真・MFC千夜一夜物語 第229話 MFCの制御不良とは? その11

もう一つのMFC千夜一夜物語である日本工業出版さんの「計測技術」誌の「マスフロー千夜一夜物語<質量流量計の基礎>」という連載も2017年3月号(2/25発売)で連載32回を迎えさせて頂きました。
MassStream_06.jpg
3月号では、マスフローコントローラー(MFC)やマスフローメーター(MFM)で使用する流体(ガス)種から、水素、ヘリウム、アルゴン、アンモニアを取り上げ、運用上の注意点等を解説しています。
特にアンモニア制御にうってつけのDecoの一押しであるMASS-STREAMも出てきますよ!
本ブログと併せて、宜しくお願い致します。

今回からはMFCは制御しようとするのだけれど、その流量制御の過程がおかしな場合のお話です。今回は「応答遅れ」ですね。

・ガス導入時に応答が遅れる
この問題は、前回のオーバーシュートの話と同じくMFC応答調整に問題がある場合、PID定数設定が不適切な場合に生じます。
簡単に言えばオーバーシュートを起こす原因と逆方向なだけです。
MFCに搭載されている熱式流量センサーの生出力の応答性能は悪いですよ=遅いですよという話をしてきました。
熱移動を捉えるという原理からして、熱が早く移動するわけはないのですから、当たり前です。
PID制御はP=Proportional(比例)、I=Integral(積分)、D=Derivative(微分)で、それぞれが「現在の偏差」、「過去の偏差の累積値」、「未来の偏差の将来予測」に基づいて流量出力(PV)=流量設定入力(SV)になるよう制御を行うのですが、それがだるい調整を施したMFCは応答性がダラダラと立ち上がる応答遅れを起こしやすいのです。

ですが、流量制御特性がスローだというのは、あるプロセスでは必ずしも悪ではありません。
チャンバーの真空を破壊してしまったり、パーティクルを巻き上げるオーバーシュートなんかよりも御しやすいところがあります。
”過ぎたるは、なお及ばざるがごとし・・・”なのでしょうか?
しかし、高速応答を前提にプロセスが組まれているような装置では確実に命とりです。

これが仕様に記載された条件と、現実のそれからの異差が原因で生じている場合は、速やかに条件を修正すべきでしょう。
MFCの使用される圧力条件が、本来の仕様にある圧力条件とは異なる、非常に差圧の小さい場合や、仕様ガスよりも重いガス、例えば水素(H2)のMFCに六フッ化硫黄(SF6)を流そうとした場合にこういった応答遅れは発生しやすいのです。
圧力条件ならばボンベからの供給圧を上げてやることで解決します。
この問題が生じている時に怖いのが、たまたま設定流量が少なめで制御させている場合で、将来的にレシピの変更で設定流量を大きくした時にMFCの必要差圧が取れずに設定信号(SV値)と流量信号(PV値)が一致しないトラブルへ発展することがあります。
そういった意味ではより大きなトラブルの前兆ともとらえることができます。

仕様上の問題はそのままで、どうしてもMFCでなんとか対応したい場合は、オーバーシュートと同じく現場でMFCを再調整するしかありません。
PCと通信して応答特性を調整できるツールの出番です。
170116_01.jpg
こういったツールは、メーカーにより互換性がないものですから、使用しているMFCにそういったデジタルツールが用意されているかを確認しておいた方がいいでしょうね。

最後に”MFCというパッケージで比較した場合は、ソレノイドアクチュエーターモデルはピエゾモデルより応答が遅いという訳ではないのですよ”とDecoがよくご説明します。
これらのアクチュエーターは、そもそも熱式センサーの生出力の応答性能より格段に速いのですから・・・
でも、サーマルアクチュエーターだけは別です。
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このアクチュエーターは、MFCの最初の世代のベストセラー FC-260やSEC-400シリーズに搭載されており、熱膨張率のよい素材をヒーター線で温める事で“伸ばす“アクチュエーターです。
(よくサーマルMFCというとアクチュエーターが、このサーマルアクチュエータータイプの事を言うと勘違いしておられるお客様がおられましたが、ここでいうサーマルはセンサーの“熱式“のことです。)
サーマルアクチュエーターはセンサーの応答性能よりはるかに遅いので、先ほどお話しした応答性の再調整は、かなり難しいと考えた方がよいです。
いや、そもそもこの世代にデジタルMFCは無いので、PCから現場で再調整などというスマートな手法は使えませんが・・・

この世代のMFCが2017年に活躍している図は無いとDecoは思っています。
ただ、大学の研究室にお邪魔するとヒョコっと現れますので、念の為・・・

【あなたにMFCの夜が来る~真・MFC千夜一夜物語】by Deco EZ-Japan

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プロフィール

EZ-Japan(イージージャパン)代表 黒田 誠

Author:EZ-Japan(イージージャパン)代表 黒田 誠
MFC千夜一夜物語のDeco こと 黒田 誠 です。
2014年6月より流体制御機器マスフローコントローラーを中心に”流体制御関連の万(よろず)屋”EZ-Japan(イージージャパン)として開業いたしました。

流体の流量・圧力・温度に関わる計測・制御技術の伝承と、新技術のご紹介を行うエバンジェリスト(伝道師)の仕事を生業といたしております。

日本工業出版さんの「計測技術」誌で”マスフロー千夜一夜物語”の連載を続けさせて頂いています。

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