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★深圳市中明科技股份有限公司劉波文，喬暢君，顧大元

1　方案目標(biāo)

潔凈控制及靜電防護(hù)技術(shù)屬于實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制技術(shù)領(lǐng)域，是服務(wù)于高科技行業(yè)、關(guān)系國計(jì)民生的新興產(chǎn)業(yè)，主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)殡娮有袠I(yè)、生物醫(yī)藥等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，是智能制造體系的基礎(chǔ)支撐技術(shù)，在醫(yī)療、生物制藥、電子、半導(dǎo)體制造、高端裝備制造等領(lǐng)域都取得了廣泛的應(yīng)用。

目前國內(nèi)外市場上潔凈控制與靜電防護(hù)解決方案，從整體技術(shù)方案上有很多缺陷和不足：

（1）潔凈控制與靜電防護(hù)成套裝備比例低，產(chǎn)品單一；

（2）潔凈控制與靜電防護(hù)系統(tǒng)云端部署率低，遠(yuǎn)程維護(hù)較難；

（3）關(guān)鍵性裝備和系統(tǒng)核心技術(shù)缺乏。

本技術(shù)方案基于生物潔凈室（醫(yī)療衛(wèi)生潔凈室、醫(yī)藥工業(yè)潔凈室、實(shí)驗(yàn)類潔凈室、食品工業(yè)潔凈室等）、工業(yè)潔凈室（半導(dǎo)體行業(yè)潔凈室、光電行業(yè)潔凈室、精密儀器儀表潔凈室、航空航天設(shè)備潔凈室等）超潔凈生產(chǎn)、測試或?qū)嶒?yàn)過程的微污染防控及靜電防護(hù)在線監(jiān)測系統(tǒng)，通過高精度塵埃粒子的數(shù)量及顆粒分布情況的計(jì)數(shù)檢測、環(huán)境監(jiān)測及靜電檢測，經(jīng)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，通過大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)平臺將塵埃粒子的數(shù)量以及濃度、環(huán)境狀態(tài)、靜電電荷等關(guān)鍵性參數(shù)清晰地分析統(tǒng)計(jì)出來，由系統(tǒng)智能分析和判斷執(zhí)行離子化靜電消除及環(huán)境凈化控制，達(dá)到超潔凈環(huán)境及靜電防護(hù)的要求。

2　解決方案介紹

潔凈控制與靜電防護(hù)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)方案結(jié)合靜電傳感器及檢測技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)時(shí)序數(shù)據(jù)平臺及數(shù)據(jù)傳輸控制系統(tǒng)、離子靜電消除技術(shù)、環(huán)境監(jiān)測傳感器及技術(shù)、塵埃粒子傳感器及檢測技術(shù)、大數(shù)據(jù)可視化平臺及智能控制平臺等提出了一整套的成套硬件裝備、軟件及智能系統(tǒng)解決方案。

系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.1　靜電防護(hù)實(shí)時(shí)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)

潔凈控制與靜電防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)方案基于靜電防護(hù)實(shí)時(shí)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的綜合型應(yīng)用，為監(jiān)測、分析、預(yù)警及控制四位一體綜合系統(tǒng)，屬于監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。物理實(shí)體主要包括計(jì)算機(jī)監(jiān)控終端和網(wǎng)絡(luò)放大器，計(jì)算機(jī)監(jiān)控終端通過或者不通過路由器與網(wǎng)絡(luò)放大器通信連接，網(wǎng)絡(luò)放大器與若干依次連接的網(wǎng)絡(luò)分配器通信連接，每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)分配器連接至少一個(gè)靜電防護(hù)設(shè)備。信息化系統(tǒng)為監(jiān)測、分析、預(yù)警及控制四位一體系統(tǒng)，形成一個(gè)完整的實(shí)時(shí)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的單一運(yùn)行的靜電防護(hù)措施統(tǒng)籌起來，得到一個(gè)完整的靜電防護(hù)立體體系，能夠?qū)崿F(xiàn)對靜電防護(hù)和潔凈控制設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2.2　物聯(lián)網(wǎng)時(shí)序數(shù)據(jù)平臺及數(shù)據(jù)傳輸控制系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)時(shí)序數(shù)據(jù)平臺一個(gè)開放、互聯(lián)、兼容的集成平臺，可云端集成部署，集成了監(jiān)控、管理、智能化服務(wù)等功能；其集成了數(shù)據(jù)傳輸控制方法、控制系統(tǒng)及存儲設(shè)備，用于控制物聯(lián)網(wǎng)電子設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸，電子設(shè)備具有主網(wǎng)口及備網(wǎng)口。通過所述主網(wǎng)口從數(shù)據(jù)源端獲取主數(shù)據(jù)；將獲取的主數(shù)據(jù)發(fā)送至電子設(shè)備進(jìn)行呈現(xiàn)，主數(shù)據(jù)在呈現(xiàn)后經(jīng)所述備網(wǎng)口流回?cái)?shù)據(jù)源端；當(dāng)備網(wǎng)口接收到主數(shù)據(jù)時(shí)，通過所述備網(wǎng)口獲取備份數(shù)據(jù)。上述數(shù)據(jù)傳輸控制方法、控制系統(tǒng)可以避免在切換至備份數(shù)據(jù)時(shí)的丟包問題，同時(shí)可以通過切換為備份數(shù)據(jù)糾正主數(shù)據(jù)中偶發(fā)的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。

