用于将需要不同的控制机制的低温装置集成到单个操作平台上的通用控制器制造方法及图纸

本发明专利技术涉及通用控制器，其用于将需要不同控制机制的低温装置集成到单个操作平台上。通用控制器可以包括：电源元件，其被配置为同时驱动具有不同电源需求的多个低温装置；以及协议转换器元件，其被配置为使得能够在使用不同的、不兼容的通信协议的多个低温装置之间进行通信，其中协议转换器元件将由第一类型的低温装置发送的通信从第一低温装置通信协议转换为第二低温装置通信协议，并将由第二类型的低温装置发送的通信从第二低温装置通信协议转换为第一低温装置通信协议，使第一类型的低温装置和第二类型的低温装置能够彼此通信。

General controller for integrating cryogenics requiring different control mechanisms into a single operating platform

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于将需要不同的控制机制的低温装置集成到单个操作平台上的通用控制器相关申请本申请要求2017年10月29日提交的名称为“UniversalControllerforaCryogasCompressorforSimultaneouslyDrivingDifferentTypesofCyrogenicPumps(用于同时驱动不同类型的低温泵的低温气体压缩机的通用控制器)”的美国临时申请号US62/578,498和2018年3月5日提交的名称为“ProtocolTranslatorforCompressorforSimultaneousUseinMultipleDifferentTypesofCryogenicPumps(在多种不同类型的低温泵中同时使用的压缩机的协议转换器)”的美国临时申请号US62/638,672的优先权，两者均通过引用整体并入本文。背景1.
本专利技术整体上涉及低温系统，并且更具体地涉及包括控制器、低温泵和低温装置的低温系统。2.
技术介绍
“低温泵”是一种用于低温制冷系统中的泵，用于达到或保持低温，通常可接受的温度为-150℃(123.15K；-238.00°F)或更低。“低温气体压缩机”为低温泵提供动力，以泵送一种或多种“低温气体”，即用于低温用途的气体(例如氦气)，以将低温制冷系统的其它部件置于或维持在低温下。最常见的低温制冷系统用于商业应用，输入功率高达10kW，并以GM(Gifford-McMahon)循环运行。GM制冷系统的特征在于具有压缩机，该压缩机：1)与膨胀机分开；2)在压缩机和膨胀机之间具有供应气体管线和返回气体管线；3)在压缩机和膨胀机之间具有一个或多个电气管线以在压缩机和膨胀机之间提供电力和通信。此外，当低温泵安装在具有中央控制器的过程工具上时，低温泵可能具有连接到网络控制器或直接连接到过程工具控制器的附加通信管线，从而可以将低温泵的状态传达到过程工具。低温气体压缩机从外部来源接收电力，并且通常具有电气外壳，该电气外壳的部件向压缩机电动机、膨胀机电动机、传感器、螺线管、加热器等供电。最常见的低温泵具有在低于20K和80K的温度下冷却低温面板的两级膨胀机。在这些温度下，空气和其它气体的成分被冻结或吸附，从而创造出非常“清洁”的高真空环境，该环境被广泛用于半导体制造、涂层应用和研发。通常，每个低温泵和/或低温气体压缩机制造商都在使用；(1)其系统专有的电源和/或控制器方案，以便为低温泵供电；以及在需要时，(2)专有通信协议(I/O)，以使低温泵能够直接地或通过网络控制器与过程工具控制器通信。不存在机载的通用平台(即“控制系统”)，也没有与特定制造商的低温泵或低温气体压缩机结合使用的通用平台，其使得能够：(1)操作使用不同控制系统的不同制造商的低温泵的电动机，其也不：(2)存在通用通信协议(I/O)，该协议使得使用不同通信协议的不同制造商的低温泵能够直接或通过给定制造商的网络控制器与过程工具控制器进行通信。