泵控制方法和设备与流程

本公开涉及一种泵控制方法和设备。本发明的方面涉及一种泵控制单元、一种泵系统、一种泵设备和一种控制泵的方法。

背景技术：

1、用于泵送过程气体的泵(例如涡轮分子泵(tmp))可被用在恶劣的运行环境中。例如，泵可能暴露于高等级的电离辐射，其需要使用适当耐用的材料。考虑到恶劣的运行环境，已被认识到的是利用远离泵系统的泵控制器会是有利的。泵控制器可被设置在不暴露于高等级电离辐射的良性环境中。泵控制器内的有源电子器件(例如微控制器和硅基集成电路)可被保护免于由于暴露于电离辐射的损坏，否则可能导致寿命上的影响。远程涡轮分子泵与相关联的泵控制器之间的连接可由动力连接和信号线束(loom)组成。在某些应用中，动力和信号可被组合起来。

2、标准涡轮分子泵通常在泵系统本身内提供集成控制电子器件。功能性安全元件由专门为泵系统设计的电子器件提供。因此，不存在功能性安全部件与错误的泵系统发生错配的风险，因为泵控制器在泵系统内的机械集成防止了任何错配。

3、泵控制器被设置成远离泵，例如相距大的物理距离(例如高达200米)，该布置结构可能带来特别的技术挑战。特别是，维持泵的功能性安全可能会有问题。在高速泵系统(例如涡轮分子泵)的情况下，特别的问题是使涡轮分子泵超过它的额定速度运行。这可能导致机械故障，潜在地导致真空密封失效或机械故障。如果泵控制器被构造成控制多个不同的泵，这些问题可能会更严重。

4、本发明的目的是解决与现有技术相关联的缺点中的一个或多个。

技术实现思路

1、本发明的方面和实施例提供了如所附权利要求中所声明的一种泵控制单元、一种泵系统、一种泵设备和一种控制泵的方法。

2、根据本发明的方面，提供了一种用于控制泵的泵控制单元，所述泵包括泵驱动马达、用于识别泵类型的泵类型识别器和用于识别泵速度额定值的泵速度额定值识别器；其中，所述泵控制单元包括：

3、至少一个控制器，所述至少一个控制器被构造成控制用于为所述泵驱动马达提供动力的逆变器；

4、泵类型识别电路，所述泵类型识别电路被构造成与所述泵类型识别器进行通信以识别所述泵类型，所述泵类型识别电路被构造成输出用于识别所述泵类型的泵类型识别信号；

5、泵速度额定值识别电路，所述泵速度额定值识别电路被构造成与所述泵速度额定值识别器进行通信以识别所述泵速度额定值，所述泵类型识别电路被构造成输出用于识别所述泵速度额定值的泵速度额定值识别信号；以及

6、交叉检查电路，所述交叉检查电路用于接收所述泵类型识别信号和所述泵速度额定值识别信号，并且识别所识别的泵类型和所识别的泵速度额定值之间的错配。至少在某些实施例中，所述交叉检查电路被构造成根据所述错配的识别来输出错配信号以抑制所述泵的运行。

7、至少在某些实施例中，所述泵控制单元可提供多级硬件检测方案以在运行之前识别远程泵系统。检测方案可任选地被构造成实施超速保护系统以帮助避免泵以大于速度额定值的速度运行。这可为整个泵系统提供改善的功能性安全元件。

8、泵控制单元可以能够识别泵系统的特定变体。可将所识别的变体相比二次泵速度额定值识别信号进行交叉检查。泵控制单元可从而确保所识别的泵类型和所识别的泵速度额定值匹配。至少在某些实施例中，所述泵控制单元可被构造成根据所识别的泵类型和所识别的泵速度额定值之间的匹配的识别来启动所述泵的运行。

9、泵类型识别电路和泵速度额定值识别电路可作为两个专用硬件检测电路被实施。泵识别和泵速度额定值可经由两个信号(例如第一和第二模拟电压信号)被识别。所述两个信号可被交叉检查电路使用以验证有效的泵系统已被检测到。主要的功能性安全元件可完全由硬件电子器件来实现，以实现高的保护等级(pl)。

10、例如经由嵌入式固件，泵控制单元可在泵类型识别信号和泵速度额定值信号上进行补充检查。这些检查可启动诊断和/或补充保护。例如，根据由固件检测到的错配，泵的运行可被抑制。固件检查可以是本文中所描述的硬件检查的补充。

11、至少在某些实施例中，泵控制单元可提供以下益处中的一个或多个：

12、●基于硬件的解决方案，其提供冗余以实现改善的可靠性，从而使得高的保护等级(pl)级别成为可能。

13、·基于硬件的解决方案，其提供了定义明确的平台，以便为功能性安全可靠性评估设计。

14、●经济高效的解决方案，其使得能够根据它们的速度范围对泵系统进行分类，从而降低设计的复杂性和部件数量。

15、所述交叉检查电路可被构造成将所述错配信号输出到跳闸门闩电路，以便抑制所述泵的运行。在至少某些实施例中，所述跳闸门闩电路可被构造成抑制所述逆变器的运行。

16、所述泵类型识别电路可被构造成将第一电流输出到所述泵类型识别电路，并且被构造成测量泵类型识别电压。所述泵类型识别电路可被构造成根据所测量的泵类型识别电压来识别所述泵类型。

