TWI821762B - 泵的堵塞檢測系統 - Google Patents

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Abstract

一種泵的堵塞檢測系統，其能夠不被泵停止時的檢查、定期檢查煩擾地對堵塞進行檢測。在電力轉換裝置的控制單元中設置的堵塞檢測部包括：第一功能，其在電動機因堵塞而過負荷從而電流增加時，根據電動機的電流限制動作、輸出轉矩限制動作、或者輸出電力限制動作的有無，設定第一得分；第二功能，其根據過電流限制動作的有無，設定第二得分；以及第三功能，其根據用於除去電動機的過電流的過電流保護動作的有無，設定第三得分，基於上述第一得分～上述第三得分中的一個以上的得分，對真空泵的吸氣側配管或排氣側配管等的堵塞進行檢測。

Description

泵的堵塞檢測系統
本發明係關於對於泵的因附著於配管等的堆積物而引起的堵塞進行檢測的技術，詳細而言，係關於抽吸或壓送氣體、液體等的流體的泵的堵塞檢測系統。
例如，在半導體製造裝置中的濺射等的成膜工序中，為了將腔室(爐)內保持為真空狀態，藉由電動機驅動構成真空泵的葉輪(impeller)。在該情況下，被導入腔室內的氣體與成膜材料的化學反應的生成物附著並堆積於真空泵的吸氣側配管、排氣側配管的內壁甚至葉輪，該堆積物引起真空泵的堵塞。並且，隨著堆積物增加，電動機的負荷轉矩增大，電動機成為過熱狀態，最壞的情況下電動機以及真空泵會停止。 以往，採取藉由在運轉中的真空泵突然停止的時刻進行檢查，或者，定期進行檢查等的方法發現堵塞，從而除去堆積物的維護體制。 但是，必然希望回避真空泵突然停止這樣的麻煩，另外，即使定期進行檢查，由於在半導體製造工序中使用的氣體的種類、工藝的不同，因此存在決定最適合檢查的時機是困難且繁瑣的等的問題。 因此，期望在對真空泵的運轉產生妨礙前的階段對堵塞進行檢測。 這裡，在專利文獻1中，公開了以下技術，即，在藉由氣流除去附著於過濾器的塵埃的系統中，包括：對使上述氣流產生的電動機的驅動電流進行測定的單元；自複數個值選擇驅動電流的上限值的單元；以及對驅動電流測定值超過設定值而持續的時間(持續時間)進行測定的單元，並且根據該持續時間改變電動機的驅動電流。 在該以往技術中，基於上述持續時間對因塵埃引起的過濾器的堵塞進行檢測，在該情況下，提高電動機的驅動電流的上限值，藉由使電動機以高轉矩旋轉，高效除去塵埃。 ＜先前技術文獻＞ ＜專利文獻＞ [專利文獻1]日本專利第4973477號公報(請求項1～3、[0035]～[0045]、圖5等)
＜發明欲解決之問題＞ 在專利文獻1中記載的以往技術中，存在以下問題，即，為了檢測過濾器的堵塞，需要對驅動電流的測定值超過設定值的持續時間進行測定，從而運算處理複雜化。 因此，本發明的解決課題在於，提供一種泵的堵塞檢測系統，其不被與泵停止等的突發的麻煩相應的檢查操作、定期的檢查操作煩擾，能夠可靠地檢測流體流路的堵塞而高效地進行維護操作。 ＜用於解決問題之手段＞ 為了解決該課題，技術方案1的發明包括藉由電力轉換裝置進行控制的電動機以及藉由該電動機進行驅動來壓送或抽吸流體的泵，該技術方案1的發明用於對構成該泵的流體流路的堵塞進行檢測， 在該電力轉換裝置的控制單元中設置的堵塞檢測部包括： 第一功能，其在該電動機因該堵塞而過負荷，從而該電動機的電流增加時，根據對於該電動機的電流限制動作、輸出轉矩限制動作、或者輸出電力限制動作的有無，設定第一得分； 第二功能，其根據對於該電動機的過電流限制動作的有無，設定第二得分；以及 第三功能，其根據用於除去該電動機的過電流的過電流保護動作的有無，設定第三得分， 基於該第一得分～該第三得分中的一個以上的得分，對該堵塞進行檢測。 