JP2018136842A

JP2018136842A - メンテナンス判断指標推定装置、流量制御装置およびメンテナンス判断指標推定方法

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Publication number: JP2018136842A
Application number: JP2017032167A
Authority: JP
Inventors: 田中　雅人; Masahito Tanaka; 雅人田中; 賢吾原田; Kengo Harada
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2017-02-23
Filing date: 2017-02-23
Publication date: 2018-08-30
Anticipated expiration: 2037-02-23
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Abstract

【課題】流量制御装置およびその関連機器についてメンテナンスが必要か否かの判断指標を装置の稼働中に推定する。【解決手段】メンテナンス判断指標推定装置は、流体の流量をバルブを用いて制御する流量制御中に流体の流量が予め規定された目標流量に維持されているときのバルブの開度を取得するバルブ開度取得部３と、バルブの開度と流体の流量との関係を近似した関数と、バルブ開度取得部３によって取得されたバルブの開度とに基づいて、この取得の時点でバルブの開度が上限に到達したと仮定した場合の流量上限値を、流量制御装置のメンテナンス判断指標として推定する流量上限推定部４とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、マスフローコントローラなどの流量制御装置とフィルタなどの関連機器についてメンテナンスが必要か否かの判断指標を推定する技術に関するものである。

半導体製造装置などでは、材料ガスなどを真空チャンバー内に一定流量で導入するために、図６に示すようなマスフローコントローラなどの流量制御装置が採用されている（特許文献１参照）。図６において、１００は本体ブロック、１０１はセンサパッケージ、１０２はセンサパッケージ１０１のヘッド部、１０３はヘッド部１０２に搭載された流体センサ、１０４はバルブ、１０５は本体ブロック１００の内部に形成された流路、１０６は流路１０５の入口側の開口、１０７は流路１０５の出口側の開口である。

流体は、開口１０６から流路１０５に流入してバルブ１０４を通過し、開口１０７から排出される。流体センサ１０３は、流路１０５を流れる流体の流量を計測する。マスフローコントローラの図示しない制御回路は、流体センサ１０３が計測した流体の流量が設定値と一致するようにバルブ１０４を駆動する。

このようなマスフローコントローラにより材料ガスの流量制御を継続して行なっていると、材料ガスに含まれる成分の影響などにより、マスフローコントローラ自体あるいは材料ガスの流路に備えられるフィルタなどの関連機器に汚れが付着するなどして不具合が生じることがある。

そこで、マスフローコントローラに内蔵される流体センサの測定レンジ全体において許容精度範囲内でしか流量誤差や圧力誤差が発生しないように、バルブ開度を操作して校正する装置が提案されている（特許文献２参照）。しかしながら、特許文献２に開示された診断機構では、流体センサの計測値と実際の流量との誤差が精度的に許容できる程度のものであるかどうかを診断することはできるものの、診断のために、流路上に設けられたバルブを全閉状態で維持するか、またはバルブを全閉状態から開放状態へと変化させる必要があり、装置の稼働中に診断を行なうことが難しいという問題点があった。マスフローコントローラが例えば半導体製造装置に設けられている場合、マスフローコントローラの診断を行なうために半導体製造装置全体を停止させることは難しい。

また、特許文献２に開示された診断機構では、半導体製造装置の稼働停止のタイミングでマスフローコントローラの診断を行なう場合、この稼働停止中にマスフローコントローラの流路に流体を流入させた上でバルブを全閉状態に変化させる必要があり、診断作業に手間がかかるという問題点があった。半導体製造装置などにおいては、装置の稼働中にメンテナンスの必要性を判断できるようになれば稼働管理が行ない易くなるので、改善が求められている。

特開２００８−０３９５８８号公報特許第５９３１６６８号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、流量制御装置およびその関連機器についてメンテナンスが必要か否かの判断指標を装置の稼働中に推定することができるメンテナンス判断指標推定装置、流量制御装置およびメンテナンス判断指標推定方法を提供することを目的とする。

