JP6753799B2 - Maintenance judgment index estimation device, flow control device and maintenance judgment index estimation method - Google Patents

Maintenance judgment index estimation device, flow control device and maintenance judgment index estimation method Download PDF

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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。 The present invention relates to a technique for estimating a determination index as to whether or not maintenance is required for a flow rate control device such as a mass flow controller and related equipment such as a filter.

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。 In semiconductor manufacturing equipment and the like, a flow rate control device such as a mass flow controller as shown in FIG. 6 is adopted in order to introduce a material gas or the like into a vacuum chamber at a constant flow rate (see Patent Document 1). In FIG. 6, 100 is a main body block, 101 is a sensor package, 102 is a head portion of the sensor package 101, 103 is a fluid sensor mounted on the head portion 102, 104 is a valve, and 105 is formed inside the main body block 100. The flow path, 106 is an opening on the inlet side of the flow path 105, and 107 is an opening on the exit side of the flow path 105.

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。 The fluid flows into the flow path 105 from the opening 106, passes through the valve 104, and is discharged from the opening 107. The fluid sensor 103 measures the flow rate of the fluid flowing through the flow path 105. A control circuit (not shown) of the mass flow controller drives the valve 104 so that the flow rate of the fluid measured by the fluid sensor 103 matches the set value.

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。 If the flow rate control of the material gas is continuously performed by such a mass flow controller, the mass flow controller itself or related equipment such as a filter provided in the flow path of the material gas becomes dirty due to the influence of the components contained in the material gas. May cause problems such as adhesion.

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。 Therefore, a device has been proposed for calibrating by operating the valve opening so that the flow rate error and the pressure error occur only within the permissible accuracy range in the entire measurement range of the fluid sensor built in the mass flow controller (Patent Documents). 2). However, although the diagnostic mechanism disclosed in Patent Document 2 can diagnose whether or not the error between the measured value of the fluid sensor and the actual flow rate is within an accurately acceptable level, for diagnosis. , It is necessary to keep the valve provided on the flow path in the fully closed state or change the valve from the fully closed state to the open state, and there is a problem that it is difficult to make a diagnosis while the device is in operation. It was. When a mass flow controller is provided in, for example, a semiconductor manufacturing apparatus, it is difficult to stop the entire semiconductor manufacturing apparatus in order to diagnose the mass flow controller.

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。 Further, in the diagnostic mechanism disclosed in Patent Document 2, when the mass flow controller is diagnosed at the timing when the operation of the semiconductor manufacturing apparatus is stopped, the valve is opened after the fluid is allowed to flow into the flow path of the mass flow controller during the operation stop. There is a problem that it is necessary to change to a fully closed state, and it takes time and effort for diagnostic work. In semiconductor manufacturing equipment and the like, if it becomes possible to determine the necessity of maintenance during the operation of the equipment, it will be easier to perform operation management, so improvement is required.

特開２００８−０３９５８８号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-039588 特許第５９３１６６８号公報Japanese Patent No. 5931668

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。 The present invention has been made to solve the above problems, and is a maintenance judgment index estimation device capable of estimating a judgment index as to whether or not maintenance is required for a flow control device and its related equipment during operation of the device. An object of the present invention is to provide a flow control device and a maintenance judgment index estimation method.

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。 The maintenance judgment index estimation device of the present invention acquires the opening degree of the valve when the flow rate of the fluid is maintained at a predetermined target flow rate during flow rate control in which the flow rate of the fluid is controlled by using a valve. Based on the valve opening degree acquisition unit configured as described above, a function that approximates the relationship between the valve opening degree and the flow rate of the fluid, and the valve opening degree acquired by the valve opening degree acquisition unit. It is provided with a flow rate upper limit estimation unit configured to estimate the flow rate upper limit value when it is assumed that the valve opening has reached the upper limit at the time of this acquisition as a maintenance judgment index of the flow rate control device. It is a feature.
Further, in one configuration example of the maintenance determination index estimation device of the present invention, the flow rate upper limit estimation unit is characterized in that the upper limit of the opening degree of the valve corresponding to the flow rate upper limit value is set to 100%. ..