技術方案2的發明的特徵在於，在技術方案1記載的泵的堵塞檢測系統中，該堵塞檢測部還包括第四功能，其根據該電動機的啟動時的過電流保護動作的有無，設定第四得分，基於該第一得分～該第三得分中的一個以上的得分以及該第四得分，對該堵塞進行檢測。 權利要求3的發明的特徵在於，在技術方案1或2記載的泵的堵塞檢測系統中，該堵塞檢測部基於將複數個該得分相加而得到的得分累計值，對該堵塞進行檢測。 技術方案4的發明的特徵在於，在技術方案1～3中任一項記載的泵的堵塞檢測系統中，根據該電力轉換裝置的輸出頻率的降低量，計算該第一得分。 技術方案5的發明的特徵在於，在技術方案3或技術方案4記載的泵的堵塞檢測系統中，該堵塞檢測部基於該得分累計值、以及在該流體流路中配置的壓力感測器的壓力測定值，對該堵塞進行檢測。 技術方案6的發明的特徵在於，在技術方案5記載的泵的堵塞檢測系統中，該堵塞檢測部包括第五功能，其將該得分累計值和該壓力測定值的組合與規定的閾值進行比較，從而推定該堵塞的產生部位，並且輸出其結果。 技術方案7的發明的特徵在於，在技術方案6記載的泵的堵塞檢測系統中，將藉由本次的運算週期運算出的該得分累計值設定為本次得分累計值，並且將該本次得分累計值和該壓力測定值的組合與規定的閾值進行比較，從而推定該堵塞的產生部位。 技術方案8的發明的特徵在於，在技術方案6記載的泵的堵塞檢測系統中，將藉由上次的運算週期運算出的該得分累計值設定為上次得分累計值，將該上次得分累計值和本次的運算週期中的複數個該得分的累計值相加而求得本次得分累計值，將該本次得分累計值和該壓力測定值的組合與規定的閾值進行比較，從而推定該堵塞的產生部位。 技術方案9的發明的特徵在於，在技術方案6～8中任一項記載的泵的堵塞檢測系統中，將藉由該第五功能推定的該堵塞的產生部位在顯示器畫面中進行顯示，或者藉由網路發送到外部，或者在記錄介質中進行記錄。 技術方案10的發明的特徵在於，在技術方案7～9中任一項記載的泵的堵塞檢測系統中，將該本次得分累計值在顯示器畫面中進行顯示，或者藉由網路發送到外部，或者在記錄介質中進行記錄。 技術方案11的發明的特徵在於，在技術方案1～10中任一項記載的泵的堵塞檢測系統中，該泵為真空泵，該流體流路為該真空泵的排氣側配管或吸氣側配管。 ＜發明之功效＞ 根據本發明，能夠不被根據泵停止等的突發的麻煩的檢查操作、定期的檢查操作煩擾，可靠地對流體流路中的堵塞進行檢測。另外，能夠推定泵內的堵塞位置，從而能夠使檢查•清掃操作容易化。
以下，依據圖對本發明的實施方式進行說明。 需要說明的是，在各實施方式中，雖然將本發明作為在半導體製造工序中使用的真空泵的堵塞檢測系統進行說明，但是本發明以對氣體、液體等的流體進行抽吸或壓送的各種的流體機械為對象物，「泵」是包括壓縮機的概念。 圖1是本發明的第一實施方式的堵塞檢測系統的構成圖。 在圖1中，10是三相商用電源等的電源，20是例如包括VVVF(可變電壓可變頻率)反相器及其控制電路的電力轉換裝置，30是感應電動機、同步電動機等的電動機，藉由該電動機30來驅動真空泵40內的葉輪(impeller)41。 