要旨：本稿では，主に局所置換における作業を紹介する。代替製品はEmerson TESCOM ER5000シリーズ電子圧力調整器とその背圧弁である。また、KaoLuの電気作動ニードルバルブの特徴と欠陥を紹介し、技術ルートを提唱し、性能指標を記述し、機能拡張と技術革新を紹介します。我々は、ローカライズされた代替製品は、より多くの利点、低コスト、高性能と使用の柔軟性を持っていることを確認することができます。

1. Emerson ER5000シリーズ電子式圧力調整器 1.1.電子式圧力調整器の構成と原理
エマソンの最新電子圧力調整器TESCOM ER5000シリーズは、圧力センサー、PID（比例・積分・微分）コントローラー、電動アクチュエーター式ニードルバルブの3つのコンポーネントを統合した多機能統合型電子圧力調整器です。電気作動ニードルバルブと一体化し、完全な制御機構を形成しています。TESCOM ER5000電子圧力調整器とその基本構造を図1-1に示す。

図1-1より、電子式圧力調整器ER5000の機能は、ボトム出口の圧力を制御し、吸入圧力を下げて設定圧力に制御し、ボトム出口の圧力が常に設定圧力と一致するようにすることであることがわかる。
ER5000電子圧力調整器は、実際には電子減圧弁であり、その動作原理は図1-2に示すとおりです。
ER5000に外部より圧力が供給され、その供給圧力が吸気弁を開いて出口での出力圧力となり、この出力圧力が圧力センサーを介してPIDコントローラーにフィードバックされます。フィードバック値が圧力設定値より低い場合、コントローラはフィードバック値が設定値に等しくなるまで吸気弁を開く制御を続けます。上記2つの値が等しくなると、吸気弁は閉じ、出口は一定の設定圧を出力し続けます。フィードバック値が設定値より高い場合、コントローラは排気弁を作動させ、フィードバック信号が設定値に等しくなるまで過剰な出口圧力を排出します。上記の2つの値が等しくなると、排気弁は閉じ、出口は一定の設定圧力を出力し続けます。

図1-2 TESCOM ER500 電子式圧力調整器回路図

1.2.代表的なアプリケーション
ER5000 圧力コントローラーに主に 2 つの応用方向があります、1 つは単一の機械適用で、他は異なった範囲の圧力調整そして制御を達成する他の特別な弁との適用仕事です。(1）単一の機械植字。それは TESCOM ER5000 の電子圧力コントローラーが非常に典型的な電子圧力減少弁であること上記の構造および主義から見ることができます。単一機械使用の場合、コントローラー自体が減圧し、8.2bar以下の圧力でガス源を正確に制御し、さらに広い真空を制御することができます。さらに、単一の機械アプリケーションでは、それぞれ内部と外部のフィードバック、2つの制御モードを使用することができます。図 1-3 と図 1-4 に示す。

(2) 併用して使用する電子式圧力調整器ER5000の重要な用途は、より広い圧力範囲を調整するために、他の調整弁と組み合わせてパイロット弁として使用することです。より大きな圧力リリーフの用途を図1-5に示し、図1-6に背圧弁と組み合わせて使用します。



1.3.パフォーマンス指標
TESCOM ER5000 series電子圧力調整器は、圧力センサー、PIDコントローラー、二方圧力調整弁の3つの部品の統合であるため、各部の技術指標はコントローラーの総合性能を表し、関連する技術指標と機能は以下の通りである。
(1）圧力制御原理：ダブルソレノイドバルブ三方圧力制御。
(2) 媒体の種類：清浄で乾燥した不活性ガスまたは計器用空気。
(3) 吸気圧力（絶対圧）：最小（真空ポンプ圧力）、最大 8.2bar (820kPa)
(4) 空気出口圧力（絶対圧）：最小 0.07bar (7kPa)、最大 8.2bar (820kPa)
(5）入力信号。USB、RS485、4~20mA、1~5Vまたは0~10V。
(6）外部センサーのフィードバック信号: 4~20mA、1~5V または 0~10V.
(7) 内圧センサの測定精度：±0.10%（FSO）、うち直線性±0.05%（FSO）、ヒステリシス±0.051 TP1T（FSO）。
(8) コントローラA/D変換：16ビット。
(9) コントローラ繰り返し精度：±0.05%(FSO)。
(10) コントローラ分解能感度：±0.03%(FSO)。
(11)制御モード。PID（PIDパラメータのデバッグと最適化のための専用ソフトウェアERTuneと組み合わせます）。
(12）制御モード：内部フィードバック、外部フィードバック、二重ループ。

