CN101158851A - 控制系统和用于控制系统的接口 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可位于服务器与洁净室的至少一个操作系统之间的接口。该接口具有：存储器，该存储器被配置为存储来自从服务器发送到至少一个操作系统的控制信号的控制设定的副本；以及处理器，该处理器被配置在满足预定条件的情况下基于所存储的控制设定的副本将控制信号发送到至少一个操作系统。

Description

控制系统和用于控制系统的接口

技术领域

本发明涉及控制系统和用于控制系统的接口，并且具体而不排他地涉及涉及用于洁净室或者洁净区的服务器和至少一个操作系统之间的控制系统和用于控制系统的接口。

背景技术

在某些制造过程中，希望降低空气污染的水平。例如，在半导体制造或者实验室中，经常使用“洁净室”，其中空气污染的水平低于严格标准。例如，美国联邦总务署所制定的联邦标准209E和国际标准化组织所制定的ISO 14644-1/2建立了用于洁净室和洁净区中的空气悬浮颗粒水平的空气洁净度标准等级。

图1中示出了现有技术的洁净室100的一个示例。基本密封的内室102被提供有来自安装在天花板105之上或者之中的一系列风扇过滤单元(“FFU”)的洁净空气。每个FFU 104接收来自空气供给系统106的空气。该过滤器例如可以是高效微粒空气(HEPA)过滤器和/或超高空气效(ULPA)过滤器。通过过滤器进入内室的气流是由风扇控制的。风扇优选地生成通过过滤器的层流。风扇可以由变速AC或DC电机来驱动。

FFU 104通常操作用于在内室102中产生比外室108和空气供给系统106的压力更高的压力。该过压防止来自外室108或者来自外部空气供给系统106中的任何“不洁”空气或者污染物渗入内室102。压力差越大，则污染几率越低。

给定的FFU 104可能会产生低于预期的气流，这有许多种原因。最常见的原因是过滤器被阻塞。无论是什么原因，如果所需气流未被生成，洁净室中的压力就有可能降低。这意味着更高的污染几率。

另外，在存在大量FFU的装置中，装置的一个区域中的情况可能与另一个区域中的情况不同。例如，一个区域可能受到烟气或者其他大气污染物的输出。在这种情况下，该特定区域可能需要FFU被非常快速地关闭以使烟气的散布最小化。

图2A中示出了现有技术的洁净室控制系统200的一个示例。每个FFU 104经由网络206和与之相关的协议转换器/网关208连接到服务器210。服务器210然后可以经由网络214连接到一个或者多个客户端终端212。FFU 104可被分组布置，其中每个组中有两个或者更多的FFU。每个组都具有网关208。如果用于相关组中的FFU的指令具有不适于这些FFU的格式或者协议，则可能需要在网关208中进行协议转换。

可以使用客户端终端和加载在服务器上的软件来对室中的总压力进行设置和/或监视。如果需要，软件可以允许对单独FFU的速度进行设置，并且传感器所检测到的实际速度可以能够被记录。软件通过网络相应地控制每个FFU，以提供期望的性能。

但是，在网络或者硬件发生故障的情况下，将失去对FFU的控制。唯一的备选方案是将单独的手动控制器连接到每个FFU，这可能会非常耗时，并且可能产生污染。另外，单独FFU或者一组FFU的紧急定位控制是不可能的。这也适用于洁净室的其他操作系统，这些操作系统包括但不限于：空气吹淋室、建筑管理系统、照明系统、警报系统、安全系统、温度控制系统，以及气流控制系统。

发明内容

一般而言，本发明在第一方面提出在洁净室控制系统中每个网关是本地存储控制设定的接口，这些控制设定被与中央服务器同步。这可具有以下优点，即接口可以根据本地存储的设定来操作每个操作系统。

