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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

潔凈控制及靜電防護技術屬于實時監(jiān)測與控制技術領域，是服務于高科技行業(yè)、關系國計民生的新興產(chǎn)業(yè)，主要應用領域為電子行業(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支撐技術，在醫(yī)療、生物制藥、電子、半導體制造、高端裝備制造等領域都取得了廣泛的應用。

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

（1）潔凈控制與靜電防護成套裝備比例低，產(chǎn)品單一；

（2）潔凈控制與靜電防護系統(tǒng)云端部署率低，遠程維護較難；

（3）關鍵性裝備和系統(tǒng)核心技術缺乏。

本技術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、實驗類潔凈室、食品工業(yè)潔凈室等）、工業(yè)潔凈室（半導體行業(yè)潔凈室、光電行業(yè)潔凈室、精密儀器儀表潔凈室、航空航天設備潔凈室等）超潔凈生產(chǎn)、測試或?qū)嶒炦^程的微污染防控及靜電防護在線監(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數(shù)檢測、環(huán)境監(jiān)測及靜電檢測，經(jīng)物聯(lián)網(wǎng)實現(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)、靜電電荷等關鍵性參數(shù)清晰地分析統(tǒng)計出來，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，達到超潔凈環(huán)境及靜電防護的要求。

2　解決方案介紹

潔凈控制與靜電防護實時監(jiān)測系統(tǒng)方案結(jié)合靜電傳感器及檢測技術、物聯(lián)網(wǎng)時序數(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、環(huán)境監(jiān)測傳感器及技術、塵埃粒子傳感器及檢測技術、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　靜電防護實時監(jiān)控報警系統(tǒng)

潔凈控制與靜電防護關鍵技術方案基于靜電防護實時監(jiān)控報警系統(tǒng)的綜合型應用，為監(jiān)測、分析、預警及控制四位一體綜合系統(tǒng)，屬于監(jiān)控系統(tǒng)技術領域。物理實體主要包括計算機監(jiān)控終端和網(wǎng)絡放大器，計算機監(jiān)控終端通過或者不通過路由器與網(wǎng)絡放大器通信連接，網(wǎng)絡放大器與若干依次連接的網(wǎng)絡分配器通信連接，每一個網(wǎng)絡分配器連接至少一個靜電防護設備。信息化系統(tǒng)為監(jiān)測、分析、預警及控制四位一體系統(tǒng)，形成一個完整的實時監(jiān)控報警系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的單一運行的靜電防護措施統(tǒng)籌起來，得到一個完整的靜電防護立體體系，能夠?qū)崿F(xiàn)對靜電防護和潔凈控制設備進行實時監(jiān)控。

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

物聯(lián)網(wǎng)時序數(shù)據(jù)平臺一個開放、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)及存儲設備，用于控制物聯(lián)網(wǎng)電子設備的數(shù)據(jù)傳輸，電子設備具有主網(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)送至電子設備進行呈現(xiàn)，主數(shù)據(jù)在呈現(xiàn)后經(jīng)所述備網(wǎng)口流回數(shù)據(jù)源端；當備網(wǎng)口接收到主數(shù)據(jù)時，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)時的丟包問題，同時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離子，風扇把大量正負離子吹到物體表面以中和靜電，根據(jù)ANSI/ESDS20.20-2021標準離子靜電消除器最重要的指標是平衡電壓，檢測精度由平衡度監(jiān)測傳感器單元的靈敏度決定，本方案設計的靜電消除器平衡電壓指標值為±15V。

2.4　環(huán)境監(jiān)測傳感器及靜電防護設備

環(huán)境監(jiān)測傳感器裝備及靜電接地設備的研發(fā)主要包括溫濕度傳感器、TVOC傳感器、風速傳感器、風壓傳感器、光照度傳感器、PM2.5傳感器及靜電接地檢測防護等成套裝備。一種單向接地故障的波形檢測裝置用于接地檢測防護，可根據(jù)人體放電模式和機器放電模型下接地故障產(chǎn)生的波形畸變來實現(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，其覆蓋的顆粒濃度范圍為0.1μm至5.0μm。根據(jù)國際標準ISO14644，潔凈室的分類根據(jù)不同尺寸懸浮粒子的數(shù)量進行，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研發(fā)和基于激光光電放大的粒徑檢測計數(shù)方法研發(fā)，本方案配套設計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個測試通道。

