CN209962143U - 一种气体温度控制系统以及设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气体温度控制系统以及设备。所述气体温度控制系统包括控制模块、气体温度调节模块、气体处理模块和多个温度传感器，其中，控制模块为PLC，PLC包括主控PLC单元和至少一个数据采集PLC单元，主控PLC单元与至少一个数据采集PLC单元通信连接，每个数据采集PLC单元连接至少一个温度传感器，至少一个数据采集PLC单元用于采集多个温度传感器的测量结果，并将测量结果发送给主控PLC单元。本实用新型实施例提供的技术方案，简化了控制模块的结构，提升了控制模块的可靠性，减少了控制模块内部配线的复杂度，保证了数据高效且高精度的传输，且降低了控制模块的成本。

Description

一种气体温度控制系统以及设备

技术领域

本实用新型实施例涉及气体温度控制技术领域，尤其涉及一种气体温度控制系统以及设备。

背景技术

光刻机工作腔内的温度与光刻精度相关，为保证光刻机的光刻精度，需要采用气体温度控制系统对光刻机工作腔内的气体温度进行精准控制。

气体温度控制系统包括控制模块，用于控制系统内至少部分组件的正常工作，现有技术中控制模块包括PPC、PID仪表和PLC，其中PID仪表用于进行温度控制，PPC用于实现温度控制算法和采集温度数据，PLC用于实现逻辑控制，三者相互配合完成控制模块的控制功能。上述控制模块包括三种不同的控制组件，结构复杂，且任意两者之间通信均需要设置对应的通信方式，对应的配线设置复杂，此外，上述两方面原因导致控制模块的成本高。

实用新型内容

本实用新型提供一种气体温度控制系统以及设备，以简化控制模块的结构，降低控制模块内部的配线复杂度，和控制模块的成本。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种气体温度控制系统，所述气体温度控制系统包括：

控制模块，所述控制模块为PLC，所述PLC包括主控PLC单元和至少一个数据采集PLC单元，所述主控PLC单元与所述至少一个数据采集PLC单元通信连接；

气体温度调节模块，所述气体温度调节模块包括依次连接为闭合回路的液体存储单元、液体循环动力单元、液体温度调节单元和换热单元，所述换热单元用于实现所述回路内液体温度与待调节气体温度的热交换；所述液体循环动力单元和所述液体温度调节单元均与所述主控PLC单元连接；

气体处理模块，所述气体处理模块包括沿气体流动方向依次设置于所述换热单元之后的风机和加热单元，所述风机和所述加热单元均与所述主控PLC单元连接；

多个温度传感器，所述多个温度传感器至少包括第一温度传感器、第二温度传感器和至少一个第三温度传感器，所述第一温度传感器用于检测所述换热单元的入口处的所述液体的温度，所述第二温度传感器用于检测所述风机出口处的气体的温度，所述第三温度传感器用于检测所述加热单元出口处的气体温度；

每个所述数据采集PLC单元连接至少一个所述温度传感器，所述至少一个数据采集PLC单元用于采集所述多个温度传感器的测量结果，并将所述测量结果发送给所述主控PLC单元。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种设备，其特征在于，包括上述第一方面所述的气体温度控制系统。

本实用新型实施例提供的气体温度控制系统中控制模块为PLC，PLC包括主控PLC单元和至少一个数据采集PLC单元，主控PLC单元与至少一个数据采集PLC单元通信连接，每个数据采集PLC单元连接至少一个温度传感器，至少一个数据采集PLC单元用于采集多个温度传感器的测量结果，并将测量结果发送给主控PLC单元，使得控制模块仅包括PLC一种单一的控制组件，简化了控制模块的结构，提升了控制模块的可靠性，主控PLC单元和至少一个数据采集PLC单元之间为同种控制组件之间的通信，能够采用技术成熟且需要配线数量很少的EtherCAT通讯进行通信，减少了控制模块内部配线的复杂度，保证了数据高效且高精度的传输，且降低了控制模块的成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本实用新型实施例提供的一种气体温度控制系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种气体温度测试图；

图3是本实用新型实施例提供的一种挡气板的结构示意图；

图4是沿图3中虚线AB的剖面结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种控制架构图；

图6是本实用新型实施例提供的一种气体温度控制系统的控制逻辑图；

图7是本实用新型实施例提供的一种光刻机的架构图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的一种气体温度控制系统以及设备的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