在第二独立方面中，在洁净室控制系统中每个接口可具有控制面板，该控制面板实现对操作系统的本地控制。这可具有以下优点，即接口可以根据本地用户设定来操作每个操作系统。

在第一示例性方面中，提供了一种位于服务器与洁净室的至少一个操作系统之间的接口，该接口包括：

存储器，该存储器被配置为存储来自从服务器发送到至少一个操作系统的控制信号的控制设定的副本；以及

处理器，该处理器被配置为在满足预定条件的情况下基于所存储的控制设定的副本将控制信号发送到至少一个操作系统。

接口还可以包括：用户接口，该用户接口被配置为接收用户设定；以及处理器，该处理器被配置为基于所存储的控制设定的副本和用户设定中的至少一种将控制信号发送到至少一个操作系统。至少一个操作系统可以是从以下组中选出的至少一种，所述组由多个风扇过滤单元、空气吹淋系统、建筑管理系统、照明系统、警报系统、安全系统、温度控制系统和气流控制系统组成。用户设定可以用于单个风扇单元、较少的多个风扇过滤单元、一组风扇过滤单元和多组风扇过滤单元中的一种。

根据第二示例性方面，提供了一种位于服务器与洁净室或者洁净区的至少一个操作系统之间的接口，该接口包括：

用户接口，该用户接口被配置为接收用户设定；

存储器，该存储器被配置为存储可从服务器接收到的控制设定；以及

处理器，该处理器被配置为在满足预定条件的情况下基于所存储的控制设定和用户设定中的至少一种将控制信号发送到至少一个操作系统。

对于这两个方面，至少一个操作系统可以是多个风扇过滤单元、空气吹淋系统、建筑管理系统、照明系统、警报系统、安全系统、温度控制系统和气流控制系统中的至少一种。用户设定可以用于单个风扇单元、较少的多个风扇过滤单元、一组风扇过滤单元和多组风扇过滤单元中的至少一种。多个风扇过滤单元可被以从作为单个风扇过滤单元、一组风扇过滤单元和多组风扇过滤单元中选出的方式布置。

预定条件可以与服务器与接口之间的通信故障有关，或者与接口的本地控制被使能有关。

控制信号可被配置为以第一协议操作，并且其中处理器可被进一步配置为将来自服务器的控制信号转换为具有第二协议的控制信号。接口还可以包括端口，该端口被配置为接收协议转换器，并且其中协议转换器用于将第一协议转换为第二协议。

用户接口可以包括触摸屏。存储器可被连接到处理器。

根据第三示例性方面，提供了一种用于至少一种操作系统的控制系统，该控制系统包括至少一个如上所述的接口。

可以存在多个接口。多个接口可以位于服务器与至少一个操作系统之间。至少一个操作系统通过操作系统网络可操作地连接到多个接口。每个接口还可以包括第一网络接口和第二网络接口，所述第一网络接口用于接收控制信号和控制设定，所述第二网络接口可连接到操作系统网络。所存储的控制信号的副本可以是最后接收到的控制信号的副本。用户设定可以覆盖(override)控制设定。至少一个操作系统可以是多个风扇过滤单元、空气吹淋系统、建筑管理系统、照明系统、警报系统、安全系统、温度控制系统和气流控制系统中的至少一种。

