(57)【要約】  流量計と開閉弁が備えられた流体供給路における、流体の流量を制御する装置であって、流体の流量設定値が設定される流量値設定部と、流量を制御するための出力値に基づいて前記開閉弁の開閉を制御する流量制御部と、前記流量計から入力される流量測定値と前記流量設定値との差分を積算することにより、過不足流体供給量を算出する偏差積分値算出部と、前記過不足流体供給量に相当する流体の供給量を補正するための、前記出力値を補正する補正値及び当該補正値を使用する補正期間を、算出する出力補正演算部と、を備える流量制御装置。
2019106781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流量計と開閉弁が備えられた流体供給路における、流体の流量を制御する装置であって、
流体の流量設定値が設定される流量値設定部と、
流量を制御するための出力値に基づいて前記開閉弁の開閉を制御する流量制御部と、
前記流量計から入力される流量測定値と前記流量設定値との差分を積算することにより、過不足流体供給量を算出する偏差積分値算出部と、
前記過不足流体供給量に相当する流体の供給量を補正するための、前記出力値を補正する補正値及び当該補正値を使用する補正期間を、算出する出力補正演算部と、
を備えることを特徴とする流量制御装置。
【請求項２】
前記出力補正演算部における、前記補正値及び補正期間の算出処理において、
前記補正期間は、予め設定された所定時間によって定められ、
前記補正値は、前記所定時間内において前記過不足流体供給量に相当する流体の供給量を補正するために必要な出力値となるように算出されることを特徴とする請求項１に記載の流量制御装置。
【請求項３】
前記出力補正演算部における、前記補正値及び補正期間の算出処理において、
前記補正値は、補正後の前記出力値が予め設定された所定出力値となるように算出され、
前記補正期間は、前記所定出力値とした場合に、前記過不足流体供給量に相当する流体の供給量を補正するために必要な時間として算出されることを特徴とする請求項１に記載の流量制御装置。
【請求項４】
前記所定出力値が、出力値としての最大値若しくは最小値であることを特徴とする請求項３に記載の流量制御装置。
【請求項５】
前記流量測定値が安定状態であると判断された場合に、前記出力補正演算部によって算出された前記補正値に基づいて前記出力値を補正する処理を実行することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の流量制御装置。
【請求項６】
前記流量測定値と前記流量設定値との差分が、所定期間以上の間、所定量以内であった場合に、前記流量測定値が安定状態であると判断することを特徴とする請求項５に記載の流量制御装置。
【請求項７】
前記過不足流体供給量の絶対値が所定値以上となった場合に、前記出力補正演算部によって算出された前記補正値に基づいて前記出力値を補正する処理を実行することを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の流量制御装置。
【請求項８】
流体の流量設定値が設定される流量値設定部と、開閉弁の開閉の制御信号である出力値を出力する流量制御部と、演算部と、を備え、流量計と前記開閉弁が備えられた流体供給路に対して流体の流量を制御する装置における、流量制御プログラムであって、
前記演算部に、
前記流量計から入力される流量測定値と前記流量設定値との差分を積算することにより、過不足流体供給量を算出するステップと、
前記過不足流体供給量に相当する流体の供給量を補正するための、前記出力値を補正する補正値及び当該補正値を使用する補正期間を、算出するステップと、
を実行させることを特徴とする流量制御プログラム。
【請求項９】
流体の流量設定値が設定される流量値設定部と、開閉弁の開閉の制御信号である出力値を出力する流量制御部と、を備え、流量計と前記開閉弁が備えられた流体供給路に対して流体の流量を制御する装置における、流量制御方法であって、
前記流量計から入力される流量測定値と前記流量設定値との差分を積算することにより、過不足流体供給量を算出するステップと、
前記過不足流体供給量に相当する流体の供給量を補正するための、前記出力値を補正する補正値及び当該補正値を使用する補正期間を、算出するステップと、
