CN103148255B - 阀门控制系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种阀门控制系统，其包括可以控制阀门转动的步进电机以及控制步进电机的步进电机控制器，其中步进电机控制器包括中央处理器、与中央处理器通过串行总线连接的步进电机驱动单元、PC控制单元、PLC控制单元以及报警信息模块；PLC控制单元可以与PLC计算机连接，由PLC计算机对阀门进行控制；PC控制单元可以与个人电脑连接，由个人电脑对阀门进行控制。本发明的阀门控制系统，能有两种控制方式，而且可以控制多个阀门，集成度高。

Description

阀门控制系统及其方法
【技术领域】
本发明是关于一种半导体处理设备，特别是关于半导体处理设备中控制向半导体处理腔室中输送处理流体的阀门的控制系统。
【背景技术】
半导体处理的环节中有一道环节是需要对晶圆进行清洗，在清洗晶圆时可能需要使用不同的清洗流体，比如水、酸、碱、气体等等。而且每次清洗的时间可能也不一样，因此需要对输送入半导体处理设备里的流体进行控制。
现有的半导体清洗设备，通常是采用一个由步进电机控制的阀门来向处理腔内输入处理流体。通常一个阀门会包括1个入口，4个出口，4个出口分别连通至半导体处理腔的不同位置。处理流体经阀门入口进入，然后根据不同的需要控制由哪个出口流出，在控制的时候由步进电机驱动阀门的阀芯进行转动，比如在某个时段是一个出口A在流出，下一个时段需要另一个出口B流出，则控制步进电机带动阀门的阀芯转动一定的角度，则可以封闭出口A，而打开出口B，这样即可以控制处理流体的流出。
通常一台半导体清洗设备中会有许多阀门，控制不同的流体，现有的阀门控制方法是每一个阀门设置一个控制电路，这样设备的集成度不高，成本就会增加。而且现有的阀门控制通常是采用PC(个人电脑)进行控制，个人电脑控制虽然有其本身的优点，但会受到各种外界因素的干扰，控制的稳定性不是很高。而且在有些工业环境下使用PC控制不太适合，因此需要对现有的阀门控制系统进行改进。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种阀门控制系统，能够提供多种阀门控制方式，保证阀门控制的精度和灵活性。
本发明的另一目的在于提供一种能够提供多种阀门控制方式的阀门控制方法。
为达成前述目的，本发明一种阀门控制系统，其用于控制半导体设备中向半导体处理腔室中输送处理流体的阀门，所述控制系统包括可以控制阀门转动的步进电机以及控制步进电机的步进电机控制器，
其中所述步进电机控制器包括中央处理器，用于处理步进电机的控制数据；
与中央处理器通过串行总线连接的电机驱动单元，用于根据中央处理器的指令，控制所述步进电机的转动；
PLC控制单元，用于连接外部PLC计算机与所述中央处理器，使所述外部PLC计算机与所述中央处理器之间进行数据交换，由所述外部PLC计算机对所述步进电机进行控制；
PC控制单元，用于连接外部PC计算机与所述中央处理器，使所述外部PC计算机与所述中央处理器之间进行数据交换，由所述外部PC计算机对所述步进电机进行控制。
在一个实施例中，所述PLC控制单元包括：
串并转换单元，通过串行总线与中央处理器连接，用于对PLC计算机与中央处理器之间的数据进行串并转换；
光藕隔离单元，与所述串并转换单元连接，对PLC计算机与中央处理器之间进行光藕隔离；
PLC接口单元，与所述光藕隔离单元连接，提供所述阀门控制系统与外部PLC计算机的数据接口。
在一个实施例中，所述串并转换单元包括将PLC计算机发送的并行数据转换成中央处理器接收的串行数据的并口转串口单元，以及将中央处理器发送的串行数据转换成PLC计算机接收的并行数据的串口转并口单元。
在一个实施例中，所述PLC接口单元包括从阀门控制系统向PLC计算机传输数据的PLC输出端口以及从PLC计算机接收数据的PLC输入端口。