对于所有方面，用户设定可以用于多个风扇过滤单元、空气吹淋系统、建筑管理系统、照明系统、警报系统、安全系统、温度控制系统和气流控制系统中的至少一种。

附图说明

为了使本发明可被充分地理解和容易地实现，现在仅通过非限制性示例来描述本发明的优选实施例，同时描述参考了所附附图。

在附图中：

图1是现有技术的洁净室的示意图；

图2A是现有技术的控制系统的框图；

图2B是FFU电机速度控制器的一个示例性实施例的框图；

图3是根据一个示例性实施例的控制系统的框图；

图4是图3中的接口的框图；

图5是图4的接口的操作的流程图；并且

图6是根据另一个示例性实施例的控制系统的框图。

附图标号列表：

100  现有技术的系统      102  内室

104  FFU                 105  天花板

106  空气供给系统        108  外室

200  现有技术的控制系统  203  主电机(master motor)控制器

204  FFU组               206  FFU网络

208  网关                210  服务器

212  客户端终端          214  服务器网络

300  控制系统            304  FFU

306  FFU网络             308  接口

310  服务器              312  客户端终端

314  服务器网络          316  控制面板

400  处理器              402  LCD触摸面板

404  存储器              406  服务器网络接口

408  FFU网络接           410  PCC槽

412  PCC                 414  电源

500  操作方法            502  通信测试步骤

504  同步步骤            506  本地控制测试步骤

508  转换步骤            510  本地控制步骤

512  本地设置步骤        514  逆向同步步骤

606  网络                610  服务器

612  客户端终端          614  服务器网络

616  控制面板            618  空气吹淋系统

620  建筑管理系统        622  照明系统

624  警报系统            626  安全系统

628  温度控制系统        630  气流系统

632  其他系统

具体实施方式

图2B和3示出根据示例性实施例的洁净室的控制系统300。每个FFU或者成组的FFU 204、304经由FFU网络306连接到与之相关的控制接  308。每个接口308可以用于单个FFU、单组FFU、多个FFU或者多组FFU。每个接口308连接到服务器310。服务器310可以经由网络314连接到一个或者多个客户端终端312。每个接口308可具有与之相关的控制面板316。

如图2B所示，为每个FFU、单组FFU或者多组FFU提供主电机控制器203。用于每个FFU的电机控制器可具有经由传感器的开环或者闭环控制(未示出)，可以基于预期电机速度、预期气流或者预期压力进行控制，并且可以与应用于电机绕组(例如：用于DC电极)的可变电压一样简单或者可以是更加复杂的可变频率驱动器(用于感应或者PMAC驱动)。

参考图4，控制面板316被更详细地示出。处理器400连接到触摸面板402，该触摸面板402可以是任何合适形式的，例如LCD触摸面板。处理器400还连接到存储器404。第一网络接口406接收来自服务器网络314和/或其他接口的数据。第二网络接口408连接到FFU网络306。端口410用于连接可互换协议转换器412(根据FFU网络的协议，不同的转换器连接到该端口)。两个网络接口连接到处理器400并且连接到协议转换器412。协议转换卡(protocol compliance card)412执行所有必要的协议转换，使得FFU 304可以按接收到的指令起作用。通过设有协议转换卡槽410和一定范围的协议转换卡，这一个控制面板可以用于很大范围的FFU和服务器310，并且将不需要用于不同FFU 304/服务器310的单独控制面板。如果服务器310的操作系统被改变，则为维持系统有效只需改变每个接口308的协议转换卡412。外部连接(未示出)包括连接到服务器的以太网连接、用于连接到FFU组的RS485端口，以及电源连接。诸如不中断电源的电源414可被提供，以向控制面板提供电力。

接口308的操作在图5中被更详细地示出。在正常服务器控制模式下，FFU 304受服务器310控制。在接口308处，检查与服务器310进行的通信，以确定服务器310是否被连接并正确工作(通信测试步骤502)。如果服务器310被连接，则来自服务器310的控制设定的同步副本被周期性地存储在接口存储器404中(同步步骤504)。接口存储器404包括一寄存器，该寄存器存储本地控制是否被从LCD触摸面板402使能(本地控制测试步骤506)。在正常服务器控制模式(如果服务器310被连接并且本地控制未被使能)下，协议转换器412将控制信号从服务器网络协议(例如：TCP/IP)转换为用于FFU网络306的合适协议(例如：RS485或者LONWORKS)(转换步骤508)。

如果与服务器310的通信因任何原因而被丢失，或者如果本地控制被使能，则本地控制立即开始。处理器400根据存储在接口存储器404中的设定而生成用于操作FFU 304的控制信号(本地控制步骤510)。起初，这些设定是在本地控制开始前从服务器310接收到的最后存储的同步设定。但是，使用LCD触摸面板402提供了对这些设定的完全控制，使得用户可以覆盖控制设定。例如，用户可以改变特定FFU、成组FFU或者整个洁净室的设定(本地设置步骤512)。提供给FFU网络306的信号将包括FFU或者FFU组的地址以及该地址的期望设定。当服务器310被再次连接或者本地控制取消时，来自接口存储器404的控制设定的同步副本被周期性地存储在服务器310中(逆向同步步骤514)。因此，在接口硬件发生故障或者服务器硬件发生故障的情况下，设定(来自服务器310或者接口308)将被备份在其他位置中并且将不会被丢失。

LCD触摸面板402可位于洁净室中的任何位置处，并且可以经由有线或者无线连接连接到接口308。其使得可以容易地调节洁净室中的操作点。这消除了改变控制室处的操作点然后分别验证洁净室中的改变的需要。这在洁净室的建造期间当洁净室的一部分可能正在经受测试和试车(commission)以及在局部出现问题或者在需要或者期望的情况下控制室未准备就绪时可能有用。

