TW202035873A - 控制方法及真空系統 - Google Patents

Abstract

一種控制方法及真空系統。真空系統包括抽氣模組、控制模組以及感測模組，且抽氣模組連接於腔體。控制方法包括控制模組驅動抽氣模組以第一定轉速對腔體進行抽氣，感測模組偵測腔體的第一壓力值，並將第一壓力值傳遞至控制模組，控制模組判斷第一壓力值是否大於預定壓力值，當第一壓力值大於預定壓力值時，控制模組控制抽氣模組維持第一定轉速；當第一壓力值小於預定壓力值時，控制模組驅動抽氣模組以可變轉速對腔體進行抽氣，感測模組偵測腔體的第二壓力值，並將第二壓力值傳遞至控制模組，以及控制模組根據第二壓力值調整可變轉速。

Description

控制方法及真空系統

本發明是關於一種控制方法及真空系統，且特別是關於一種可調整抽氣功率的控制方法及真空系統。

真空度的控制是工業以及實驗室中經常面臨的課題之一。一般而言，真空系統包括抽氣模組以及腔體，抽氣模組對腔體進行抽氣，將腔體內部的氣體排放至腔體外部以達到提高腔體內部真空度的效果。然而，當腔體內部的真空度達到預定目標時，抽氣模組若維持相同的抽氣功率運轉，容易造成無謂的能量耗費。

本發明提供一種控制方法，其能調整抽氣模組的抽氣功率，避免真空系統的能量耗費。

本發明的控制方法，適用於一真空系統。真空系統包括一抽氣模組、一控制模組以及一感測模組，抽氣模組、控制模組以及感測模組彼此電性連接，且抽氣模組連接於一腔體。控制方法包括控制模組驅動抽氣模組以一第一定轉速對腔體進行抽氣；感測模組偵測腔體的一第一壓力值，並將第一壓力值傳遞至控制模組；控制模組判斷第一壓力值是否大於一預定壓力值。當第一壓力值大於預定壓力值時，控制模組控制該抽氣模組維持第一定轉速；當第一壓力值小於等於預定壓力值時，控制模組驅動抽氣模組以一可變轉速對腔體進行抽氣；感測模組偵測腔體的一第二壓力值，並將第二壓力值傳遞至控制模組，以及控制模組根據該第二壓力值調整可變轉速。

在本發明的一實施例中，控制模組根據第二壓力值調整可變轉速包括控制模組判斷第二壓力值是否大於或小於預定壓力值。當第二壓力值大於或小於預定壓力值時，控制模組控制抽氣模組調整可變轉速；當第二壓力值等於預定壓力值時，控制模組依據偵測第二壓力值時的可變轉速定義一第二定轉速，並控制抽氣模組維持第二定轉速運轉，其中第二定轉速小於第一定轉速。

在本發明的一實施例中，控制模組包括一比例-積分-微分控制器。當第二壓力值大於或小於預定壓力值時，比例-積分-微分控制器依據第一壓力值或第二壓力值與預定壓力值的一差值計算一回饋訊號，且控制模組依據回饋訊號控制抽氣模組調整可變轉速。

在本發明的一實施例中，抽氣模組包括一幫浦，幫浦包括一馬達，且馬達為一感應馬達、一同步馬達或一永磁馬達。

在本發明的一實施例中，控制模組包括一交流變頻控制器。當控制模組控制抽氣模組調整可變轉速時，交流變頻控制器適於調整感應馬達、同步馬達或永磁馬達的轉速。

在本發明的一實施例中，可變轉速大於等於每分鐘100圈且小於等於每分鐘5400圈。

在本發明的一實施例中，感測模組包括一電子式真空計，電子式真空計連接於腔體，且透過一類比訊號傳遞第一壓力值以及第二壓力值至控制模組。

在本發明的一實施例中，預定壓力值大於等於10毫托且小於等於760托。

本發明另揭露一種真空系統，真空系統係應用上述控制方法，以調整抽氣模組的抽氣功率，避免能量耗費。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式做詳細說明如下。

