CN105302169B - 流量控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种流量控制方法，至少使用流量计、控制单元、电磁阀及流量控制器构建PID闭环控制系统，该方法包括如下步骤：建立控制单元输出至电磁阀的控制电流与供液管道内液体的流量之间的函数模型，获取流量起始变化点Fmin及流量终止变化点Fmax，在Fmin至Fmax范围内，供液管道内液体的流量随控制电流的增大而增大；设定供液管道内液体的流量值，该流量值的取值范围为Fmin至Fmax；根据建立的控制电流与供液管道内液体的流量之间的函数模型，计算与设定的流量值相对应的控制电流值，并将控制电流值输出至电磁阀，电磁阀接收控制电流后输出具有相应压力的CDA至流量控制器，开始PID调节，直至供液管道内液体的流量稳定。本发明能够提高流量控制精度和效率。
Description
技术领域
本发明涉及流量控制技术领域，尤其涉及一种流量控制方法。
背景技术
随着集成电路制造技术的飞速发展，集成电路制造对硅片加工技术提出了更为苛刻的要求，既要求对硅片进行超精密加工，又要求保证加工效率。因此，硅片加工的每道工序都要尽可能做到精确控制。在集成电路制造过程中，各种溶液的使用必不可少，溶液供给时，要求溶液流量能够精确控制并尽可能在较短时间内达到稳定。例如，在电化学抛光工艺中，希望供液管道中供给的抛光液流量能够快速达到设定值，并且维持稳定。但是由于温度、湿度的原因造成抛光液属性不稳，导致对其流量控制较难。
发明内容
本发明的目的是提供一种流量控制方法，该方法不仅能够对供液管道内液体的流量进行精确控制，而且能够在短时间内使供液管道内液体的流量达到设定值并维持稳定，提高了工艺加工精度和效率。
为实现上述目的，本发明提出的流量控制方法，至少使用流量计、控制单元、电磁阀及流量控制器构建PID闭环控制系统，该方法包括如下步骤：建立控制单元输出至电磁阀的控制电流与供液管道内液体的流量之间的函数模型，获取流量起始变化点Fmin及流量终止变化点Fmax，在Fmin至Fmax范围内，供液管道内液体的流量随控制电流的增大而增大；设定供液管道内液体的流量值，该流量值的取值范围为Fmin至Fmax；根据建立的控制电流与供液管道内液体的流量之间的函数模型，计算与设定的流量值相对应的控制电流值，并将控制电流值输出至电磁阀，电磁阀接收控制电流后输出具有相应压力的CDA至流量控制器，开始PID调节，直至供液管道内液体的流量稳定。
综上所述，本发明的流量控制方法通过建立控制电流与供液管道内液体的流量之间的函数模型，当设定一个流量值后，能够根据建立的控制电流与供液管道内液体的流量之间的函数模型快速计算出与该设定的流量值相对应的控制电流值，并将该控制电流值输送至电磁阀，提高了流量控制精度和效率。
附图说明
图1揭示了流量控制装置的一实施例的结构示意图。
图2揭示了流量控制方法的一实施例的流程图。
图3揭示了流量校准表的生成方法的流程图。
图4揭示了生成的流量校准表的一实施例的示意图。
图5揭示了根据图4的流量校准表建立的控制电流与供液管道内液体的流量关系示意图。
图6揭示了生成的流量校准表的又一实施例的示意图。
图7揭示了根据图6的流量校准表建立的控制电流与供液管道内液体的流量关系示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所达成目的及效果，下面将结合实施例并配合图式予以详细说明。
参考图1所示，揭示了流量控制装置的一实施例的结构示意图。该流量控制装置包括盛有液体的储液槽101、与储液槽101相连接的供液管道102及将储液槽101中的液体经由供液管道102抽出的泵103。供液管道102上设置有流量计104及流量控制器105。流量计104与控制单元106连接，流量计104实时计测供液管道102内液体的流量并将计测值变换为电信号输出至控制单元106。流量控制器105控制供液管道102内液体的流量，流量控制器105通过CDA(compressed air)管道108与电磁阀107的输出端连接，在一定范围内，流量控制器105控制的供液管道102内液体的流量与电磁阀107输出的CDA的压力成正比，电磁阀107输出的CDA的压力增大，则流量控制器105控制的供液管道102内液体的流量增大，反之，电磁阀107输出的CDA的压力降低，则流量控制器105控制的供液管道102内液体的流量减小。电磁阀107的输入端可以与CDA供气源109连接。电磁阀107还与控制单元106连接，电磁阀107输出的CDA的压力大小受控于控制单元106输出的控制电流，在一定范围内，控制单元106输出至电磁阀107的控制电流越大，则电磁阀107输出的CDA的压力越大，反之，控制单元106输出至电磁阀107的控制电流越小，则电磁阀107输出的CDA的压力越小。