本発明のメンテナンス判断指標推定装置は、流体の流量をバルブを用いて制御する流量制御中に前記流体の流量が予め規定された目標流量に維持されているときの前記バルブの開度を取得するように構成されたバルブ開度取得部と、前記バルブの開度と前記流体の流量との関係を近似した関数と、前記バルブ開度取得部によって取得された前記バルブの開度とに基づいて、この取得の時点で前記バルブの開度が上限に到達したと仮定した場合の流量上限値を、流量制御装置のメンテナンス判断指標として推定するように構成された流量上限推定部とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明のメンテナンス判断指標推定装置の１構成例において、前記流量上限推定部は、前記流量上限値に対応する前記バルブの開度の上限を１００％とすることを特徴とするものである。

また、本発明のメンテナンス判断指標推定装置の１構成例において、前記関数は、少なくとも、前記バルブの開度に関する項と、この項に乗算される数値であるゲインとによって定義され、前記流量上限推定部は、前記ゲインが時間の経過に伴って減少すると仮定したときに前記関数から得られる数式と、前記バルブ開度取得部によって取得された前記バルブの開度とに基づき、前記流量上限値を推定することを特徴とするものである。
また、本発明のメンテナンス判断指標推定装置の１構成例において、前記関数は、前記バルブの開度と前記流体の流量との非線形な関係を近似した関数であり、前記バルブの開度に関する項が指数関数で表されることを特徴とするものである。
また、本発明のメンテナンス判断指標推定装置の１構成例において、前記関数は、前記バルブの開度と前記流体の流量との非線形な関係を近似した関数であり、前記バルブの開度に関する項が分数関数で表されることを特徴とするものである。

また、本発明のメンテナンス判断指標推定装置の１構成例において、前記流量上限推定部は、前記流量上限値を推定しようとする現時点で前記バルブ開度取得部によって取得された前記バルブの開度と前記目標流量とに基づいて、現時点の前記ゲインを算出するゲイン算出部と、このゲイン算出部によって算出されたゲインに基づいて、前記流量上限値を算出する流量上限算出部とから構成されることを特徴とするものである。
また、本発明のメンテナンス判断指標推定装置の１構成例は、前記流量上限推定部によって推定された流量上限値を数値表示する推定結果出力部をさらに備えることを特徴とするものである。
また、本発明のメンテナンス判断指標推定装置の１構成例は、前記流量上限推定部によって推定された流量上限値が予め規定された閾値未満になったときに、警報を発する推定結果出力部をさらに備えることを特徴とするものである。

また、本発明の流量制御装置は、流路を流れる流体の流量を計測する流量計測部と、前記流路に設けられたバルブと、前記流量計測部によって計測された前記流量と予め規定された目標流量とが一致するように前記バルブを操作する流量制御部と、メンテナンス判断指標推定装置とを備え、前記メンテナンス判断指標推定装置の前記バルブ開度取得部は、前記流路に設けられた前記バルブの開度を取得することを特徴とするものである。

また、本発明のメンテナンス判断指標推定方法は、流体の流量をバルブを用いて制御する流量制御中に前記流体の流量が予め規定された目標流量に維持されているときの前記バルブの開度を取得する第１のステップと、前記バルブの開度と前記流体の流量との関係を近似した関数と、前記第１のステップによって取得された前記バルブの開度とに基づいて、この取得の時点で前記バルブの開度が上限に到達したと仮定した場合の流量上限値を、流量制御装置のメンテナンス判断指標として推定する第２のステップとを含むことを特徴とするものである。

本発明によれば、流量制御装置およびその関連機器についてメンテナンスが必要か否かの判断指標（流量上限値）を、装置の稼働中に推定することができる。その結果、オペレータにとっては、流量制御装置が設けられた半導体製造装置などの稼働管理が行ない易くなる。また、本発明では、メンテナンスが必要か否かの判断に要する手間を大幅に軽減することができる。