在一个实施例中，所述PC控制单元包括以太网芯片及PC接口单元，所述PC接口单元可与外部PC连接，使外部PC可通过所述PC控制单元向中央处理器进行数据交换对步进电机进行控制。
在一个实施例中，所述PC接口单元为RJ45接口。
在一个实施例中，所述的阀门控制系统其还包括报警模块，当数据传输错误时，可发出报警提示。
在一个实施例中，所述的阀门控制系统其还包括PC与PLC切换控制单元，控制阀门控制系统在同一时间只能接收PC或PLC的其中一个的输入指令。
在一个实施例中，所述阀门设置有反馈单元，所述步进电机驱动单元能够接收阀门的反馈信息并传输至中央处理器。
为达成前述另一目的，本发明一种阀门控制方法，其包括：
提供一种如前所述的阀门控制系统；
系统检测PLC控制单元是否使能，若使能则由PLC计算机对步进电机控制器进行控制；若不使能则由PC计算机对步进电机控制器进行控制。。
与现有的阀门控制系统相比，本发明的阀门控制系统既支持PC控制，也支持PLC控制，其中PLC控制的控制精度高，这样保证阀门控制精度的同时，也使控制方法多样化，操作比较灵活。而且本发明的阀门控制系统，可以同时驱动多个阀门，不需要为每个阀门单独设置一个控制系统，系统集成度高，成本也较低。
【附图说明】
图1是本发明的阀门控制系统的结构示意图。
图2是本发明的阀门控制系统的步进电机控制器的结构框图。
图3是本发明的阀门控制系统的步进电机控制器的工作流程图。
【具体实施方式】
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
请参阅图1所示，其显示本发明的阀门控制系统100的结构示意图。如图中所示，本发明的阀门控制系统100包括步进电机1和步进电机控制器2，本发明的阀门控制系统100可以通过PC(个人电脑)计算机3和PLC(可编程控制器)计算机4(也称为工业控制计算机)来向步进电机1控制器发送指令，由步进电机控制器2来驱动步进电机，进而来控制阀门5的输出。
本发明的阀门5是用于半导体处理设备(未图示)中，该半导体处理设备上有不同的流体入口，通过这些入口向半导体处理设备内输入处理流体，对半导体处理设备内的晶圆进行处理。因为在处理过程中，对晶圆处理的部位不同，因此要控制流体从哪个入口进入处理设备，而且，每次处理的时间可能不同，因此需要精确控制流体输入半导体处理设备的时间。在本发明的一个实施例中，该阀门包括一个入口和四个出口，每个出口与半导体处理设备的对应入口连接，通过步进电机控制阀门的阀芯的转动来控制流体从哪个出口流出，则即可控制从哪个入口来向半导体处理设备输入流体，以及控制每个入口流体流入和停止的时间。
请参阅图2所示，其显示本发明的阀门控制系统100中步进电机控制器2的结构框图。如图中所示，本发明的步进电机控制器2包括中央处理器21、PLC控制单元22、步进电机驱动单元23、PC控制单元24以及报警信息模块25。
在本发明的一个实施例中，步进电机控制器2采用PIC24HJ256GP206单片机作为中央处理器21，其采用RS232通讯控制方式(串口通讯控制)与串行总线连接。中央处理器21启动时，通过对PLC控制单元22和PC控制单元24的调用，读入数据并对数据进行处理，然后把数据发送至步进电机驱动单元23，由步进电机驱动单元23再处理后反馈回中央处理器21，中央处理器21接收反馈回来的数据，进行判断处理，通过PLC控制单元22或PC控制单元24发送给用户端。
PLC控制单元22通过串行总线连接PLC计算机4与步进电机控制器2的中央处理器21，PLC计算机4通过PLC控制单元22向步进电机控制器2发送指令并接收相关数据。
在本发明的一个实施例中，PLC控制单元22包括串并转换单元221、光藕隔离单元222以及PLC接口单元223。