腔室(爐)50藉由吸氣側配管42與葉輪41連結，在吸氣側配管42的相反側設有排氣側配管43。被電動機30驅動的葉輪41抽吸腔室50內的空氣並自排氣側配管43排出，從而腔室50的內部保持為真空狀態。該腔室50例如用於進行向半導體基板的成膜工序。上述吸氣側配管42、葉輪41、以及排氣側配管43構成技術方案中的流體流路。 需要說明的是，由於本發明的主旨在於泵的堵塞檢測功能，因此電源10、電動機30的種類(交流、直流、相數)、電力轉換裝置20的轉換方式以及構成等不特別限定。 排氣壓力感測器60與排氣側配管43連接，基於該排氣壓力感測器60的真空泵40的排氣壓力測定值被輸入電力轉換裝置20的控制電路具有的堵塞檢測部70。 如後詳述，堵塞檢測部70具有以下功能，即，基於根據電力轉換裝置20的各種限制動作、保護動作的複數個得分的累計值、上述排氣壓力測定值以及規定的閾值，對真空泵40(包括吸氣側配管42、排氣側配管43、以及葉輪41)的內部的堵塞進行檢測並輸出。 在腔室50的內部，例如由於在向半導體基板的成膜工序中使用各種氣體而產生固化的生成物101，在該生成物101、塵埃經由葉輪41被排氣的過程中，附著於吸氣側配管42、排氣側配管43的內壁、葉輪41等，成為堆積物102。堵塞檢測部70用於對因這些生成物101、堆積物102引起的堵塞進行檢測。 在本實施方式中，雖然將排氣壓力感測器60的排氣壓力測定值用於堵塞檢測，但是亦可以在吸氣側配管42連接吸氣壓力感測器(未圖示)，並且將該吸氣壓力測定值用於堵塞檢測。或者，可以設置排氣壓力感測器以及吸氣壓力感測器，將排氣壓力測定值和吸氣壓力測定值的任一者(例如，較大一者)的測定值、或者兩個測定值的平均值用於堵塞檢測。 接下來，圖2是本發明的第二實施方式的堵塞檢測系統的構成圖。 該實施方式使用由電腦、PLC(Programmable Logic Controller)等構成的控制器80對電力轉換裝置20進行控制。在該情況下，排氣壓力感測器60的排氣壓力測定值藉由控制器80被輸入電力轉換裝置20內的堵塞檢測部70。 另外，圖3是本發明的第三實施方式的堵塞檢測系統的構成圖。 該實施方式中，控制器80包括堵塞檢測部70，排氣壓力感測器60的排氣壓力測定值被輸入控制器80內的堵塞檢測部70。 需要說明的是，對於堵塞檢測部70，不僅可以如圖1、圖2那樣設置於電力轉換裝置20的內部，如圖3那樣設置於控制器80的內部，亦可以在所謂雲端側設置電力轉換裝置20的控制單元(程式)，並且該控制單元包括本發明的堵塞檢測功能。 接下來，在各實施方式中，基於圖4的流程圖，對藉由堵塞檢測部70執行的代表性的堵塞檢測動作進行說明。該檢測動作定期執行。 首先，若真空泵40長期使用，則生成物101附著於吸氣側配管42的內壁、排氣側配管43的內壁等而成為堆積物102，另外，生成物101、堆積物102有時亦進入葉輪41的內部。因此，對於用於驅動葉輪41的電動機30，成為過負荷狀態，自電力轉換裝置20流入電動機30的電流、輸入電力、電動機30的輸出轉矩增加。 電力轉換裝置20通常能夠藉由控制電路的動作將輸出電流、輸出頻率、輸出電力、以及電動機30的輸出轉矩等限制為規定值。例如，若電力轉換裝置20的輸出電流超過規定值而電流限制動作工作(圖4的步驟S1 Yes)，則由於電力轉換裝置20的輸出頻率降低，因此將該降低量記錄於記憶體中。