マスフローコントローラに設けられたバルブの開度と流体の流量との関係の１例を示す図である。マスフローコントローラに設けられたバルブの開度と流体の流量との関係の他の例を示す図である。本発明の実施例に係る流量制御装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施例に係る流量制御装置の流量制御動作を説明するフローチャートである。本発明の実施例に係る流量制御装置のメンテナンス判断指標推定動作を説明するフローチャートである。マスフローコントローラの断面図である。

［発明の原理］
マスフローコントローラの用途は、多くのケースで予め限定的に決められた目標流量に流体の流量を安定して維持することである。したがって、そのような用途を前提にすれば、フィルタの詰まりの影響などを信頼性の高い検出条件で推定できる。具体的には、任意の目標流量に安定して維持されている状態を検出し、その条件におけるバルブ開度指示信号を取得する。

マスフローコントローラの上流に設置されたフィルタの詰まりが発生した場合を考えると、その時点でバルブ開度を１００％に飽和させた状態で到達し得る流量が、その時点での制御可能な流量の上限値であり、換言すれば、その上限値を推定してメンテナンスを行なうか否かを判断をするのが効率的である。したがって、発明者は、マスフローコントローラに特有の使用条件に基づき、信頼性の高いバルブ開度の情報を取得し、そこから推定される流量の上限値（例えばバルブ開度１００％での推定流量）を、メンテナンスが必要か否かの判断指標とするのが妥当であることに想到した。

［実施例］
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。特許文献２には、マスフローコントローラに設けられたバルブの開度を時間的に直線的に変化させた場合に、高開度側ほど流路を流れる流体の流量体積が少ないことが示されている。このように、バルブ開度ＭＶと流量ＰＶとは、非線形な関係であり、高開度側ほど開度ＭＶの変化量に対して、流量ＰＶの変化量が減少することが知られている。このようなマスフローコントローラの特性の概略を図１に示す。なお、図１の例では、流量ＰＶを０〜１００％の値に正規化している。図１に示したような特性は、非線形な収束現象なので、次式の指数関数で表現できる。
ＰＶ＝Ｋ｛１．０−ｅｘｐ（−ＭＶ／Ａ）｝・・・（１）

このように、バルブ開度ＭＶと流量ＰＶとの関係を近似した関数は、定数項（１．０）と、バルブ開度ＭＶに関する項と、これらの各項に乗算される数値であるゲインＫとによって定義される。式（１）のＡは非線形な収束状態を与える係数である。図１の曲線ｃｕｒ１は、マスフローコントローラの初期特性を示すものである。予め把握できている供給圧力を基準として、バルブ開度ＭＶ＝１００％で流量ＰＶが最大値１００％になるものとし、また一般的な非線形性のイメージに合わせて、曲線ｃｕｒ１は次式のような係数値の指数関数で表現できる。
ＰＶ＝１０４．０｛１．０−ｅｘｐ（−ＭＶ／３０．０）｝・・・（２）

式（２）のＫ＝１０４．０、Ａ＝３０．０はこれらの数値の１例である。流路に設けられたフィルタなどの詰まり現象においては、このフィルタよりも下流にあるマスフローコントローラのバルブ自体の特性である非線形性は変化しないものと推定できるので、係数Ａは一定と見なすことができる。ゆえに、ゲインＫのみがフィルタの詰まり現象などにより減少するものと仮定することになる。

マスフローコントローラやマスフローコントローラの関連機器のメンテナンスが必要か否かを判断する上では、マスフローコントローラの稼働時間に対していくつかの要因が影響すると推測されるものの、稼働時間に概ね比例する形で、すなわち急激な悪化はない程くらいの一定の緩やかなペースで、ゲインＫが減少するものと仮定するのが妥当である。

