CN101154097A - 静电实时监控系统及其数据采集和分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种静电实时监控系统的数据采集和分析方法及系统，监测主机对其所连接的多个静电实时监测装置进行轮询通讯，在与各个静电实时监测装置的通讯中还包括如下步骤：数据采集，监测主机采集多个与其相连的静电实时监测装置的数据；数据存储，监测主机将采集到的数据存入硬盘；数据分析，监测主机对上述数据进行监控、分析；将上述数据在监测主机屏幕上按设定的格式显示；根据预设的、可调节的报警条件产生报警信号，并将报警信号送到多个接收装置。实施本发明方法和系统，对静电实时监控数据可以系统地进行记录和分析、可以对报警条件进行方便的设置并进行SPC监控，也可以设置多种可选的数据显示格式；当被监测的静电参数变化触发报警时，报警信号可送到多个接收装置。

Description

静电实时监控系统及其数据采集和分析方法

技术领域

本发明涉及系统及其数据采集和分析方法，更具体地说，涉及一种静电实时监控系统及其数据采集和分析方法。

背景技术

目前，对生产环境的静电控制，只能使用独立的离子风机和静电(ESD)监测仪，对单个工位进行平衡电压或设备、人体对地电阻的测量和控制。由监测仪预设的报警条件对监控参数进行实时监测和单一方式的报警。报警只在现场被感知，报警原因和事后处理记录依赖于测试人的个体行为。独立的离子风机和ESD监测仪没有或只有很少量数据的记录功能，监测的参数种类较少，若要同时对多种ESD参数，例如离子风机平衡电压，人体、设备接地，电磁干扰和瞬态电流进行监控则要使用多种监测仪，难以收集数据。报警原因和事后处理没有系统性的记录和分析，不利于总结和分析，也没有追溯性。独立的监测仪只能监测参数的实时变化，判断是否超标，报警只有一种级别，而不能进行更加科学的SPC(统计过程控制)监控，不能对报警条件进行方便的设置和和多级别报警。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述没有系统性的记录和分析、不能对报警条件进行方便的设置、不能进行SPC监控、也没有多种可选的显示格式的缺陷，提供一种有系统性的记录和分析、能发现参数变化的趋势、可以对报警条件进行方便的设置、能进行SPC监控、有多种可选的数据显示格式，当被监测的静电参数变化触发报警时，报警信号可送到多个接收装置的静电实时监控系统及其数据采集和分析方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种静电实时监控系统的数据采集和分析方法，监测主机对其所连接的多个静电实时监测装置进行轮询通讯，还包括如下步骤：

(a)数据采集，监测主机采集多个与其相连的静电实时监测装置的数据；

(b)数据存储，监测主机将采集到的数据再存入硬盘；

(c)数据分析，监测主机对上述数据进行监控、分析；将上述数据在监测主机屏幕上按设定的格式显示；根据预设的、可调节的报警条件产生报警信号，并将报警信号送到多个接收装置。

在本发明所述的静电实时监控系统的数据采集和分析方法中，所述数据采集步骤进一步包括：

(a1)初始化通讯接口；

(a2)调入监测主机连接的静电实时监测装置地址，判断该静电实时监测装置状态是否正常，如否，调入下一个监测主机连接的静电实时监测装置地址，再判断；如是，进行下一步；