17、所述泵速度额定值识别电路可被构造成将第二电流输出到所述泵速度额定值识别电路，并且被构造成测量泵速度额定值识别电压。所述泵速度额定值识别电路可被构造成根据所测量的泵速度额定值识别电压来识别所述泵速度额定值。

18、所述交叉检查电路可被构造成根据确定结果来识别所述错配，所述确定结果为所测量的泵类型识别电压和所测量的泵速度额定值识别电压彼此不同。所述交叉检查电路可被构造成根据确定结果来识别所述错配，所述确定结果为所测量的泵类型识别电压和所测量的泵速度额定值识别电压之间的关系在预定范围外。

19、所述至少一个控制器可被构造成接收所述泵类型识别信号和所述泵速度额定值识别信号。

20、所述至少一个控制器可被构造成实施二次检查以根据所述泵类型识别信号和所述泵速度额定值识别信号来识别所识别的泵类型和所识别的泵速度额定值之间的错配。

21、所述控制器或每个控制器包括至少一个电子处理器和存储器装置。一组计算指令可被存储在存储器装置中。在被所述至少一个电子处理器执行时，所述计算指令导致所述至少一个电子处理器实施本文中描述的(一个或多个)方法。特别是，所述计算指令导致所述至少一个电子处理器识别第二个错配。

22、所述至少一个控制器可被构造成根据所述错配的识别来抑制所述泵的运行。

23、所述至少一个控制器可被构造成根据所识别的泵速度额定值来控制所述泵的运行速度。

24、所述泵控制单元可包括超速检测单元。所述超速检测单元可根据所述泵速度额定值识别信号而被构造。

25、根据本发明的另一方面，提供了一种泵系统，所述泵系统包括如本文中所描述的泵控制单元。所述泵系统可包括泵设备。

26、根据本发明的另一方面，提供了一种泵设备，所述泵设备包括：

27、泵驱动马达；

28、用于识别泵类型的泵类型识别器；以及

29、用于识别泵速度额定值的泵速度额定值识别器；

30、其中，所述泵类型识别器和所述泵速度额定值识别器能够独立于彼此操作以分别识别所述泵类型和所述泵速度额定值。

31、所述泵类型识别器可包括泵类型电阻器网络，所述泵类型电阻器网络用于根据第一电流的所述供应来建立泵类型识别电压。

32、所述泵速度额定值识别器包括速度额定值电阻器网络，所述速度额定值电阻器网络用于根据第二电流的所述供应来建立泵速度额定值识别电压。

33、根据本发明的另一方面，提供了一种用于控制泵的运行的泵控制单元，所述泵包括泵驱动马达、泵类型识别器和泵速度额定值识别器；其中，所述泵控制器被构造成：

34、与所述泵类型识别器进行通信以确定泵类型；

35、与所述泵速度额定值识别器进行通信以确定泵速度额定值；

36、交叉检查所确定的泵类型和所确定的泵速度额定值；以及

37、根据所确定的泵类型和所确定的泵速度额定值之间的错配的识别来抑制所述泵的运行。所述泵控制器可被构造成根据所确定的泵类型和所确定的泵速度额定值之间的匹配的识别来启动所述泵的运行。

38、根据本发明的另一方面，提供了一种控制泵的方法，所述泵包括泵驱动马达、泵类型识别器和泵速度额定值识别器；其中，所述方法包括：

39、与所述泵类型识别器进行通信以确定泵类型；

40、与所述泵速度额定值识别器进行通信以确定泵速度额定值；

41、交叉检查所确定的泵类型和所确定的泵速度额定值；以及

42、根据所确定的泵类型和所确定的泵速度额定值之间的错配的识别来抑制所述泵的运行。所述方法可包括根据所确定的泵类型和所确定的泵速度额定值之间的匹配的识别来启动所述泵的运行。

43、本文中所描述的任何控制单元或控制器可适当地包括具有一个或多个电子处理器的计算装置。所述系统可包括单个控制单元或电子控制器，或者替代地，控制器的不同的功能可被体现于或托管于不同的控制单元或控制器中。如本文中所使用的，术语“控制器”或“控制单元”将被理解成包括单个控制单元或控制器以及多个控制单元或控制器两者，所述多个控制单元或控制器共同运行以提供任何指出的控制功能。为了构造控制器或控制单元，一组适当的指令可被提供，在被执行时，其导致所述控制单元或计算装置实施本文中所说明的控制技术。所述一组指令可被适当地嵌入在所述一个或多个电子处理器中。替代地，所述一组指令可被提供为软件，所述软件保存在与所述控制器相关联的一个或多个存储器上，以在所述计算装置上被执行。所述控制单元或控制器可被实施在一个或多个处理器上运行的软件中。一个或多个其他控制单元或控制器可被实施在一个或多个处理器上运行的软件中，任选地，该一个或多个处理器是与第一控制器相同的一个或多个处理器。也可以使用其他合适的布置。

44、在这个申请的范围内，所明确意图的是，在前述段落中、在权利要求中和/或在以下说明书及附图中呈现的各种方面、实施例、示例和替代方案，并且尤其是其各个特征，可被独立使用或以任意组合使用。也就是说，所有实施例和/或任何实施例的特征可以以任意方式和/或组合来进行组合，除非这些特征不相容。申请人保留相应地改变任何最初提交的权利要求或提交任何新权利要求的权利，包括将任意最初提交的权利要求修改成从属于任何其他权利要求和/或包含任何其他权利要求的任何特征的权利，尽管最初并未以这种方式声明。