專利名稱：微電子加工流水線冷卻水的節(jié)能型溫度調(diào)功系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
微電子加工流水線冷卻水的節(jié)能型溫度調(diào)功系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種適用于微電子加工流水線水冷卻輔助裝備，尤其是一種具有溫度調(diào)功的水冷卻輔助裝備。
背景技術(shù)：
[0002]冷卻水系統(tǒng)的高效溫度調(diào)功安全方法中，采用串級(jí)控制方式和PID控制方法進(jìn)行水溫調(diào)功，以達(dá)到改善控制并節(jié)約能源的目的，以Smith補(bǔ)償來(lái)緩解溫度延時(shí)和回差，以分段函數(shù)或算法來(lái)控制制冷機(jī)的啟閉，從而達(dá)到無(wú)級(jí)控制和良好的控制精度以及節(jié)約電能的目的，然而，中國(guó)《制冷與空調(diào)》2002-2-28，《中國(guó)造船》2005-6-20，《熱力發(fā)電》2002+30 文獻(xiàn)中公開(kāi)的方法，只是采用了上面的部分方法，或只采取了 PID控制方式進(jìn)行水溫調(diào)功， 或采取水泵循環(huán)用水從而達(dá)到節(jié)能的效果，例如文獻(xiàn)《中國(guó)造船》2005-6-20中，目前，船舶主機(jī)冷卻水溫度調(diào)功通常是對(duì)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速采用PID(比例-積分-微分)調(diào)功方式，其比例系數(shù)、積分時(shí)間常數(shù)和微分時(shí)間常數(shù)常常是一成不變的，利用PID控制，而達(dá)到節(jié)約能源的目的?！稛崃Πl(fā)電》2002-1-30文獻(xiàn)由于工業(yè)水泵和升壓泵水源均為循環(huán)水，且兩泵出口壓力相同，其改造后未對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行造成任何影響，對(duì)一些安裝位置不高的設(shè)備，直接用循環(huán)水供給工業(yè)冷卻水，可節(jié)能降耗，這對(duì)用水量較大的設(shè)備尤為適合。發(fā)明內(nèi)容[0003]本實(shí)用新型是要提供一種微電子加工流水線冷卻水的節(jié)能型溫度調(diào)功系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要是連續(xù)加熱-分級(jí)制冷調(diào)功模式，是對(duì)常規(guī)溫度調(diào)功方法的改進(jìn)，通過(guò)調(diào)整電加熱熱源和制冷機(jī)冷源，從而控制對(duì)熱流量的控制，即調(diào)功控制。[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種微電子加工流水線冷卻水的節(jié)能型溫度調(diào)功系統(tǒng)，包括頂部溫度控制單元和平均溫度控制單元，頂部溫度控制單元主要由水箱、電壓調(diào)整器及加熱元件、制冷機(jī)、蒸發(fā)器、調(diào)功器、水箱水溫傳感器、循環(huán)泵及平衡閥、PLC控制器、上水套和頂壁溫度傳感器組成，水箱內(nèi)設(shè)有與電壓調(diào)整器相連的加熱元件、與制冷機(jī)連接的蒸發(fā)器、水溫傳感器，水箱出水口經(jīng)循環(huán)泵、上水套中的平衡閥與水箱回水口連接，上水套中的頂壁溫度傳感器經(jīng)頂部溫度控制單元中的第一，二調(diào)功器與電壓調(diào)整器連接，第一調(diào)功器信號(hào)輸入端還與頂部溫度設(shè)定器連接，并且第二調(diào)功器輸出端經(jīng)PLC控制器與第一至第四制冷機(jī)連接形成頂部溫度控制主回路；水箱中的水溫傳感器信號(hào)輸出端與第二調(diào)功器信號(hào)輸入端連接形成頂部溫度控制副回路。[0005]本實(shí)用新型的有益效果是[0006]本實(shí)用新型通過(guò)上述改進(jìn)，采用連續(xù)加熱-分級(jí)制冷調(diào)功模式實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)制冷和降低能耗要求，解決了普通方法中分級(jí)制冷和電能高消耗問(wèn)題。