(a3)调入数据采集频率，判断是否需要更新数据，如否，返回(a2)；如是，进行下一步；

(a4)发送报警状态信号，要求静电实时监测装置上传数据；

(a5)验证上传的数据是否正确，若正确存入临时数据链表，若不正确，将数据加上错误标记后存入临时数据链表；

(a6)读全局采集标志及用户是否中止采集，判断是否完成数据采集，若否，返回(a2)；如是，执行下一步；

(a7)关闭通讯接口。

在本发明所述的静电实时监控系统的数据采集和分析方法中，所述数据存储进一步包括如下步骤：

(b1)创建或打开数据文件；

(b2)检查数据链表是否有新数据，如无，则重复本步；如有，则执行下一步；

(b3)检查所述链表长度是否达到阀值，如无，返回上一步，如有，执行下一步；

(b4)从链表转移数据到硬盘；

(b5)判断链表长度是否等于显示长度，如不等于，返回上一步，如等于，执行下一步；

(b6)判断存储是否结束，如否，返回(b2)，如是，执行下一步；

(b7)判断所述链表长度是否大于零，如是，返回(b4)，如否结束数据存储。

在本发明所述的静电实时监控系统的数据采集和分析方法中，在步骤(c)中，所述数据在监测主机屏幕上显示格式包括全局视图、单机视图和列表视图格式。

在本发明所述的静电实时监控系统的数据采集和分析方法中，在步骤(c)中，所述预设的、可调节的报警条件包括单次报警、连续报警和SPC报警条件。

在本发明所述的静电实时监控系统的数据采集和分析方法中，所述单次报警条件是单点数据超出预定数值且单点数据超出预定数值的次数未超过预设值；所述连续报警条件是单点数据超出预定数值且单点数据超出预定数值的次数超过预设值；所述SPC报警条件是采集到的数据符合预先设定的SPC条件中的任意一个。

在本发明所述的静电实时监控系统的数据采集和分析方法中，所述监测主机在采集的数据满足单次报警、连续报警和SPC报警条件后分别产生单次报警、连续报警和SPC报警信号。

在本发明所述的静电实时监控系统的数据采集和分析方法中，所述报警信号产生后分别送到监测主机、触发报警的静电实时监测装置和与监测主机联网的电脑上。

在本发明所述的静电实时监控系统的数据采集和分析方法中，所述连续报警信号及SPC报警信号被产生后的解除条件是触发报警的采集的数据已恢复正常及人工输入授权密码并记录发生原因。

在本发明所述的静电实时监控系统的数据采集和分析方法中，所述数据包括离子风机平衡电压、设备接地、人体接地、电磁干扰和瞬态电流。

本发明还公开了一种使用上述数据采集和分析方法的静电实时监测系统，包括监测主机、安装在主机上的数据采集卡及多路数据采集通道，所述每个数据采集通道包括通过总线连接的多个静电实时监测装置；所述监测主机通过数据采集卡上的多个端口与所述多路数据采集通道相连，所述多个静电实时监测装置采集其监测的静电数据，通过所述数据采集通道传送到监测主机，监测主机保存采集的数据，将数据通过设定格式在其屏幕上显示；根据预设的报警条件，产生报警信号并送到本机、触发报警的静电实时监测装置和与监测主机联网的电脑上。

在本发明所述的静电实时监测系统中，所述多个静电实时监测装置连接到所述数据通道的总线是RS-485。

在本发明所述的静电实时监测系统中，所述安装在主机上的数据采集卡是RS-232转RS-422/485数据采集卡。

实施本发明的静电实时监控系统及其数据采集和分析方法，具有以下有益效果：由于上述监控系统的数据是从多个静电实时监测装置实时监测并存入监测主机硬盘，并在监测主机进行处理分析，所以上述数据可以系统地进行记录和分析，可以对报警条件进行方便的设置并进行SPC监控，也可以设置多种可选的数据显示格式；当被监测的静电参数变化触发报警时，报警信号可送到多个接收装置。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明静电实时监控系统的数据采集和分析方法的实施例程序流程图；

图2是本发明静电实时监控系统的数据采集和分析方法实施例的中的数据采集步骤的进一步流程图；

图3是本发明静电实时监控系统的数据采集和分析方法实施例的中的数据存储步骤的进一步流程图；

图4是本发明静电实时监控系统的数据采集和分析方法实施例的中的报警信号产生流程图；

图5是本发明静电实时监控系统的数据采集和分析方法实施例的中的报警解除验证和记录流程图；

图6是本发明中静电实时监控系统实施例的结构图；

图7是本发明中静电实时监控系统实施例的报警逻辑图；

图8是本发明中静电实时监控系统实施例的离子风机平衡电压数据分布图；

图9是本发明中静电实时监控系统实施例中数据分析时的单机视图；

图10是本发明中静电实时监控系统实施例的离子风机平衡电压SPC均值-极差控制图。

具体实施方式

如图1所示，在本发明的静电实时监控系统的数据采集和分析方法的实施例实施例中，监测主机对连接在所述监测主机上的多个静电实时监测装置的轮询通讯，所述监测主机对每个静电实时监测装置的通讯中还包括如下(a)、(b)、(c)三个步骤，其中，(a)将数据由多个连接在监测主机的静电实时检测装置上收集到监测主机，每个静电实时检测装置所收集的数据包括：离子风机平衡电压、设备接地、人体接地、电磁干扰和瞬态电流。上述数据由多个静电实时检测装置装置收集后，存入监测主机的临时链表中，等候下一步处理；在静电实时检测装置上传数据到监测主机时，监测主机也将上一次收集回来的数据的判断结果下传给各个静电实时检测装置；(b)为将已存入监测主机的临时链表中的上述数据转存到监测主机的硬盘中，实现数据的长期保存；(c)分析已保存在硬盘的数据或已保存在临时链表中的数据，将上述数据在监测主机屏幕上按设定的全局视图格式、单机视图格式或/和列表视图格式显示，并结合事先预订或监测主机根据以往数据计算而得的阀值，判断是否报警。