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。 Further, in one configuration example of the maintenance judgment index estimation device of the present invention, the function is defined by at least a term relating to the opening degree of the valve and a gain which is a numerical value multiplied by this term, and the flow rate upper limit estimation is performed. The unit sets the flow rate upper limit value based on the mathematical formula obtained from the function when the gain is assumed to decrease with the passage of time and the valve opening degree acquired by the valve opening degree acquisition unit. It is characterized by estimating.
Further, in one configuration example of the maintenance judgment index estimation device of the present invention, the function is a function that approximates the non-linear relationship between the opening degree of the valve and the flow rate of the fluid, and the term relating to the opening degree of the valve is included. It is characterized by being represented by an exponential function.
Further, in one configuration example of the maintenance judgment index estimation device of the present invention, the function is a function that approximates the non-linear relationship between the opening degree of the valve and the flow rate of the fluid, and the term relating to the opening degree of the valve is included. It is characterized by being represented by a fractional function.

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。 Further, in one configuration example of the maintenance judgment index estimation device of the present invention, the flow rate upper limit estimation unit is the opening degree of the valve acquired by the valve opening degree acquisition unit at the present time when the flow rate upper limit value is to be estimated. It is composed of a gain calculation unit that calculates the current gain based on the target flow rate, and a flow rate upper limit calculation unit that calculates the flow upper limit value based on the gain calculated by the gain calculation unit. It is characterized by.
Further, one configuration example of the maintenance determination index estimation device of the present invention is further provided with an estimation result output unit that numerically displays the flow rate upper limit value estimated by the flow rate upper limit estimation unit.
Further, one configuration example of the maintenance judgment index estimation device of the present invention further includes an estimation result output unit that issues an alarm when the flow rate upper limit value estimated by the flow rate upper limit estimation unit becomes less than a predetermined threshold value. It is characterized by being prepared.

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。 Further, the flow rate control device of the present invention is defined in advance as a flow rate measuring unit that measures the flow rate of the fluid flowing through the flow path, a valve provided in the flow path, and the flow rate measured by the flow rate measuring unit. A flow rate control unit that operates the valve so as to match the target flow rate and a maintenance judgment index estimation device are provided, and the valve opening degree acquisition unit of the maintenance judgment index estimation device is provided in the flow path. It is characterized in that the opening degree of the valve is acquired.

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。 Further, in the maintenance judgment index estimation method of the present invention, the opening degree of the valve when the flow rate of the fluid is maintained at a predetermined target flow rate during the flow rate control in which the flow rate of the fluid is controlled by using the valve. The time point of this acquisition is based on the first step to be acquired, a function that approximates the relationship between the opening degree of the valve and the flow rate of the fluid, and the opening degree of the valve acquired by the first step. It is characterized in that it includes a second step of estimating the flow rate upper limit value when it is assumed that the opening degree of the valve has reached the upper limit as a maintenance determination index of the flow rate control device.

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。 According to the present invention, a determination index (flow rate upper limit value) as to whether or not maintenance is required for the flow rate control device and its related equipment can be estimated during operation of the device. As a result, it becomes easier for the operator to manage the operation of the semiconductor manufacturing apparatus provided with the flow control apparatus. Further, in the present invention, it is possible to significantly reduce the time and effort required for determining whether or not maintenance is necessary.

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。It is a figure which shows an example of the relationship between the opening degree of a valve provided in a mass flow controller, and the flow rate of a fluid. 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。It is a figure which shows another example of the relationship between the opening degree of a valve provided in a mass flow controller, and the flow rate of a fluid. 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。It is a block diagram which shows the structure of the flow rate control apparatus which concerns on embodiment of this invention. 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。It is a flowchart explaining the flow rate control operation of the flow rate control apparatus which concerns on embodiment of this invention. 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。It is a flowchart explaining maintenance judgment index estimation operation of the flow rate control apparatus which concerns on embodiment of this invention. マスフローコントローラの断面図である。It is sectional drawing of the mass flow controller.

