基于MAU和DCC的半導體潔凈室恒溫恒濕控制系統(tǒng)和控制方法與流程

基于MAU和DCC的半導體潔凈室恒溫恒濕控制系統(tǒng)和控制方法與流程

　　本發(fā)明涉及半導體加工技術，尤其涉及一種基于mau和dcc的半導體潔凈室恒溫恒濕控制系統(tǒng)和控制方法。

　　背景技術：

　　半導體技術產(chǎn)品生產(chǎn)工序困難、復雜，并且其工藝生產(chǎn)設備先進、昂貴，對于其制造環(huán)境的參數(shù)，諸如、溫度、相對濕度、壓力、潔凈度、氣流流型等參數(shù)的要求控制在某個恒定的范圍內(nèi)，上述參數(shù)的穩(wěn)定則是生產(chǎn)設備正常運轉(zhuǎn)、高效率、高質(zhì)量半導體產(chǎn)品持續(xù)運營的成功保障。

　　在上述參數(shù)控制中溫度、相對濕度參數(shù)的控制尤為困難，通常潔凈室要求溫度控制在23℃、相對濕度45％，并保證一定的控制精度，但實際上由于溫度、相對濕度之間存在一定的耦合現(xiàn)象，即在絕對含濕量不變的情況下，溫度升高、相對濕度減少，而溫度降低、相對濕度增加；基于此，在實施例中，采用以潔凈室要求的溫度、相對濕度計算出的露點溫度為目標控制值，進而通過dcc干盤管實現(xiàn)溫度的控制，避免由于兩者耦合、過程精度控制不夠嚴格帶來處理過程中冷熱量相互抵消的現(xiàn)象，造成能源的極大浪費。因此，亟需一種適用于半導體潔凈室精確易控的恒溫恒濕系統(tǒng)義。

　　技術實現(xiàn)要素：

　　為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供基于mau和dcc的半導體潔凈室恒溫恒濕控制系統(tǒng)和控制方法，其能解決上述問題。

　　一種基于mau和dcc的半導體潔凈室恒溫恒濕控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)包括mau室外新風濕度處理單元、dcc室內(nèi)回風溫度處理單元以及中控單元，所述mau室外新風濕度處理單元和dcc室內(nèi)回風溫度處理單元與所述中控單元雙向電訊連接，其中mau室外新風濕度處理單元包括依次設置的初效過濾段、前中效過濾段、預熱段、第一表冷段、加濕段、第二表冷段、再熱段、風機段、后中效過濾段和高效過濾段，并在所述mau室外新風濕度處理單元上設置焓值傳感器h、溫度傳感器t、壓差開關p和電動調(diào)節(jié)水閥v；dcc室內(nèi)回風溫度處理單元包括dcc干盤管和電動調(diào)節(jié)水閥v；中控單元通過信號控制線與壓差開關p、溫濕度傳感器t、焓值傳感器h、電動調(diào)節(jié)水閥v通過信號控制線連接，并根據(jù)外接環(huán)境調(diào)節(jié)控制以向潔凈室輸送符合溫濕度需求空氣。

　　優(yōu)選的，在mau室外新風濕度處理單元的第一表冷段和加濕段之間設置所述焓值傳感器h。

　　優(yōu)選的，在mau室外新風濕度處理單元的第一表冷段和高效過濾段上設置溫濕度傳感器t。

　　優(yōu)選的，在mau室外新風濕度處理單元的初效過濾段和前中效過濾段之間、風機段和后中效過濾段之間、以及后中效過濾段和高效過濾段之間設置壓差開關p。

　　壓差開關p具有現(xiàn)場檢測和遠傳功能，實現(xiàn)對初中、高效過濾器的壓差檢測，為其更換提供基礎數(shù)據(jù)參考。

　　優(yōu)選的，在mau室外新風濕度處理單元的預熱段上設置第一電動調(diào)節(jié)水閥v1，在第一表冷段上設置第二電動調(diào)節(jié)水閥v2，在再熱段上設置第三電動調(diào)節(jié)水閥v3，在第二表冷段上設置第四電動調(diào)節(jié)水閥v4。

