CN114371741A - 一种串联真空腔体内气流场的控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种串联真空腔体内气流场的控制方法及系统，所述方法包括步骤：S01、预先将其中部分真空腔体的蝶阀设为主蝶阀，并设置为压力控制模式，其它真空腔体的蝶阀设为从蝶阀，并设置为位置控制模式；其中主蝶阀与从蝶阀相互对应；S02、获取主蝶阀对应的真空腔体内的压力，并根据压力调整所述主蝶阀的开度，进入压力控制模式；S03、获取所述主蝶阀的开度，根据所述主蝶阀的开度来实时调整对应各从蝶阀的开度，进入位置控制模式。本发明能够获得稳定均匀的气流场，而且操作简便且成本低。

Description

一种串联真空腔体内气流场的控制方法及控制系统

技术领域

本发明主要涉及真空设备技术，具体涉及一种串联真空腔体内气流场的控制方法及控制系统。

背景技术

对于真空设备而言，通常是采用真空泵连接某个密封的腔体，并对该腔体进行抽气而获得真空。而真空工艺的过程，往往需要保持在特定的压力下进行。

通常通过以下两种方式实现：

1、选用转动频率可调的真空泵，通过实时改变真空泵的转速来改变抽气速度，从而达到稳定控压的目的；

2、在真空泵与密封腔体之间安装蝶阀，通过实时改变蝶阀的开度来改变抽气速度，从而达到稳定控压的目的。

方法1响应速度比较慢，所以大多数的设备还是采用方法2的蝶阀控压方式。其中蝶阀又叫翻板阀，是一种结构简单的调节阀。蝶阀是用圆盘式启闭件往复回转90°左右来开启、关闭或调节介质流量的一种阀门。在真空设备上，通常采用的是电动蝶阀，对应有两种控制模式：(1)位置控制模式，即设定蝶阀的目标开度(打开角度0°～90°对应开度0％～100％),阀板转动到指定位置固定不动；(2)压力控制模式，即设定好目标压力，蝶阀自身的控制系统会根据真空测量元器件反馈回来的实时压力，通过PID算法，实时调整蝶阀开度，改变真空系统的抽气速度，最终使真空系统达到目标压力。在实际应用中，绝大多数都是用的方法(2)中的压力控制模式。

对于有多个相邻真空腔体的真空设备，每个腔体都会配备一套蝶阀控压装置。在真空工艺的过程中，为了避免相邻腔体相互干扰，尤其是不同腔体之间工艺气体的混合，通常会在相邻腔体之间设置硬件隔断，即翻板阀、闸阀之类的硬件。这样虽然很好的保证了不同真空腔体之间工艺的独立性，但是从整体来看，硬件隔断导致了设备成本增加，同时还会增加工艺运行的节拍时间，导致产能下降。

因此，为了降低成本和提高产能，当相邻的真空腔体的工艺压力相同时，有些设备会选择取消硬件隔断。但是工艺过程中腔体内部的压力场和气流场是很复杂的，尤其是拥有独立控压系统的真空腔体相邻且相通时，如果抽速控制不当，会出现第一个腔体内的气体流动到相邻第二个腔体内的情况，从而对工艺效果产生较大的影响。

在多个真空腔体相连的情况下，目前主流的压力控制方式还是采用一对一的蝶阀自动控制压力的模式，但是这种方式对真空系统压力稳定性的要求较高，某个真空腔体内轻微的压力扰动就能很容易的影响到相邻的腔体，从而扰乱真空腔体内部的气流场。也有小部分的设备采用了固定蝶阀开度的压力控制模式，认为当一个真空系统进气量一定、抽气量也相对合适的情况下，内部的气流场和压力场也是相对稳定的，抗扰动性也比较好。但是这种方法的缺点是：真空工艺进行了一段时间后，随着真空泵性能的下降，抽速也会下降，这时就需要调整蝶阀的开度，以保证真空腔体内部压力稳定不变。

以两个相邻的真空腔体为例，如图1所示。真空设备通常采用真空泵1连接某个密封的腔体2，并对该腔体进行抽气而获得真空。为了获得特定的压力，通常是将蝶阀3和4设定为压力控制模式，设定目标压力，利用蝶阀自身的控制系统，根据真空测量元器件6反馈回来的实时压力，通过PID算法，实时调整蝶阀开度，改变真空系统的抽气速度，最终使真空系统达到目标压力。在工艺过程中，工艺气体从进气单元5进入真空腔，并在腔体内流动产生气流7。为了得到稳定均匀的气流场，通常会加装硬件隔断8。

