★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(shù)屬于實(shí)時(shí)監測與控制技術(shù)領(lǐng)域，是服務(wù)于高科技行業(yè)、關(guān)系國計民生的新興產(chǎn)業(yè)，主要應用領(lǐng)域為電子行業(yè)、生物醫藥等戰略新興產(chǎn)業(yè)，是智能制造體系的基礎支撐技術(shù)，在醫療、生物制藥、電子、半導體制造、高端裝備制造等領(lǐng)域都取得了廣泛的應用。

目前國內外市場(chǎng)上潔凈控制與靜電防護解決方案，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成套裝備比例低，產(chǎn)品單一；

（2）潔凈控制與靜電防護系統云端部署率低，遠程維護較難；

（3）關(guān)鍵性裝備和系統核心技術(shù)缺乏。

本技術(shù)方案基于生物潔凈室（醫療衛生潔凈室、醫藥工業(yè)潔凈室、實(shí)驗類(lèi)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)、測試或實(shí)驗過(guò)程的微污染防控及靜電防護在線(xiàn)監測系統，通過(guò)高精度塵埃粒子的數量及顆粒分布情況的計數檢測、環(huán)境監測及靜電檢測，經(jīng)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現數據交互，通過(guò)大數據可視化系統平臺將塵埃粒子的數量以及濃度、環(huán)境狀態(tài)、靜電電荷等關(guān)鍵性參數清晰地分析統計出來(lái)，由系統智能分析和判斷執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(shí)時(shí)監測系統方案結合靜電傳感器及檢測技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)時(shí)序數據平臺及數據傳輸控制系統、離子靜電消除技術(shù)、環(huán)境監測傳感器及技術(shù)、塵埃粒子傳感器及檢測技術(shù)、大數據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、軟件及智能系統解決方案。

系統架構如圖1所示。

圖1 系統架構圖

2.1　靜電防護實(shí)時(shí)監控報警系統

潔凈控制與靜電防護關(guān)鍵技術(shù)方案基于靜電防護實(shí)時(shí)監控報警系統的綜合型應用，為監測、分析、預警及控制四位一體綜合系統，屬于監控系統技術(shù)領(lǐng)域。物理實(shí)體主要包括計算機監控終端和網(wǎng)絡(luò )放大器，計算機監控終端通過(guò)或者不通過(guò)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)靜電防護設備。信息化系統為監測、分析、預警及控制四位一體系統，形成一個(gè)完整的實(shí)時(shí)監控報警系統，將傳統的單一運行的靜電防護措施統籌起來(lái)，得到一個(gè)完整的靜電防護立體體系，能夠實(shí)現對靜電防護和潔凈控制設備進(jìn)行實(shí)時(shí)監控。

2.2　物聯(lián)網(wǎng)時(shí)序數據平臺及數據傳輸控制系統

物聯(lián)網(wǎng)時(shí)序數據平臺一個(gè)開(kāi)放、互聯(lián)、兼容的集成平臺，可云端集成部署，集成了監控、管理、智能化服務(wù)等功能；其集成了數據傳輸控制方法、控制系統及存儲設備，用于控制物聯(lián)網(wǎng)電子設備的數據傳輸，電子設備具有主網(wǎng)口及備網(wǎng)口。通過(guò)所述主網(wǎng)口從數據源端獲取主數據；將獲取的主數據發(fā)送至電子設備進(jìn)行呈現，主數據在呈現后經(jīng)所述備網(wǎng)口流回數據源端；當備網(wǎng)口接收到主數據時(shí)，通過(guò)所述備網(wǎng)口獲取備份數據。上述數據傳輸控制方法、控制系統可以避免在切換至備份數據時(shí)的丟包問(wèn)題，同時(shí)可以通過(guò)切換為備份數據糾正主數據中偶發(fā)的錯誤數據。

2.3　離子靜電消除器

離子靜電消除器是由控制器、平衡度監測傳感器單元、高壓電源產(chǎn)生器和離子放電針組成，通過(guò)尖端高壓電暈放電把空氣電離為大量正負離子，風(fēng)扇把大量正負離子吹到物體表面以中和靜電，根據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)境監測傳感器及靜電防護設備

環(huán)境監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(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(lái)實(shí)現接地檢測。