　　優(yōu)選的，各電動調(diào)節(jié)水閥v采用具有線性調(diào)節(jié)特性的座閥調(diào)節(jié)閥。所述座閥調(diào)節(jié)閥具有線性調(diào)節(jié)特性、良好的調(diào)節(jié)能力和調(diào)節(jié)精度。

　　優(yōu)選的，所述加濕段采用噴淋加濕方式實現(xiàn)，噴淋加濕主機處于常開狀態(tài)，在夏季及過渡季洗滌空氣，在冬季噴溫水且等焓加濕或增焓加濕。

　　采用上述恒溫恒濕控制系統(tǒng)的控制方法，方法包括以下內(nèi)容。

　　室內(nèi)參數(shù)動態(tài)監(jiān)測，中控單元與壓差開關p、溫濕度傳感器t、焓值傳感器h、電動調(diào)節(jié)水閥v通過信號控制線連接，以實時獲取潔凈室內(nèi)的溫度和相對濕度值。

　　繪制焓濕圖，根據(jù)室內(nèi)溫濕度參數(shù)需求在焓濕圖上按照等焓線和等含濕量線劃分成四個氣象分區(qū)、即空調(diào)工況區(qū)，其中空調(diào)工況i區(qū)為增溫加濕工況、空調(diào)工況ii區(qū)為冷卻加濕工況、空調(diào)工況iii區(qū)和空調(diào)工況iv區(qū)為冷卻除濕工況，且空調(diào)工況ii、iii、iv區(qū)均實現(xiàn)對空氣的洗滌。空調(diào)工況對應不同外界環(huán)境實現(xiàn)室內(nèi)溫濕度需求控制；針對不同的氣象分區(qū)采用不同的空氣處理方式和控制方法，從而降低空調(diào)系統(tǒng)的運行能耗。

　　mau空調(diào)箱以室內(nèi)需求的溫度、相對濕度計算得出的露點溫度為目標值，根據(jù)空調(diào)工況對應不同外接環(huán)境，對室外新風參數(shù)進行控制，進而與經(jīng)過dcc處理的回風進行混合，從而達到潔凈室要求的室內(nèi)溫濕度指標。

　　優(yōu)選的，當外界環(huán)境空氣處于空調(diào)工況i區(qū)時，對室外空氣進行升溫加濕處理：關閉第一表冷段的第二電動調(diào)節(jié)水閥v2、再熱段上的第三電動調(diào)節(jié)水閥v3，打開預熱段上的第一電動調(diào)節(jié)水閥v1、加濕段處溫水噴淋加濕主機，根據(jù)加濕段前的焓值傳感器h的焓值控制預熱段上第一電動調(diào)節(jié)水閥v1的開度，通過高效過濾段下游出風段的溫濕度傳感器t溫度設定值控制再熱段處第三電動調(diào)節(jié)v3的開度，進而使達到目標參數(shù)的新風送至潔凈室回風夾道底部時與經(jīng)dcc干盤管處理后的回風均勻混合送至潔凈室。

　　優(yōu)選的，當外界環(huán)境空氣處于空調(diào)工況ii區(qū)時，對室外空氣進行冷卻加濕處理：關閉預熱段上的第一電動調(diào)節(jié)水閥v1，打開第一表冷段的第二電動調(diào)節(jié)水閥v2以及加濕段處的噴淋加濕主機，根加濕段前的焓值傳感器h的焓值控制第一表冷段的第二電動調(diào)節(jié)水閥v2的開度，避免開度過小、呈現(xiàn)空氣過熱的現(xiàn)象，導致室外新風經(jīng)過噴淋加濕后出現(xiàn)過濕的現(xiàn)象(以期經(jīng)過噴淋加濕后空氣的露點溫度達到目標值)，尚需再進行冷卻除濕處理，造成能源的極度浪費；進而通過高效過濾段下游出風段的溫濕度傳感器t溫度設定值控制再熱段處第三電動調(diào)節(jié)v3的開度，進而使達到目標參數(shù)的新風送至潔凈室回風夾道底部時與經(jīng)dcc干盤管處理后的回風均勻混合送至潔凈室。