[0007]因此，本實(shí)用新型具有以下特點(diǎn)[0008]a. 采用串級(jí)控制系統(tǒng)，有較強(qiáng)的適應(yīng)性和抗干擾性，使其動(dòng)態(tài)性能明顯改善，從而弱化延時(shí)和回差現(xiàn)象。[0009]b. 利用算法(分段函數(shù))來(lái)控制制冷機(jī)的啟閉，保證調(diào)功曲線為線性函數(shù)，從而達(dá)到無(wú)級(jí)控制和節(jié)能的目的。[0010]c.熱量線性化控制，系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)。


[0011]圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；[0012]圖2是本實(shí)用新型的調(diào)功控制曲線圖；[0013]圖3是平均溫度控制系統(tǒng)框圖。
具體實(shí)施方式
[0014]
以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。[0015]如圖1所示，本實(shí)用新型的節(jié)能型溫度調(diào)功微電子加工流水線冷卻水系統(tǒng)，包括頂部溫度控制單元和平均溫度控制單元。頂部溫度控制單元主要由水箱1、電壓調(diào)整器5及加熱元件3、制冷機(jī)、蒸發(fā)器4、調(diào)功器、水溫傳感器8、循環(huán)泵9及平衡閥11、PLC控制器、上水套2和頂壁溫度傳感器10組成。[0016]水箱1內(nèi)設(shè)有與電壓調(diào)整器5相連的加熱元件3、與制冷機(jī)連接的蒸發(fā)器4、水溫傳感器8。水箱1出水口經(jīng)循環(huán)泵9、上水套2中的平衡閥11與水箱1回水口連接，上水套2中的頂壁溫度傳感器10經(jīng)頂部溫度控制單元中的第一，二調(diào)功器6，7與電壓調(diào)整器5 連接，第一調(diào)功器6信號(hào)輸入端還與頂部溫度設(shè)定器12連接，并且第二調(diào)功器7輸出端經(jīng) PLC控制器與第一至第四制冷機(jī)C21，C22，C23，CM連接形成頂部溫度控制主回路；水箱1 中的水溫傳感器8信號(hào)輸出端與第二調(diào)功器7信號(hào)輸入端連接形成頂部溫度控制副回路。[0017]本水冷卻系統(tǒng)的高效溫度調(diào)功安全方法的實(shí)施例是以電子加工流水線為應(yīng)用的一個(gè)應(yīng)用流水線。[0018]( 1)系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)[0019]本系統(tǒng)采用熱對(duì)流的熱量傳遞方式，熱對(duì)流是指液體或氣體中較熱部分和較冷部分之間通過(guò)循環(huán)流動(dòng)使溫度趨于均勻的過(guò)程。對(duì)流是液體和氣體中熱傳遞的特有方式。該溫度控制系統(tǒng)分成兩個(gè)單元頂部溫度控制單元和平均溫度控制單元，考慮腔體各點(diǎn)溫濕度的差異，采用多個(gè)溫度傳感器和濕度傳感器進(jìn)行溫度和濕度的測(cè)量，取其平均值作為腔體檢測(cè)溫度和濕度。[0020](2)系統(tǒng)溫度控制方案[0021]頂部溫度控制單元用于調(diào)功上水套頂壁溫度，水箱1安全保護(hù)，水箱1設(shè)上下限溫度保護(hù)控制。出現(xiàn)故障時(shí)，保護(hù)控制措施可避免水箱1中循環(huán)水沸騰或結(jié)凍，防止引起其他事故。[0022](3)溫度控制系統(tǒng)分析[0023]溫度控制系統(tǒng)由頂部溫度控制回路，根據(jù)熱工過(guò)程概念，回路中的水箱一循環(huán)泵一水套一腔內(nèi)溫度傳感器等設(shè)備及裝置構(gòu)成一典型的多容傳熱過(guò)程。溫度回路中水箱和水套等設(shè)備具有較大熱容，是典型的大慣性環(huán)節(jié)。因此，該系統(tǒng)溫度回路設(shè)計(jì)我們采用串級(jí)控制方式，串級(jí)控制方式由主回路和副回路構(gòu)成，其中副回路是克服水箱熱慣性的有效途徑，也間接改善了水套的熱慣性。串級(jí)控制方式可以提高溫度控制回路的動(dòng)態(tài)性能。對(duì)于頂部溫度控制回路，主回路的被控量為頂壁溫度，副回路的被控量為水箱1水溫；溫度回路中水箱一管道一循環(huán)泵一管道一水套的傳熱過(guò)程還存在純滯后環(huán)節(jié)。