ここで、予め規定された目標流量ＰＶｘをＰＶｘ＝６０．０％と仮定する。すなわち、マスフローコントローラの流量設定値ＳＰとして与えられる最も基準となる数値がＳＰｘ＝６０．０％となる。流体の流量をＰＶｘ＝６０．０％に整定させるためのマスフローコントローラの初期状態のバルブ開度をＭＶ１とすると、曲線ｃｕｒ１によりＭＶ１＝２５．８％になる。予め非線形特性の係数Ａ＝３０．０が把握できているので、ＰＶｘ＝６０．０％とＭＶ１＝２５．８％に基づいて、初期状態のゲインＫ１は次式のように逆算できる。なお、この初期状態では、バルブ開度１００％での流量（流量上限値ＰＶｈ）は、上記したようにＰＶｈ＝１００％である。
Ｋ１＝ＰＶｘ／｛１．０−ｅｘｐ（−ＭＶ１／Ａ）｝
＝６０．０／｛１．０−ｅｘｐ（−２５．８／３０．０）｝＝１０４．０
・・・（３）

次に、フィルタの詰まりが発生する程度にマスフローコントローラの稼働時間が経過した時点での目標流量ＰＶｘを維持するためのバルブ開度ＭＶを取得するものとする。このとき、目標流量ＰＶｘは初期状態の目標流量ＰＶｘとは異なる値でよい。ここでは、目標流量ＰＶｘ＝４０．０％とする。例えば稼働開始から７２時間が経過した時点で、目標流量ＰＶｘ＝４０．０％を維持するためのバルブ開度ＭＶとして、ＭＶ２＝１６．２％が検出されたとする。この値は、フィルタの詰まり現象によりマスフローコントローラに流入するポイントでの圧力が低下し、目標流量ＰＶｘ＝４０．０％を維持するためのバルブ開度ＭＶを、ＭＶ２＝１６．２％にしなければならなくなったことを意味している。

稼働開始から７２時間が経過した時点のゲインＫ２は、ＰＶｘ＝４０．０％とＭＶ２＝１６．２％に基づいて次式のように逆算できる。
Ｋ２＝ＰＶｘ／｛１．０−ｅｘｐ（−ＭＶ２／Ａ）｝
＝４０．０／｛１．０−ｅｘｐ（−１６．２／３０．０）｝＝９６．０
・・・（４）

したがって、ゲインＫが、初期状態のＫ１＝１０４．０からＫ２＝９６．０へと、数値にして８．０だけ７２時間で減少したという推定になる。この場合、マスフローコントローラの特性は、図１の曲線ｃｕｒ２のようになる。そして、このｃｕｒ２の状態では、バルブ開度１００％での流量（流量上限値ＰＶｈ）は、次式のように算出できる。
ＰＶｈ＝９６．０｛１．０−ｅｘｐ（−１００．０／３０．０）｝＝９６．６
・・・（５）

このように、ＰＶｈ＝９６．６％がｃｕｒ２の状態での制御可能な流量の上限値であり、さほど深刻な状態ではないと判断できる。すなわち、マスフローコントローラのメンテナンスはまだ不要という判断指標になる。

マスフローコントローラの稼働時間に概ね比例して一定のペースでゲインＫが減少するものと仮定しているので、ｃｕｒ２の状態からさらに約７２時間経過すると、おそらくゲインＫはさらに約８．０だけ減少して、マスフローコントローラの特性は図１の曲線ｃｕｒ３（Ｋ３＝８８．０）のようになるものと推定できる。このｃｕｒ３の状態では、バルブ開度１００％での流量（流量上限値ＰＶｈ）は、次式のように算出できる。ただし、ゲインＫが一定のペースで減少する場合に限る。
ＰＶｈ＝８８．０｛１．０−ｅｘｐ（−１００．０／３０．０）｝＝８４．９
・・・（６）