今回は、電子式圧力調整器ER5000の技術的なハイライトである3つの制御モードに焦点を当てます。
(1) 内部フィードバックモード。このモードは内部センサーだけを使用します。内部フィードバックモードは、ER5000内部圧力センサーを使用して、1~100psig/0.07~6.9barの範囲でコントローラー内部の絶対圧力を監視します。
(2) 外部フィードバックモード。このモードでは外部センサーのみを使用します。外部フィードバックモードは、ユーザーが提供する外部センサーを利用してシステム圧力を監視し、パイプラインに設置してER5000に直接フィードバックするモードです。
(3) デュアルループモード。内部センサと外部センサをループインループで使用するモード。デュアルループモードでは，PIDループの中にもう1つのPIDループが存在する。内部回路はコントローラの内部センサーを使用し、外部回路は外部センサーを使用する。

1.4.機能・特徴
以上の紹介から、電子式圧力調整器ER5000の機能・特徴をまとめると、次のようになります。
(1) ER5000電子圧力調整器の主な機能は、密閉容器やパイプラインの圧力の正確な制御に達することができるガス圧（流量ではない）を制御することです。
(2) 圧力センサー、PIDコントローラー、二方圧力調整弁を一体化した全体統合構造により、小型で設置しやすく、複数台の並列使用も可能です。
(3) 代表的な電子式圧力調整器として、最大8.2barの空気源圧力を直接低減し、正確に一定圧力（吸気口は正圧）に制御でき、低圧（広い真空、吸気口は真空）制御にも使用でき、最低圧力は0.07bar（7kPa）に達することができる。
(4) 電子圧力調整器ER5000は、各種大型減圧弁、背圧弁を駆動するパイロット弁として使用することができます。コントローラの出口を他の背圧弁のパイロットポートに接続し、より広い範囲での圧力調整・制御を実現します。
(5) 圧力センサーの測定精度は±0.1%、16ビットA/D変換は中高級技術指標であり、ほとんどのアプリケーションに対応できる。
(6）デジタル PID 制御モードは圧力の速い速度そして正確な制御に達することができます。
(7）内部フィードバック、外部フィードバックおよび二重ループの 3 つの制御モードは ER5000 電子圧力調整器に使用中のより大きい柔軟性があり、最もよい制御モードは実際の使用条件に従って選ぶことができます作ります。

1.5.圧力コントローラーの不足
電子式圧力調整器ER5000は、上記のような多くの機能・特長を備えていますが、実用上、以下のような制限・欠陥があります。
(1) ER5000電子圧力調整器は、真空圧力制御の分野で最も一般的な3つの部品を統合しており、モジュール設計構造ではなく、統合構造であるためです。そのため、ER5000電子圧力調整器の応用は限られています。例えば、ER5000電子圧力調整器は2つの電磁弁を統合していますが、それはガス圧力を制御できるだけで、単一の電磁弁だけを必要とするガス流量を制御することはできません。
(2）ER5000電子圧力調整器は、正圧制御に重点を置いており、部分的な負圧制御も動作させることができます。これは、バルブのリーク率が高いため、センサー（特に外部センサー）やPIDによる制御が行われていないことが主な原因です。コントローラ内部のバルブのガスリーク率を下げることができれば、現在の真空度7kPaを1Pa程度まで拡張し、真空度全域の制御を完全にカバーすることができる。
(3）各種大型減圧弁や背圧弁の駆動用途では、パイロット弁に高価な電子圧力調整器ER5000を使用するとコストパフォーマンスが非常に低く、電動式ニードル弁を使用することができる。
(4) ER5000電子圧力調整器の16ビットA/D変換は、ミディアムハイエンドの技術指標である。外付けの高精度圧力センサーを使用する場合、24bitのA/D変換器が必要となり、高い計測・制御精度が求められる場面では、ER5000電子式圧力調整器では対応できない場合があります。
(5)現場での操作が非常に煩雑である。電子式圧力調整器ER5000はPID制御方式を採用していますが、PIDパラメータの調整には専用ソフトの使用が必要です。また、コントローラー自体にPIDパラメータのセルフチューニング機能がないため、パソコンとの接続が必要です。(6）電子圧力調整器ER5000自体には表示機能がなく、コンピュータに接続し、サポートソフトを使用して制御プロセスや結果をデバッグして表示する必要がある。(7）電子圧力調整器ER5000は全体的に価格が高く、操作も複雑で、オペレーターの要求も高い。コントローラの上記の欠陥と組み合わせて、これはER5000電子圧力調整器の費用対効果がない、それは明らかに多くの場面で使用することは非常に贅沢と無駄である。