[0024]本實(shí)用新型采用連續(xù)加熱-分級(jí)制冷調(diào)功模式的串級(jí)溫度控制方法，其中，連續(xù)加熱在頂部溫度控制主回路中使用第一，二調(diào)功器6，7和電壓調(diào)整器5對(duì)水箱1中的加熱元件3按照電加熱熱源函數(shù)進(jìn)行連續(xù)加熱控制；分級(jí)制冷調(diào)功模式根據(jù)水溫設(shè)定值和輸出值利用算法分段函數(shù)通過(guò)第一，二調(diào)功器6，7和PLC控制器來(lái)控制第一至第四制冷機(jī) C21, C22, C23, C24 的開(kāi)啟。[0025]本實(shí)用新型對(duì)普通調(diào)功方法作了三方面的改進(jìn)，a.電加熱熱源函數(shù)是一個(gè)線性函數(shù)，制冷機(jī)冷源是一個(gè)階躍函數(shù)，則調(diào)功函數(shù)是這兩個(gè)函數(shù)的疊加后是一個(gè)連續(xù)函數(shù)，即任何一點(diǎn)都是可控的，可以很好的改善其控制精度，所以，本實(shí)用新型可以改善無(wú)級(jí)制冷困難。b.目前共有四臺(tái)制冷機(jī)，分別為第一制冷機(jī)C21，第二制冷機(jī)C22，第三制冷機(jī)C23，第四制冷機(jī)C24，根據(jù)設(shè)定值和輸出值，即一個(gè)算法，該算法來(lái)控制制冷機(jī)的開(kāi)啟，這樣可以減少能量對(duì)沖，從而節(jié)約電能。c.采用串級(jí)控制系統(tǒng)以及Smith補(bǔ)償可以減少系統(tǒng)的擾動(dòng)和延時(shí)，通過(guò)上述改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)制冷和節(jié)約電能的功能，高效溫度調(diào)功安全方案經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行，取得良好的效果。[0026]溫度控制采用連續(xù)加熱-分級(jí)制冷調(diào)功模式的串級(jí)溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。連續(xù)加熱-分級(jí)制冷調(diào)功模式主要體現(xiàn)克服無(wú)級(jí)制冷困難和節(jié)約電能；串級(jí)溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要克服大熱容多容被控對(duì)象的容積滯后現(xiàn)象，本連續(xù)加熱-分級(jí)制冷調(diào)功模式的調(diào)功控制曲線見(jiàn)圖2。[0027]熱源由電壓調(diào)整器及加熱元件產(chǎn)生；冷源由制冷機(jī)產(chǎn)生，通過(guò)熱對(duì)流的方式進(jìn)行熱量傳遞，熱對(duì)流是指液體或氣體中較熱部分和較冷部分之間通過(guò)循環(huán)流動(dòng)使溫度趨于均勻的過(guò)程。對(duì)流是液體和氣體中熱傳遞的特有方式。熱源與冷源在水箱中融合產(chǎn)生濕度的水溫。溫度上限時(shí)加熱元件功率最大，僅有一臺(tái)制冷機(jī)工作；溫度下限時(shí)對(duì)加熱元件功率最小，所有制冷機(jī)全部工作。水箱的水經(jīng)循環(huán)泵送至下水套并通過(guò)對(duì)流熱傳遞給腔體空氣，熱源調(diào)功以平均溫度控制回路為例來(lái)說(shuō)明，橫坐標(biāo)為平均溫度副回路調(diào)功器的輸出為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)0%_100%，縱坐標(biāo)為熱源熱流量輸出為_(kāi)100%-+100%。[0028]當(dāng)輸出為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)介于50%_100%時(shí)，冷源在25%，即僅有第一制冷機(jī)C21開(kāi)啟，電加熱熱源在20%-80%，與冷源合成0%-+100%的熱流量；[0029]當(dāng)輸出為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)介于37. 