を有することを特徴とする流量制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の流量を制御する流量制御装置、流量制御プログラム及び流量制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば原料液を混合する装置等において、混合液の組成を一定にさせるために各原料液の吐出量（流量）を制御するための装置が使用されている。このような流量を制御する装置に関し、外乱による流量の変動を補正するための技術が、特許文献１によって開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３０１６３５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術は、各原料液の積算値に基づいて、流量の設定値自体を変更する処理を行うものである。これにより、各原料液の積算到達のタイミングのずれを最小限にできる。
しかしながら、特許文献１の技術は、同文献の図２中のステップ２やステップ４の期間の終了時点において“各原料液の積算到達のタイミングのずれを最小限にする”ものであり、従って、外乱の影響を即座に補正できるものではなかった。また、各原料液の比率に基づいて流量の設定値を変更するものであるため、１系統の流量制御に対して利用できる技術ではなかった。【０００５】
本発明は、上記の点に鑑み、流体の流量を制御する流量制御において、外乱の影響を即座に補正することが可能な流量制御装置、流量制御プログラム及び流量制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（構成１）
流量計と開閉弁が備えられた流体供給路における、流体の流量を制御する装置であって、流体の流量設定値が設定される流量値設定部と、流量を制御するための出力値に基づいて前記開閉弁の開閉を制御する流量制御部と、前記流量計から入力される流量測定値と前記流量設定値との差分を積算することにより、過不足流体供給量を算出する偏差積分値算出部と、前記過不足流体供給量に相当する流体の供給量を補正するための、前記出力値を補正する補正値及び当該補正値を使用する補正期間を、算出する出力補正演算部と、を備えることを特徴とする流量制御装置。【０００７】
（構成２）
前記出力補正演算部における、前記補正値及び補正期間の算出処理において、前記補正期間は、予め設定された所定時間によって定められ、前記補正値は、前記所定時間内において前記過不足流体供給量に相当する流体の供給量を補正するために必要な出力値となるように算出されることを特徴とする構成１に記載の流量制御装置。【０００８】
（構成３）
前記出力補正演算部における、前記補正値及び補正期間の算出処理において、前記補正値は、補正後の前記出力値が予め設定された所定出力値となるように算出され、前記補正期間は、前記所定出力値とした場合に、前記過不足流体供給量に相当する流体の供給量を補正するために必要な時間として算出されることを特徴とする構成１に記載の流量制御装置。【０００９】
（構成４）
前記所定出力値が、出力値としての最大値若しくは最小値であることを特徴とする構成３に記載の流量制御装置。【００１０】
（構成５）
前記流量測定値が安定状態であると判断された場合に、前記出力補正演算部によって算出された前記補正値に基づいて前記出力値を補正する処理を実行することを特徴とする構成１から４の何れかに記載の流量制御装置。【００１１】
（構成６）
前記流量測定値と前記流量設定値との差分が、所定期間以上の間、所定量以内であった場合に、前記流量測定値が安定状態であると判断することを特徴とする構成５に記載の流量制御装置。【００１２】
（構成７）
前記過不足流体供給量の絶対値が所定値以上となった場合に、前記出力補正演算部によって算出された前記補正値に基づいて前記出力値を補正する処理を実行することを特徴とする構成１から６の何れかに記載の流量制御装置。【００１３】
（構成８）
流体の流量設定値が設定される流量値設定部と、開閉弁の開閉の制御信号である出力値を出力する流量制御部と、演算部と、を備え、流量計と前記開閉弁が備えられた流体供給路に対して流体の流量を制御する装置における、流量制御プログラムであって、前記演算部に、前記流量計から入力される流量測定値と前記流量設定値との差分を積算することにより、過不足流体供給量を算出するステップと、前記過不足流体供給量に相当する流体の供給量を補正するための、前記出力値を補正する補正値及び当該補正値を使用する補正期間を、算出するステップと、を実行させることを特徴とする流量制御プログラム。【００１４】
（構成９）