［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。 [Principle of invention]
The use of a mass flow controller is, in many cases, to stably maintain a fluid flow rate within a predetermined and limited target flow rate. Therefore, assuming such an application, the influence of filter clogging can be estimated under highly reliable detection conditions. Specifically, it detects a state in which it is stably maintained at an arbitrary target flow rate, and acquires a valve opening instruction signal under that condition.

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。 Considering the case where the filter installed upstream of the mass flow controller is clogged, the flow rate that can be reached with the valve opening saturated to 100% at that time is the upper limit of the controllable flow rate at that time. It is a value, in other words, it is efficient to estimate the upper limit value and determine whether or not to perform maintenance. Therefore, the inventor obtains highly reliable valve opening information based on the usage conditions peculiar to the mass flow controller, and the upper limit value of the flow rate estimated from the information (for example, the estimated flow rate at 100% valve opening). I came up with the idea that it is appropriate to use as an index to judge whether maintenance is necessary.

［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） [Example]
Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings. Patent Document 2 shows that when the opening degree of a valve provided in a mass flow controller is changed linearly with time, the flow rate volume of the fluid flowing through the flow path is smaller toward the higher opening side. .. As described above, it is known that the valve opening MV and the flow rate PV have a non-linear relationship, and the amount of change in the flow rate PV decreases with respect to the amount of change in the opening MV on the higher opening side. The outline of the characteristics of such a mass flow controller is shown in FIG. In the example of FIG. 1, the flow rate PV is normalized to a value of 0 to 100%. Since the characteristic shown in FIG. 1 is a non-linear convergence phenomenon, it can be expressed by the exponential function of the following equation.
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） In this way, the function that approximates the relationship between the valve opening MV and the flow rate PV is the constant term (1.0), the term related to the valve opening MV, and the gain K, which is a numerical value multiplied by each of these terms. Defined by. A in equation (1) is a coefficient that gives a non-linear convergence state. The curve cur1 in FIG. 1 shows the initial characteristics of the mass flow controller. Based on the supply pressure that can be grasped in advance, the flow rate PV is assumed to be 100% at the maximum value at the valve opening MV = 100%, and the curve cur1 is as shown in the following equation according to the general image of non-linearity. It can be expressed by an exponential function of various coefficient values.
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。 K = 104.0 and A = 30.0 in the formula (2) are examples of these numerical values. Since it can be estimated that the non-linearity, which is a characteristic of the valve itself of the mass flow controller downstream of this filter, does not change in the clogging phenomenon of the filter provided in the flow path, the coefficient A can be regarded as constant. .. Therefore, it is assumed that only the gain K is reduced due to the clogging phenomenon of the filter or the like.

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。 In determining whether maintenance of the mass flow controller and related equipment of the mass flow controller is necessary, although it is presumed that some factors affect the operating time of the mass flow controller, it is roughly proportional to the operating time. That is, it is reasonable to assume that the gain K decreases at a constant and gradual pace so that there is no sudden deterioration.

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） Here, it is assumed that the target flow rate PVx defined in advance is PVx = 60.0%. That is, SPx = 60.0% is the most standard numerical value given as the flow rate set value SP of the mass flow controller. Assuming that the valve opening in the initial state of the mass flow controller for adjusting the flow rate of the fluid to PVx = 60.0% is MV1, the curve cur1 makes MV1 = 25.8%. Since the coefficient A = 30.0 of the nonlinear characteristic is known in advance, the gain K1 in the initial state can be back-calculated as shown in the following equation based on PVx = 60.0% and MV1 = 25.8%. In this initial state, the flow rate (flow rate upper limit value PVh) at a valve opening degree of 100% is PVh = 100% as described above.
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。 Next, it is assumed that the valve opening MV for maintaining the target flow rate PVx at the time when the operating time of the mass flow controller elapses to the extent that the filter is clogged is acquired. At this time, the target flow rate PVx may be a value different from the target flow rate PVx in the initial state. Here, the target flow rate PVx = 40.0%. For example, it is assumed that MV2 = 16.2% is detected as the valve opening MV for maintaining the target flow rate PVx = 40.0% when 72 hours have passed from the start of operation. For this value, the pressure at the point where it flows into the mass flow controller decreases due to the clogging phenomenon of the filter, and the valve opening MV for maintaining the target flow rate PVx = 40.0% must be set to MV2 = 16.2%. It means that it is no longer.