有關本發明之前述及其它技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚地呈現。

第1圖是本發明的一實施例的控制方法的步驟流程圖，第2圖是使用第1圖的控制方法的一真空系統的方塊圖，請參考第1圖及第2圖。本實施例的控制方法適用於一真空系統10，其中真空系統10包括一抽氣模組100、一控制模組200以及一感測模組300，且抽氣模組100、控制模組200以及感測模組300彼此電性連接。具體而言，在本實施例中，抽氣模組100為一轉子式抽氣機，且包括一幫浦110以及一抽氣管線120，其中幫浦110包括一馬達112以及一進氣轉子(未繪示)，且抽氣模組100藉由抽氣管線120連接於一腔體400。當抽氣模組100啟動時，馬達112將會轉動並帶動進氣轉子一起運轉，形成一壓力差，將腔體400內部的氣體抽出並經由抽氣管線120自幫浦110的排氣端排出，達到提高腔體400內部真空度的效果。然而，抽氣模組100的選擇並不以此為限，依據抽氣量、抽氣速率上的需要，也可選用葉輪式鼓風機、透浦式鼓風機等抽氣設備。

更進一步而言，在本實施例中，馬達112為一感應馬達，且控制模組200包括一交流變頻控制器220。當抽氣模組100啟動時，交流變頻控制器220可透過電壓/頻率(V/f)純量控制、磁場導向控制(field-oriented control, FOC)或直接轉矩控制(direct torque control, DTC)等方式控制馬達112的轉矩或轉速，以達到改變抽氣模組100抽氣功率的目的。然而，依據運轉模式以及實際選用上的需求，在其它的實施例中，抽氣模組100的馬達112也可以是一同步馬達或一永磁馬達，本發明對此並不加以限制。

另一方面，本實施例的感測模組300包括連接於腔體400的一電子式真空計310，且電子式真空計310可在抽氣過程中感測腔體400的內部壓力，並將此內部壓力透過一類比訊號傳遞至控制模組200，作為控制模組200控制或調整抽氣模組100運轉模式的依據。

如第1圖所示，當要提高腔體400的真空度時，控制模組200將驅動抽氣模組100以一第一定轉速對腔體400進行抽氣(步驟S01)。在本實施例中，第一定轉速為馬達112的最大轉速每分鐘5400圈，由於抽氣模組100以最大轉速對腔體400進行抽氣，因此可在最短的時間內使腔體400內部達到預定的目標真空度。此時，感測模組300會藉由電子式真空計310偵測腔體400的內部壓力，也就是第一壓力值，並透過類比訊號將第一壓力值傳遞至控制模組200(步驟S02)。控制模組200將接收到的第一壓力值與預定的目標真空度所對應的預定壓力值相比，判斷第一壓力值是否大於預定壓力值(步驟S03)。在本實施例中，預定壓力值介於10毫托至760毫托之間，但本發明並不以此為限。當第一壓力值大於預定壓力值時，代表腔體400內部的真空度尚未到達目標真空度，因此控制模組200將繼續驅動抽氣模組100以最大轉速進行抽氣，直到腔體400內部的壓力達到預定壓力值。當第一壓力值小於等於預定壓力值時，代表腔體400內部的真空度已經達到目標真空度，此時便可降低抽氣模組100的抽氣功率以節省能量輸出。

在降低抽氣模組100的抽氣功率過程中，由於腔體400內部氣體被抽出的速率與外部氣體進入腔體400內部的速率並未達到平衡，因此可能會產生腔體400內部的真空度再次降低而未能達到目標真空度的情況。因此，控制模組200會驅動抽氣模組100以一可變轉速對腔體400進行抽氣(步驟S04)。在本實施例中，可變轉速的範圍介於每分鐘100圈至每分鐘5400圈之間，但本發明並不以此為限。於此，感測模組300會藉由電子式真空計310偵測腔體400的內部壓力，也就是第二壓力值，並透過類比訊號將第二壓力值傳遞至控制模組200(步驟S05)。控制模組200會根據接收到的第二壓力值，調整可變轉速(步驟S06)。

