★深圳市中明科技股份有限公司刘波文，乔畅君，顾大元

1　方案目标

洁净控制及静电防护技术属于实时监测与控制技术领域，是服务于高科技行业、关系国计民生的新兴产业，主要应用领域为电子行业、生物医药等战略新兴产业，是智能制造体系的基础支撑技术，在医疗、生物制药、电子、半导体制造、高端装备制造等领域都取得了广泛的应用。

目前国内外市场上洁净控制与静电防护解决方案，从整体技术方案上有很多缺陷和不足：

（1）洁净控制与静电防护成套装备比例低，产品单一；

（2）洁净控制与静电防护系统云端部署率低，远程维护较难；

（3）关键性装备和系统核心技术缺乏。

本技术方案基于生物洁净室（医疗卫生洁净室、医药工业洁净室、实验类洁净室、食品工业洁净室等）、工业洁净室（半导体行业洁净室、光电行业洁净室、精密仪器仪表洁净室、航空航天设备洁净室等）超洁净生产、测试或实验过程的微污染防控及静电防护在线监测系统，通过高精度尘埃粒子的数量及颗粒分布情况的计数检测、环境监测及静电检测，经物联网实现数据交互，通过大数据可视化系统平台将尘埃粒子的数量以及浓度、环境状态、静电电荷等关键性参数清晰地分析统计出来，由系统智能分析和判断执行离子化静电消除及环境净化控制，达到超洁净环境及静电防护的要求。

2　解决方案介绍

洁净控制与静电防护实时监测系统方案结合静电传感器及检测技术、物联网时序数据平台及数据传输控制系统、离子静电消除技术、环境监测传感器及技术、尘埃粒子传感器及检测技术、大数据可视化平台及智能控制平台等提出了一整套的成套硬件装备、软件及智能系统解决方案。

系统架构如图1所示。

图1 系统架构图

2.1　静电防护实时监控报警系统

洁净控制与静电防护关键技术方案基于静电防护实时监控报警系统的综合型应用，为监测、分析、预警及控制四位一体综合系统，属于监控系统技术领域。物理实体主要包括计算机监控终端和网络放大器，计算机监控终端通过或者不通过路由器与网络放大器通信连接，网络放大器与若干依次连接的网络分配器通信连接，每一个网络分配器连接至少一个静电防护设备。信息化系统为监测、分析、预警及控制四位一体系统，形成一个完整的实时监控报警系统，将传统的单一运行的静电防护措施统筹起来，得到一个完整的静电防护立体体系，能够实现对静电防护和洁净控制设备进行实时监控。

2.2　物联网时序数据平台及数据传输控制系统

物联网时序数据平台一个开放、互联、兼容的集成平台，可云端集成部署，集成了监控、管理、智能化服务等功能；其集成了数据传输控制方法、控制系统及存储设备，用于控制物联网电子设备的数据传输，电子设备具有主网口及备网口。通过所述主网口从数据源端获取主数据；将获取的主数据发送至电子设备进行呈现，主数据在呈现后经所述备网口流回数据源端；当备网口接收到主数据时，通过所述备网口获取备份数据。上述数据传输控制方法、控制系统可以避免在切换至备份数据时的丢包问题，同时可以通过切换为备份数据纠正主数据中偶发的错误数据。

2.3　离子静电消除器

离子静电消除器是由控制器、平衡度监测传感器单元、高压电源产生器和离子放电针组成，通过尖端高压电晕放电把空气电离为大量正负离子，风扇把大量正负离子吹到物体表面以中和静电，根据ANSI/ESDS20.20-2021标准离子静电消除器最重要的指标是平衡电压，检测精度由平衡度监测传感器单元的灵敏度决定，本方案设计的静电消除器平衡电压指标值为±15V。

2.4　环境监测传感器及静电防护设备

环境监测传感器装备及静电接地设备的研发主要包括温湿度传感器、TVOC传感器、风速传感器、风压传感器、光照度传感器、PM2.5传感器及静电接地检测防护等成套装备。一种单向接地故障的波形检测装置用于接地检测防护，可根据人体放电模式和机器放电模型下接地故障产生的波形畸变来实现接地检测。

2.5　激光尘埃粒子传感器

空气中的悬浮粒子浓度是作为洁净室环境控制的唯一指标，其覆盖的颗粒浓度范围为0.1μm至5.0μm。根据国际标准ISO14644，洁净室的分类根据不同尺寸悬浮粒子的数量进行，粒子检测传感器主要针对粒径0.1μm-1.0μm尘埃粒子数检测和各种粒径粒子分布检测技术研发和基于激光光电放大的粒径检测计数方法研发，本方案配套设计的激光尘埃粒子传感器针对0.3μm、0.5μm、1.0μm、3.0μm、5.0μm、10μm共6个测试通道。