2.局地的な代替技術ルート
エマソンの最新世代電子圧力調整器TESCOM ER5000シリーズの現地置き換えのため、技術ルートはまずER5000電子圧力調整器の測定・制御機能を実現し、コスト効率の良い国産電子圧力調整器を提供します。そして、真空圧力センサー、PIDコントローラー、電子バルブなどをそれぞれ独立したモジュールに分離するモジュール構造技術ルートを採用しました。各種モジュールは、それぞれ異なる技術指標を持つ一連の部品で構成されています。これらの異なる性能指標を持つモジュールの組み合わせにより、異なる制御機能や精度要求を実現し、異なるニーズに応じてコントローラ機能を拡張し、低コスト・高性能を実現することができる。

2.1.電子式圧力調整器ER5000の機能に到達するために
(1) 局所的な代替製品は、ER5000電子圧力調整器のほとんどの機能を達成しなければならない、つまり、ER5000電子圧力調整器自体の減圧と圧力制御機能を実現することです。
(2) ER5000圧力コントローラのような局所的な代替製品は、大きな範囲と高い圧力範囲で圧力を下げ、ガスを制御するためのパイロット弁として機能することができます。
(3) 局所代行製品は、設定値の入力と表示機能を持ち、操作のためのソフトウェアやコンピュータへの接続を必要としない。
(4) 現地調達の代替品の価格が安く、費用対効果が高いこと。

2.2.モジュール構造・機能拡張
(1) モジュール構造は、センサー、PIDコントローラー、電子バルブの3つのモジュールに分かれています。
(2）PIDコントローラモジュールは、測定と制御精度、一緒に使用することができますセンサーや電子バルブの種類、制御方法と制御モードを決定するすべてのモジュールの中核となるデバイスである。PIDコントローラモジュールは、24ビットA / Dコンバータを使用して、測定と制御精度を向上させるために、2つの独立した制御チャネルを統合します。それは同時に2つの真空圧または1つの真空圧と1つの温度を制御することができます。また、様々な真空圧・温度センサーを接続することができます。2 つのチャネルの組合せは真空圧力の上流および下流の制御モードを満たすために順方向および逆の二方向制御を行うことができます。デュアルセンサ自動切換機能を搭載し、幅広い計測・制御に対応できます。プログラム設定機能付きPIDコントローラは、複数の制御プロセスカーブを入力することができます。PIDパラメータの複数のグループを入力し、保存することができ、PIDパラメータ調整はセルフチューニング機能を持っており、コントローラは全体のプロセスパラメータと結果を表示するためのカラーLCDスクリーンを備えています。

3.地域限定代替品
上記の現地化代替技術ルートにより、KaoLuは対応する製品、電気作動ニードルバルブを開発しました。

3.1.デジタル圧力調整器
現地生産のデジタル表示圧力調整器には、正圧タイプ、真空タイプがある。圧力制御原理と基本構造は、図3-1に示すように、Emerson TESCOM ER5000シリーズ電子圧力調整器と同じである。
ぜひご覧ください。 https://www.genndih.com/proportional-pressure-regulator.htm

また、ローカル電子圧力調整器は、圧力センサー、コントローラー、二方圧力調整弁の3つの部品からなる統合構造である。関連する技術指標と機能を以下に列挙する。
(1）圧力制御原理：ダブルソレノイドバルブ三方圧力制御。
(2) 媒体の種類：清浄で乾燥した不活性ガスまたは計器用空気。
(3) 吸気圧力（絶対圧）：最小（真空ポンプ圧力）、最大50bar（5MPa）。
(4) 空気出口圧力（絶対圧）：最小 0.21bar (21kPa)、最大 30bar (3M Pa)
(5）入力信号: 4~20mA、0~5V または 0~10V.
(6）外部センサーのフィードバック信号: 4~20mA、0~5V または 0~10V.
(7) 内圧センサの測定精度：±1.0%（FSO）、うち直線性±0.5%（FSO）、ヒステリシス±0.5%（FSO） （注）1．
(8) コントローラA/D変換：12ビット。
(9) コントローラ繰り返し精度：±0.5%(FSO)。
(10) コントローラ分解能感度：±0.2% (FSO)。
(11) 制御方法内蔵PID自動制御、手動操作なし。
(12)制御モード：内部フィードバックと外部フィードバック。12 ビット A/D の転換および ±1.0% の測定の正確さのような集中させた圧力コントローラーのある技術的な表示器が、圧力範囲の使用は拡大しました、また表示および入力機能加えられましたことを見ることができます。圧力コントローラは、操作の難しさを軽減し、低コスト、高性能を向上させ、基本的にほとんどの分野でのアプリケーションを満たすことができる外部コンピュータとソフトウェアのデバッグせずに独立して使用することができます。