图6示出另一个示例性实施例，其中控制面板616用于控制洁净室乃至整个建筑物内的其他功能。对于每个其他功能，操作系统如上面描述。其他功能包括但不限于：空气吹淋室618、建筑管理系统620、照明系统622、警报系统624、安全系统626、温度控制系统628、气流控制系统630，以及任何其他需要或者期望的系统632。这些可以按组或者单独地布置。这可以附加于上述的FFU 204、304的控制之上或者取而代之。在这种情况下，用户设定用于以下功能中的一个或多个：风扇过滤单元204/304、空气吹淋系统618、建筑管理系统620、照明系统622、警报系统624、安全系统626、温度控制系统628、气流控制系统630，以及任何其他需要或者期望的系统632。

例如，控制面板616也可用于控制空气吹淋系统618。空气吹淋系统618用作洁净室的洁净度的控制网关。其用来除去来自进入洁净室的人和物质的颗粒。在可能存在有相对大量的空气吹淋器618(例如，有10和20个之间的空气吹淋器618)的大型洁净室中，空气吹淋器618的正确操作和控制在全部洁净室操作中举足轻重。例如，空气吹淋器618中的吹风持续时间可能需要根据洁净室的洁净度条件来调节。相关设定可以通过使用计算机服务器或者控制面板616来调节，同时所进行的调节取决于颗粒计数传感器的结果。不同的空气吹淋器618可以根据空气吹淋器的使用模式而被编程为进行不同操作。

在操作如上所述的情况下，控制面板616可以为空气吹淋系统618的总体控制和监视提供充分的灵活性和安全网。

控制面板616还可用于控制建筑管理系统620，例如照明622、警报624(包括颗粒技术和气候控制警报)和安全系统626。诸如照明622、警报624和安全系统626这样的建筑物服务经常被控制作为建筑管理系统620的一部分。这提供了用于管理这类服务的高效且有效的方式。通过使用控制面板616，可以提供用于对建筑管理系统(“BMS”)620下的各种组件进行总体控制和监视的灵活系统。

通过使用控制面板616，可以解决每个组件622、624、626在不同通信协议之下进行操作的问题。这可以通过使用如上所述的协议转换特征来实现。

在BMS 620发生故障的情况下，仍然可以上述方式控制各种服务的操作。这样，当BMS 620恢复时，可以向系统自动地更新所有改变。

控制面板616还可以连接到温度控制系统628和气流监视和/或控制系统630并对温度控制系统628和气流监视和/或控制系统630进行控制。温度和气流是洁净室系统中的某些最关键的因素，因为在洁净室中制造的产品通常对温度变化敏感。在可允许温度范围之外生产的任何产品可能被变得不可用，或者可能必须被扔弃。通过使用控制面板616来控制温度控制系统628和气流系统630，在控制服务器发生故障的情况下，控制面板616可以承担监视洁净室中的温度和气流的功能，并且使得可以进行手动或者自动的调节以达到所需参数。更新将会如上所述发生。

虽然已经在先前描述中描述了本发明的优选实施例，但是熟悉相关技术的人员将会明白，可以在不脱离本发明的情况下对设计、构造和/或操作的细节进行许多改变。

Claims (26)

1.一种位于服务器与洁净室的至少一个操作系统之间的接口，该接口包括：

存储器，该存储器被配置为存储来自从所述服务器发送到所述至少一个操作系统的控制信号的控制设定的副本；以及

处理器，该处理器被配置为在满足预定条件的情况下基于所存储的所述控制设定的副本将控制信号发送到所述至少一个操作系统。

2.如权利要求1所述的接口，还包括用户接口，该用户接口被配置为接收用户设定；并且所述处理器被配置为基于所存储的所述控制设定的副本和用户设定中的至少一种将控制信号发送到所述至少一个操作系统。

3.如权利要求2所述的接口，其中，所述至少一个操作系统是从以下组中选出的至少一种，所述组由多个风扇过滤单元、空气吹淋系统、建筑管理系统、照明系统、警报系统、安全系统、温度控制系统和气流控制系统组成。

4.如权利要求2所述的接口，其中，所述用户设定用于从以下组中选出的至少一种，所述组由多个风扇过滤单元、空气吹淋系统、建筑管理系统、照明系统、警报系统、安全系统、温度控制系统和气流控制系统组成。

