 여기서 펌프는 최대 속도로 계속 작동하도록 제어된다. 다시 말해서, 펌프는 입구 압력이 아직 설정 압력으로 감소되지 않은 펌프다운 단계에서 계속 작동한다.
한편, S40에서, 입구 압력이 이미 설정 압력 이하로 감소했거나 펌프가 안전 모드로 동작하고 있다고 결정되면, 속도 제어 방법은 후속 사이클의 가속전 시간의 추정을 위해 반복 학습 제어(ILC)가 활성화되었는지 여부를 체크하기 위해 단계 42(S42)로 진행한다. 따라서, S42에서, ILC가 활성화되지 않아서 단계 52(S52)로 나타낸 펌프의 통상적인 작동을 나타내는 것으로 판명하는 것이 가능하다. S52에서, 펌프의 속도는 입구 압력과 설정 압력(Psp)에 기초하여 감속되도록 제어된다. 속도가 감속되는 방식을 결정하기 위해 시간 및 사이클 시간을 고려하는 것이 바람직하다.
한편, S42에서, ILC가 활성화된 것으로 확인되는 경우, 속도 제어 방법은 단계 44(S44)로 진행하며, 여기서 펌프가 다시 가속되도록 제어될 필요가 있음을 의미하는 가속전 시간의 만료 여부가 체크된다. 상기에서 언급된 바와 같은 4번째 사이클을 일 예로서 취하면, 바람직하게는 3개의 이전 사이클의 관련 정보가 주어지는 경우, 4번째 사이클의 시작의 추정과 4번째 사이클에 필요한 가속전 시간 모두는 바람직하게는 3번째 사이클 동안에 이미 얻어진다. 4번째 사이클의 시작 시점으로부터 계산된 가속전 시간이 만료되는 경우, S44에서, 속도 제어 방법이 단계 56(S56)으로 진행할 수 있는 것으로 확인되고, 여기서 펌프는 최대 속도로 작동하도록 제어된다. 다시 말해서, 가속전 시간이 만료된 후에, 펌프는 아직 오지 않은 다음 사이클의 시작 이전에 현재 사이클의 유지 단계에서 이미 가속되고 있다.
한편, S44에서, 가속전 시간이 아직 만료되지 않은 것으로 확인되는 경우, 이는 S52에서 설명된 것과 유사하게 펌프가 계속 감속되기만 해야 함을 의미한다.
또한, 단계(S50, S52, S54 및 S56)는 단계 60(S60)으로 더 진행되어, 속도 제한기가 펌핑 시스템의 최대 허용 속도가 초과되지 않도록 한다.
도 5는 본 발명에 따른 속도 제어 장치(10)를 도시하며, 속도 제어 장치(10)는 적어도 메모리 유닛(100), 처리 유닛(102), 출력 유닛(104) 및 입력 유닛(106)을 포함한다. 메모리 유닛(100)은 , 상기에서 언급된 바와 같은 방법 단계들에 관한 명령을 적어도 포함하며, 이들 명령은 처리 유닛(102)에 의해 실행된다. 입구 압력의 사전설정된 임계치와, 반복 학습 제어 공식에 사용된 가중 계수와, 상수 값인 경우 오프셋과 같은 사전설정된 파라미터를 포함하는 관련 파라미터가 메모리 유닛(100)에 포함된 서브섹션에 저장되는 것도 가능하다. 따라서, 사이클의 시작 시점의 추정 및 사이클 시간의 관측을 포함하는 반복 동안에 변경될 모든 관련 파라미터 및 모든 반복 인덱스를 저장하기 위해 메모리 유닛(100)에 다른 서브섹션을 갖는 것도 가능하다. 또한, 최대 속도, 최소 속도 및 펌프의 가속도는 응용 시나리오 및 요구사항에 따라 고정된 펌프-특정 파라미터이며, 따라서 메모리 유닛(100)에 포함된 또 다른 메모리 서브섹션에 저장될 수 있다. 출력 유닛(104)은 속도 제어 장치(10)에 의해 제공된 속도 제어 신호를 펌프로 전송하고, 입력 유닛(106)으로부터 판독될 적어도 펌프의 입구 압력을 포함하는 파라미터를 전송한다.
도 5에 또한 도시된 바와 같이, 시간 카운팅 유닛(108)이 속도 제어 장치(10)에 포함되는 것이 바람직하며, 시간 카운팅 유닛(108)은 구체적으로, 사이클의 시작 시점을 표시할 뿐만 아니라, 도 4의 S30에 나타난 바와 같이 사이클의 시작 시점을 추적하는 데 사용되는 사이클의 가속전 시간을 계산하고 도 4의 S44에 나타난 바와 같이 가속전 시간이 만료되었는지 여부를 계산하도록 구성된다. 또한, 시간 카운팅 유닛(108)은 추정 방법의 밸런싱 항으로서 필요할 때마다 기간의 관측치, 예를 들어 현재 사이클의 가속전 시간의 관측치 또는 측정치를 측정하는 것이 바람직하다.