3.2.背圧弁（高圧タイプ、真空タイプ）
現地で生産される新型背圧弁モジュールは、高圧タイプ背圧弁と真空タイプ背圧弁に別々に分かれています。どちらの背圧弁も上記のデジタル表示圧力コントローラーをパイロット弁として制御しますが、新型背圧弁はEmerson TESCOMなどの従来の背圧弁には適しません。圧力弁に大幅な改良を加えました。従来の背圧弁は、弁体に弁座を固定し、弁座を弁芯に密着させ、シール効果を発揮していました。これは、ほとんどの単純なプロセスに対する基本的な圧力制御を提供します。この設計では、ばねまたは他の手段は、弁体を弁座に対して密封するプリセット負荷力を提供します。スプールに作用するパイプラインの圧力の力が負荷力と同じであるとき、背圧弁は、プリセット圧力状態の下で正常に動作します。バルブの入口端の圧力が増加すると、スプールに作用する力はプリセット負荷力では、弁芯と弁座は、プリセット圧力が復元されるまで入口端の過剰圧力を解放し、分離しています。従来の背圧弁の構造では、瞬時流量が大きく変化したり、入口圧力が頻繁に変動する場合、制御圧の精度が低くなります。その理由は次の通りです。
(1) 制御圧力が20barを超える従来の背圧弁の多くは、スプールの負荷機構としてピストンを使用しているため、ピストンのOリングが摩擦を増大させ、スプールが動かなくなる。ピストン内のOリングが摩擦を増加させ、スプールが動かなくなる。
(2) 従来の背圧弁の入口と出口の流路は、ほとんどが一定の断面積を持つ単一流路であった。弁の入口流量が急激に増減した場合、弁のCV値（流量容量）は変化しないので、入口圧力が激しく変動することになる。(3）従来の背圧弁の弁体と弁座は、密閉性が必要なため、装着時や頻繁な開閉時に応力や摩擦が発生します。そのため、互いに摩耗・消耗し、初期形状が崩れ、CV値が予測不能に変化する。新型背圧弁は、図3-2に示すように、ボンネットと弁体を上から下へ接続した構造である。バルブカバーとバルブボディの間にはダイアフラムが接続されている。バルブカバーの上部にはパイロット・エア・ホールが設けられている。このパイロットエア孔は、バルブカバーの下部に設けた可動溝に接続され、バルブカバー内に設けたエア源溝を介してダイアフラムの中央部を起伏運動させ、上下に連通させる。弁本体の側壁には、それぞれ対向して中入口と中出口が配置され、中入口は弁本体上面に開設された複数の入口孔と連通し、中出口は弁本体上面に開設された複数の出口孔と連通しています。新型背圧弁の優れた点は、全体の動作に摩擦がないことです。また、圧力の遅れがなく、入口圧力の安定性が高く、流量も大きくなる。

3.3.2ウェイ高精度PIDコントローラ
PID制御モジュールについて、幅広い真空圧力制御の要求を満たすために、KaoLuはVPC2021シリーズPIDコントローラを生産し、真空、圧力、温度の測定、表示、制御を行うことができます。24ビットデータ収集と人工知能PID制御技術を使って、各種類の真空、圧力、温度センサーと接続でき、各種類の電気針弁、電気バルブ、ヒーターなどの執行構造を制御することができる。また、高精度な真空を実現することができます。圧力、温度などのパラメータを定点制御、プログラム制御することで、海外のハイエンドコントローラー製品に代わる高性能、コストパフォーマンスの高いコントローラーです。
図3-3に示すように、VPC2021シリーズPIDコントローラは、異なるチャネルのパラメータを同時に測定、表示、制御できる双方向独立測定・制御機能を備えています。図3-4に示すように、2つのチャンネルに同じタイプで異なるレンジのセンサを接続した場合、テスト値に応じて2つのセンサの自動切り替えを行うことができ、幅広い測定と制御をカバーすることができます。
VPC2021シリーズ デュアルチャネル高精度PIDコントローラの主な技術指標は以下のとおりです。
(1) 測定精度：±0.05%FS (24bit A/D).
(2) 入力信号。32種類の信号入力（電圧、電流、熱電対、熱抵抗）、多数の真空圧力センサーを接続可能。
(3) 制御出力4種類の制御出力（アナログ信号、ソリッドステートリレー、リレー、SCR）、多くの電動調節弁に接続可能。
(4) 制御アルゴリズム。PID制御、セルフチューニング（20グループのPIDパラメータを保存、呼び出し可能）。
(5）制御モード: 固定小数点およびプログラム制御は、24 のプログラム曲線と置くことができるそれぞれ 9 つの制御曲線まで支えることができます。
(6）チャンネル：デュアルチャンネル、デュアルチャンネルセンサーは自動的に切り替わります。
(7)通信モード。RS 485およびEthernet通信。
(8) 電源AC（86-260V）またはDC24V。
(9)寸法96×96×136.5mm（カットサイズ92×92mm）