2.3　離子靜電消除器

離子靜電消除器是由控制器、平衡度監(jiān)測傳感器單元、高壓電源產(chǎn)生器和離子放電針組成，通過尖端高壓電暈放電把空氣電離為大量正負(fù)離子，風(fēng)扇把大量正負(fù)離子吹到物體表面以中和靜電，根據(jù)ANSI/ESDS20.20-2021標(biāo)準(zhǔn)離子靜電消除器最重要的指標(biāo)是平衡電壓，檢測精度由平衡度監(jiān)測傳感器單元的靈敏度決定，本方案設(shè)計(jì)的靜電消除器平衡電壓指標(biāo)值為±15V。

2.4　環(huán)境監(jiān)測傳感器及靜電防護(hù)設(shè)備

環(huán)境監(jiān)測傳感器裝備及靜電接地設(shè)備的研發(fā)主要包括溫濕度傳感器、TVOC傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)壓傳感器、光照度傳感器、PM2.5傳感器及靜電接地檢測防護(hù)等成套裝備。一種單向接地故障的波形檢測裝置用于接地檢測防護(hù)，可根據(jù)人體放電模式和機(jī)器放電模型下接地故障產(chǎn)生的波形畸變來實(shí)現(xiàn)接地檢測。

2.5　激光塵埃粒子傳感器

空氣中的懸浮粒子濃度是作為潔凈室環(huán)境控制的唯一指標(biāo)，其覆蓋的顆粒濃度范圍為0.1μm至5.0μm。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO14644，潔凈室的分類根據(jù)不同尺寸懸浮粒子的數(shù)量進(jìn)行，粒子檢測傳感器主要針對粒徑0.1μm-1.0μm塵埃粒子數(shù)檢測和各種粒徑粒子分布檢測技術(shù)研發(fā)和基于激光光電放大的粒徑檢測計(jì)數(shù)方法研發(fā)，本方案配套設(shè)計(jì)的激光塵埃粒子傳感器針對0.3μm、0.5μm、1.0μm、3.0μm、5.0μm、10μm共6個(gè)測試通道。

2.6　靜電傳感器

本項(xiàng)目配套設(shè)計(jì)的靜電傳感器是一種靜電場在線監(jiān)測裝置為新一代智能化電信號傳感器，包括靜電場檢測傳感器、信號處理模塊和數(shù)據(jù)發(fā)送器。靜電場檢測傳感器檢測測量點(diǎn)的電場強(qiáng)度、根據(jù)表面波振動(dòng)的機(jī)械信號轉(zhuǎn)變成對應(yīng)的電信號，信號處理模塊對電信號進(jìn)行濾波后計(jì)算出檢測點(diǎn)的電場強(qiáng)度，數(shù)據(jù)發(fā)送器將電場強(qiáng)度傳輸至物聯(lián)網(wǎng)時(shí)序數(shù)據(jù)平臺，靜電傳感器的靜電場測量量程范圍為±100kV/m，誤差±5%。

新一代智能化電信號傳感器關(guān)鍵技術(shù)的研究圍繞著智能靜電傳感器的開發(fā)，該智能化靜電傳感器通過與現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合，為半導(dǎo)體相關(guān)的靜電防護(hù)關(guān)鍵性技術(shù)及智能制造裝備等工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域運(yùn)用到智能傳感器方面提供了新的視角。本研究課題不僅提出與落實(shí)智能傳感器的開發(fā)，也提出了適用與智能檢測設(shè)備的智能在線監(jiān)控系統(tǒng)的搭建，具有新穎性及創(chuàng)新型。

（1）本研究課題開發(fā)的靜電傳感器檢測技術(shù)通過數(shù)學(xué)建模、力學(xué)仿真、電路模擬及數(shù)據(jù)分析等理論的方法確保了該研究課題前期的可行性，并綜合運(yùn)用了實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，統(tǒng)計(jì)分析等實(shí)踐方法對該研究課題開發(fā)的靜電傳感器檢測技術(shù)進(jìn)行了全面地調(diào)查分析，具有研究方法的可靠性。