　　優(yōu)選的，當外界環(huán)境空氣處在空調(diào)工況iii區(qū)和空調(diào)工況iv區(qū)時，對室外空氣需進行冷卻除濕處理：關閉預熱段的第一電動調(diào)節(jié)水閥v1，打開第一表冷段的第二電動調(diào)節(jié)水閥v2、第二表冷段上的第四電動調(diào)節(jié)水閥v4、以及加濕段處的噴淋加濕主機，根據(jù)第一表冷段處表冷盤管后的設定溫度調(diào)整第二電動調(diào)節(jié)水閥v2的開度，利用中溫冷凍水降低被處理空氣的溫度、含濕量，再通過加濕段處噴淋室對空氣的洗滌、凈化，根據(jù)送風露點調(diào)節(jié)內(nèi)有低溫冷凍水的第二表冷段處第四電動調(diào)節(jié)水閥v4開度，進而使達到目標參數(shù)的新風送至潔凈室回風夾道底部時與經(jīng)dcc干盤管處理后的回風均勻混合送至潔凈室。

　　優(yōu)選的，室內(nèi)溫濕度需求控制全年以送風露點值作為控制目標值表征的濕度進行優(yōu)先控制，其中，送風露點的確定和修正公式為：

　　其中：td為室外空氣在t溫度下、f相對濕度下的露點溫度；

　　e＝es*f*0.01，e為t℃空氣在f％相對濕度下的水蒸氣壓力pa，es為t℃空氣在水面t>0℃或冰面t≤0℃的飽和水蒸氣壓力pa；

　　e0為0℃空氣的飽和水蒸氣的分壓力，a、b為系數(shù)，t>0℃時，取水面值a＝7.5、b＝237.3；t≤0℃時，取水面值a＝9.5、b＝265.5。

　　相比現(xiàn)有技術，本發(fā)明的有益效果在于：控制系統(tǒng)通過設置不同的傳感器和調(diào)節(jié)閥進行信號實時采集和控制，mau空調(diào)箱以室內(nèi)需求的溫度、相對濕度計算得出的露點溫度為目標值對室外新風參數(shù)進行精準控制，進而與經(jīng)過dcc處理的回風進行混合，從而達到潔凈室要求的溫濕度指標；系統(tǒng)和方法具有較高的控制精度和節(jié)能性、控制邏輯清晰、工程項目的實用性強，能夠很好的解決半導體潔凈室經(jīng)常出現(xiàn)的控制精度不夠而產(chǎn)生的冷熱抵消問題。

　　附圖說明

　　圖1為本發(fā)明實施例中mau室外新風濕度處理單元結(jié)構圖；

　　圖2為本發(fā)明涉及實施例中室外新風在焓濕圖上空調(diào)分區(qū)示意圖。

　　圖中：1、初效過濾段；2、前中效過濾段；3、預熱段；4、第一表冷段；5、加濕段；6、第二表冷段；7、再熱段；8、風機段；9、后中效過濾段；10、高效過濾段；v1/v2/v3/v4、電動調(diào)節(jié)水閥；p、壓差開關；t、溫濕度傳感器；h、焓值傳感器。

　　具體實施方式

　　為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

　　一種基于mau和dcc的半導體潔凈室恒溫恒濕控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)包括mau室外新風濕度處理單元、dcc室內(nèi)回風溫度處理單元以及中控單元，所述mau室外新風濕度處理單元和dcc室內(nèi)回風溫度處理單元與所述中控單元雙向電訊連接。

　　參見圖1，其中mau室外新風濕度處理單元包括依次設置的初效過濾段1、前中效過濾段2、預熱段3、第一表冷段4、加濕段5、第二表冷段6、再熱段7、風機段8、后中效過濾段9和高效過濾段10，初效過濾段1的前端或上游為進風段，高效過濾段10的后端或下游為出風段，圖中箭頭表述氣流方向。

　　進一步的，在所述mau室外新風濕度處理單元上設置焓值傳感器h、溫度傳感器t、壓差開關p和電動調(diào)節(jié)水閥v。

　　圖未示的，dcc室內(nèi)回風溫度處理單元包括dcc干盤管和電動調(diào)節(jié)水閥v。

　　參見圖1，一個實施例中，在mau室外新風濕度處理單元的預熱段3上設置第一電動調(diào)節(jié)水閥v1，在第一表冷段4上設置第二電動調(diào)節(jié)水閥v2，在再熱段7上設置第三電動調(diào)節(jié)水閥v3，在第二表冷段6上設置第四電動調(diào)節(jié)水閥v4。