도 6은 적어도 제어 유닛(202), 입력 유닛(204) 및 출력 유닛(206)을 포함하는 본 발명에 따른 펌프(20)를 도시한다. 출력 유닛(206)은 펌프 입구 압력을 포함하는 적어도 하나의 펌프 파라미터를 도 5에 도시된 바와 같은 속도 제어 장치(10)와 같은 속도 제어 장치로 전송한다. 입력 유닛(204)은 도 5에 도시된 속도 제어 장치(10)와 같은 속도 제어 장치로부터 전송된 속도 제어 신호를 수신하도록 구성된다. 제어 유닛(202)에 의해 요구되는 펌프 파라미터를 얻기 위해 적어도 하나의 센서가 또한 펌프(20)에 포함되는 것이 가능하다.
도 7을 참조하면 그리고 본 발명에 따르면, 상기에 언급된 속도 제어 장치를 포함하는 펌핑 제어 시스템의 계통도가 제시된다. 보다 상세하게는, 펌핑 시스템은 도 7에 도시된 복수의 펌프 또는 펌핑 시스템(62, 64, 66)을 제어하는 속도 제어 센터(12)를 포함한다. 본 발명에 따르면, 속도 제어 센터(12)의 출력 유닛 및 입력 유닛은 복수의 펌프(62, 64, 66)의 입력 유닛 및 출력 유닛에 각각 연결된다. 속도 제어 센터(12)는 복수의 펌프 또는 펌핑 시스템 중 적어도 하나와 동일한 장소에 위치될 수 있으며, 이 경우에, 속도 제어 센터(12)와 복수의 펌프의 입력/출력 유닛들 사이의 연결부(602, 604, 606) 중 적어도 하나는 응용 시나리오 및 요구사항에 따라 이들 사이의 전송을 핸들링할 수 있는 전송 속도를 갖는 물리적 케이블이다. 따라서, 속도 제어 센터(12)가 펌프 또는 펌핑 시스템 중 하나 이상 또는 모두와 상이한 다른 장소에 위치되는 것도 가능하며, 이 경우에, 이들 사이의 연결부 중 하나 이상 또는 모두는 무선 통신을 통해 구현된다. 따라서, 본 발명에 따르면, 속도 제어 센터(12) 주위에 집중된 펌프 속도의 중앙 집중식 로컬 제어 네트워크가 가능할 뿐만 아니라, 속도 제어 센터(12)가 적어도 하나의 펌프 또는 펌핑 시스템을 동시에 제어하여 제어 방법의 효율을 훨씬 더 높이고 속도 제어를 위한 물리적 장치의 요구를 감소시키는 분산식 펌프 속도 제어 시스템이 달성 가능하다.
본 발명은 예로서 설명되고 도면에 도시된 실시예에 결코 제한되지 않으며, 펌프의 속도를 제어하기 위한 그러한 방법 및 장치, 컴퓨터 프로그램 및 그에 의해 적용되는 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독가능 매체, 및 펌프는 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 모든 종류의 형태로 실현될 수 있다.

Claims (18)

  1. 펌프의 속도를 제어하기 위한 방법, 특히 사이클 응용에 이용되는 가변 속도 드라이브(VSD) 진공 펌프의 속도를 제어하기 위한 방법에 있어서,
    반복된 사이클로 작동하도록 상기 펌프를 제어하는 것으로서, 각 사이클은 펌프다운 단계 및 유지 단계를 포함하며, 각 사이클은 상기 펌프의 입구 압력의 상승이 충분히 큰 시점에서 시작되고, 2개의 연속적인 사이클 시작들 사이의 시간이 사이클 시간인, 제어하는 것과,
    현재 사이클 동안에, 다음 사이클의 시작을 결정하는 것으로서, 상기 현재 사이클은 상기 다음 사이클에 바로 선행하는, 결정하는 것과,
    상기 다음 사이클의 시작 시에 전체 펌프 용량이 이용 가능하도록 상기 다음 사이클의 시작 이전에 상기 현재 사이클의 유지 단계 동안 최대 속도로 가속하도록 상기 펌프를 제어하는 것을 포함하는
    펌프 속도 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌프다운 단계에서, 상기 펌프는 소정 용적부가 고압으로부터 설정 압력으로 펌핑되도록 최대 속도로 작동하도록 제어되는
    펌프 속도 제어 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유지 단계에서, 상기 펌프는 설정 압력이 유지되도록 최저 속도로 감속되도록 제어되는
    펌프 속도 제어 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 유지 단계에서, 상기 펌프의 속도는 상기 입구 압력 및 상기 설정 압력에 기초하여 감속되도록 제어되는
    펌프 속도 제어 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입구 압력이 사전설정된 임계치에 도달하는 것을 검출할 때 각 사이클의 시작을 검출하는 것을 더 포함하는
    펌프 속도 제어 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다음 사이클의 시작은, 상기 다음 사이클에 바로 선행하는 것이 바람직한 적어도 하나의 이전 사이클의 시작에 기초하여, 베이지안 필터, 특히 칼만 필터에 의해 추정되는
    펌프 속도 제어 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 입구 압력은,
    상기 다음 사이클에 바로 선행하는 것이 바람직한 적어도 하나의 이전 사이클에서의 입구 압력의 시간에 대한 도함수의 추정에 기초하여 상기 다음 사이클에서의 입구 압력의 시간에 대한 도함수를 사전 예측하는 것과,