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） The gain K2 at the time when 72 hours have passed from the start of operation can be calculated back as follows based on PVx = 40.0% and MV2 = 16.2%.
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） Therefore, it is estimated that the gain K decreased from K1 = 104.0 in the initial state to K2 = 96.0 by 8.0 in 72 hours. In this case, the characteristics of the mass flow controller are as shown by the curve cur2 in FIG. Then, in the state of this cur2, the flow rate (flow rate upper limit value PVh) at the valve opening degree of 100% can be calculated by the following equation.
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。 As described above, PVh = 96.6% is the upper limit of the controllable flow rate in the state of cur2, and it can be judged that the state is not so serious. That is, it becomes a judgment index that maintenance of the mass flow controller is not yet necessary.

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） Since it is assumed that the gain K decreases at a constant pace in roughly proportional to the operating time of the mass flow controller, the gain K will probably decrease by about 8.0 after another 72 hours from the state of cur2. Therefore, it can be estimated that the characteristics of the mass flow controller are as shown by the curve cur3 (K3 = 88.0) in FIG. In this state of cur3, the flow rate (flow rate upper limit value PVh) at a valve opening of 100% can be calculated by the following equation. However, this is limited to the case where the gain K decreases at a constant pace.
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。 Once the above is organized, it becomes as follows. In the initial state (cur1), PVh = 100.0% can be estimated from the actual results of PVx = 60.0% and MV1 = 25.8%. In the state (cur2) 72 hours after the start of operation, it can be estimated that PVh = 96.6% from the actual results of PVx = 40.0% and MV2 = 16.2%. Further, in the state (cur3) after 72 hours have passed, it can be estimated that PVh = 84.9%.

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） Next, it is assumed that the valve opening MV for maintaining the target flow rate PVx is acquired when a further time elapses. At this time, it is assumed that the target flow rate PVx = 30.0% is set, and MV4 = 19.8% is detected as the valve opening MV for maintaining the target flow rate PVx = 30.0%. In this case, the gain K4 can be calculated back as follows based on PVx = 30.0% and MV4 = 19.8%.
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） In this case, the characteristics of the mass flow controller are as shown by the curve cur4 in FIG. Then, in the state of this cur4, the flow rate (flow rate upper limit value PVh) at the valve opening degree of 100% can be calculated by the following equation.
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。 As described above, PVh = 59.8% is the upper limit of the controllable flow rate in the state of cur4. As a past record, there is a case where the target flow rate PVx is PVx = 60.0%, and PVh = 59.8% is lower than the past target flow rate PVx, so it can be judged as a serious condition. That is, it becomes a judgment index that maintenance of the mass flow controller is necessary.

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。 From the above, the procedure for obtaining the judgment index of the necessity of maintenance of the mass flow controller and its related equipment can be organized as follows (I) and (II). According to this embodiment, it is appropriate even when the valve opening seems to have a margin due to the control with a low flow rate and a low opening (the opening at which the valve opening is sufficiently separated from the upper limit). Judgment index can be obtained.

（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） (I) The valve opening MV for maintaining the fluid flow rate at an arbitrary target flow rate PVx has been obtained. The gain K is calculated based on this valve opening MV. However, the non-linearity coefficient A is predetermined.
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） (II) The flow rate when the valve opening MV reaches the upper limit of 100% is calculated as the controllable flow rate upper limit value PVh, and this flow rate upper limit value PVh is used to determine whether maintenance of the mass flow controller and related equipment is required. It is used as a judgment index of.
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） Note that the same method can be applied to functions other than the exponential function as long as the function can approximate the nonlinearity of FIG. For example, with the following fractional function, the nonlinearity between the valve opening and the flow rate can be described only by four arithmetic operations.
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。 Similar to equation (1), the function of equation (11) is defined by a constant term (C = 125.2), a term relating to the valve opening MV, and a gain K multiplied by each of these terms. .. According to the equations (11) to (13), the characteristics of the mass flow controller can be represented by FIG. 2 similar to FIG. The gain K1 in the state of the curve cur1 of FIG. 2 is 1.0, the gain K2 in the state of the curve cur2 is 0.923, the gain K3 in the state of the curve cur3 is 0.846, and the gain K4 in the state of the curve cur4 is 0.596. Is. That is, as in the example of FIG. 1, the gain K decreases at a constant pace in proportion to the operating time.