本实用新型实施例提供了一种气体温度控制系统，所述气体温度控制系统包括：

控制模块，所述控制模块为PLC，所述PLC包括主控PLC单元和至少一个数据采集PLC单元，所述主控PLC单元与所述至少一个数据采集PLC单元通信连接；

气体温度调节模块，所述气体温度调节模块包括依次连接为闭合回路的液体存储单元、液体循环动力单元、液体温度调节单元和换热单元，所述换热单元用于实现所述回路内液体温度与待调节气体温度的热交换；所述液体循环动力单元和所述液体温度调节单元均与所述主控PLC单元连接；

气体处理模块，所述气体处理模块包括沿气体流动方向依次设置于所述换热单元之后的风机和加热单元，所述风机和所述加热单元均与所述主控PLC单元连接；

多个温度传感器，所述多个温度传感器至少包括第一温度传感器、第二温度传感器和至少一个第三温度传感器，所述第一温度传感器用于检测所述换热单元的入口处的所述液体的温度，所述第二温度传感器用于检测所述风机出口处的气体的温度，所述第三温度传感器用于检测所述加热单元出口处的气体温度；

每个所述数据采集PLC单元连接至少一个所述温度传感器，所述至少一个数据采集PLC单元用于采集所述多个温度传感器的测量结果，并将所述测量结果发送给所述主控PLC单元。

本实用新型实施例提供的气体温度控制系统中控制模块为PLC，PLC包括主控PLC单元和至少一个数据采集PLC单元，主控PLC单元与至少一个数据采集PLC单元通信连接，每个数据采集PLC单元连接至少一个温度传感器，至少一个数据采集PLC单元用于采集多个温度传感器的测量结果，并将测量结果发送给主控PLC单元，使得控制模块仅包括PLC一种单一的控制组件，简化了控制模块的结构，提升了控制模块的可靠性，主控PLC单元和至少一个数据采集PLC单元之间为同种控制组件之间的通信，能够采用技术成熟且需要配线数量很少的EtherCAT通讯进行通信，减少了控制模块内部配线的复杂度，保证了数据高效且高精度的传输，且降低了控制模块的成本。

以上是本申请的核心思想，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他实施方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本实用新型结合示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示装置器件结构的示意图并非按照一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度以及高度的三维空间尺寸。

图1是本实用新型实施例提供的一种气体温度控制系统的结构示意图。如图1所示，气体温度控制系统包括控制模块100、气体温度调节模块200、气体处理模块300和多个温度传感器400。

其中，控制模块100为PLC，PLC包括主控PLC单元110和至少一个数据采集PLC单元120，主控PLC单元110与至少一个数据采集PLC单元120通信连接。气体温度调节模块200包括依次连接为闭合回路的液体存储单元210、液体循环动力单元220、液体温度调节单元230和换热单元240，换热单元240用于实现回路内液体温度与待调节气体温度的热交换，液体循环动力单220和液体温度调节单元230均与主控PLC单元110连接。

气体处理模块300，气体处理模块300包括沿气体流动方向依次设置于换热单元240之后的风机310和加热单元320，风机310和加热单元320均与主控PLC单元110连接。多个温度传感器400，多个温度传感器400至少包括第一温度传感器410、第二温度传感器420和至少一个第三温度传感器430，第一温度传感器410用于检测换热单元240的入口处的液体的温度，第二温度传感器420用于检测风机310出口处的气体的温度，第三温度传感器430用于检测加热单元320出口处的气体温度。

每个数据采集PLC单元120连接至少一个温度传感器400，至少一个数据采集PLC单元120用于采集多个温度传感器400的测量结果，并将测量结果发送给主控PLC单元110。