PLC接口单元223是提供步进电机控制器与外部PLC计算机之间的接口，在本发明的实施例中，PLC接口单元223包括接收PLC计算机输入信号的输入接口2231和向PLC计算机输出信号的输出接口2232。
为防止PLC外部电路对步进电机控制器2内部电路的干扰，在PLC接口单元223与步进电机控制器2中央处理器21之间设置有光藕隔离单元222，这样光藕隔离单元222两侧就能实现没有电的直接连接，因此抗干扰能力比较强。
因为PLC电平控制方式是一组数字量电平信号，是并行数据，智能步进电机中央处理器控制软件通讯方式是RS232通讯(串口)，两者之间需要作并行数据与串行数据的相互转换。在本发明的一个实施例中，PLC控制单元22的串并转换单元221包括从中央处理器21的串行总线接收串行数据将其转换成并行数据的串口转并口单元2211和将并行数据转换成中央处理器21接收的串行数据的并口转串口单元2212。在本发明的一个实施例中智能步进电机驱动控制器2上装有74LS165芯片和74HC595芯片，其中，74LS165芯片实现并行数据转换为串行数据，即并口转串口单元2212，74HC595芯片实现串行数据转换为并行数据，即串口转并口单元2211。
步进电机驱动单元23通过串行总线接收步进电机控制器2中央处理器21的指令驱动步进电机1进行旋转，进而带动阀门旋转。在阀门上设置有反馈单元，步进电机驱动单元23同时也接收阀门的反馈信息，向中央处理器21反馈阀门的当前位置。在本发明的一个实施例中，所述步进电机驱动单元23包括步进电机驱动芯片TMC 246，步进电机驱动芯片TMC 246有两种控制方式，一种是通过RS232通讯控制，一种是外部电压驱动控制。同时步进电机驱动芯片TMC246采用64细分驱动步进电机，可以实现对步进电机的高精确度控制。在本发明的实施例中智能步进电机中央处理器控制软件采用RS232通讯控制方式实现对步进电机驱动芯片TMC 246的控制，一来简化控制方法，二来控制更加稳定。
PC控制单元24连接于步进电机控制器2的中央处理器21与外部个人电脑(PC)3之间，提供步进电机控制器2与个人电脑(PC)3之间的数据通道，使得用户可以通过个人电脑(PC)3向步进电机控制器2发送指令以及接收反馈信息。在本发明的一个实施例中，所述个人电脑(PC)3是通过TCP通讯的方式与步进电机控制器2进行通信，TCP通讯控制方式是一种TCP/IP协议通讯，而智能步进电机中央处理器控制软件运行于单片机内，通讯方式是RS232通讯(串口)，两者之间需要作协议转换，才能进行数据通讯。因此本发明的在智能步进电机驱动控制器上加了一个以太网芯片241(ENC28J60)，实现TCP/IP协议与RS232协议的相互转换。在本发明的一个实施例中，PC控制单元24还包括供外部PC与步进电机控制器连接的RJ45接口242。
在步进电机控制器2运行时，可能出现由于输入信息或无法满足要求时产生的软错误。也可能出现由于其它问题，如网络传输超时等，产生的硬错误。为便于提示用户出现错误，本发明的步进电机控制器2中还包括一个报警信息模块25，对于软错误，须在采集输入数据时，对数据进行验证分析，判断错误类型，再生成相应的错误信息，传输到报警信息模块25中，由报警信息模块25发出出错信息。对于硬错误，可在出错的相应模块中输出简单的错误提示。
本发明的步进电机控制器2既可以通过PLC计算机进行控制也可以通过PC对步进电机进行控制，为避免两种控制方式同时运行造成混乱，PLC计算机控制方式的使能选择由TCP通讯控制方式设定。