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。 Next, the configuration of the flow rate control device (mass flow controller) of this embodiment will be described. In the flow rate control device of this embodiment, as shown in FIG. 3, the flow rate measuring unit 1 that measures the flow rate of the fluid flowing through the flow path, and the flow rate measured by the flow rate measuring unit 1 and the target flow rate PVx match. The flow rate control unit 2 that operates the valve, the valve opening degree acquisition unit 3 that acquires the valve opening degree MV when the flow rate of the fluid is maintained at the predetermined target flow rate PVx during the flow rate control, and the valve opening. The flow rate upper limit estimation unit 4 and the flow rate upper limit estimation unit 4 that estimate the flow rate upper limit value PVh when it is assumed that the valve opening reaches the upper limit (for example, 100%) at the time of acquisition of the degree MV as a maintenance judgment index. It includes an estimation result output unit 5 that outputs information about the estimation result.

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。 Next, the operation of the flow rate control device of this embodiment will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is a flowchart for explaining the flow rate control operation, and FIG. 5 is a flowchart for explaining the maintenance judgment index estimation operation.
The flow rate measuring unit 1 continuously measures the flow rate of the fluid flowing through the flow path (flow path 105 in FIG. 6) (step S100 in FIG. 4). The flow rate measuring unit 1 corresponds to the fluid sensor 103 of FIG. 6, and has a well-known configuration provided in the mass flow controller.

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。 The flow rate control unit 2 continuously operates the valve (valve 104 in FIG. 6) so that the flow rate of the fluid measured by the flow rate measurement unit 1 and the target flow rate PVx set by the operator, for example, match (step 4 in FIG. 4). S101). The flow rate control unit 2 also has a well-known configuration provided in the mass flow controller.
In this way, for example, the processes of steps S100 and S101 are repeatedly executed at predetermined cycles (for example, 50 msec.) Until the operator instructs the end of the operation of the apparatus (YES in step S102 of FIG. 4).

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。 On the other hand, the valve opening degree acquisition unit 3 acquires the valve opening degree MV (target maintenance valve opening degree) when the fluid flow rate is maintained at the target flow rate PVx (FIG. 5, step S200). Specifically, the valve opening degree acquisition unit 3 is used when the absolute value of the deviation between the flow rate measured by the flow rate measurement unit 1 and the target flow rate PVx continuously within the specified value during the period from a certain time ago to the present time. Determines that the flow rate of the fluid is maintained at the target flow rate PVx, and acquires the current valve opening MV. The value of the constant time t is set in the valve opening degree acquisition unit 3 as a specified value.

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。 The valve opening itself may be detected, but in terms of mounting, the exact valve opening is not detected, but a signal output from the flow control unit 2 to the valve (for example, a valve opening instruction signal or a valve drive). The current) may be acquired and the valve opening degree may be determined based on this signal.

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。 Next, the flow rate upper limit estimation unit 4 reaches the upper limit (for example, 100%) at the time of acquisition based on the valve opening MV (target maintenance valve opening) acquired by the valve opening acquisition unit 3. The upper limit value PVh of the flow rate is estimated as a judgment index of the controllable flow rate. As shown in FIG. 3, the flow rate upper limit estimation unit 4 includes a gain calculation unit 40 for calculating the gain K and a flow rate upper limit calculation unit 41 for calculating the flow rate upper limit value PVh.

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。 The gain calculation unit 40 of the flow rate upper limit estimation unit 4 calculates the current gain K for which the flow rate upper limit value PVh is to be calculated by the equation (9) (FIG. 5, step S201). The coefficient A of the equation (9) is set in the flow rate upper limit estimation unit 4 as a specified value. In order to grasp the coefficient A, for example, a flow rate test of the flow rate control device may be performed in advance to check the value of the coefficient A.