需要说明的是，控制模块100仅包括PLC一种控制组件，该控制组件能够同时完成温度控制、温度数据采集、温度控制算法以及逻辑控制，具体的，采用基于PLC增量式PI算法结合PID串级控制，确保在预设控温范围内精度可达±0.01℃。值得注意的是，此处PID串级控制指的是PID算法，而非PID仪表。示例性的，预设控温范围为20～24℃。示例性的，本实施例提供的气体温度控制系统应用于一设备中，用于使得该设备实验腔体内的气体温度维持在目标温度，该目标温度为23℃，预设控温范围为20～24℃，在实验腔体内的气体温度稳定后测试24个小时，期间数据采集PLC单元的采样间隔为6s，测试结果如图2所示。参见图2，测试中最低温度为22.993℃，最高温度为23.008℃，温度精度为±0.01℃。具体的，该控制模块包括至少两个PLC单元，其中一个PLC单元用于实现控制功能，即主控PLC单元110；剩余PLC单元用于实现温度传感器上数据的采集，即数据采集PLC单元。本实施例对数据采集PLC单元的数量不作具体限定，对每个数据采集PLC单元连接的温度传感器的数量也不作具体限定。可以理解的是，数据采集PLC单元用于采集与其存在连接关系的温度传感器上的温度数据。

还需要说明的是，气体温度调节模块内部的液体循环动力单元用于提供液体的循环动力，驱动液体循环流动，不流动时的液体存储于液体存储单元，液体温度调节单元用于调节循环流动的液体的温度，以使得液体温度到达预设值，进而达到预设温度的液体能够在换热单元中与气体实现热交换，实现气体温度的调节。

此外，气体温度在气体的流动过程中会有一定的下降，为保证最终进入实验腔体的气体温度为预设温度，在气体流动方向上，位于风机之后实验腔体之前的位置设置加热单元，以对进入实验腔体进行最后的微调。

本实用新型实施例提供的气体温度控制系统中控制模块为PLC，PLC包括主控PLC单元和至少一个数据采集PLC单元，主控PLC单元与至少一个数据采集PLC单元通信连接，每个数据采集PLC单元连接至少一个温度传感器，至少一个数据采集PLC单元用于采集多个温度传感器的测量结果，并将测量结果发送给主控PLC单元，使得控制模块仅包括PLC一种单一的控制组件，简化了控制模块的结构，提升了控制模块的可靠性，主控PLC单元和至少一个数据采集PLC单元之间为同种控制组件之间的通信，能够采用技术成熟且需要配线数量很少的EtherCAT通讯进行通信，减少了控制模块内部配线的复杂度，保证了数据高效且高精度的传输，且降低了控制模块的成本。

值得注意的是，EtherCAT通讯是PLC内部不同模块之间一种成熟的通讯方式，其可靠性和实时性优良，且通讯的两个模块之间仅需要设置一路网线和一路24V供电线，简单可靠，配线复杂度低。

示例性的，液体存储单元可以为水箱，液体循环动力单元为水泵，换热单元可以为换热器。继续参见图1，液体温度调节单230可以包括制冷组件231和加热组件232，制冷组件231和加热组件232均与主控PLC单元110连接。

需要说明的是，上述具体实施方式仅作为一种示例对本实施例的技术方案进行说明，而非对气体温度调节模块200内各组件结构的限定，在本实施例的其他实施方式中，气体温度调节模块200内各组件还可以为其他结构，凡是能够实现对应功能的结构均在本实施例的保护范围内。

此外，如图1所示，气体温度控制系统还包括循环电子阀900，循环电子阀900用于控制制冷组件231中冷却水循环回路的通断，其在制冷组件231需要进行制冷时导通，并在制冷组件231无需进行制冷时打开。

如图1所示，多个温度传感器400还可以包括第四温度传感器440，第四温度传感器400用于检测制冷组件231出口处的液体的温度。

需要说明的是，这样的设置使得能够获得制冷组件231出口处液体的温度，进而使得主控PLC单元110能够根据制冷组件231出口处液体的温度控制制冷组件231和加热组件232合理调节液体温度。

可选的，如图1所示，气体温度控制系统还包括电子膨胀阀500，电子膨胀阀500连接于的制冷组件231和主控PLC单元110之间。

需要说明的是，电子膨胀阀500为开关组件，这样的设置使得主控PLC单元110和制冷组件231之间的连接关系可控，进而在无需进行制冷操作时，能够将制冷组件231断开。

示例性的，如图1所示，加热单元320可以包括多个加热丝，沿气体流动方向，每个加热丝之后均设置一个第三温度传感器430。

需要说明的是，这样的设置使得加热单元320能够对进入实验腔体之前的气体的温度进行微调，以使得调节后的气体温度满足达到预设温度，进而使得实验腔体中的气体的温度达到目标温度。