5%_50%時(shí)，冷源仍在25%，即僅有第一制冷機(jī)C21開(kāi)啟， 電加熱熱源在0%-20%，與冷源合成-25%-0%的熱流量；[0030]當(dāng)輸出為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)介于25%_37. 5%時(shí)，冷源仍在50%，即有第一，二制冷機(jī)C21，C22 開(kāi)啟，電加熱熱源仍在0%-20%，與冷源合成-25%-50%的熱流量；[0031]當(dāng)輸出為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)介于12. 5%-25%時(shí)，冷源在75%，即有第一，二，三制冷機(jī)C21， C22，C23開(kāi)啟，電加熱熱源仍在0%-20%，與冷源合成_50%_75%的熱流量；[0032]當(dāng)輸出為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)介于0%-12. 5%時(shí)，冷源在100%，即有第一至第四制冷機(jī)C21， C22，C23，C24開(kāi)啟，電加熱熱源仍在0%_20%，與冷源合成_75%_100%的熱流量。[0033]其對(duì)應(yīng)的分段函數(shù)如下[0034]令X為輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，Ze, y為熱流量 t e [-100, 100], JZ1為制冷機(jī)冷源，>'2為電加熱熱源，Xl為熱源的輸入信號(hào)，則
權(quán)利要求1. 一種微電子加工流水線冷卻水的節(jié)能型溫度調(diào)功系統(tǒng)，包括頂部溫度控制單元和平均溫度控制單元，其特征在于所述頂部溫度控制單元主要由水箱(1)、電壓調(diào)整器(5)及加熱元件(3)、制冷機(jī)、蒸發(fā)器(4)、調(diào)功器、水溫傳感器(8)、循環(huán)泵(9)及平衡閥(11)、PLC 控制器、上水套(2)和頂壁溫度傳感器(10)組成，水箱(1)內(nèi)設(shè)有與電壓調(diào)整器(5)相連的加熱元件(3)、與制冷機(jī)連接的蒸發(fā)器(4)、水溫傳感器(8)，水箱(1)出水口經(jīng)循環(huán)泵(9)和上水套(2)中的平衡閥(11)與水箱(1)回水口連接，上水套(2)中的頂壁溫度傳感器(10) 經(jīng)頂部溫度控制單元中的第一，二調(diào)功器(6，7)與電壓調(diào)整器(5)連接，第一調(diào)功器(6)信號(hào)輸入端還與頂部溫度設(shè)定器(12)連接，并且第二調(diào)功器(7)輸出端經(jīng)PLC控制器與第一至第四制冷機(jī)(C21，C22，C23，C24)連接形成頂部溫度控制主回路；水箱(1)中的水溫傳感器(8)信號(hào)輸出端與第二調(diào)功器(7)信號(hào)輸入端連接形成頂部溫度控制副回路。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種微電子加工流水線冷卻水的節(jié)能型溫度調(diào)功系統(tǒng)，包括頂部溫度控制單元和平均溫度控制單元，頂部溫度控制單元由水箱、電壓調(diào)整器及加熱元件、制冷機(jī)、蒸發(fā)器、調(diào)功器、水溫傳感器、循環(huán)泵及平衡閥、PLC控制器、上水套和頂壁溫度傳感器組成，采用連續(xù)加熱-分級(jí)制冷調(diào)功模式的串級(jí)溫度控制方式，頂部溫度控制主回路中使用第一，二調(diào)功器和電壓調(diào)整器對(duì)水箱中的加熱元件按照電加熱熱源函數(shù)進(jìn)行連續(xù)加熱控制；根據(jù)水溫設(shè)定值和輸出值，利用算法分段函數(shù)由第一，二調(diào)功器和PLC控制器來(lái)控制第一至第四制冷機(jī)的啟閉。本實(shí)用新型用于微電子流水線，實(shí)現(xiàn)冷卻水的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)和系統(tǒng)節(jié)能。
文檔編號(hào)G05D23/30GK202306360SQ20112038681
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月12日
發(fā)明者何建忠, 衛(wèi)丹華, 周霞, 曹超, 李莉華, 馬思思 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)