流体の流量設定値が設定される流量値設定部と、開閉弁の開閉の制御信号である出力値を出力する流量制御部と、を備え、流量計と前記開閉弁が備えられた流体供給路に対して流体の流量を制御する装置における、流量制御方法であって、前記流量計から入力される流量測定値と前記流量設定値との差分を積算することにより、過不足流体供給量を算出するステップと、前記過不足流体供給量に相当する流体の供給量を補正するための、前記出力値を補正する補正値及び当該補正値を使用する補正期間を、算出するステップと、を有することを特徴とする流量制御方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の流量制御装置、流量制御プログラム及び流量制御方法によれば、流量測定値と流量設定値との差分を積算することにより過不足流体供給量を算出し、当該過不足流体供給量に相当する流体の供給量を補正するための出力値（流量を制御する値）を補正する補正値及び当該補正値を使用する補正期間を算出するため、当該補正期間の間、補正値を用いて出力値を補正することにより、外乱による流量の変動（流量測定値と流量設定値との差分）を即座に補正させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る実施形態の流量制御装置の構成の概略を示すブロック図
【図２】実施形態の流量制御装置の処理動作の概略を示すフローチャート
【図３】実施形態の流量制御装置により制御された流量の変化の一例を示すグラフ
【図４】実施形態の流量制御装置による流量制御に関する説明図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施態様について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下の実施態様は、本発明を具体化する際の一形態であって、本発明をその範囲内に限定するものではない。
【００１８】
図１は、本発明に係る実施形態の流量制御装置の構成の概略を示すブロック図である。
本実施形態の流量制御装置１は、例えば半導体製造において使用される洗浄液を作るための薬液混合装置に備えられるものであり、ここでは、混合する薬液の１系統について説明する。
流量制御装置１は、流量計５と制御バルブ（開閉弁）６が備えられた薬液供給路（流体供給路）３における、薬液（流体）の流量を制御する。薬液供給路３は、薬液の供給源である制御対象２から、各薬液が注入されて混合液が作られるタンク４までの間の供給路である。
流量制御装置１は、偏差積分値算出部１１と、出力補正判断部１２と、流量値設定部１３と、ＰＩＤ演算部１４と、出力補正演算部１５と、流量制御部１６等を備える。
図１では機能ごとに構成を分けて記載しているが、必ずしもハード的にこれらの構成に分かれていることを示すものではなく、例えば、１つの演算部（ＰＬＣ、ＭＣＵ、マイコン等の周知のデバイスを用いて構成され、記憶部を有している（若しくは外部の記憶部と接続されている））においてソフトウェア的に各構成が実装されるもの等であってよい。
【００１９】
流量値設定部１３は、薬液の流量設定値が設定される記憶部である。
ＰＩＤ演算部１４は、流量値設定部１３に設定されている流量設定値と流量計５から入力される流量測定値とに基づいて、薬液の流量が目標値である流量設定値となるようにＰＩＤ制御によって出力値を算出するものである。
流量制御部１６は、ＰＩＤ演算部１４からの出力値に基づいて、制御バルブ６の開閉を制御する。なお、本実施形態における出力値とは、０〜１（０〜１００％）の値である。即ち、薬液供給路３の最大流量に対して０〜１００％の流量に制御させる値であり、最大流量×出力値にて所望の流量（流量設定値）にさせるものである。実際の装置においては出力値と流量値がリニアの関係にならない場合もあるが、その場合には適宜校正させる処理等を行えばよい。
流量値設定部１３、ＰＩＤ演算部１４、流量制御部１６は、基本的に従来の流量制御装置と同様の構成及び処理概念となるため、ここでの詳しい説明を省略するが、これらによるＰＩＤ制御に基づいて薬液の流量が設定値通りの流量となるように制御されるものである。ＰＩＤ制御によれば外乱によって流量に変動が生じても、流量が目標値（流量設定値）となるように補正が行われるものであるが、通常は積算値としての補正までは行われない。即ち、例えば、外乱によって一時的に流量が増加した場合、ＰＩＤ制御では増加した流量を元に戻す処理は行われるが、一時的に流量が増加したことによる薬液の供給量の増加分を補正させるような処理までは行われない。従って、このままでは混合液の組成比が設定と異なる結果となるおそれがある。
本実施形態の流量制御装置１は、以下の構成を備えることにより、このような外乱の影響を即座に補正することを可能とするものである。
【００２０】
偏差積分値算出部１１は、流量計５から入力される流量測定値と、流量値設定部１３に設定されている流量設定値との差分を積算することにより過不足流体供給量を算出する。即ち、設定値に対する薬液の供給量の過不足を算出するものである。
出力補正判断部１２は、偏差積分値算出部１１によって算出された過不足流体供給量が、所定量以上となったか否か、及び、流量が安定状態であるか否かを判別することにより、補正処理を行うか否かを判断するものである。