以上を一旦整理すると、以下のようになる。初期状態（ｃｕｒ１）では、ＰＶｘ＝６０．０％とＭＶ１＝２５．８％の実績からＰＶｈ＝１００．０％と推定できる。稼働開始から７２時間経過後の状態（ｃｕｒ２）では、ＰＶｘ＝４０．０％とＭＶ２＝１６．２％の実績からＰＶｈ＝９６．６％と推定できる。さらに７２時間経過後の状態（ｃｕｒ３）では、ＰＶｈ＝８４．９％と推定できる。

次に、さらに時間が経過した時点で目標流量ＰＶｘを維持するためのバルブ開度ＭＶを取得するものとする。このとき、目標流量ＰＶｘ＝３０．０％と設定されており、この目標流量ＰＶｘ＝３０．０％を維持するためのバルブ開度ＭＶとして、ＭＶ４＝１９．８％が検出されたとする。この場合、ＰＶｘ＝３０．０％とＭＶ４＝１９．８％に基づいて、ゲインＫ４は次式のように逆算できる。
Ｋ４＝ＰＶｘ／｛１．０−ｅｘｐ（−ＭＶ４／Ａ）｝
＝３０．０／｛１．０−ｅｘｐ（−１９．８／３０．０）｝＝６２．０
・・・（７）

この場合、マスフローコントローラの特性は、図１の曲線ｃｕｒ４のようになる。そして、このｃｕｒ４の状態では、バルブ開度１００％での流量（流量上限値ＰＶｈ）は、次式のように算出できる。
ＰＶｈ＝６２．０｛１．０−ｅｘｐ（−１００．０／３０．０）｝＝５９．８
・・・（８）

このように、ＰＶｈ＝５９．８％がｃｕｒ４の状態での制御可能な流量の上限値である。過去の実績として目標流量ＰＶｘをＰＶｘ＝６０．０％としたケースがあり、ＰＶｈ＝５９．８％が過去の目標流量ＰＶｘを下回っているため、深刻な状態と判断できる。すなわち、マスフローコントローラのメンテナンスが必要という判断指標になる。

以上から、マスフローコントローラおよびその関連機器のメンテナンスの必要性の判断指標を求める手順は以下の（I），（II）のように整理できる。本実施例によれば、低流量、低開度（バルブ開度が上限から十分に離れている開度）で制御していることでバルブ開度に余裕があるように見える場合でも、妥当な判断指標を得ることができる。

（I）流体の流量を任意の目標流量ＰＶｘに維持するためのバルブ開度ＭＶが取得できている。このバルブ開度ＭＶに基づき、ゲインＫを算出する。ただし、非線形性の係数Ａは予め規定されている。
Ｋ＝ＰＶｘ／｛１．０−ｅｘｐ（−ＭＶ／Ａ）｝・・・（９）

（II）バルブ開度ＭＶが上限１００％になる場合の流量を、制御可能な流量上限値ＰＶｈとして算出し、この流量上限値ＰＶｈをマスフローコントローラおよびその関連機器のメンテナンスが必要であるか否かの判断指標とする。
ＰＶｈ＝Ｋ｛１．０−ｅｘｐ（−１００．０／Ａ）｝・・・（１０）

なお、図１の非線形性を近似できる関数であれば、指数関数以外でも同様の方法が適用できる。例えば、下記の分数関数であれば四則演算のみでバルブ開度と流量との非線形性を記述できる。
ＰＶ＝Ｋ［｛−Ａ／（ＭＶ＋Ｂ）｝＋Ｃ］
＝１．０［｛−３１３０．０／（ＭＶ＋２５．０）｝＋１２５．２］
・・・（１１）
Ｋ＝ＰＶｘ／［｛−Ａ／（ＭＶ＋Ｂ）｝＋Ｃ］・・・（１２）
ＰＶｈ＝Ｋ［｛−Ａ／（１００．０＋Ｂ）｝＋Ｃ］・・・（１３）