为了节约成本并提高产能，在两个真空腔体的工艺压力相同时，有些设备会选择取消硬件隔断，期望得到图2所示的状态。但是工艺过程中腔体内部的压力场和气流场是很复杂的，很容易就会出现图3所示的情况，从而对工艺效果产生较大的影响。

故现有的真空腔体压力控制方法，针对单腔体时，通常采用蝶阀压力控制模式，实时调控及稳压效果都很好，但是单纯的蝶阀压力控制模式运用到多腔体设备上面时，抗扰动能力太差；如果采用单纯的开度控制模式，又缺乏实时调整的能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种控制简便且能获得稳定均匀气流场的串联真空腔体内气流场的控制方法及控制系统。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种串联真空腔体内气流场的控制方法，包括步骤：

S01、预先将其中部分真空腔体的蝶阀设为主蝶阀，并设置为压力控制模式，其它真空腔体的蝶阀设为从蝶阀，并设置为位置控制模式；其中主蝶阀与从蝶阀相互对应；

S02、获取主蝶阀对应的真空腔体内的压力，并根据压力调整所述主蝶阀的开度，进入压力控制模式；

S03、获取所述主蝶阀的开度，根据所述主蝶阀的开度来实时调整对应各从蝶阀的开度，进入位置控制模式。

作为上述技术方案的进一步改进：

在步骤S03中，根据所述主蝶阀的开度P1来实时调整各从蝶阀的开度P2的具体过程为：

获取所述主蝶阀前一段时间的开度平均值P1V；

获取所述主蝶阀对应真空腔体的进气量和蝶阀对应真空腔体的进气量，得到主蝶阀对应真空腔体的进气量与从蝶阀对应真空腔体的进气量之间的差值C；

根据主蝶阀的开度平均值P1V和差值C，得到各从蝶阀的开度。

根据主蝶阀的开度平均值P1V和差值C，再通过P2＝P1V+x得到各从蝶阀的开度；其中x与差值C相关。

根据差值C，改变参数x调整气流流向，多次调整后，通过最终工艺效果的对比，可以找到x的最优值并将参数x固定下来。

在步骤S02中，所述压力通过PID算法后，实时控制所述主蝶阀的开度。

在步骤S02中，通过真空检测单元检测所述真空腔体内的压力。

所述从蝶阀的数量可以为多个。

本发明还公开了一种串联真空腔体内气流场的控制系统，包括：

第一程序模块，用于预先将其中一个真空腔体的蝶阀设为主蝶阀，并设置为压力控制模式，其它真空腔体的蝶阀设为从蝶阀，并设置为位置控制模式；

第二程序模块，用于获取主蝶阀对应的真空腔体内的压力，并根据压力调整所述主蝶阀的开度，即主蝶阀进入压力控制模式；

第三程序模块，用于获取所述主蝶阀的开度，根据所述主蝶阀的开度来实时调整各从蝶阀的开度，即进入位置控制模式。

本发明进一步公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述方法的步骤。

本发明还公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述方法的步骤。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本方法将两种压力控制模式与位置控制模式相结合，其中部分真空腔体的蝶阀采用压力控制模式，相对应的其它真空腔体的蝶阀采用位置控制模式，将压力控制模式下采集到的蝶阀实时位置，转化成为采用位置控制模式的蝶阀所需要的目标开度，从而使每个真空腔体都能获得稳定均匀的气流场；上述方式降低了设备成本，提高了设备产能。

附图说明

图1为现有的真空腔体的结构示意图。

图2为现有期望得到的气流方向示意图。

图3为现有实际得到的气流方向示意图。

图4为本发明的真空腔体在实施例的结构示意图。

图5为本发明的控制方法在实施例的流程图。

图中标号表示：1、真空泵；2、真空腔体；3、第一蝶阀；4、第二蝶阀；5、进气单元；6、真空检测单元；7、气流；8、隔板。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图4和图5所示，本发明实施例的串联真空腔体内气流场的控制方法，包括步骤：