出力補正演算部１５は、過不足流体供給量に相当する薬液の供給量を補正するための、出力値を補正する補正値及び当該補正値を使用する補正期間を、算出し、これを流量制御部１６に入力する。即ち、出力値を補正させる（＝薬液の流量を増減させる）ことで、外乱によって生じた薬液の供給の過不足分を補正させるものであり、そのための補正値を算出しているものである。
出力補正演算部１５からの補正値の入力を受けた流量制御部１６では、当該補正値を用いてＰＩＤ演算部１４から入力される出力値を補正し、当該補正後の出力値によって制御バルブ６の開閉を制御する。これにより、外乱の影響によって生じる薬液の供給量の過不足を補正する（即ち混合液の組成比を均一に保つ）ものである。
【００２１】
次に、本実施形態の流量制御装置１の本発明に関する処理動作について、図２のフローチャート及び図３、４のグラフを参照しつつ説明する。
【００２２】
ステップ２０１では流量計５から入力される流量測定値を取得し、続くステップ２０２では当該流量測定値と流量値設定部１３に設定されている流量設定値との差分を積算することにより過不足流体供給量を算出する。このステップ２０１〜２０２の処理は常に実行され続け、過不足流体供給量（積算値）は更新され続けているものである。また流量計５から入力される流量測定値は、後に説明する“安定状態であるか否か”を判別するための情報として、ログされている。
【００２３】
ステップ２０３では、過不足流体供給量の絶対値が一定値以上となったか否かを判別し、一定値以上となった場合には、ステップ２０４へと移行し、一定値未満である場合にはステップ２０４〜２０６をスキップしてステップ２０７へ移行する。
ステップ２０７は、ＰＩＤ制御によって算出される出力値に基づいて制御バルブを制御する処理である。即ち、過不足流体供給量の絶対値が一定値未満である場合には、通常のＰＩＤ制御による流量制御が行われるものである。
なお、閾値である“一定値”については、制御対象等に応じて適宜定められる（予め設定されている）ものである。
【００２４】
過不足流体供給量の絶対値が一定値以上となった場合には、ログされている流量測定値に基づき流量が“安定状態”であるか否かを判別する（ステップ２０３：Ｙｅｓ→ステップ２０４）。
本実施形態における“安定状態”とは、流量が所定時間以上安定している状態であり、流量測定値と流量設定値との差分の絶対値が、所定期間以上の間、所定量以内である状態である。即ち、図４に“安定領域”として示されるように、流量設定値（吐出量設定値）に対する誤差が所定範囲である状態が、所定時間（安定領域判断時間）以上の間、維持されている場合に、“安定状態”と判断される。
流量が“安定状態”であった場合にはステップ２０５へ移行し、“安定状態”でなかった場合にはステップ２０５〜２０６をスキップしてステップ２０７へ移行する。即ち、“安定状態”でなかった場合には通常のＰＩＤ制御による流量制御が行われるものである。
【００２５】
流量が“安定状態”であった場合には、前述した補正値及び補正期間の算出処理（ステップ２０５）と、算出した補正値及び補正期間を流量制御部１６に入力する処理（ステップ２０６）が行われる。
ステップ２０５における補正値の算出は、予め設定されている補正時間（所定時間）内において、過不足流体供給量に相当する流体の供給量を補正するために必要な出力値となるように算出される。即ち、概念的には、過不足流体供給量が−５０ｍＬ（不足）である場合であって、補正時間が２秒である場合を例とすると、２５ｍＬ／ｓ分だけ流量が目標値（流量設定値）より多くなるように補正値が算出されるものである。なお、予め設定される“補正時間（所定時間）”については、制御対象等に応じて適宜定められて設定されているものである。
【００２６】
ステップ２０６を経たステップ２０７では、前述したごとく、出力補正演算部１５からの補正値の入力を受けた流量制御部１６において、当該補正値を用いてＰＩＤ演算部１４から入力される出力値を補正時間の間補正し、当該補正後の出力値によって制御バルブ６の開閉を制御するものである。これにより、上記の例の場合、２秒の間、薬液の流量を２５ｍＬ／ｓだけ通常のＰＩＤ制御に基づく流量より増加させた状態に制御される。即ち、外乱の影響を即座に補正し、混合液の組成比を均一に保つことができるものである。
【００２７】
図３は上記処理による流量の時間変化を概念的に示したものである。
薬液の供給開始当初の立ち上がり部においては、流量が０から急激に立ち上がり、ＰＩＤ制御によって設定値に維持されるようになるが、この立ち上がり箇所においては、薬液の実際の供給量が設定値よりも少なくなってしまう。また、外乱によって流量が減少した場合にもＰＩＤ制御によって流量は設定値に維持されるようになるが、外乱発生部における流量減少により、薬液の実際の供給量が設定値よりも少なくなってしまう。
このような場合に対し、上記説明した本実施形態の流量制御によれば、図３中に補正部として示したように、薬液の供給量の不足分を補正するように流量の制御が行われるため、外乱の影響を即座に補正し、混合液の組成比を均一に保つことができる。