式（１）と同様に、式（１１）の関数は、定数項（Ｃ＝１２５．２）と、バルブ開度ＭＶに関する項と、これらの各項に乗算されるゲインＫとによって定義される。式（１１）〜式（１３）によると、マスフローコントローラの特性を図１と同様の図２で表すことができる。図２の曲線ｃｕｒ１の状態におけるゲインＫ１は１．０、曲線ｃｕｒ２の状態におけるゲインＫ２は０．９２３、曲線ｃｕｒ３の状態におけるゲインＫ３は０．８４６、曲線ｃｕｒ４の状態におけるゲインＫ４は０．５９６である。すなわち、図１の例と同様に、稼働時間に比例して一定のペースでゲインＫが減少する。

次に、本実施例の流量制御装置（マスフローコントローラ）の構成について説明する。本実施例の流量制御装置は、図３に示すように、流路を流れる流体の流量を計測する流量計測部１と、流量計測部１によって計測された流量と目標流量ＰＶｘとが一致するようにバルブを操作する流量制御部２と、流量制御中に流体の流量が予め規定された目標流量ＰＶｘに維持されているときのバルブ開度ＭＶを取得するバルブ開度取得部３と、バルブ開度ＭＶの取得の時点でバルブ開度が上限（例えば１００％）に到達したと仮定した場合の流量上限値ＰＶｈを、メンテナンス判断指標として推定する流量上限推定部４と、流量上限推定部４の推定結果に関する情報を出力する推定結果出力部５とを備えている。

次に、本実施例の流量制御装置の動作を図４、図５を参照して説明する。図４は流量制御動作を説明するフローチャート、図５はメンテナンス判断指標推定動作を説明するフローチャートである。
流量計測部１は、流路（図６の流路１０５）を流れる流体の流量を継続的に計測する（図４ステップＳ１００）。この流量計測部１は、図６の流体センサ１０３に相当するものであり、マスフローコントローラに設けられている周知の構成である。

流量制御部２は、流量計測部１が計測した流体の流量と例えばオペレータによって設定された目標流量ＰＶｘとが一致するようにバルブ（図６のバルブ１０４）を継続的に操作する（図４ステップＳ１０１）。この流量制御部２についても、マスフローコントローラに設けられている周知の構成である。
こうして、例えばオペレータによって装置の動作終了が指示されるまで（図４ステップＳ１０２においてＹＥＳ）、ステップＳ１００，Ｓ１０１の処理を予め規定された周期（例えば５０ｍｓｅｃ．）毎に繰り返し実行する。

一方、バルブ開度取得部３は、流体の流量が目標流量ＰＶｘに維持されているときのバルブの開度ＭＶ（目標維持バルブ開度）を取得する（図５ステップＳ２００）。具体的には、バルブ開度取得部３は、一定時間前から現時点までの期間において流量計測部１が計測した流量と目標流量ＰＶｘとの偏差の絶対値が継続して規定値以内の場合には、流体の流量が目標流量ＰＶｘに維持されていると判定し、現時点のバルブ開度ＭＶを取得する。一定時間ｔの値は、規定の値としてバルブ開度取得部３に設定されている。

なお、バルブ開度そのものを検出してもよいが、実装上は厳密なバルブ開度を検出するのではなく、流量制御部２からバルブに出力される信号（例えばバルブ開度指示信号あるいはバルブ駆動電流）を取得して、この信号を基にバルブ開度を判断すればよい。

次に、流量上限推定部４は、バルブ開度取得部３によって取得されたバルブ開度ＭＶ（目標維持バルブ開度）に基づき、この取得時点でバルブ開度が上限（例えば１００％）に到達したと仮定した場合の流量上限値ＰＶｈを、制御可能な流量という判断指標として推定する。図３に示すように、流量上限推定部４は、ゲインＫを算出するゲイン算出部４０と、流量上限値ＰＶｈを算出する流量上限算出部４１とから構成される。

流量上限推定部４のゲイン算出部４０は、流量上限値ＰＶｈを算出しようとする現時点のゲインＫを式（９）により算出する（図５ステップＳ２０１）。式（９）の係数Ａは、規定の値として流量上限推定部４に設定されている。この係数Ａを把握するためには、例えば流量制御装置の流量試験を事前に行なって係数Ａの値を調べておけばよい。