5.如权利要求4所述的接口，其中，所述用户设定用于从以下组中选出的至少一种，所述组由单个风扇单元、较少的多个风扇过滤单元、一组风扇过滤单元和多组风扇过滤单元组成。

6.一种位于服务器与洁净室或者洁净区的至少一个操作系统之间的接口，该接口包括：

用户接口，该用户接口被配置为接收用户设定；

存储器，该存储器被配置为存储可从服务器接收到的控制设定；以及

处理器，该处理器被配置为在满足预定条件的情况下基于所存储的控制设定和所述用户设定中的至少一种将控制信号发送到所述至少一个操作系统。

7.如权利要求6所述的接口，其中，所述至少一个操作系统是从以下组中选出的至少一种，所述组由多个风扇过滤单元、空气吹淋系统、建筑管理系统、照明系统、警报系统、安全系统、温度控制系统和气流控制系统组成。

8.如权利要求6所述的接口，其中，所述用户设定用于从以下组中选出的至少一种，所述组由多个风扇过滤单元、空气吹淋系统、建筑管理系统、照明系统、警报系统、安全系统、温度控制系统和气流控制系统组成。

9.如权利要求8所述的接口，其中，所述用户设定用于从以下组中选出的至少一种，所述组由单个风扇单元、较少的多个风扇过滤单元、一组风扇过滤单元和多组风扇过滤单元组成。

10.如权利要求4、5或者8中任何一个所述的接口，其中，所述多个风扇过滤单元被以从以下组中选出的方式布置，所述组由作为单个风扇过滤单元、一组风扇过滤单元和多组风扇过滤单元组成。

11.如权利要求2至10中任何一个所述的接口，其中，所述预定条件与所述服务器和所述接口之间的通信故障有关。

12.如权利要求2至10中任何一个所述的接口，其中，所述预定条件与所述接口处被使能的本地控制有关。

13.如在前权利要求中的任何一个所述的接口，其中，所述控制信号被配置为以第一协议操作，并且其中所述处理器还被配置为将来自所述服务器的所述控制信号转换为具有第二协议的控制信号。

14.如权利要求13所述的接口，还包括端口，该端口被配置为接收协议转换器，并且其中所述协议转换器用于将所述第一协议转换为所述第二协议。

15.如权利要求2至14中任何一个所述的接口，其中，所述用户接口包括触摸屏。

16.如权利要求1至15中任何一个所述的接口，其中，所述存储器连接到所述处理器。

17.一种用于洁净室的至少一种操作系统的控制系统，该控制系统包括至少一个如权利要求1-16中任何一个所述的接口。

18.如权利要求17所述的控制系统，其中存在多个接口。

19.如权利要求18所述的控制系统，其中，所述多个接口位于所述服务器与所述至少一个操作系统之间。

20.如权利要求16或权利要求17所述的控制系统，其中，所述至少一个操作系统通过操作系统网络可操作地连接到所述多个接口。

21.如权利要求20所述的控制系统，其中，所述接口还包括第一网络接口和第二网络接口，所述第一网络接口用于接收所述控制信号和所述控制设定，所述第二网络接口可连接到所述操作系统网络。

22.如权利要求17至21中任何一个所述的控制系统，其中，所存储的所述控制信号的副本是最后接收到的控制信号的副本。

23.如权利要求17至22中任何一个所述的控制系统，其中，所述用户设定覆盖所述控制设定。

24.如权利要求17至23中任何一个所述的控制系统，其中，所述至少一个操作系统是从以下组中选出的至少一种，所述组由多个风扇过滤单元、空气吹淋系统、建筑管理系统、照明系统、警报系统、安全系统、温度控制系统和气流控制系统组成。

25.如权利要求17至23中任何一个所述的控制系统，其中，所述用户设定用于从以下组中选出的至少一种，所述组由多个风扇过滤单元、空气吹淋系统、建筑管理系统、照明系统、警报系统、安全系统、温度控制系统和气流控制系统组成。

26.如权利要求25所述的控制系统，其中，所述多个风扇过滤单元是从以下组中选出的，所述组由单个风扇单元、较少的多个风扇过滤单元、一组风扇过滤单元和多组风扇过滤单元组成。

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