继续参见图1，可选的，气体温度控制系统还可以包括变频器600，变频器连接液体循环动力单元220、风机310和主控PLC单元110。

需要说明的是，这样的设置使得主控PLC单元110输出的控制信号能够转换为液体循环动力单元220和风机310正常工作所需的频率的信号，保证液体循环动力单元220和风机310的正常工作。

可选的，如图1所示，气体温度控制系统还可以包括挡气板800，挡气板800位于所述风机310的出风口处。图3是本实用新型实施例提供的一种挡气板的结构示意图。如图3所示，挡气板800包括多个通气孔810。图4是沿图3中虚线AB的剖面结构示意图。如图4所示，通气孔810沿气体的流动方向贯穿挡气板800。

需要说明的是，这样的设置使得挡气板800对风机出口强劲的风束进行均风处理，进而流动于挡气板800远离风机一侧的气流管道内的风束的温度和能量都更为均匀。

继续参见图1，可选的，气体温度控制系统还包括触控700，触控屏700与主控PLC单元110连接。

需要说明的是，触控屏700为气体温度控制系统与用户的交互界面，用户可通过触控屏700对气体温度控制系统进行控制，并通过触控屏700了解气体温度控制系统的相关参数和测试结果。

示例性的，数据采集PLC单元120的数据采集间隔可以为6s。

需要说明的是，数据采集PLC单元120的数据采集间隔过小会导致采集频率过大，增加数据采集PLC单元120和主控PLC单元110的数据处理量，数据采集PLC单元120的数据采集间隔过大会导致采集频率过小，采集的温度数据的实时性差，对液体和气体温度的调节滞后，降低了温度调节的准确性。数据采集PLC单元120的数据采集间隔为6s时，数据采集PLC单元120的数据采集频率适中，既能够保证温度调节的准确性，又能够使得数据采集PLC单元120和主控PLC单元110的数据处理量适宜。

可选的，气体温度控制系统还可以包括上位机，上位机与主控PLC单元连接，主控PLC单元中的所有数据通过标准以太网通讯传输至上位机中保存。示例性的，图5是本实用新型实施例提供的一种控制架构图。如图5所示，主控PLC单元110与数据采集PLC单元120之采用EtherCAT通讯方式进行通信，数据采集PLC单元120将其采集到的数据发送给主控PLC单元110，主控PLC单元110一方面可以在触控屏700上显示上述数据，另一方面能够与上位机10通讯，将数据发送给上位机10，上位机10也可以发送控制指令给主控PLC单元110告知主控PLC单元110进行数据传输。

图6是本实用新型实施例提供的一种气体温度控制系统的控制逻辑图。如图6所示，作为加热单元的多个加热丝包括多个第一加热丝321和多个第二加热丝322，多个第一加热丝321加热后的气体从顶部进入实验腔室，多个第二加热丝322加热后的气体从侧壁进入实验腔室，分别从顶部和侧壁进入的气体的温度独立设置。具体的，参见图6，根据实验腔室内的目标温度设定从顶部进入的气体的预设温度a和从侧壁进入的气体的预设温度b，获取预设温度a和预设温度b中温度低的作为基础温度，根据已知第一固定偏差和上述基础温度之和作为总气浴的预设温度c(风机出口处气体的预设温度)，其中，第一固有偏差为气体从风机出口到达加热单元的路径中损失的温度量，根据预设温度c、第二固定偏差以及换热单元的换热系数获得换热单元入口处的液体的预设温度d，其中，第二固有偏差为气体从换热单元出口传输至风机入口的路径中损失的温度量，将预设温度d和第三固有偏差之和作为制冷组件出口处的液体的预设温度e，其中第三固有偏差为液体从制冷组件出口流动至换热器出口损失的温度量。获得上述各预设值后，分别将各预设值与对应位置处的温度传感器测量的实际温度进行比较，并根据比较结果通过主控PLC单元控制进行气体或液体的温度调节，并将调节结果作为反馈量继续对应的支路中的温度调节操作。通过上述调节操作能够使得水温和气温均维持稳定，提高实验腔室内气体温度的稳定性。