そして、流量上限推定部４の流量上限算出部４１は、ゲイン算出部４０によって算出されたゲインＫに基づいて、流量上限値ＰＶｈを式（１０）により算出する（図５ステップＳ２０２）。以上で、流量上限推定部４の処理が終了する。

推定結果出力部５は、流量上限推定部４の推定結果を出力する（図５ステップＳ２０３）。推定結果の出力方法としては、例えば流量上限値ＰＶｈの数値表示、流量上限値ＰＶｈに基づく警報出力、推定結果の情報の外部への送信などがある。警報出力の場合には、流量上限値ＰＶｈが予め規定された閾値未満（例えば６０％未満）になったときに、警報を知らせるＬＥＤを点灯させるようにすればよい。

バルブ開度取得部３と流量上限推定部４と推定結果出力部５とは、例えばオペレータによって装置の動作終了が指示されるまで（図５ステップＳ２０４においてＹＥＳ）、ステップＳ２００〜Ｓ２０３の処理を所定の周期ΔＴ（例えば２４時間）毎に繰り返し実行する。

以上により、本実施例では、流量制御装置およびその関連機器（流路に設けられたフィルタなど）についてメンテナンスが必要か否かの判断指標（流量上限値ＰＶｈ）を、装置の稼働中に推定することができる。オペレータは、流量制御装置の推定結果に基づいて、メンテナンスが必要な深刻な状況に至っているのか否かを判断できるようになるので、半導体製造装置などの稼働管理が行ない易くなる。また、本実施例では、半導体製造装置の稼働停止中にマスフローコントローラの流路に流体を流入させるといった作業が不要になるので、メンテナンスが必要か否かの判断に要する手間を大幅に軽減することができる。

なお、流体の流量が目標流量ＰＶｘに維持されていないとバルブ開度取得部３が判定した場合にはバルブ開度ＭＶを取得することができないので、この場合には流量上限値ＰＶｈを算出できないことになる。
また、目標流量ＰＶｘが途中で変更される場合でも本実施例を適用できるが、流体の流量が目標流量ＰＶｘに維持されているか否かをバルブ開度取得部３が判定する一定時間ｔ（ｔ＜ΔＴ）の期間中においては、目標流量ＰＶｘが同一の値に維持されている必要がある。一定時間ｔの期間中に目標流量ＰＶｘが変更された場合には、バルブ開度ＭＶの取得が不可となる。

また、流量上限推定部４は、式（９）、式（１０）の代わりに、式（１２）、式（１３）を用いてゲインＫと流量上限値ＰＶｈを算出するようにしてもよい。式（１２）、式（１３）の係数Ａ，Ｂ，Ｃは、規定の値として流量上限推定部４に設定されている。この係数Ａ，Ｂ，Ｃを把握するためには、例えば流量制御装置の流量試験を事前に行なうようにすればよい。

また、本実施例では、図３に示した構成を全て流量制御装置（マスフローコントローラ）内に設けているが、これに限るものではない。バルブ開度取得部３と流量上限推定部４と推定結果出力部５とをメンテナンス判断指標推定装置として、上位機器（例えばプログラマブルロジックコントローラＰＬＣ）に設け、流量計測部１と流量制御部２とを含む一般的なマイクロフローコントローラと組み合わせて使用するようにしてもよい。

本実施例で説明した流量制御装置は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。同様に、バルブ開度取得部３と流量上限推定部４と推定結果出力部５とからなるメンテナンス判断指標推定装置は、コンピュータとプログラムによって実現することができる。各々の装置のＣＰＵは、各々の記憶装置に格納されたプログラムに従って本実施例で説明した処理を実行する。これにより、本実施例のメンテナンス判断指標推定方法を実現することができる。