如图2所示，在本实施例中，数据采集步骤进一步包括以下步骤：(a1)初始化通讯接口；(a2)调入静电实时监测装置地址，判断连接的静电实时监测装置是否正常，如否，调入下一个静电实时监测装置地址，再判断；如是，进行下一步；(a3)调入数据采集频率，判断是否需要更新数据，如否，返回(a2)；如是，进行下一步；(a4)发送报警状态信号，要求静电实时监测装置上传数据；(a5)验证上传的数据是否正确，若正确存入临时数据链表，若不正确，将数据加上错误标记后存入临时数据链表；(a6)读全局采集标志及用户是否中止采集，，判断是否完成数据采集，若否，返回(a2)；如是，执行下一步；(a7)关闭通讯接口。在上述过程中，通讯端口在即将开始采集数据时按照硬件/数据链路层协议被配置，然后开始等待监测主机的数据采集命令。当接收到采集命令后，按照传输层/会话层协议和静电实时检测装置进行握手通讯，先向指定地址的静电实时检测装置发送上次数据分析后的报警状态和数据校验码，然后等待静电实时检测装置验证数据和上传最新采集到的数据和验证码。数据接收完毕后进行数据正确性校验，确认无误后按照预定的数据格式将原始数据还原成各种ESD参数，加入时间参数后，以链表方式临时储存。过程中若遇到数据接收或者校验出错则认为监测主机和静电实时检测装置通讯出现问题或者静电实时检测装置状态不正常，添加通讯错误标志到数据链表中。在数据采集按使用者要求全部停止后，监测主机将关闭对应的端口。

如图3所示，在本实施例中，数据存储步骤进一步包括以下步骤：(b1)创建或打开数据文件；(b2)检查数据链表是否有新数据，如无，则重复本步；如有，则执行下一步；(b3)检查所述链表长度是否达到阀值，如无，返回上一步，如有，执行下一步；(b4)从链表转移数据到硬盘；(b5)判断链表长度是否等于显示长度，如不等于，返回上一步，如等于，执行下一步；(b6)判断存储是否结束，如否，返回(b2)，如是，执行下一步；(b7)判断所述链表长度是否大于零，如是，返回(b4)，如否结束数据存储。在上述的数据采集过程中采集的、临时储存在链表中的数据以明文方式保存至计算机硬盘中，当然，也可以是其他通用数据记录设备。因为采集的数据在时间上是离散的，为了提高数据保存的效率，要等待链表长度超过指定的阀值时监测主机才会开始数据保存工作。保存完的数据将从链表中删除。因数据显示和分析需要调用链表中的数据，所以数据保存仅将超出分析和显示范围的旧数据保存和删除。当前显示的未保存数据在软件停止采集后再一次性全部转储到硬盘。链表长度阀值和数据显示长度可根据计算机内存大小，静电实时检测装置的数量等调整和优化。每台静电实时检测装置的数据分别保存到一个独立文件中。

在本实施例的数据分析步骤中，通过对数据进行各种方式的计算和检查，提供多种报警的综合信号。报警信号的产生及类别见图4，各种报警详细解释如下：用实时数据判断ESD环境，提供声光“预警”和“报警”两种级别的报警。在前述的实时监视数据中，如果发现ESD参数落在预警区域，ESD参数颜色为黄色；如果ESD参数落在报警区域，ESD参数颜色为红色，同时发出清晰的报警声音，提示相关人员采取相应措施；根据实时报警时间长短，提供单点和持续方式报警。对于报警级别的参数，如果只是偶然出现几次(EMI例外)，监测主机认为是由意外引起的误报警，作出单点报警提示。单点报警会随着ESD参数的回复正常自动解除。如果连续报警持续超过规定的时间或数据点数，会被认为是环境出现了变化而触发持续方式报警，即使ESD参数已回复正常，持续报警也不会被自动解除，需要由授权人员输入经过调查的报警原因和所采取的措施后才能解除，如图5。对于例外的EMI，因为EMI都是瞬时出现的，当捕捉到一个报警即会触发报警锁定持续报警方式，可以理解为EMI的持续报警触发限制点数为1点。根据SPC的8种判异准则，提供SPC报警；所述SPC的8种判异准则是：1个点超出3sigma控制限；连续9点在中心线同一侧；6点连续上升或下降；连续14点间断上升或下降；连续3个点中有2个点超出2sigma线(中心线同一侧)；连续5个点中有4个点超出1sigma线(中心线同一侧)；连续15个点在±1sigma线内；连续8个点超出±1sigma线。统计生产控制能够根据一段时间内对参数的统计结果进行较高级别的分析，发现ESD参数变化的趋势。统计控制依据前一段时间的数据，分别计算出上下控制限，并将其定义为报警限。然后根据8种报警条件对新的SPC数据点进行监控。