　　具體實施例中，各電動調(diào)節(jié)水閥v采用但不限于具有線性調(diào)節(jié)特性的座閥調(diào)節(jié)閥。所述座閥調(diào)節(jié)閥具有線性調(diào)節(jié)特性、良好的調(diào)節(jié)能力和調(diào)節(jié)精度。

　　中控單元通過信號控制線與壓差開關p、溫濕度傳感器t、焓值傳感器h、電動調(diào)節(jié)水閥v通過信號控制線連接，并根據(jù)外接環(huán)境調(diào)節(jié)控制以向潔凈室輸送符合溫濕度需求空氣。

　　其中，在mau室外新風濕度處理單元的第一表冷段4和加濕段5之間設置所述焓值傳感器h，在冬季實現(xiàn)精準的焓值控制，避免預熱段3處第一電動調(diào)節(jié)水閥v1開度過大導致空氣過熱。在mau室外新風濕度處理單元的第一表冷段4和高效過濾段10上設置溫濕度傳感器t，通過溫濕度傳感器t的數(shù)據(jù)采集，在冬季，mau空調(diào)箱停止運行時，防止盤管凍裂；在其他季節(jié)實現(xiàn)對表冷盤管處第二電動調(diào)節(jié)水閥v2的調(diào)節(jié)。在mau室外新風濕度處理單元的初效過濾段1和前中效過濾段2之間、風機段8和后中效過濾段9之間、以及后中效過濾段9和高效過濾段10之間設置壓差開關p。

　　其中，壓差開關p具有現(xiàn)場檢測和遠傳功能，實現(xiàn)對初中、高效過濾器的壓差檢測，為其更換提供基礎數(shù)據(jù)參考。

　　進一步的，加濕段5采用噴淋加濕方式實現(xiàn)，噴淋加濕主機處于常開狀態(tài)，在夏季及過渡季洗滌空氣，在冬季噴溫水且等焓加濕或增焓加濕。

　　采用上述恒溫恒濕控制系統(tǒng)的控制方法，方法包括以下內(nèi)容。

　　室內(nèi)參數(shù)動態(tài)監(jiān)測，中控單元與壓差開關p、溫濕度傳感器t、焓值傳感器h、電動調(diào)節(jié)水閥v通過信號控制線連接，以實時獲取潔凈室內(nèi)的溫度和相對濕度值。

　　繪制焓濕圖，參見圖2，根據(jù)室內(nèi)溫濕度參數(shù)需求在焓濕圖上按照等焓線和等含濕量線劃分成四個氣象分區(qū)、即空調(diào)工況區(qū)，其中空調(diào)工況i區(qū)為增溫加濕工況、空調(diào)工況ii區(qū)為冷卻加濕工況、空調(diào)工況iii區(qū)和空調(diào)工況iv區(qū)為冷卻除濕工況，空調(diào)工況對應不同外界環(huán)境實現(xiàn)室內(nèi)溫濕度需求控制；適宜的分區(qū)即避免了分區(qū)過多造成傳感器等數(shù)據(jù)采集設備的增加帶來初投資的增加、又避免了分區(qū)過少而出現(xiàn)冷熱抵消的現(xiàn)象。

　　其中，等焓線作為冬夏季轉(zhuǎn)換的分界線，等含濕量線作為噴淋加濕、洗滌空氣的分界線。

　　針對不同的氣象分區(qū)采用不同的空氣處理方式和控制方法，從而降低空調(diào)系統(tǒng)的運行能耗。

　　mau空調(diào)箱以室內(nèi)需求的溫度、相對濕度計算得出的露點溫度為目標值，根據(jù)空調(diào)工況對應不同外接環(huán)境，對室外新風參數(shù)進行控制，進而與經(jīng)過dcc處理的回風進行混合，從而達到潔凈室要求的室內(nèi)溫濕度指標。