而且，根據輸出頻率降低量計算第一得分，並且設定(set)該第一得分(步驟S3)。需要說明的是，在電流限制動作不工作的情況下(步驟S1 No)，將第一得分設定為「0」。 接下來，在產生電動機30高速旋轉時堆積物102附著於葉輪41的內部等的事態而急劇成為過負荷狀態，並且為了防止自電力轉換裝置20向電動機30流入閾值(比步驟S1的電流限制動作判定時的上述規定值大的值)以上的過電流而過電流限制動作工作的情況下(步驟S4 Yes)，設定預設的第二得分(步驟S5)。需要說明的是，在過電流限制動作不工作的情況下(步驟S4 No)，將第二得分設定為「0」。 並且，在上述過電流狀態不消除的情況下，進行切斷自電力轉換裝置20供給的電力而使電動機30停止等的過電流保護動作(步驟S6 Yes)，並且設定預設的第三得分(步驟S7)。需要說明的是，在過電流保護動作不工作的情況下(步驟S6 No)，將第三得分設定為「0」。 而且，判定使停止中的電動機30再次啟動時過電流保護動作是否正在工作，若其正在工作(步驟S8 Yes)，則設定預設的第四得分(步驟S9)。需要說明的是，在啟動時過電流保護動作不工作的情況下(步驟S8 No)，將第四得分設定為「0」。 這裡，對於上述啟動時過電流保護動作的判定(步驟S8)，除了運轉中的過電流保護動作(步驟S6)正在持續的情況，還可能在經過步驟S1～S5後長時間使泵的運轉停止，之後使泵啟動的情況下，附著於吸氣側配管42的堆積物102、新的生成物101流入葉輪41而引起堵塞，從而啟動時過電流保護動作工作，這種情況亦是步驟S8的判定的對象。 需要說明的是，上述判定啟動時過電流保護動作的有無的處理(步驟S8)在本發明中不是必須的。即，如技術方案1記載，堵塞檢測部70至少包括根據電流限制動作(步驟S1)等的有無設定第一得分的第一功能、根據過電流限制動作(步驟S4)的有無設定第二得分的第二功能、以及根據過電流保護動作(步驟S6)的有無設定第三得分的第三功能即可，其使用該第一～第三得分進行堵塞檢測。 之後，將第一～第四得分與在上次的運算週期中計算的上次得分累計值相加，從而計算本次得分累計值(步驟S10)。 然後，將步驟S10的相加結果(本次得分累計值)和圖1～圖3的排氣壓力感測器60的排氣壓力測定值組合，藉由將該組合與後述各種閾值進行比較，從而推定堵塞的部位(步驟S11)，並且將該結果進行分類且藉由顯示器顯示、向網際網路等的外部網路的發送、向記錄介質的記錄等的方法進行輸出(步驟S12)。另外，根據需要，對於本次得分累計值亦進行顯示器顯示、向外部網路的發送、向記錄介質的記錄等。 對半導體製造裝置的運轉進行監視的操作員、現場的操作者自上述輸出識別堵塞的產生，根據需要使電動機30停止而執行檢查•清掃操作等即可。 之後，記錄本次得分累計值(步驟S13)，而且清空第一～第四得分(步驟S14)。如此，藉由每次記錄本次得分累計值，能夠將堵塞進行的狀況作為趨勢(trend)進行保留，從而能夠有助於半導體製造工序中的成膜條件的研究等。 這裡，可以與上述第一～第四得分的清空(步驟S14)一同清空各得分的相加值(僅「得分累計值」)，清空的時機例如可以設定為堵塞部位的檢查•清掃操作完成的時刻。 圖5是將堵塞檢測部70的功能分散設置於電力轉換裝置20以及控制器80的情況的動作說明圖。 