具體而言，在步驟S06中，控制模組200會將接收到的第二壓力值與預定壓力值相比，判斷第二壓力值是否大於或小於預定壓力值。當第二壓力值大於預定壓力值時，代表腔體400內部的氣壓由於抽氣模組100的馬達112的轉速降低而再度提高，且未能達到目標真空度，此時控制模組200將控制抽氣模組100提高馬達112的可變轉速。更進一步而言，本實施例的控制模組200包括一比例-積分-微分(PID)控制器210，當第二壓力值大於預定壓力值時，比例-積分-微分控制器210將依據第二壓力值與預定壓力值的差值計算一回饋訊號，且控制模組200會依據此回饋訊號控制抽氣模組100提高馬達112的可變轉速，使腔體400內部的真空度再度提高。另一方面，當第二壓力值小於預定壓力值時，代表抽氣模組100將腔體400內部的空氣抽出的速率大於外部氣體進入腔體400內部的速率，為了節省運轉能量，比例-積分-微分控制器210同樣會依據第二壓力值與預定壓力值的差值計算回饋訊號，且控制模組200依據此回饋訊號控制抽氣模組100繼續降低可變轉速，使腔體400內部的真空度降低至目標真空度。

經過多次回饋修正後，第二壓力值最終將趨近於預定壓力值。當第二壓力值等於預定壓力值，或兩者間的誤差小於一容許範圍時，代表抽氣模組100的抽氣功率已和外部氣體進入腔體400內部的速率達到平衡，此時控制模組200會依據偵測第二壓力值時的可變轉速定義一第二定轉速，並控制抽氣模組100的馬達112維持第二定轉速運轉。由於第二定轉速是經由第一定轉速，也就是最大轉速降速調整後的結果，因此第二定轉速小於第一定轉速。當抽氣模組100維持第二定轉速運轉，可確保腔體400內部的真空度達到目標真空度，且以較低的抽氣功率運作。

綜上所述，本發明的控制方法透過控制模組驅動抽氣模組以第一定轉速對腔體進行抽氣，使得腔體內部的壓力能迅速到達預定壓力值，之後控制模組驅動抽氣模組以可變轉速對腔體進行抽氣，並根據第二壓力值對可變轉速進行調整，能使腔體內部壓力維持在預定壓力值的同時減少能量損耗，達到節能的效果。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10:真空系統 100:抽氣模組 110:幫浦 112:馬達 120:抽氣管線 200:控制模組 210:比例-積分-微分控制器 220:交流變頻控制器 300:感測模組 310:電子式真空計 400:腔體 S01、S02、S03、S04、S05、S06:步驟

第1圖是本發明的一實施例的控制方法的步驟流程圖。 第2圖是使用第1圖的控制方法的一真空系統的方塊圖。

S01、S02、S03、S04、S05、S06:步驟

Claims (16)