本实用新型实施例还提供了的一种设备。上述设备包括本实用新型任意实施例所述的气体温度控制系统。由于本申请提供的设备包括本实用新型任意实施例所述的气体温度控制系统，其具有其所包括的气体温度控制系统相同或相应的有益效果，此处不再赘述。

示例性的，本实施例中的设备可以为光刻机。图7是本实用新型实施例提供的一种光刻机的架构图。如图7所示，光刻机具有实验腔室710与实验腔室710连通的功能模组720，实验腔室710内放置有光刻组件730，本实用新型任意实施例提供的气体温度控制系统用于为该实验腔室710提供具有预设温度的气体，以保证实验腔室710内的气体温度恒定为目标温度。具体的，功能模组720和实验腔室710之间设置有进气管道和出气管道，以使得气体能够在功能模组720与实验腔室730之间流动，形成气浴回路，具体的，图7中以带箭头的线示意出气体的流动路径。气体温度控制系统中除加热单元320外的其他部件均位于上述功能模组720内，加热单元320设置于实验腔室710和功能模组720之间，位于实验腔室720的进气管道上，经加热单元320后的气体部分从实验腔室710的顶部进入实验腔室710，另一部分气体从实验腔室710的侧壁进入实验腔室710，最后在风机作用下，实验腔室710内的气体从出气管道回到功能模组720中，继续进行温度的调节，从而保证实验腔室710内的温度稳定的维持在预设温度。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种气体温度控制系统，其特征在于，包括：

控制模块，所述控制模块为PLC，所述PLC包括主控PLC单元和至少一个数据采集PLC单元，所述主控PLC单元与所述至少一个数据采集PLC单元通信连接；

气体温度调节模块，所述气体温度调节模块包括依次连接为闭合回路的液体存储单元、液体循环动力单元、液体温度调节单元和换热单元，所述换热单元用于实现所述回路内液体温度与待调节气体温度的热交换；所述液体循环动力单元和所述液体温度调节单元均与所述主控PLC单元连接；

气体处理模块，所述气体处理模块包括沿气体流动方向依次设置于所述换热单元之后的风机和加热单元，所述风机和所述加热单元均与所述主控PLC单元连接；

多个温度传感器，所述多个温度传感器至少包括第一温度传感器、第二温度传感器和至少一个第三温度传感器，所述第一温度传感器用于检测所述换热单元的入口处的所述液体的温度，所述第二温度传感器用于检测所述风机出口处的气体的温度，所述第三温度传感器用于检测所述加热单元出口处的气体温度；

每个所述数据采集PLC单元连接至少一个所述温度传感器，所述至少一个数据采集PLC单元用于采集所述多个温度传感器的测量结果，并将所述测量结果发送给所述主控PLC单元。

2.根据权利要求1所述的气体温度控制系统，其特征在于，液体存储单元为水箱；所述液体循环动力单元为水泵；所述液体温度调节单元包括制冷组件和加热组件；所述换热单元为换热单元；

所述制冷组件和所述加热组件均与所述主控PLC单元连接。

3.根据权利要求2所述气体温度控制系统，其特征在于，所述多个温度传感器还包括第四温度传感器，所述第四温度传感器用于检测所述制冷组件出口处的所述液体的温度。

4.根据权利要求2所述的气体温度控制系统，其特征在于，还包括电子膨胀阀，所述电子膨胀阀连接于所述制冷组件和所述主控PLC单元之间。

5.根据权利要求1所述的气体温度控制系统，其特征在于，所述加热单元包括多个加热丝，沿气体流动方向，每个所述加热丝之后均设置一个所述第三温度传感器。

6.根据权利要求1所述的气体温度控制系统，其特征在于，还包括变频器，所述变频器连接所述液体循环动力单元、所述风机和所述主控PLC单元。

7.根据权利要求1所述的气体温度控制系统，其特征在于，还包括挡气板，所述挡气板位于所述风机的出风口处，所述挡气板包括多个通气孔，所述通气孔沿气体流动方向贯穿所述挡气板。

8.根据权利要求1所述的气体温度控制系统，其特征在于，还包括触控屏，所述触控屏与所述主控PLC单元连接。

9.根据权利要求1所述的气体温度控制系统，其特征在于，所述数据采集PLC单元的数据采集间隔为6s。

10.一种设备，其特征在于，包括上述权利要求1-9任一项所述的气体温度控制系统。

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