在電力轉換裝置20中，執行圖4中的步驟S1～S10的處理，將第一～第四得分和上次得分累計值的相加結果設定為本次得分累計值，存儲在通信用發送緩衝器中，並且將該通信數據傳送至控制器80。 需要說明的是，在圖5的電力轉換裝置20中用括弧示出的「上次得分累計值」表示根據需要與各得分相加，換言之，可以將圖4的步驟S10中的上次得分累計值設定為零。亦就是說，若將上次得分累計值設定為零，僅將第一～第四得分的累計值作為本次得分累計值進行使用，則每次執行圖4的流程圖，都能夠以瞬時值的方式使用本次得分累計值來檢測堵塞。 在圖5中，在控制器80中，將接收的本次得分累計值存儲於通信用接收緩衝器中，並且將該本次得分累計值設定為比較•推定單元71的一個輸入。 作為比較•推定單元71的另一個輸入，給予圖1～圖3中的排氣壓力感測器60的排氣壓力測定值。 比較•推定單元71執行圖4的步驟S11、S12的處理，其將本次得分累計值和排氣壓力測定值組合，將該組合與閾值a 1、a 2、a 3、b 1進行比較，從而推定堵塞的部位，並且例如將其輸出至控制器80的顯示器畫面81。需要說明的是，可以將本次得分累計值另行獨立輸出至顯示器畫面81。如上所述，可以將比較•推定單元71的輸出、本次得分累計值作為數位數據向外部發送，或者記錄於USB記憶體、存儲卡等各種記錄介質中。 圖5所示顯示器畫面81是對本次得分累計值和排氣壓力測定值的組合屬於由閾值a 1、a 2、b 1等界定的四個象限中的哪一個象限進行推定顯示的例子。例如，a 1是相當於排氣壓力的下限值的閾值，a 2是警告排氣壓力的上升的閾值，a 3是相當於排氣壓力的上限值的閾值，優選在排氣壓力超過該閾值a 3的情況下發出警報，催促泵的運轉停止。另外，b 1是警告本次得分累計值的上升的閾值。無需說明的是，這些閾值的數量、意義(種類)、顯示器畫面81的顯示形式等不限於上述的例子。 若對顯示器畫面81內的四個象限(1)～(4)進行說明，則經驗上，傾向於排氣壓力測定值越高則排氣側配管43中的堆積物102越多，本次得分累計值越大則吸氣側配管42中的堆積物102越多。 考慮該點，設定象限(1)為吸氣側配管42以及排氣側配管43中堆積物102較多的區域，設定象限(2)為吸氣側配管42中堆積物102較多的區域，設定象限(3)為排氣側配管43中堆積物102較多的區域，並且將本次得分累計值和排氣壓力測定值的組合在這些象限(1)、(2)、(3)的任一者中進行分類且藉由圖示等進行顯示。象限(4)是堆積物102在吸氣側配管42以及排氣側配管43較少的例子，通常不進行藉由圖示等的顯示，但是在產生雜質向葉輪41的咬入等的情況下，可以使用該象限(4)顯示異常產生警報。 如上所述，在本發明的實施方式中，將電流限制動作、過電流限制動作、過電流保護動作的有無換算為得分，將這些得分的累計值和例如排氣壓力測定值組合，從而能夠推定並輸出吸氣側配管42、葉輪41、排氣側配管43等的堵塞的產生部位。由此，能夠迅速且準確地進行堵塞產生時的檢查•清掃操作，從而使以真空泵等為首的各種泵的維護操作的高效化成為可能。 本發明在作為用於抽吸或壓送氣體、液體等的流體的流體機械的各種泵中，能夠利用於因反應生成物、雜質等而產生的流體流路種的堵塞的檢測。
10:電源 20:電力轉換裝置 30:電動機 40:真空泵 41:葉輪(impeller) 42:吸氣側配管 43:排氣側配管 50:腔室(爐) 60:排氣壓力感測器 70:堵塞檢測部 71:比較•推定單元 80:控制器 81:顯示器畫面 101:生成物 102:堆積物