S01、预先将其中部分真空腔体2的蝶阀设为主蝶阀，并设置为压力控制模式，其它真空腔体2的蝶阀设为从蝶阀，并设置为位置控制模式；其中主蝶阀与从蝶阀相互对应(主蝶阀可对应一个或多个从蝶阀，其是主蝶阀与从蝶阀对应的真空腔体2最好是相邻的；如主蝶阀2#对应有从蝶阀3#，或者主蝶阀2#对应有从蝶阀1#和从蝶阀3#，从蝶阀1#、主蝶阀2#和从蝶阀3#对应的真空腔体2依次对接相连)；

S02、获取主蝶阀对应的真空腔体2内的压力，并根据压力调整主蝶阀的开度，即主蝶阀进入压力控制模式；

S03、获取主蝶阀的开度，根据主蝶阀的开度来实时调整对应各从蝶阀的开度，即进入位置控制模式。

本方法将两种压力控制模式与位置控制模式相结合，其中部分真空腔体2的蝶阀采用压力控制模式，相对应的其它真空腔体2的蝶阀采用位置控制模式，将压力控制模式下采集到的蝶阀实时位置，转化成为采用位置控制模式的蝶阀所需要的目标开度，从而使每个真空腔体2都能获得稳定均匀的气流场；上述方式降低了设备成本(如不需要增加隔板)，提高了设备产能。

在一具体实施例中，在步骤S03中，根据主蝶阀的开度P1来实时调整各从蝶阀的开度P2的具体过程为：

获取主蝶阀前一段时间的开度平均值P1_V；

获取主蝶阀对应真空腔体2的进气量和蝶阀对应真空腔体2的进气量，得到主蝶阀对应真空腔体2的进气量与从蝶阀对应真空腔体2的进气量之间的差值C；

根据主蝶阀的开度平均值P1_V和差值C，得到各从蝶阀的开度。

具体地，根据主蝶阀的开度平均值P1_V和差值C，再通过P2＝P1_V+x得到各从蝶阀的开度；其中x与差值C相关。其中根据差值C，改变参数x调整气流7流向，多次调整后，通过最终工艺效果的对比，可以找到x的最优值并将参数x固定下来。

下面以两个真空腔体2为例来对本发明的方法做进一步完整说明:

真空设备的真空工艺开始运行后，首先设置第一个真空腔体2的第一蝶阀3为压力控制模式，第二个真空腔体2的第二蝶阀4为位置控制模式。随着进气系统开始向真空腔体2内送入工艺气体，真空腔体2内压力开始上升，利用真空检测单元6(真空测量元器件)实时反馈的腔内压力值，再通过PID算法，实时控制第一蝶阀3打开到合适的开度，并实时获取第一蝶阀3的开度P1，再计算出P2＝f(P1)，并将第二蝶阀4的目标开度设置为P2。在真空工艺过程中，第一蝶阀3的开度是不断变化的，所以通过计算并设定给第二蝶阀4的开度也是在实时变化，但是由于两个蝶阀的开度是满足特定关系的，因此两个蝶阀之间又是相互关联的，这就不同于两个蝶阀完全独立工作，能够有效的提高真空系统的稳定性。

在这个过程中，最重要的就是从P1得到P2的算法。以下是在实际生产中应用的一个例子。有两个相邻且相通的真空腔体A和B，真空工艺时压力相同，进气流量不同但是固定不变。为了获得稳定的气流场，设备控制软件以每秒一次频率，实时读取并记录真空腔体A的第一蝶阀3开度P1_t，其中下标t代表不同的时刻，考虑到需要在不同的进气量的前提下获得同样的压力，因此两个蝶阀要保持一定的开度差值x，参数x可以根据实际情况进行设置，同时为了提高压控系统的抗干扰性，减小瞬间的压力波动对整个系统的影响，控制软件取用了前十秒内真空腔体A的第一蝶阀3开度的平均值，因此设计算法为：P2_t＝(P1_t-9+P1_t-8+…+P1_t)/10+x。根据两个腔体进气量的差值，改变参数x就能调整气流7流向，多次调整后，通过最终工艺效果的对比，可以找到x的最优值并将参数x固定下来。