2.6　靜電傳感器

本項目配套設計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的電場強度、根據(jù)表面波振動的機械信號轉(zhuǎn)變成對應的電信號，信號處理模塊對電信號進行濾波后計算出檢測點的電場強度，數(shù)據(jù)發(fā)送器將電場強度傳輸至物聯(lián)網(wǎng)時序數(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鍵技術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)技術的結(jié)合，為半導體相關的靜電防護關鍵性技術及智能制造裝備等工業(yè)生產(chǎn)領域運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智能傳感器的開發(fā)，也提出了適用與智能檢測設備的智能在線監(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通過數(shù)學建模、力學仿真、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，并綜合運用了實驗計劃，統(tǒng)計分析等實踐方法對該研究課題開發(fā)的靜電傳感器檢測技術進行了全面地調(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，不僅提供了靜電防控及靜電防護整體解決方案，有助提升國內(nèi)靜電檢測技術水平，形成靜電防控及靜電防護領域的核心競爭力，推動核心技術的進步，填補國內(nèi)智能靜電檢測技術領域的空白，且為行業(yè)標準或技術規(guī)范奠定了技術基礎，為助推行業(yè)的靜電檢測技術升級換代、進而促進行業(yè)的智能化、數(shù)字化做出技術貢獻。

（3）本研究課題開發(fā)的檢測技術有利于推動半導體、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，促進我國半導體芯片的發(fā)展，助力國內(nèi)早日解除芯片危機，并起到一定的推動作用。

3　代表性及推廣價值

從“潔凈控制與靜電防護實時監(jiān)測系統(tǒng)”項目相關平臺面世至今，已經(jīng)陸續(xù)在廣東、上海等12個省市及國外（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用，在靜電防護和作業(yè)環(huán)境的檢測準確率、及時性和平臺的可靠性、易用性、擴展性及智能應用、設備與人員智能聯(lián)動的多樣性上獲得極高的評價，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、實時聲光報警、四維工作看板的軟件、硬件結(jié)合，既提升了實施功能率，又降低了使用單位的人力資源成本。通過“一個設備一張表”、物聯(lián)數(shù)據(jù)與業(yè)務數(shù)據(jù)分離、物聯(lián)管控與業(yè)務應用結(jié)合等讓平臺系統(tǒng)軟件和硬件設備運行總共近2.3萬小時未出現(xiàn)技術問題，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峻的時刻，深圳華大智造科技股份有限公司在配套全部移動式方艙、鹽田基地基因?qū)嶒炇摇⒋簌i基地智慧農(nóng)業(yè)基因?qū)嶒炇壹俺隹谂涮桩a(chǎn)品均全部采用了“潔凈控制與靜電防護關鍵技術”，并贏得了客戶好評。

對促進行業(yè)科技進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解決方案面臨的監(jiān)測、分析、預警及控制難以形成立體體系的缺陷和不足。

（2）潔凈技術主要應用領域為電子行業(yè)、生物醫(yī)藥等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，縮小與發(fā)達國家差距，推進我國智能制造、信息化等產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

（3）大到醫(yī)療潔凈室的建設，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關鍵技術及產(chǎn)業(yè)化”技術進步和革新為打贏“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、實驗類潔凈室、食品工業(yè)潔凈室等）、工業(yè)潔凈室（半導體行業(yè)潔凈室、光電行業(yè)潔凈室、精密儀器儀表潔凈室、航空航天設備潔凈室等）超潔凈生產(chǎn)、測試或?qū)嶒炦^程的潔凈控制及靜電防護的人力資源成本大幅降低65~70%，實時在線監(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間，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟和社會效益。

摘自《自動化博覽》2023年10月刊