　　具體的，當外界環(huán)境空氣處于空調(diào)工況i區(qū)時，對室外空氣進行升溫加濕處理：關閉第一表冷段4的第二電動調(diào)節(jié)水閥v2、再熱段7上的第三電動調(diào)節(jié)水閥v3，打開預熱段3上的第一電動調(diào)節(jié)水閥v1、加濕段5處溫水噴淋加濕主機，根據(jù)加濕段5前的焓值傳感器h的焓值控制預熱段3上第一電動調(diào)節(jié)水閥v1的開度，通過高效過濾段10下游出風段的溫濕度傳感器t溫度設定值控制再熱段7處第三電動調(diào)節(jié)v3的開度，進而使達到目標參數(shù)的新風送至潔凈室回風夾道底部時與經(jīng)dcc干盤管處理后的回風均勻混合送至潔凈室。

　　當外界環(huán)境空氣處于空調(diào)工況ii區(qū)時，對室外空氣進行冷卻加濕處理：關閉預熱段3上的第一電動調(diào)節(jié)水閥v1，打開第一表冷段4的第二電動調(diào)節(jié)水閥v2以及加濕段5處的噴淋加濕主機，根加濕段5前的焓值傳感器h的焓值控制第一表冷段4的第二電動調(diào)節(jié)水閥v2的開度，避免開度過小、呈現(xiàn)空氣過熱的現(xiàn)象，導致室外新風經(jīng)過噴淋加濕后出現(xiàn)過濕的現(xiàn)象(以期經(jīng)過噴淋加濕后空氣的露點溫度達到目標值)，尚需再進行冷卻除濕處理，造成能源的極度浪費；進而通過高效過濾段10下游出風段的溫濕度傳感器t溫度設定值控制再熱段7處第三電動調(diào)節(jié)v3的開度，進而使達到目標參數(shù)的新風送至潔凈室回風夾道底部時與經(jīng)dcc干盤管處理后的回風均勻混合送至潔凈室。

　　當外界環(huán)境空氣處在空調(diào)工況iii區(qū)和空調(diào)工況iv區(qū)時，對室外空氣需進行冷卻除濕處理：關閉預熱段3的第一電動調(diào)節(jié)水閥v1，打開第一表冷段4的第二電動調(diào)節(jié)水閥v2、第二表冷段6上的第四電動調(diào)節(jié)水閥v4、以及加濕段5處的噴淋加濕主機，根據(jù)第一表冷段4處表冷盤管后的設定溫度設定，優(yōu)選為16-18℃，調(diào)整第二電動調(diào)節(jié)水閥v2的開度，利用中溫冷凍水降低被處理空氣的溫度、含濕量，再通過加濕段5處噴淋室對空氣的洗滌、凈化，根據(jù)送風露點調(diào)節(jié)內(nèi)有低溫冷凍水的第二表冷段6處第四電動調(diào)節(jié)水閥v4開度，進而使達到目標參數(shù)的新風送至潔凈室回風夾道底部時與經(jīng)dcc干盤管處理后的回風均勻混合送至潔凈室。

　　進一步的，室內(nèi)溫濕度需求控制全年以送風露點值作為控制目標值表征的濕度進行優(yōu)先控制，其中，送風露點的確定和修正公式為：

　　其中：td為室外空氣在t溫度下、f相對濕度下的露點溫度；

　　e＝es*f*0.01，e為t℃空氣在f％相對濕度下的水蒸氣壓力pa，es為t℃空氣在水面t>0℃或冰面t≤0℃的飽和水蒸氣壓力pa；

　　e0為0℃空氣的飽和水蒸氣的分壓力，a、b為系數(shù)，t>0℃時，取水面值a＝7.5、b＝237.3；t≤0℃時，取水面值a＝9.5、b＝265.5。

　　其中，溫冷凍水的能效要低于中溫冷凍水的能效，因此通過ai算法和控制策略的調(diào)整可以最大程度的實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能。

　　進一步的，噴淋加濕主機常年開啟，在冬季實現(xiàn)等焓(增焓)加濕的功能、其余季節(jié)實現(xiàn)洗滌空氣的作用。

　　最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。