在这种应用中，“控制系统”和通信协议至少意味着与低温泵和/或低温气体压缩机以及相关的过程工具控制器和网络相关联的电气供应系统、通信系统和/或低温气体供应系统中的一个或多个与输入/输出(I/O)控制、反馈和供应能力相关联。低温泵的每个制造商都使用其自身的内置在低温泵和/或低温气体压缩机中的专有控制和电源系统为低温泵中的电动机供电。因此，太难而不可能在同一应用上互换或混合由不同制造商制造的使用不同的电源设计和通信协议的低温泵和/或低温气体压缩机，并使它们正常运行。当使用低温泵的过程工具要求低温泵直接或通过网络控制器与其过程控制系统通信时，尤其如此。当每个制造商针对低温泵的电压、相位和I/O输入无法正常操作低温气体压缩机和低温泵之间的控制系统时，为低温泵中的膨胀机提供动力的电动机将不会运行，并且低温泵将不会产生在低温泵制造商设定的设计参数范围内的低温。在大型过程工具、多压缩机-多低温泵应用中，试图互换或混合多个制造商的设备的尝试引入了额外的通信I/O和低温气体供应压力管理问题，这些问题会导致额外的操作不兼容性，具体取决于每个制造商的低温泵膨胀机的电源的设计平台的具体情况以及低温泵与网络控制器或过程工具控制器之间的通信协议。这种可互换性的缺乏将低温泵和低温气体压缩机的使用限制为单个制造商的特定低温泵和低温气体压缩机，因此使用受到与他们当前使用的制造商不同的制造商(但其设备在设计不同的电气、通信或气体供应平台上运行)可获得的可用新技术、性能提升、价格降低、竞争优势、供应和支持等方面的限制。
技术实现思路
本文描述的实施例克服了上述现有技术的缺陷。本文描述的实施例包括两个部件：高度可配置的电源元件(PSE)和协议转换器元件(PTE)。每个部件可以单独使用或彼此组合使用，以提供终端用户期望的的操作能力和设备可互换性。这些和其它优点可以由通用控制器提供，该通用控制器被配置为在低温系统中驱动具有不同电源需求并使用不同通信协议的多个低温装置并与所述多个低温装置通信。通用控制器可包括：电源，其提供具有单个相位和频率的输入电压；电源元件，其连接至该电源，该电源元件被配置为同时驱动具有不同电源需求的多个低温装置；以及协议转换器元件，其连接到电源，被配置为使得能够在使用不同的、不兼容的通信协议的多个低温装置之间进行通信。电源元件可以包括多个电源输出，每个电源输出具有相位，电源输出包括：第一电源输出，其以第一相位向具有第一电源需求的第一类型的低温装置提供第一输出电压；和第二电源输出，其以第二相位向具有第二电源需求的第二类型的低温装置提供第二输出电压，第二输出电压与第一输出电压不同，第二相位与第一相位不同，并且第二电源需求与第一电源需求不同。协议转换器元件可以包括：多个通信输入/输出，其以多种协议接收和发送低温装置通信；和处理器，其可通信地连接到多个通信输入/输出，该处理器将低温装置通信接收、转换和输出为不同的、兼容的通信协议，处理器被配置为：从第一类型的低温装置接收通信和向第一类型的低温装置发送通信，来自第一类型的低温装置的通信和到达第一类型的低温装置的通信处于第一低温装置通信协议中；以及从第二类型的低温装置接收通信和向第二类型的低温装置发送通信，来自第二类型的低温装置的通信和到达第二类型的低温装置的通信处于与第一低温装置通信协议不同的第二低温装置通信协议中。处理器将由第一类型的低温装置发送的通信从第一低温装置通信协议转换为第二低温装置通信协议，并将由第二类型的低温装置发送的通信从第二低温装置通信协议转换为第一低温装置通信协议，使第一类型的低温装置和第二类型的低温装置能够彼此通信。在一些实施例中，即使第一低温通信协议和第二低温通信协议不同，第二电源需求与第一电源需求也是相同的。同样，在一些实施例中，即使第二电源需求与第一电源需求不同，第一低温通信协议和第二低温通信协议也是相同的。另外，在一些实施例中，尽管第二相位和第一相位相同，但是第二输出电压不同于第一输出电压。