如图6所示，METI为静电实时监测装置，其中，METI1是第一个静电实时监测装置，METI2是第2个静电实时监测装置，METI128是第128个静电实时监测装置。在本发明公开的静电实时监测系统的实施例中，在所述监测主机上安装有一RS232转RS422/485数据采集卡，该数据采集卡安装在监测主机的PCI插槽上，将主机上的串行通讯口由RS-232转为四个RS422/485端口，并完成数据采集的功能；每个RS422/485端口连接有三十二个静电实时监测装置，这些静电实时监测装置通过RS-485总线互连并与数据采集卡上的RS422/485相连。这样，在本实施例中，所述监测主机共连接了128个静电实时监测装置，监测主机通过轮询与这些静电实时监测装置通讯，并获取数据。每台静电实时监测装置由监测主机单独配置，因此可以兼容多种硬件版本。

在本实施例中，将前述数据采集和处理方法应用于一个名为“Kedas”的软件中，该软件采用多线程并行处理技术，有效地完成数据采集、储存、显示、监控等多个任务。在将采集的数据存储、分析后，系统可输出报警信号，产生的报警信号可以送到静电实时监测装置、监测主机和局域网内安装了KEDAS代理的电脑上，图7示出静电实时监控系统数据报警逻辑图。以上各种级别及方式的报警不仅在主机上产生报警信号，还可以通过KEDAS总线发送到静电实时监测装置，使现场人员接收到报警信号，采取措施；同时也可以通过局域网向多个KEDAS代理发送全局的报警状态，所有报警的静电实时监测装置在远程电脑上可以清楚看到。同时，在本实施例中，系统还具有报表功能，报表分为单机报表和定期全局报表两种：单机报表在KEDAS软件中实现，主要对单台静电实时监测装置进行各种统计分析和作图，包括时间序列图，直方图，箱图。无论系统是否正在采集，都可以分析任意长度时间的数据，箱图还可以分析多个静电实时监测装置或者时间段的数据。图8示出了离子风机平衡电压数据直方图；定期全局报表由另一个专用报表软件完成，调用已保存至硬盘文件中的数据，进行分析和填写Microsoft Office Excel表格模板。包括综合分析，平衡电压分析，报警行动分析，失控分析等。

在监测主机上，数据采集回来并放入临时链表后，将被用来进行实时分析和显示。多种显示视图被安排和调用。视图分如下几种：全局视图，在一张视图中把所有静电实时监测装置的当前ESD环境状态、报警状态和通讯状态显示出来，静电实时监测装置按照区域、生产线和地址分级按顺序排列，对应的工位编号，静电实时监测装置编号用文字显示，ESD环境和通讯状态用不同颜色显示，十分清晰；单机视图，如图9，在一张视图中把单一静电实时监测装置的各种ESD环境参数以时间顺序用曲线画出，同时用信号灯的形式显示报警状态和持续报警次数。其中，每种ESD环境参数用一个单独的小图表表示，包括人体静电、接地、电磁干扰、离子风机平衡电压和瞬态电流，对平衡电压和瞬态电流依据定义好的两种报警门限画出控制线，落在不同区域的数据以不同的颜色和数据点形状显示，对应的报警信号灯同时改变颜色和计数；列表视图，用表格和数据的形式把全部静电实时监测装置的内容清晰显示，包括静电实时监测装置所在区域、生产线、工位、对应离子风机号、地址、各种ESD环境参数的状态，和最新的数据采集时间。在单机监视视图中，当发现某一台静电实时监测装置工作不正常时，可以即时停止其数据采集，等待故障排除后可以继续工作。达到有效控制和减少虚假报警的目的。