【００２８】
図４は、薬液の供給開始当初の立ち上がり部における本実施形態の流量制御に関する説明図である。
上述したように、立ち上がり箇所においては、薬液の流量の不足分が過不足流体供給量として積算され、立ち上がり終了後に流量が安定し“安定状態”となった後に、出力値を補正するための補正パルス（補正期間及び補正値によって決定されるパルス）が生成され、当該補正パルスを出力値に加えたもので制御バルブ６の開閉を制御することにより、立ち上がり箇所における薬液の流量の不足分が補正されるものである。なお、図３の外乱発生部に対する処理動作についても同様の概念である。
【００２９】
以上のごとく、本実施形態の流量制御装置１によれば、立ち上がり部の供給量の不足分を補うことにより早期に所望の供給量にさせることができ、且つ、外乱による流量の変動（流量測定値と流量設定値との差分）を即座に補正させることが可能であり、混合液の組成比を均一に保つことができる。
【００３０】
なお、本実施形態では、補正値と補正期間の算出において、補正期間を予め定められた時間とし、これに基づいて補正値を算出するものを例としているが、本発明をこれに限るものではない。例えば、補正値の方を予め設定するようにし（補正後の出力値が予め設定された“所定出力値”となるように補正値を算出し）、これに基づいて補正期間を算出（“所定出力値”とした場合に、過不足流体供給量に相当する流体の供給量を補正するために必要な時間として算出）するものであってもよい。この場合において、“所定出力値”を、出力値としての最大値（即ち制御バルブの全開）若しくは最小値（制御バルブの全閉）としてもよい。出力値としての最大値（即ち制御バルブの全開）若しくは最小値（制御バルブの全閉）とすることにより、可及的に早期に、外乱による流量の変動分を補正させることができる。ただし、流量設定値に対する差分が大きくなりすぎることが問題となるような場合には、例えば、“所定出力値”を、流量設定値に対応する出力値の５０％増し（or減）等としてもよい。或いは、補正値を予め設定しておくもの等であってもよい。
また、補正値と補正期間の双方について変数的に扱う（両者を固定値としない）ものであっても構わない。
本実施形態のごとく、補正期間を固定させる場合、流量を調節可能な幅に対して、過不足流体供給量が大きい場合、補正期間内に補正しきれない場合も生じ得るが、この場合において、特に特別な処理をしない（補正不足分を次回の補正処理にまわす）ものであってもいいし、必要な分だけ補正期間を延ばす処理等としてもよい。
【００３１】
本実施形態においては、過不足流体供給量が所定量以上となった場合に補正処理を行うものを例としているが、本発明をこれに限るものではなく、例えば、過不足流体供給量の量に関らず、所定時間ごとに補正処理を行うもの等であっても構わない。
また、本実施形態では、流量が安定状態である場合に補正処理を行うものを例としているが、本発明をこれに限るものではなく、安定状態であるか否かに関らず補正処理を行うものであっても構わない。ただし、安定状態でない場合に補正処理を行うと、ＰＩＤ制御等の制御によるオーバーシュート等が生じた場合に、処理としての効率が落ちる場合がある。
【００３２】
本実施形態では、薬液の混合を例としているが、本発明をこれに限るものではなく、各種の流体（液体に限らない）の流量制御に用いることができる。
【００３３】
本実施形態では、ベースとなる制御についてＰＩＤ制御を例としているが、本発明の適用においてＰＩＤ制御が必須というものではなく、各種のフィードバック制御（若しくはフィードフォワード制御）等による流量制御に対して用いることができる。
なお、本発明の適用により、流量が流量設定値に対して増減することとなるが、これに対してＰＩＤ制御がかかってしまうと処理としての効率が落ちる場合がある。従って、本発明による流量の増減分に対してはフィードバック制御がかからないようにしてもよい。例えば、本発明の補正処理を行っている期間においては、本発明による流量の増減分を、流量測定値（或いは流量設定値）から除いた値に基づいてフィードバック制御を行わせる等である。
【符号の説明】
【００３４】
１．．．流量制御装置
１１．．．偏差積分値算出部
１３．．．流量値設定部
１５．．．出力補正演算部
１６．．．流量制御部
３．．．薬液供給路（流体供給路）
５．．．流量計
６．．．制御バルブ（開閉弁）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2019106781.tif 000007
2019106781.tif 000008
2019106781.tif 000009
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