在一些实施例中，即使第二输出电压与第一输出电压相同，第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通用控制器，其被配置为在低温系统中驱动多个低温装置，并与所述多个低温装置通信，所述多个低温装置具有不同电源需求并使用不同通信协议，所述通用控制器包括：/n电源，所述电源提供具有标准相位和频率的输入电压；/n电源元件，所述电源元件连接到电源，所述电源元件被配置为同时驱动具有不同电源需求的多个低温装置，所述电源元件包括：/n多个电源输出，每个电源输出具有相位，所述电源输出包括：/n第一电源输出，所述第一电源输出以第一相位向具有第一电源需求的第一类型的低温装置提供第一输出电压；和/n第二电源输出，所述第二电源输出以第二相位向具有第二电源需求的第二类型的低温装置提供第二输出电压，其中第二输出电压与第一输出电压不同，第二相位与第一相位不同，并且第二电源需求与第一电源需求不同；和/n协议转换器元件，所述协议转换器元件连接到电源，被配置为使得能够在使用不同的、不兼容的通信协议的多个低温装置之间进行通信，所述协议转换器元件包括：/n多个通信输入/输出，所述多个通信输入/输出以多种协议接收和发送低温装置通信；和/n处理器，所述处理器通信地连接到所述多个通信输入/输出，将低温装置通信接收、转换和输出为不同的、兼容的通信协议，其中处理器被配置为：/n从第一类型的低温装置接收通信和向第一类型的低温装置发送通信，其中来自第一类型的低温装置的通信和到达第一类型的低温装置的通信处于第一低温装置通信协议中；和/n从第二类型的低温装置接收通信和向第二类型的低温装置发送通信，其中来自第二类型的低温装置的通信和到达第二类型的低温装置的通信处于与第一低温装置通信协议不同的第二低温装置通信协议中；/n其中处理器将由第一类型的低温装置发送的通信从第一低温装置通信协议转换为第二低温装置通信协议，并将由第二类型的低温装置发送的通信从第二低温装置通信协议转换为第一低温装置通信协议，使第一类型的低温装置和第二类型的低温装置能够彼此通信。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171029 US 62/578,498;20180305 US 62/638,6721.一种通用控制器，其被配置为在低温系统中驱动多个低温装置，并与所述多个低温装置通信，所述多个低温装置具有不同电源需求并使用不同通信协议，所述通用控制器包括：
电源，所述电源提供具有标准相位和频率的输入电压；
电源元件，所述电源元件连接到电源，所述电源元件被配置为同时驱动具有不同电源需求的多个低温装置，所述电源元件包括：
多个电源输出，每个电源输出具有相位，所述电源输出包括：
第一电源输出，所述第一电源输出以第一相位向具有第一电源需求的第一类型的低温装置提供第一输出电压；和
第二电源输出，所述第二电源输出以第二相位向具有第二电源需求的第二类型的低温装置提供第二输出电压，其中第二输出电压与第一输出电压不同，第二相位与第一相位不同，并且第二电源需求与第一电源需求不同；和
协议转换器元件，所述协议转换器元件连接到电源，被配置为使得能够在使用不同的、不兼容的通信协议的多个低温装置之间进行通信，所述协议转换器元件包括：
多个通信输入/输出，所述多个通信输入/输出以多种协议接收和发送低温装置通信；和
处理器，所述处理器通信地连接到所述多个通信输入/输出，将低温装置通信接收、转换和输出为不同的、兼容的通信协议，其中处理器被配置为：
从第一类型的低温装置接收通信和向第一类型的低温装置发送通信，其中来自第一类型的低温装置的通信和到达第一类型的低温装置的通信处于第一低温装置通信协议中；和
从第二类型的低温装置接收通信和向第二类型的低温装置发送通信，其中来自第二类型的低温装置的通信和到达第二类型的低温装置的通信处于与第一低温装置通信协议不同的第二低温装置通信协议中；
其中处理器将由第一类型的低温装置发送的通信从第一低温装置通信协议转换为第二低温装置通信协议，并将由第二类型的低温装置发送的通信从第二低温装置通信协议转换为第一低温装置通信协议，使第一类型的低温装置和第二类型的低温装置能够彼此通信。