请参阅图3所示，其显示本发明的步进电机控制器的工作流程图，步进电机控制器启动时，先判断PLC控制方式是否处于使能状态，如果PLC控制方式处于使能状态，则由PLC计算机向步进电机控制器输入指令，由PLC计算机对步进电机控制器进行控制，此时PC控制方式无法进行控制，如果PLC控制方式未处于使能状态，则由PC向步进电机控制器输入指令，由PC对步进电机控制器进行控制，此时PLC控制方式无法进行控制。PC控制方式或PLC控制方式向中央处理器发送指令，中央处理器通过对PC控制单元和PLC控制单元的调用，读入数据并对数据进行处理，然后把数据发送至步进电机驱动模块，由步进电机驱动模块驱动步进电机，步进电机驱动模块驱动步进电机之后接收阀门反馈的信息，再处理后反馈回中央处理器，中央处理器接收反馈回来的数据，进行判断处理，通过PC控制单元或PLC控制单元发送给用户端。
本发明的阀门控制系统既支持PC控制，也支持PLC控制，其中PLC控制的控制精度高，这样保证阀门控制精度的同时，也使控制方法多样化，操作比较灵活。而且本发明的阀门控制系统，可以同时驱动多个阀门，不需要为每个阀门单独设置一个控制系统，系统集成度高，成本也较低。
上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (9)

1.一种阀门控制系统，其用于控制半导体设备中向半导体处理腔室中输送处理流体的阀门，所述控制系统包括控制阀门转动的步进电机以及控制步进电机的步进电机控制器，
其中所述步进电机控制器包括中央处理器，用于处理步进电机的控制数据；
与中央处理器通过串行总线连接的电机驱动单元，用于根据中央处理器的指令，控制所述步进电机的转动；
PLC控制单元，用于连接外部PLC计算机与所述中央处理器，使所述外部PLC计算机与所述中央处理器之间进行数据交换，由所述外部PLC计算机对所述步进电机进行控制；
PC控制单元，用于连接外部PC计算机与所述中央处理器，使所述外部PC计算机与所述中央处理器之间进行数据交换，由所述外部PC计算机对所述步进电机进行控制，
所述控制系统还包括PC与PLC切换控制单元，控制阀门控制系统在同一时间只能接收PC或PLC的其中一个的输入指令。
2.如权利要求1所述的阀门控制系统，其特征在于：所述PLC控制单元包括：
串并转换单元，通过串行总线与中央处理器连接，用于对PLC计算机与中央处理器之间的数据进行串并转换；
光藕隔离单元，与所述串并转换单元连接，对PLC计算机与中央处理器之间进行光藕隔离；
PLC接口单元，与所述光藕隔离单元连接，提供所述阀门控制系统与外部PLC计算机的数据接口。
3.如权利要求2所述的阀门控制系统，其特征在于：所述串并转换单元包括将PLC计算机发送的并行数据转换成中央处理器接收的串行数据的并口转串口单元，以及将中央处理器发送的串行数据转换成PLC计算机接收的并行数据的串口转并口单元。
4.如权利要求2所述的阀门控制系统，其特征在于：所述PLC接口单元包括从阀门控制系统向PLC计算机传输数据的PLC输出端口以及从PLC计算机接收数据的PLC输入端口。
5.如权利要求1所述的阀门控制系统，其特征在于：所述PC控制单元包括以太网芯片及PC接口单元，所述PC接口单元与外部PC连接，使外部PC通过所述PC控制单元向中央处理器进行数据交换对步进电机进行控制。
6.如权利要求5所述的阀门控制系统，其特征在于：所述PC接口单元为RJ45接口。
7.如权利要求1所述的阀门控制系统，其特征在于：其还包括报警模块，当数据传输错误时，可发出报警提示。
8.如权利要求1所述的阀门控制系统，其特征在于：所述阀门设置有反馈单元，所述步进电机驱动单元能够接收阀门的反馈信息并传输至中央处理器。
9.一种阀门控制方法，其包括：
提供一种如权利要求1所述的阀门控制系统；
系统检测PLC控制单元是否使能，若使能则由PLC计算机对步进电机控制器进行控制；若不使能则由PC计算机对步进电机控制器进行控制。
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