[圖1]是本發明的第一實施方式的堵塞檢測系統的構成圖。 [圖2]是本發明的第二實施方式的堵塞檢測系統的構成圖。 [圖3]是本發明的第三實施方式的堵塞檢測系統的構成圖。 [圖4]是示出各實施方式中的代表的堵塞檢測動作的流程圖。 [圖5]是將堵塞檢測部的功能分散設置於電力轉換裝置以及控制器的情況下的動作說明圖。
S1~S14:步驟

Claims (11)

  1. 一種泵的堵塞檢測系統，包括：電動機，其藉由電力轉換裝置進行控制；以及泵，其藉由該電動機進行驅動，用於壓送或抽吸流體，該泵的堵塞檢測系統對構成該泵的流體流路的堵塞進行檢測，在該電力轉換裝置的控制單元中設置的堵塞檢測部包括：第一功能部，其在該電動機因該堵塞而過負荷，從而該電動機的電流增加時，根據對於該電動機的電流限制動作、輸出轉矩限制動作、或者輸出電力限制動作的有無，設定第一得分；第二功能部，其根據對於該電動機的過電流限制動作的有無，設定第二得分；以及第三功能部，其根據用於除去該電動機的過電流的過電流保護動作的有無，設定第三得分，基於該第一得分~該第三得分中的一個以上的得分，對該堵塞進行檢測。
  2. 如請求項1之泵的堵塞檢測系統，其中，該堵塞檢測部還包括第四功能部，其根據該電動機的啟動時的過電流保護動作的有無，設定第四得分，基於該第一得分~該第三得分中的一個以上的得分以及該第四得分，對該堵塞進行檢測。
  3. 如請求項1或2之泵的堵塞檢測系統，其中， 該堵塞檢測部基於將複數個該得分相加而得到的得分累計值，對該堵塞進行檢測。
  4. 如請求項1或2之泵的堵塞檢測系統，其中，根據該電力轉換裝置的輸出頻率的降低量，計算該第一得分。
  5. 如請求項3之泵的堵塞檢測系統，其中，該堵塞檢測部基於該得分累計值、以及在該流體流路中配置的壓力感測器的壓力測定值，對該堵塞進行檢測。
  6. 如請求項5之泵的堵塞檢測系統，其中，該堵塞檢測部包括第五功能部，其將該得分累計值和該壓力測定值的組合與規定的閾值進行比較，從而推定該堵塞的產生部位，並且輸出其結果。
  7. 如請求項6之泵的堵塞檢測系統，其中，將藉由本次的運算週期運算出的該得分累計值設定為本次得分累計值，並且將該本次得分累計值和該壓力測定值的組合與規定的閾值進行比較，從而推定該堵塞的產生部位。
  8. 如請求項6之泵的堵塞檢測系統，其中，將藉由上次的運算週期運算出的該得分累計值設定為上次得分累計值，將該上次得分累計值和本次的運算週期中的複數個該得分的累計值相加而求得本次得分累計值，將該本次得分累計值和該壓力測定值的組合與規定的閾值進行比較，從而推定該堵塞的產生部位。
  9. 如請求項6之泵的堵塞檢測系統，其中，將藉由該第五功能部推定的該堵塞的產生部位在顯示器畫面中進行顯示，或者藉由網路發送到外部，或者在記錄介質中進行記錄。
  10. 如請求項7之泵的堵塞檢測系統，其中，將該本次得分累計值在顯示器畫面中進行顯示，或者藉由網路發送到外部，或者在記錄介質中進行記錄。
  11. 如請求項1或2之泵的堵塞檢測系統，其中，該泵為真空泵，該流體流路為該真空泵的排氣側配管或吸氣側配管。
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