    상기 다음 사이클에서의 입구 압력의 시간에 대한 도함수의 사전 예측 및 상기 현재 사이클에서의 입구 압력의 시간에 대한 도함수의 관측에 기초하여 상기 다음 사이클에서의 입구 압력의 시간에 대한 도함수를 사후 업데이트하는 것
    에 기초하여 상기 입구 압력의 시간에 대한 도함수에 칼만 필터를 적용함으로써 추정되며,
    여기서 관측에 의해 측정된 값이 찾아지고, 추정에 의해 관측에 기초하는 업데이트된 예측이 찾아지는
    펌프 속도 제어 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다음 사이클의 가속전 시간을 추정하는 것을 더 포함하며, 상기 가속전 시간은 상기 다음 사이클의 시작으로부터 상기 다음 사이클의 유지 단계에서 상기 펌프가 가속되도록 제어되는 시점까지의 시간 길이를 지칭하며,
    상기 추정하는 것은 상기 다음 사이클에 바로 선행하는 것이 바람직한 적어도 하나의 이전 사이클의 가속전 시간에 기초하여 베이지안 필터, 특히 칼만 필터에 의해 수행되는
    펌프 속도 제어 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 다음 사이클의 가속전 시간의 추정치는 상기 다음 사이클에 바로 선행하는 적어도 하나의 이전 사이클의 가속전 시간의 추정치와 상기 현재 사이클의 가속전 시간의 관측치의 가중 평균인
    펌프 속도 제어 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    하기와 같은 반복 학습 공식에 기초하여 상기 다음 사이클의 가속전 시간을 추정하는 것을 더 포함하는
    펌프 속도 제어 방법.
    Figure pct00003

    여기서, j = 현재 사이클에 대한 반복 인덱스,
    u = 가속전 시간의 추정치,
    a = 가중 계수,
    b = 가중 계수,
    c = 가중 계수,
    d = 가중 계수,
    CycleTime = 사이클 시간의 관측치,
    Acceleration = VSD 인버터에 사용되는 회전수/분/초(rpm/s)의 가속도 상수,
    offset = 안정성을 증가시키기 위한 오프셋 파라미터.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펌프 속도 제어 방법이 처음으로 실행될 때 적어도 하나의 사이클의 시작 시점 및/또는 가속전 시간을 얻도록 상기 적어도 하나의 사이클 동안에 최대 속도로 작동하도록 상기 펌프를 제어하는 것을 더 포함하는
    펌프 속도 제어 방법.
  12. 펌프의 속도를 제어하기 위한 장치, 특히 사이클 응용에 이용되는 가변 속도 드라이브(VSD) 진공 펌프의 속도를 제어하기 위한 장치에 있어서,
    제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 펌프 속도 제어 방법의 단계에 관한 명령을 포함하는 메모리 유닛과,
    상기 메모리 유닛에 포함된 명령을 실행하도록 구성된 처리 유닛과,
    상기 펌프에 속도 제어 신호를 전송하도록 구성된 출력 유닛과,
    상기 펌프의 입구 압력을 판독하여 상기 처리 유닛에 공급하도록 구성된 입력 유닛을 포함하는
    펌프 속도 제어 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 처리 유닛이 상기 명령을 처음으로 실행하기 시작할 때 적어도 하나의 사이클의 시작 시점 및/또는 가속전 시간을 계산하도록 구성된 시간 카운팅 유닛을 더 포함하는
    펌프 속도 제어 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 시간 카운팅 유닛은 상기 현재 사이클의 시작 시점 및/또는 사이클 시간을 측정하도록 추가로 구성되는
    펌프 속도 제어 장치.
  15. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재된 펌프 속도 제어 장치가 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 펌프 속도 제어 방법의 단계를 실행하게 하는 명령을 포함하는
    컴퓨터 프로그램.
  16. 제 15 항에 기재된 컴퓨터 프로그램이 저장되는
    컴퓨터 판독가능 매체.
  17. 펌프 속도 제어 장치에 결합된 펌프, 특히 사이클 응용에 이용되는 가변 속도 드라이브(VSD) 진공 펌프에 있어서,
    복수의 펌프 파라미터를 검출하도록 구성된 제어 유닛과,
    상기 복수의 펌프 파라미터를 상기 펌프 속도 제어 장치로 전송하도록 구성된 출력 유닛과,
    제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 펌프 속도 제어 방법에 따라 상기 펌프가 작동하게 제어되도록 상기 펌프 속도 제어 장치로부터 전송된 속도 제어 신호를 수신하도록 구성된 입력 유닛을 포함하는
    펌프.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 복수의 펌프 파라미터는 상기 펌프의 입구 압력을 포함하는
    펌프.
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