（2）本研究課題提出的檢測技術(shù)，不僅提供了靜電防控及靜電防護(hù)整體解決方案，有助提升國內(nèi)靜電檢測技術(shù)水平，形成靜電防控及靜電防護(hù)領(lǐng)域的核心競爭力，推動(dòng)核心技術(shù)的進(jìn)步，填補(bǔ)國內(nèi)智能靜電檢測技術(shù)領(lǐng)域的空白，且為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)規(guī)范奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，為助推行業(yè)的靜電檢測技術(shù)升級換代、進(jìn)而促進(jìn)行業(yè)的智能化、數(shù)字化做出技術(shù)貢獻(xiàn)。

（3）本研究課題開發(fā)的檢測技術(shù)有利于推動(dòng)半導(dǎo)體、存儲器產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品品質(zhì)以及可靠性，減少生產(chǎn)過程中的靜電放電危害，提升產(chǎn)品合格率和質(zhì)量性能，促進(jìn)我國半導(dǎo)體芯片的發(fā)展，助力國內(nèi)早日解除芯片危機(jī)，并起到一定的推動(dòng)作用。

3　代表性及推廣價(jià)值

從“潔凈控制與靜電防護(hù)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)”項(xiàng)目相關(guān)平臺面世至今，已經(jīng)陸續(xù)在廣東、上海等12個(gè)省市及國外（新加坡、馬來西亞等）共160多家單位得到了深入或局部的多層次應(yīng)用，在靜電防護(hù)和作業(yè)環(huán)境的檢測準(zhǔn)確率、及時(shí)性和平臺的可靠性、易用性、擴(kuò)展性及智能應(yīng)用、設(shè)備與人員智能聯(lián)動(dòng)的多樣性上獲得極高的評價(jià)，有效地提升了產(chǎn)品的良品率，并保障了產(chǎn)品質(zhì)量的持續(xù)穩(wěn)定。一鍵式部署、即插即用、模擬仿真、實(shí)時(shí)聲光報(bào)警、四維工作看板的軟件、硬件結(jié)合，既提升了實(shí)施功能率，又降低了使用單位的人力資源成本。通過“一個(gè)設(shè)備一張表”、物聯(lián)數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分離、物聯(lián)管控與業(yè)務(wù)應(yīng)用結(jié)合等讓平臺系統(tǒng)軟件和硬件設(shè)備運(yùn)行總共近2.3萬小時(shí)未出現(xiàn)技術(shù)問題，平臺及硬件的可靠性及組織的便捷性得到了很好展現(xiàn)。

特別是在全國抗擊新冠肺炎疫情最嚴(yán)峻的時(shí)刻，深圳華大智造科技股份有限公司在配套全部移動(dòng)式方艙、鹽田基地基因?qū)嶒?yàn)室、大鵬基地智慧農(nóng)業(yè)基因?qū)嶒?yàn)室及出口配套產(chǎn)品均全部采用了“潔凈控制與靜電防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)”，并贏得了客戶好評。

對促進(jìn)行業(yè)科技進(jìn)步有重要作用和意義：

（1）解決方案有效地解決了目前國內(nèi)外市場上潔凈控制與靜電防護(hù)解決方案面臨的監(jiān)測、分析、預(yù)警及控制難以形成立體體系的缺陷和不足。

（2）潔凈技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)殡娮有袠I(yè)、生物醫(yī)藥等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，縮小與發(fā)達(dá)國家差距，推進(jìn)我國智能制造、信息化等產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

（3）大到醫(yī)療潔凈室的建設(shè)，小到疫情防控潔凈產(chǎn)品的生產(chǎn)，無一不體現(xiàn)出潔凈產(chǎn)業(yè)的重要性，可以說“潔凈控制與靜電防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化”技術(shù)進(jìn)步和革新為打贏“新冠肺炎”這場沒有硝煙的戰(zhàn)"疫"提供了最強(qiáng)有力的支撐。

（4）解決方案可令從事生物潔凈室（醫(yī)療衛(wèi)生潔凈室、醫(yī)藥工業(yè)潔凈室、實(shí)驗(yàn)類潔凈室、食品工業(yè)潔凈室等）、工業(yè)潔凈室（半導(dǎo)體行業(yè)潔凈室、光電行業(yè)潔凈室、精密儀器儀表潔凈室、航空航天設(shè)備潔凈室等）超潔凈生產(chǎn)、測試或?qū)嶒?yàn)過程的潔凈控制及靜電防護(hù)的人力資源成本大幅降低65~70%，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測系統(tǒng)的故障檢出率提高到99.0%，系統(tǒng)能夠很直觀的提示用戶產(chǎn)線的異常情況，極大的縮短了尋找異常或故障的時(shí)間，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

摘自《自動(dòng)化博覽》2023年10月刊