上述流量控制装置由流量计104、控制单元106、电磁阀107及流量控制器105构建了PID(Proportion Integration Differentiation)闭环控制系统。该PID闭环控制系统的工作原理如下：流量计104实时计测供液管道102内液体的流量并将计测值变换为电信号输出至控制单元106，控制单元106接收流量计104发送的电信号后，将该电信号转换成供液管道102内液体的流量值，并将该流量值与设定值比较，如果该流量值大于设定值，则控制单元106输出较小控制电流至电磁阀107，电磁阀107接收控制单元106输出的较小控制电流后，降低输出至流量控制器105的CDA的压力，流量控制器105控制的供液管道102内液体的流量减小；如果该流量值小于设定值，则控制单元106输出较大控制电流至电磁阀107，电磁阀107接收控制单元106输出的较大控制电流后，增大输出至流量控制器105的CDA的压力，流量控制器105控制的供液管道102内液体的流量增大。通过PID控制系统的自我调节，供液管道102内液体的流量能够在设定的流量范围内，并维持稳定。
基于上述流量控制装置，本发明提出一种流量控制方法，如图2所示，该流量控制方法包括如下步骤：
步骤201：建立控制单元输出至电磁阀的控制电流与供液管道内液体的流量之间的函数模型，获取流量起始变化点Fmin及流量终止变化点Fmax，在Fmin至Fmax范围内，供液管道内液体的流量随控制电流的增大而增大；
步骤202：设定供液管道内液体的流量值，该流量值的取值范围为Fmin至Fmax；
步骤203：根据建立的控制电流与供液管道内液体的流量之间的函数模型，计算与设定的流量值相对应的控制电流值，并将控制电流值输出至电磁阀，电磁阀接收控制电流后输出具有相应压力的CDA至流量控制器，开始PID调节，直至供液管道内液体的流量稳定。
进一步地，还包括步骤204：记录流量稳定后供液管道内液体的流量值及对应的控制电流值，当下一次设定的流量值与记录的流量值相同时，控制单元直接输出记录的与该流量值相对应的控制电流值，无需进行计算，提高了效率。
参考图3至图5所示，上述建立控制单元输出至电磁阀的控制电流与供液管道内液体的流量之间的函数模型的方法包括：生成流量校准表；根据生成的流量校准表建立控制单元输出至电磁阀的控制电流与供液管道内液体的流量之间的函数模型。
进一步的，如图3和图4所示，流量校准表的生成方法包括如下步骤：
首先，设定最小控制电流值Cmin和最大控制电流值Cmax，该最小控制电流值Cmin为电磁阀额定的最小电流值，该最大控制电流值Cmax为电磁阀额定的最大电流值；
然后，将最大控制电流值Cmax与最小控制电流值Cmin之间的控制电流值进行若干等分，获得若干个控制电流值，如图4所示，在图4所示的实施例中，将最大控制电流值Cmax与最小控制电流值Cmin之间的控制电流值进行了30等分，从而获得了30个控制电流值，其中每相邻的两个控制电流值之间的差值a＝(Cmax-Cmin)/29；
接着，将最大控制电流值输送至电磁阀，电磁阀接收该最大控制电流值后输出具有相应压力的CDA至流量控制器，维持一时间段，流量计计测该时间段内供液管道内液体的流量并将计测值变换为电信号输出至控制单元，控制单元将电信号转换为液体的流量值并计算该时间段内液体的平均流量值，该平均流量值即为与最大控制电流值相对应的供液流量值，以此类推，从最大控制电流值开始直至最小控制电流值，依次将各控制电流值输送至电磁阀，得到与各控制电流值相对应的供液流量值，生成如图4所示的流量校准表。
为了进一步提高流量控制精度，在建立控制电流与供液管道内液体的流量之间的函数模型后，设定供液管道内液体的流量值，该流量值的取值范围为Fmin至Fmax，然后根据允许的流量误差范围，确定流量范围，例如，设定的流量值为11LPM，允许的流量误差范围为±1LPM，那么流量范围为10-12LPM，接着，根据建立的控制电流与供液管道内液体的流量之间的函数模型，计算与确定的流量范围相对应的控制电流的取值范围，在该控制电流的取值范围内，取最小控制电流值Cmin’和最大控制电流值Cmax’,然后根据流量校准表的生成方法生成新的流量校准表，如图6所示，最后，根据新生成的流量校准表建立新的控制电流与供液管道内液体的流量之间的函数模型，如图7所示。该新的控制电流与供液管道内液体的流量之间的函数模型取代前一次建立的控制电流与供液管道内液体的流量之间的函数模型。