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。根據國際標準ISO14644，潔凈室的分類(lèi)根據不同尺寸懸浮粒子的數量進(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數方法研發(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(gè)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(chǎng)在線(xiàn)監測裝置為新一代智能化電信號傳感器，包括靜電場(chǎng)檢測傳感器、信號處理模塊和數據發(fā)送器。靜電場(chǎng)檢測傳感器檢測測量點(diǎn)的電場(chǎng)強度、根據表面波振動(dòng)的機械信號轉變成對應的電信號，信號處理模塊對電信號進(jìn)行濾波后計算出檢測點(diǎn)的電場(chǎng)強度，數據發(fā)送器將電場(chǎng)強度傳輸至物聯(lián)網(wǎng)時(shí)序數據平臺，靜電傳感器的靜電場(chǎng)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(zhù)智能靜電傳感器的開(kāi)發(fā)，該智能化靜電傳感器通過(guò)與現代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結合，為半導體相關(guān)的靜電防護關(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(kāi)發(fā)，也提出了適用與智能檢測設備的智能在線(xiàn)監控系統的搭建，具有新穎性及創(chuàng )新型。

（1）本研究課題開(kāi)發(fā)的靜電傳感器檢測技術(shù)通過(guò)數學(xué)建模、力學(xué)仿真、電路模擬及數據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(shí)驗計劃，統計分析等實(shí)踐方法對該研究課題開(kāi)發(fā)的靜電傳感器檢測技術(shù)進(jìn)行了全面地調查分析，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整體解決方案，有助提升國內靜電檢測技術(shù)水平，形成靜電防控及靜電防護領(lǐng)域的核心競爭力，推動(dòng)核心技術(shù)的進(jìn)步，填補國內智能靜電檢測技術(shù)領(lǐng)域的空白，且為行業(yè)標準或技術(shù)規范奠定了技術(shù)基礎，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、數字化做出技術(shù)貢獻。

（3）本研究課題開(kāi)發(fā)的檢測技術(shù)有利于推動(dòng)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(guò)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)我國半導體芯片的發(fā)展，助力國內早日解除芯片危機，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實(shí)時(shí)監測系統”項目相關(guān)平臺面世至今，已經(jīng)陸續在廣東、上海等12個(gè)省市及國外（新加坡、馬來(lái)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(shí)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(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)量的持續穩定。一鍵式部署、即插即用、模擬仿真、實(shí)時(shí)聲光報警、四維工作看板的軟件、硬件結合，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(guò)“一個(gè)設備一張表”、物聯(lián)數據與業(yè)務(wù)數據分離、物聯(lián)管控與業(yè)務(wù)應用結合等讓平臺系統軟件和硬件設備運行總共近2.3萬(wàn)小時(shí)未出現技術(shù)問(wèn)題，平臺及硬件的可靠性及組織的便捷性得到了很好展現。

特別是在全國抗擊新冠肺炎疫情最嚴峻的時(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、鹽田基地基因實(shí)驗室、大鵬基地智慧農業(yè)基因實(shí)驗室及出口配套產(chǎn)品均全部采用了“潔凈控制與靜電防護關(guān)鍵技術(shù)”，并贏(yíng)得了客戶(hù)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外市場(chǎng)上潔凈控制與靜電防護解決方案面臨的監測、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(shù)主要應用領(lǐng)域為電子行業(yè)、生物醫藥等戰略性新興產(chǎn)業(yè)，縮小與發(fā)達國家差距，推進(jìn)我國智能制造、信息化等產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

（3）大到醫療潔凈室的建設，小到疫情防控潔凈產(chǎn)品的生產(chǎn)，無(wú)一不體現出潔凈產(chǎn)業(yè)的重要性，可以說(shuō)“潔凈控制與靜電防護關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化”技術(shù)進(jìn)步和革新為打贏(yíng)“新冠肺炎”這場(chǎng)沒(méi)有硝煙的戰"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（醫療衛生潔凈室、醫藥工業(yè)潔凈室、實(shí)驗類(lèi)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)、測試或實(shí)驗過(guò)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(shí)時(shí)在線(xiàn)監測系統的故障檢出率提高到99.0%，系統能夠很直觀(guān)的提示用戶(hù)產(chǎn)線(xiàn)的異常情況，極大的縮短了尋找異?；蚬收系臅r(shí)間，產(chǎn)生了顯著(zhù)的經(jīng)濟和社會(huì )效益。

摘自《自動(dòng)化博覽》2023年10月刊