2.根据权利要求1所述的通用控制器，其中电源是单个通用控制器电源，其为整个通用控制器提供电力。


3.根据权利要求1所述的通用控制器，其中电源包括专用于电源元件的独立电源和专用于协议转换器元件的独立电源。


4.根据权利要求1所述的通用控制器，其中第一电源输出是具有九十度相位角的两相电源输出。


5.根据权利要求1所述的通用控制器，其中第一电源输出是三相电源输出。


6.根据权利要求1所述的通用控制器，其中第一电源输出是单相电源输出。


7.根据权利要求1所述的通用控制器，其中第一电源需求包括所需电压、所需电流和所需相位。


8.根据权利要求1所述的通用控制器，其中所述多个电源输出还包括第三电源输出，该第三电源输出以第三相位向具有第三电源需求的第三类型的低温装置提供第三输出电压，其中第三输出电压与第一输出电压和第二输出电压不同，第三相位与第一相位和第二相位不同，并且第三电源需求与第一电源需求和第二电源需求不同。


9.根据权利要求1所述的通用控制器，其中所述多个电源输出还包括第三电源输出，该第三电源输出以第三相位向具有第三电源需求的第三类型的低温装置提供第三输出电压，其中第三输出电压与第一输出电压不同，第三相位与第一相位不同，并且第三电源需求与第一电源需求不同。


10.根据权利要求9所述的通用控制器，其中第三输出电压与第二输出电压相同，第三相位与第二相位相同，并且第三电源需求与第二电源需求相同。


11.根据权利要求1所述的通用控制器，其中所述多个电源输出还包括第三电源输出，该第三电源输出以第三相位向具有第三电源需求的第三类型的低温装置提供第三输出电压，其中第三电源需求不同于第一电源需求，并且来自第三类型的低温装置的通信和到达第三类型的低温装置的通信处于第一低温装置通信协议中。


12.根据权利要求1所述的通用控制器，其中第一类型的低温装置和第二类型的低温装置由不同的供应商制造。


13.根据权利要求1所述的通用控制器，其中第一类型的低温装置和第二类型的低温装置中的至少一个是低温泵。


14.根据权利要求1所述的通用控制器，其中第一类型的低温装置是低温泵，并且第二类型的低温装置是压缩机。


15.根据权利要求1所述的通用控制器，其中第一类型的低温装置和第二类型的低温装置中的至少一个是膨胀机。


16.根据权利要求1所述的通用控制器，其中第一类型的低温装置和第二类型的低温装置中的至少一个是低温冷却器。


17.根据权利要求1所述的通用控制器，其还包括网络连接，所述网络连接使得能够对通用控制器的操作状态进行远程的外部监测。


18.根据权利要求1所述的通用控制器，其还包括容纳电源元件和协议转换器元件的壳体。


19.根据权利要求1所述的通用控制器，其还包括容纳电源元件的第一壳体和容纳协议转换器元件的第二壳体。


20.根据权利要求1所述的通用控制器，其中处理器还被配置为从第三类型的低温装置接收通信和向第三类型的低温装置发送通信，其中来自第三类型的低温装置的通信和到达第三类型的低温装置的通信处于与第一低温装置通信协议和第二低温装置通信协议不同的第三低温装置通信协议中。


21.根据权利要求1所述的通用控制器，其中电源元件包括可编程电源输出，所述可编程电源输出可配置为提供电压、相位和相位角的多个组合的电源输出。


22.一种在低温系统中驱动多个低温装置并与所述多个低温装置通信的方法，所述多个低温装置具有不同电源需求并使用不同通信协议，所述方法包括：
接收输入电压的步骤，其中单个输入电压具有相位和频率；
同时驱动具有不同电源需求的多个低温装置的步骤，其中所述同时驱动的步骤包括：
以第一相位向具有第一电源需求的第一类型的低温装置输出第一输出电压；和
以第二相位向具有第二电源需求的第二类型的低温装置输出第二输出电压，其中第二输出电压与第一输出电压不同，第二相位与第一相位不同，并且第二电源需求与第一电源需求不同；和
启用使用不同的、不兼容的通信协议的多个低温装置之间的通信的步骤，其中所述启用通信的步骤包括：
从第一类型的低温装置接收通信，其中来自第一类型的低温装置的通信处于第一低温装置通信协议中；
从第二类型的低温装置接收通信，其中来自第二类型的低温装置的通信处于与第一低温装置通信协议不同的第二低温装置通信协议...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰克·P·扬科夫斯基，克雷格·霍拉鲍夫，盖理·S·阿什，
申请(专利权)人：住友SHI美国低温研究有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US