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。 Then, the flow rate upper limit calculation unit 41 of the flow rate upper limit estimation unit 4 calculates the flow rate upper limit value PVh by the equation (10) based on the gain K calculated by the gain calculation unit 40 (FIG. 5, step S202). This completes the process of the flow rate upper limit estimation unit 4.

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。 The estimation result output unit 5 outputs the estimation result of the flow rate upper limit estimation unit 4 (step S203 in FIG. 5). Examples of the method of outputting the estimation result include numerical display of the flow rate upper limit value PVh, alarm output based on the flow rate upper limit value PVh, transmission of the estimation result information to the outside, and the like. In the case of an alarm output, when the flow rate upper limit value PVh becomes less than a predetermined threshold value (for example, less than 60%), the LED for notifying the alarm may be turned on.

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。 The valve opening degree acquisition unit 3, the flow rate upper limit estimation unit 4, and the estimation result output unit 5 specify the processes of steps S200 to S203 until, for example, the operator instructs the end of the operation of the device (YES in step S204 of FIG. 5). It is repeatedly executed every cycle ΔT (for example, 24 hours) of.

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。 Based on the above, in this embodiment, an index (flow rate upper limit value PVh) for determining whether or not maintenance is required for the flow rate control device and its related devices (filters provided in the flow path, etc.) is estimated during operation of the device. be able to. Since the operator can determine whether or not a serious situation requiring maintenance has been reached based on the estimation result of the flow control device, it becomes easy to manage the operation of the semiconductor manufacturing device or the like. Further, in this embodiment, since the work of inflowing the fluid into the flow path of the mass flow controller while the operation of the semiconductor manufacturing apparatus is stopped is not required, the labor required for determining whether or not maintenance is necessary can be significantly reduced. Can be done.

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。 If the valve opening degree acquisition unit 3 determines that the flow rate of the fluid is not maintained at the target flow rate PVx, the valve opening degree MV cannot be acquired. Therefore, in this case, the flow rate upper limit value PVh cannot be calculated. It will be.
Further, although this embodiment can be applied even when the target flow rate PVx is changed in the middle, the valve opening degree acquisition unit 3 determines whether or not the fluid flow rate is maintained at the target flow rate PVx for a certain period of time t (t). During the period of <ΔT), the target flow rate PVx needs to be maintained at the same value. If the target flow rate PVx is changed during the period t for a certain period of time, it becomes impossible to acquire the valve opening MV.

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。 Further, the flow rate upper limit estimation unit 4 may calculate the gain K and the flow rate upper limit value PVh by using the equations (12) and (13) instead of the equations (9) and (10). The coefficients A, B, and C of the equations (12) and (13) are set in the flow rate upper limit estimation unit 4 as specified values. In order to grasp the coefficients A, B, and C, for example, the flow rate test of the flow rate control device may be performed in advance.

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。 Further, in this embodiment, all the configurations shown in FIG. 3 are provided in the flow rate control device (mass flow controller), but the present invention is not limited to this. The valve opening degree acquisition unit 3, the flow rate upper limit estimation unit 4, and the estimation result output unit 5 are provided as maintenance judgment index estimation devices in a higher-level device (for example, programmable logic controller PLC), and the flow rate measurement unit 1 and the flow rate control unit 2 are provided. It may be used in combination with a general microflow controller including.

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。 The flow rate control device described in this embodiment can be realized by a computer provided with a CPU (Central Processing Unit), a storage device, and an interface, and a program for controlling these hardware resources. Similarly, a maintenance determination index estimation device including a valve opening degree acquisition unit 3, a flow rate upper limit estimation unit 4, and an estimation result output unit 5 can be realized by a computer and a program. The CPU of each device executes the process described in this embodiment according to the program stored in each storage device. Thereby, the maintenance judgment index estimation method of this embodiment can be realized.

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。 The present invention can be applied to a technique for managing a flow rate control device and related equipment.