2.6　静电传感器

本项目配套设计的静电传感器是一种静电场在线监测装置为新一代智能化电信号传感器，包括静电场检测传感器、信号处理模块和数据发送器。静电场检测传感器检测测量点的电场强度、根据表面波振动的机械信号转变成对应的电信号，信号处理模块对电信号进行滤波后计算出检测点的电场强度，数据发送器将电场强度传输至物联网时序数据平台，静电传感器的静电场测量量程范围为±100kV/m，误差±5%。

新一代智能化电信号传感器关键技术的研究围绕着智能静电传感器的开发，该智能化静电传感器通过与现代物联网技术的结合，为半导体相关的静电防护关键性技术及智能制造装备等工业生产领域运用到智能传感器方面提供了新的视角。本研究课题不仅提出与落实智能传感器的开发，也提出了适用与智能检测设备的智能在线监控系统的搭建，具有新颖性及创新型。

（1）本研究课题开发的静电传感器检测技术通过数学建模、力学仿真、电路模拟及数据分析等理论的方法确保了该研究课题前期的可行性，并综合运用了实验计划，统计分析等实践方法对该研究课题开发的静电传感器检测技术进行了全面地调查分析，具有研究方法的可靠性。

（2）本研究课题提出的检测技术，不仅提供了静电防控及静电防护整体解决方案，有助提升国内静电检测技术水平，形成静电防控及静电防护领域的核心竞争力，推动核心技术的进步，填补国内智能静电检测技术领域的空白，且为行业标准或技术规范奠定了技术基础，为助推行业的静电检测技术升级换代、进而促进行业的智能化、数字化做出技术贡献。

（3）本研究课题开发的检测技术有利于推动半导体、存储器产业的产品品质以及可靠性，减少生产过程中的静电放电危害，提升产品合格率和质量性能，促进我国半导体芯片的发展，助力国内早日解除芯片危机，并起到一定的推动作用。

3　代表性及推广价值

从“洁净控制与静电防护实时监测系统”项目相关平台面世至今，已经陆续在广东、上海等12个省市及国外（新加坡、马来西亚等）共160多家单位得到了深入或局部的多层次应用，在静电防护和作业环境的检测准确率、及时性和平台的可靠性、易用性、扩展性及智能应用、设备与人员智能联动的多样性上获得极高的评价，有效地提升了产品的良品率，并保障了产品质量的持续稳定。一键式部署、即插即用、模拟仿真、实时声光报警、四维工作看板的软件、硬件结合，既提升了实施功能率，又降低了使用单位的人力资源成本。通过“一个设备一张表”、物联数据与业务数据分离、物联管控与业务应用结合等让平台系统软件和硬件设备运行总共近2.3万小时未出现技术问题，平台及硬件的可靠性及组织的便捷性得到了很好展现。

特别是在全国抗击新冠肺炎疫情最严峻的时刻，深圳华大智造科技股份有限公司在配套全部移动式方舱、盐田基地基因实验室、大鹏基地智慧农业基因实验室及出口配套产品均全部采用了“洁净控制与静电防护关键技术”，并赢得了客户好评。

对促进行业科技进步有重要作用和意义：

（1）解决方案有效地解决了目前国内外市场上洁净控制与静电防护解决方案面临的监测、分析、预警及控制难以形成立体体系的缺陷和不足。

（2）洁净技术主要应用领域为电子行业、生物医药等战略性新兴产业，缩小与发达国家差距，推进我国智能制造、信息化等产业发展。

（3）大到医疗洁净室的建设，小到疫情防控洁净产品的生产，无一不体现出洁净产业的重要性，可以说“洁净控制与静电防护关键技术及产业化”技术进步和革新为打赢“新冠肺炎”这场没有硝烟的战"疫"提供了最强有力的支撑。

（4）解决方案可令从事生物洁净室（医疗卫生洁净室、医药工业洁净室、实验类洁净室、食品工业洁净室等）、工业洁净室（半导体行业洁净室、光电行业洁净室、精密仪器仪表洁净室、航空航天设备洁净室等）超洁净生产、测试或实验过程的洁净控制及静电防护的人力资源成本大幅降低65~70%，实时在线监测系统的故障检出率提高到99.0%，系统能够很直观的提示用户产线的异常情况，极大的缩短了寻找异常或故障的时间，产生了显著的经济和社会效益。

摘自《自动化博览》2023年10月刊