另外，上述的SPC报警也在图表中显示，图10就示出了离子风机平衡电压监控的SPC均值-极差控制图。

Claims (10)

1.一种静电实时监控系统的数据采集和分析方法，监测主机对其所连接的多个静电实时监测装置进行轮询通讯，其特征在于，还包括如下步骤：

(a)数据采集，监测主机采集多个与其相连的静电实时监测装置的数据；

(b)数据存储，监测主机将采集到的数据再存入硬盘；

(c)数据分析，监测主机对上述数据进行监控、分析；将上述数据在监测主机屏幕上按设定的格式显示；根据预设的、可调节的报警条件产生报警信号，并将报警信号送到多个接收装置。

2.根据权利要求1所述的数据采集和分析方法，其特征在于，所述数据采集步骤进一步包括：

(a1)初始化通讯接口；

(a2)调入监测主机连接的静电实时监测装置地址，判断该静电实时监测装置状态是否正常，如否，调入下一个监测主机连接的静电实时监测装置地址，再判断；如是，进行下一步；

(a3)调入数据采集频率，判断是否需要更新数据，如否，返回(a2)；如是，进行下一步；

(a4)发送报警状态信号，要求静电实时监测装置上传数据；

(a5)验证上传的数据是否正确，若正确存入临时数据链表，若不正确，将数据加上错误标记后存入临时数据链表；

(a6)读全局采集标志及用户是否中止采集，判断是否完成数据采集，若否，返回(a2)；如是，执行下一步；

(a7)关闭通讯接口。

3.根据权利要求2所述的数据采集和分析方法，其特征在于，所述数据存储进一步包括如下步骤：

(b1)创建或打开数据文件；

(b2)检查数据链表是否有新数据，如无，则重复本步；如有，则执行下一步；

(b3)检查所述链表长度是否达到阀值，如无，返回上一步，如有，执行下一步；

(b4)从链表转移数据到硬盘；

(b5)判断链表长度是否等于显示长度，如不等于，返回上一步，如等于，执行下一步；

(b6)判断存储是否结束，如否，返回(b2)，如是，执行下一步；

(b7)判断所述链表长度是否大于零，如是，返回(b4)，如否结束数据存储。

4.根据权利要求3所述的数据采集和分析方法，其特征在于，在步骤(c)中，所述数据在监测主机屏幕上显示格式包括全局视图、单机视图和列表视图格式。

5.根据权利要求4所述的数据采集和分析方法，其特征在于，在步骤(c)中，所述预设的、可调节的报警条件包括单次报警、连续报警和SPC报警条件；所述单次报警条件是单点数据超出预定数值且单点数据超出预定数值的次数未超过预设值；所述连续报警条件是单点数据超出预定数值且单点数据超出预定数值的次数超过预设值；所述SPC报警条件是采集到的数据符合预先设定的SPC条件中的任意一个；所述监测主机在采集的数据满足单次报警、连续报警和SPC报警条件后分别产生单次报警、连续报警和SPC报警信号；所述报警信号产生后分别送到监测主机、触发报警的静电实时监测装置和与监测主机联网的电脑上。

6.根据权利要求5所述的数据采集和分析方法，其特征在于，所述连续报警信号及SPC报警信号被产生后的解除条件是触发报警的采集的数据已恢复正常及人工输入授权密码并记录发生原因。

7.根据权利要求1-6任一项所述的数据采集和分析方法，其特征在于，所述数据包括离子风机平衡电压、设备接地、人体接地、电磁干扰和瞬态电流。

8.一种使用权利要求1所述方法的静电实时监测系统，其特征在于，包括监测主机、安装在主机上的数据采集卡及多路数据采集通道，所述每个数据采集通道包括通过总线连接的多个静电实时监测装置；所述监测主机通过数据采集卡上的多个端口与所述多路数据采集通道相连，所述多个静电实时监测装置采集其监测的静电数据，通过所述数据采集通道传送到监测主机，监测主机保存采集的数据，将数据通过设定格式在其屏幕上显示；根据预设的报警条件，产生报警信号并送到本机、触发报警的静电实时监测装置和与监测主机联网的电脑上。

9.根据权利要求8所述的静电实时监测系统，其特征在于，所述多个静电实时监测装置连接到所述数据通道的总线是RS-485。

10.根据权利要求8所述的静电实时监测系统，其特征在于，所述安装在主机上的数据采集卡是RS-232转RS-422/485数据采集卡。

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