3.4.高速電動流量調整弁
電子バルブモジュールについては、異なるサイズの流れの高速制御に対応するため、KaoLuは小流量制御用の電動ニードルバルブと大流量制御用の電動ボールバルブとバタフライバルブの2シリーズを発売しました。この2シリーズの電子バルブの最大の特徴は、電子制御が可能であることと、台湾では非常に珍しい高速の電子バルブである1秒以内の閉時間を持つことである。図3-5に示すように、電動ニードルバルブFCシリーズは、ステッピングモータの精度と再現性の利点とニードルバルブの直線性と分解能を組み合わせて、2%以下のヒステリシス、2%の直線性、1%の再現性と0.2%分解能の可変流量制御は、一般的に使用されている電磁比例弁の改良品となるものである。KaoLu の QKL-B3V の電子真空圧力コントローラーと結合されて、それは速く、正確な真空圧力閉ループ制御システムを形作ることができます。
ぜひご覧ください。 https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm

FCシリーズ電気ニードル弁の主な技術指標と特徴は次のとおりです。
(1）マルチ仕様のスロットルエリア：低流量直径0.9ミリメートル（0〜50L/minのガス）から高流量直径4.10ミリメートル（0〜660L/minのガス）ニードルバルブのスロットルエリア、それは異なるアプリケーションのニーズを満たすことができます。
(2) 高い直線性2% 以下の直線性により，ルックアップテーブルや外部制御ハード・ソフトのマッチングが簡略化され，コマンド入力と流量出力の関係が簡略化される。
(3)高い再現性。FCシリーズ電動ニードルバルブは、毎回0.1%の同じ流量に到達することで、長期的に安定した一貫性を提供することができます。
(4) 広い圧力範囲穴の大きさにもよりますが、5barまたは7barの真空で、入口環境は広い圧力範囲をカバーすることができます。モータの剛性とパワーにより、圧力に関係なく、同じ入力指令でバルブが開くことを保証します。
(5) 低いヒステリシス：ヒステリシスは2%未満で、統合とプログラミングが簡単で、セットポイントへの増加、減少の際に一貫した流量を提供します。
(6)高分解能を実現0.2%の分解能により、FCシリーズ電動ニードルバルブは、わずかな調整指令の変化に応じて最小限の流量調整を行うことができ、優れた制御性を実現します。
(7）速い応答: 全体の移動時間は時機を得た、速い流れの規則および制御を提供できる 1 秒よりより少しです。
(8) 使用電圧。VDC 24V。
(9) 入力信号：4~20mA、0~5V、0~10V。図3-6に示すように、NCBVシリーズ電動ボールバルブは高速電動アクチュエータと高品質のV型ボールバルブで構成されており、現在よく使用されている低速電動ボールバルブのアップグレード製品である。KaoLuのQKL-B3Vシリーズ電子真空圧力調整器と組み合わせると、高速で正確な真空圧力閉ループ制御システムを形成することができる。

4.結論
要約すると、一連の局地的な代替製品の開発を通じて、基本的にEmersonの最新世代TESCOM ER5000シリーズ電子圧力コントローラーとその背圧弁を完全に代替でき、低コスト高パフォーマンスを大幅に向上させることができる。重要なのは、局所的な代替品をベースに、より柔軟で使いやすいモジュール構造を設計し、個々のモジュール製品の機能拡張と技術革新を行い、新しいタイプの背圧弁と高速電気流量制御弁を開発したことである。PIDコントローラはより強力な機能と測定精度を持ち、ローカライズされた代替製品の全シリーズはより高いローコストハイパフォーマンスを持っています。