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。 1 ... Flow rate measurement unit, 2 ... Flow rate control unit, 3 ... Valve opening degree acquisition unit, 4 ... Flow rate upper limit estimation unit, 5 ... Estimation result output unit, 40 ... Gain calculation unit, 41 ... Flow rate upper limit calculation unit.

Claims (10)

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。 A valve opening degree acquisition unit configured to acquire the opening degree of the valve when the flow rate of the fluid is maintained at a predetermined target flow rate during flow rate control in which the flow rate of the fluid is controlled by using a valve. When,
Based on a function that approximates the relationship between the valve opening degree and the flow rate of the fluid and the valve opening degree acquired by the valve opening degree acquisition unit, the valve opening degree is determined at the time of this acquisition. A maintenance judgment index estimation device including a flow rate upper limit estimation unit configured to estimate a flow rate upper limit value when it is assumed that the upper limit has been reached as a maintenance judgment index of the flow rate control device. 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。 In the maintenance judgment index estimation device according to claim 1,
The flow rate upper limit estimation unit is a maintenance determination index estimation device characterized in that the upper limit of the opening degree of the valve corresponding to the flow rate upper limit value is set to 100%. 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。 In the maintenance judgment index estimation device according to claim 1 or 2.
The function is defined by at least a term relating to the opening of the valve and a gain which is a numerical value multiplied by this term.
The flow rate upper limit estimation unit is based on a mathematical formula obtained from the function assuming that the gain decreases with the passage of time and the valve opening degree acquired by the valve opening degree acquisition unit. A maintenance judgment index estimation device characterized by estimating a flow rate upper limit value. 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。 In the maintenance judgment index estimation device according to claim 3,
The function is a function that approximates a non-linear relationship between the opening degree of the valve and the flow rate of the fluid, and is characterized in that a term relating to the opening degree of the valve is expressed by an exponential function. .. 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。 In the maintenance judgment index estimation device according to claim 3,
The function is a function that approximates a non-linear relationship between the opening degree of the valve and the flow rate of the fluid, and is a maintenance judgment index estimation device characterized in that a term relating to the opening degree of the valve is expressed by a fractional function. .. 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。 In the maintenance judgment index estimation device according to any one of claims 3 to 5.
The flow rate upper limit estimation unit
A gain calculation unit that calculates the current gain based on the valve opening degree and the target flow rate acquired by the valve opening degree acquisition unit at the present time when the flow rate upper limit value is to be estimated.
A maintenance determination index estimation device including a flow rate upper limit calculation unit that calculates the flow rate upper limit value based on the gain calculated by the gain calculation unit. 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。 In the maintenance judgment index estimation device according to any one of claims 1 to 6.
A maintenance determination index estimation device further comprising an estimation result output unit that numerically displays the flow rate upper limit value estimated by the flow rate upper limit estimation unit. 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。 In the maintenance judgment index estimation device according to any one of claims 1 to 6.
A maintenance determination index estimation device, further comprising an estimation result output unit that issues an alarm when the flow rate upper limit value estimated by the flow rate upper limit estimation unit becomes less than a predetermined threshold value. 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。 A flow rate measuring unit that measures the flow rate of fluid flowing through the flow path,
A valve provided in the flow path and
A flow rate control unit that operates the valve so that the flow rate measured by the flow rate measuring unit and a predetermined target flow rate match.
The maintenance judgment index estimation device according to any one of claims 1 to 8 is provided.
The valve opening degree acquisition unit of the maintenance determination index estimation device is a flow rate control device characterized by acquiring the opening degree of the valve provided in the flow path. 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。 The first step of acquiring the opening degree of the valve when the flow rate of the fluid is maintained at a predetermined target flow rate during the flow rate control in which the flow rate of the fluid is controlled by using a valve.
Based on a function that approximates the relationship between the valve opening and the fluid flow rate and the valve opening acquired in the first step, the valve opening is the upper limit at the time of this acquisition. A maintenance judgment index estimation method including a second step of estimating a flow rate upper limit value when it is assumed that the value has been reached as a maintenance judgment index of the flow control device.
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