针对不同的真空腔体，可以设计不同的算法，但是核心都是一部分腔体采用蝶阀压力控制模式、另外的腔体采用蝶阀的位置控制模式，再用特定的算法将压力控制模式下的蝶阀和位置控制模式下的蝶阀关联起来，实现实时联动，从而使每个真空腔体都能获得稳定均匀的气流场。

本发明实施例还公开了一种串联真空腔体内气流场的控制系统，包括：

第一程序模块，用于预先将其中一个真空腔体的蝶阀设为主蝶阀，并设置为压力控制模式，其它真空腔体的蝶阀设为从蝶阀，并设置为位置控制模式；

第二程序模块，用于获取主蝶阀对应的真空腔体内的压力，并根据压力调整主蝶阀的开度，即主蝶阀进入压力控制模式；

第三程序模块，用于获取主蝶阀的开度，根据主蝶阀的开度来实时调整各从蝶阀的开度，即进入位置控制模式。

本发明的串联真空腔体内气流场的控制系统，与上述控制方法相对应，同样具有如上控制方法所述的优点。

本发明实施例进一步公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序在被处理器运行时执行如上所述方法的步骤。本发明实施例还公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器上存储有计算机程序，计算机程序在被处理器运行时执行如上所述方法的步骤。本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一个计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。存储器可用于存储计算机程序和/或模块，处理器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现各种功能。存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其它易失性固态存储器件等。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种串联真空腔体内气流场的控制方法，其特征在于，包括步骤：

S01、预先将其中部分真空腔体(2)的蝶阀设为主蝶阀，并设置为压力控制模式，其它真空腔体(2)的蝶阀设为从蝶阀，并设置为位置控制模式；其中主蝶阀与从蝶阀相互对应；

S02、获取主蝶阀对应的真空腔体(2)内的压力，并根据压力调整所述主蝶阀的开度，进入压力控制模式；

S03、获取所述主蝶阀的开度，根据所述主蝶阀的开度来实时调整对应各从蝶阀的开度，进入位置控制模式。

2.根据权利要求1所述的串联真空腔体内气流场的控制方法，其特征在于，在步骤S03中，根据所述主蝶阀的开度P1来实时调整各从蝶阀的开度P2的具体过程为：

获取所述主蝶阀前一段时间的开度平均值P1_V；

获取所述主蝶阀对应真空腔体(2)的进气量和蝶阀对应真空腔体(2)的进气量，得到主蝶阀对应真空腔体(2)的进气量与从蝶阀对应真空腔体(2)的进气量之间的差值C；

根据主蝶阀的开度平均值P1_V和差值C，得到各从蝶阀的开度。

3.根据权利要求2所述的串联真空腔体内气流场的控制方法，其特征在于，根据主蝶阀的开度平均值P1_V和差值C，再通过P2＝P1_V+x得到各从蝶阀的开度；其中x与差值C相关。

4.根据权利要求3所述的串联真空腔体内气流场的控制方法，其特征在于，根据差值C，改变参数x调整气流流向，多次调整后，通过最终工艺效果的对比，可以找到x的最优值并将参数x固定下来。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的串联真空腔体内气流场的控制方法，其特征在于，在步骤S02中，所述压力通过PID运算后，实时控制所述主蝶阀的开度。

6.根据权利要求1～4中任意一项所述的串联真空腔体内气流场的控制方法，其特征在于，在步骤S02中，通过真空检测单元(6)检测所述真空腔体(2)内的压力。

7.根据权利要求1～4中任意一项所述的串联真空腔体内气流场的控制方法，其特征在于，所述从蝶阀的数量为多个。

8.一种串联真空腔体内气流场的控制系统，其特征在于，包括：

第一程序模块，用于预先将其中一个真空腔体(2)的蝶阀设为主蝶阀，并设置为压力控制模式，其它真空腔体(2)的蝶阀设为从蝶阀，并设置为位置控制模式；

第二程序模块，用于获取主蝶阀对应的真空腔体(2)内的压力，并根据压力调整所述主蝶阀的开度，即主蝶阀进入压力控制模式；

第三程序模块，用于获取所述主蝶阀的开度，根据所述主蝶阀的开度来实时调整各从蝶阀的开度，即进入位置控制模式。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行如权利要求1～7中任意一项所述方法的步骤。

10.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行如权利要求1～7中任意一项所述方法的步骤。

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