应用时，当设定一个液体流量值后，根据新的控制电流与供液管道内液体的流量之间的函数模型，计算与设定的流量值相对应的控制电流值，并将控制电流值输出至电磁阀，电磁阀接收控制电流后输出具有相应压力的CDA至流量控制器，开始PID调节，直至供液管道内液体的流量稳定。记录流量稳定后供液管道内液体的流量值及对应的控制电流值，当下一次设定的流量值与记录的流量值相同时，控制单元直接输出记录的与该流量值相对应的控制电流值，无需进行计算。
本发明的流量控制方法通过建立控制电流与供液管道内液体的流量之间的函数模型，当设定一个流量值后，能够根据建立的控制电流与供液管道内液体的流量之间的函数模型快速计算出与该设定的流量值相对应的控制电流值，并将该控制电流值输送至电磁阀，提高了流量控制精度和效率。此外，通过记录流量稳定后供液管道内液体的流量值及对应的控制电流值，当下一次设定的流量值与记录的流量值相同时，控制单元直接输出记录的与该流量值相对应的控制电流值，进一步提高了效率。
综上所述，本发明通过上述实施方式及相关图式说明，己具体、详实的揭露了相关技术，使本领域的技术人员可以据以实施。而以上所述实施例只是用来说明本发明，而不是用来限制本发明的，本发明的权利范围，应由本发明的权利要求来界定。
Claims (5)
1.一种流量控制方法，至少使用流量计、控制单元、电磁阀及流量控制器构建PID闭环控制系统，其特征在于，包括如下步骤：
建立控制单元输出至电磁阀的控制电流与供液管道内液体的流量之间的函数模型，获取流量起始变化点Fmin及流量终止变化点Fmax，在Fmin至Fmax范围内，供液管道内液体的流量随控制电流的增大而增大；
设定供液管道内液体的流量值，该流量值的取值范围为Fmin至Fmax；
根据建立的控制电流与供液管道内液体的流量之间的函数模型，计算与设定的流量值相对应的控制电流值，并将控制电流值输出至电磁阀，电磁阀接收控制电流后输出具有相应压力的CDA至流量控制器，开始PID调节，直至供液管道内液体的流量稳定；
其中，建立控制单元输出至电磁阀的控制电流与供液管道内液体的流量之间的函数模型的方法包括：生成流量校准表；根据生成的流量校准表建立控制单元输出至电磁阀的控制电流与供液管道内液体的流量之间的函数模型；
建立控制电流与供液管道内液体的流量之间的函数模型后，还进一步包括，
设定供液管道内液体的流量值，该流量值的取值范围为Fmin至Fmax；
根据允许的流量误差范围，确定一流量范围；
根据建立的控制电流与供液管道内液体的流量之间的函数模型，计算与确定的流量范围相对应的控制电流的取值范围；
在该控制电流的取值范围内，取最小控制电流值Cmin’和最大控制电流值Cmax’,然后根据流量校准表的生成方法生成新的流量校准表；
根据新生成的流量校准表建立新的控制电流与供液管道内液体的流量之间的函数模型并取代前一次建立的控制电流与供液管道内液体的流量之间的函数模型。
2.根据权利要求1所述的流量控制方法，其特征在于，流量校准表的生成方法包括：
设定最小控制电流值Cmin和最大控制电流值Cmax；
将最大控制电流值Cmax与最小控制电流值Cmin之间的控制电流值进行若干等分，获得若干个控制电流值；
将最大控制电流值Cmax输送至电磁阀，电磁阀接收该最大控制电流值Cmax后输出具有相应压力的CDA至流量控制器，维持一时间段，流量计计测该时间段内供液管道内液体的流量并将计测值变换为电信号输出至控制单元，控制单元将电信号转换为液体的流量值并计算该时间段内液体的平均流量值，该平均流量值即为与该最大控制电流值Cmax相对应的供液流量值，以此类推，从最大控制电流值Cmax开始直至最小控制电流值Cmin，依次将各控制电流值输送至电磁阀，得到与各控制电流值相对应的供液流量值，生成流量校准表。
3.根据权利要求2所述的流量控制方法，其特征在于，所述最小控制电流值Cmin为电磁阀额定的最小电流值，最大控制电流值Cmax为电磁阀额定的最大电流值。
4.根据权利要求1所述的流量控制方法，其特征在于，应用时，设定液体流量值后，根据新生成的控制电流与供液管道内液体的流量之间的函数模型，计算与设定的流量值相对应的控制电流值，并将控制电流值输出至电磁阀，电磁阀接收控制电流后输出具有相应压力的CDA至流量控制器，开始PID调节，直至供液管道内液体的流量稳定。
5.根据权利要求1或4所述的流量控制方法，其特征在于，还包括记录流量稳定后供液管道内液体的流量值及对应的控制电流值，当下一次设定的流量值与记录的流量值相同时，控制单元直接输出记录的与该流量值相对应的控制电流值至电磁阀。
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