本発明は、流量制御装置とその関連機器を管理する技術に適用することができる。

１…流量計測部、２…流量制御部、３…バルブ開度取得部、４…流量上限推定部、５…推定結果出力部、４０…ゲイン算出部、４１…流量上限算出部。

Claims

流体の流量をバルブを用いて制御する流量制御中に前記流体の流量が予め規定された目標流量に維持されているときの前記バルブの開度を取得するように構成されたバルブ開度取得部と、
前記バルブの開度と前記流体の流量との関係を近似した関数と、前記バルブ開度取得部によって取得された前記バルブの開度とに基づいて、この取得の時点で前記バルブの開度が上限に到達したと仮定した場合の流量上限値を、流量制御装置のメンテナンス判断指標として推定するように構成された流量上限推定部とを備えることを特徴とするメンテナンス判断指標推定装置。
請求項１記載のメンテナンス判断指標推定装置において、
前記流量上限推定部は、前記流量上限値に対応する前記バルブの開度の上限を１００％とすることを特徴とするメンテナンス判断指標推定装置。
請求項１または２記載のメンテナンス判断指標推定装置において、
前記関数は、少なくとも、前記バルブの開度に関する項と、この項に乗算される数値であるゲインとによって定義され、
前記流量上限推定部は、前記ゲインが時間の経過に伴って減少すると仮定したときに前記関数から得られる数式と、前記バルブ開度取得部によって取得された前記バルブの開度とに基づき、前記流量上限値を推定することを特徴とするメンテナンス判断指標推定装置。
請求項３記載のメンテナンス判断指標推定装置において、
前記関数は、前記バルブの開度と前記流体の流量との非線形な関係を近似した関数であり、前記バルブの開度に関する項が指数関数で表されることを特徴とするメンテナンス判断指標推定装置。
請求項３記載のメンテナンス判断指標推定装置において、
前記関数は、前記バルブの開度と前記流体の流量との非線形な関係を近似した関数であり、前記バルブの開度に関する項が分数関数で表されることを特徴とするメンテナンス判断指標推定装置。
請求項３乃至５のいずれか１項に記載のメンテナンス判断指標推定装置において、
前記流量上限推定部は、
前記流量上限値を推定しようとする現時点で前記バルブ開度取得部によって取得された前記バルブの開度と前記目標流量とに基づいて、現時点の前記ゲインを算出するゲイン算出部と、
このゲイン算出部によって算出されたゲインに基づいて、前記流量上限値を算出する流量上限算出部とから構成されることを特徴とするメンテナンス判断指標推定装置。
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のメンテナンス判断指標推定装置において、
前記流量上限推定部によって推定された流量上限値を数値表示する推定結果出力部をさらに備えることを特徴とするメンテナンス判断指標推定装置。
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のメンテナンス判断指標推定装置において、
前記流量上限推定部によって推定された流量上限値が予め規定された閾値未満になったときに、警報を発する推定結果出力部をさらに備えることを特徴とするメンテナンス判断指標推定装置。
流路を流れる流体の流量を計測する流量計測部と、
前記流路に設けられたバルブと、
前記流量計測部によって計測された前記流量と予め規定された目標流量とが一致するように前記バルブを操作する流量制御部と、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のメンテナンス判断指標推定装置とを備え、
前記メンテナンス判断指標推定装置の前記バルブ開度取得部は、前記流路に設けられた前記バルブの開度を取得することを特徴とする流量制御装置。
流体の流量をバルブを用いて制御する流量制御中に前記流体の流量が予め規定された目標流量に維持されているときの前記バルブの開度を取得する第１のステップと、
前記バルブの開度と前記流体の流量との関係を近似した関数と、前記第１のステップによって取得された前記バルブの開度とに基づいて、この取得の時点で前記バルブの開度が上限に到達したと仮定した場合の流量上限値を、流量制御装置のメンテナンス判断指標として推定する第２のステップとを含むことを特徴とするメンテナンス判断指標推定方法。