1. 一種控制方法，適用於一真空系統，該真空系統包括一抽氣模組、一控制模組以及一感測模組，該抽氣模組、該控制模組以及該感測模組彼此電性連接，且該抽氣模組連接於一腔體，該控制方法包括： 該控制模組驅動該抽氣模組以一第一定轉速對該腔體進行抽氣； 該感測模組偵測該腔體的一第一壓力值，並將該第一壓力值傳遞至該控制模組； 該控制模組判斷該第一壓力值是否大於一預定壓力值； 當該第一壓力值大於該預定壓力值時，該控制模組控制該抽氣模組維持該第一定轉速； 當該第一壓力值小於等於該預定壓力值時，該控制模組驅動該抽氣模組以一可變轉速對該腔體進行抽氣； 該感測模組偵測該腔體的一第二壓力值，並將該第二壓力值傳遞至該控制模組；以及 該控制模組根據該第二壓力值調整該可變轉速。
2. 如請求項1述的控制方法，其中該控制模組根據該第二壓力值調整該可變轉速包括： 該控制模組判斷該第二壓力值是否大於或小於該預定壓力值； 當該第二壓力值大於或小於該預定壓力值時，該控制模組控制該抽氣模組調整該可變轉速； 當該第二壓力值等於該預定壓力值時，該控制模組依據偵測該第二壓力值時的該可變轉速定義一第二定轉速，並控制該抽氣模組維持該第二定轉速運轉，其中該第二定轉速小於該第一定轉速。
3. 如請求項2所述的控制方法，其中該控制模組包括一比例-積分-微分控制器，當該第二壓力值大於或小於該預定壓力值時，該比例-積分-微分控制器依據該第二壓力值與該預定壓力值的一差值計算一回饋訊號，且該控制模組依據該回饋訊號控制該抽氣模組調整該可變轉速。
4. 如請求項1所述的控制方法，其中該抽氣模組包括一幫浦，該幫浦包括一馬達，且該馬達為一感應馬達、一同步馬達或一永磁馬達。
5. 如請求項4所述的控制方法，其中該控制模組包括一交流變頻控制器，當該控制模組控制該抽氣模組調整該可變轉速時，該交流變頻控制器適於調整該感應馬達、該同步馬達或該永磁馬達的轉速。
6. 如請求項1所述的控制方法，其中該可變轉速大於等於每分鐘100圈且小於等於每分鐘5400圈。
7. 如請求項1所述的控制方法，其中該感測模組包括一電子式真空計，該電子式真空計連接於該腔體，且該電子式真空計透過一類比訊號傳遞該第一壓力值以及該第二壓力值至該控制模組。
8. 如請求項1所述的控制方法，其中該預定壓力值大於等於10毫托且小於等於760托。
9. 一種真空系統，包括： 一抽氣模組，連接於一腔體； 一感測模組，用以偵測該腔體的壓力；以及 一控制模組，電性連接於該抽氣模組與該感測模組，該控制模組設置以執行： 驅動該抽氣模組以一第一定轉速對該腔體進行抽氣； 控制該感測模組在該抽氣模組以該第一定轉速對該腔體進行抽氣時，偵測該腔體的一第一壓力值； 判斷該第一壓力值是否大於一預定壓力值； 控制該抽氣模組於該第一壓力值大於該預定壓力值時，維持該第一定轉速； 驅動該抽氣模組在該第一壓力值小於等於該預定壓力值時，以一可變轉速對該腔體進行抽氣；以及 根據該第二壓力值調整該可變轉速。
10. 如請求項9所述的真空系統，其中該控制模組另執行： 判斷該第二壓力值是否大於或小於該預定壓力值； 控制該抽氣模組在該第二壓力值大於或小於該預定壓力值時，調整該可變轉速； 當該第二壓力值等於該預定壓力值時，依據偵測該第二壓力值時的該可變轉速定義一第二定轉速，並控制該抽氣模組維持該第二定轉速運轉，其中該第二定轉速小於該第一定轉速。
11. 如請求項10所述的真空系統，其中該控制模組包括： 一比例-積分-微分控制器，該比例-積分-微分控制器在該第二壓力值大於或小於該預定壓力值時，依據該第二壓力值與該預定壓力值的一差值計算一回饋訊號，且該控制模組依據該回饋訊號控制該抽氣模組調整該可變轉速。
12. 如請求項9所述的真空系統，其中該抽氣模組包括一幫浦，該幫浦包括一馬達，且該馬達為一感應馬達、一同步馬達或一永磁馬達。
13. 如請求項12所述的真空系統，其中該控制模組包括： 一交流變頻控制器，該交流變頻控制器在該控制模組控制該抽氣模組調整該可變轉速時，適於調整該感應馬達、該同步馬達或該永磁馬達的轉速。
14. 如請求項9所述的真空系統，其中該可變轉速大於等於每分鐘100圈且小於等於每分鐘5400圈。
15. 如請求項9所述的真空系統，其中該感測模組包括： 一電子式真空計，連接於該腔體，該電子式真空計透過一類比訊號傳遞該第一壓力值以及該第二壓力值至該控制模組。
16. 如請求項9所述的真空系統，其中該預定壓力值大於等於10毫托且小於等於760托。

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