المنزل >

أحدث قضية للشركة حول Guangzhou Cleanroom Construction Co., Ltd. الشهادات

تقنيات التحكم في نظام MAU + FFU + DCC في الغرف النظيفة

2024-12-12

في الصناعات المتطورة مثل تصنيع أشباه الموصلات، والطب الحيوي، والإلكترونيات الدقيقة، يؤثر التحكم في المعايير البيئية في الغرف النظيفة بشكل مباشر على جودة المنتج وموثوقية نتائج البحث العلمي. أصبح نظام MAU (وحدة هواء التعويض) + FFU (وحدة مرشح المروحة) + DCC (وحدة ملف التجفيف)، كحل رئيسي لتنقية الهواء للغرف النظيفة، دعمًا رئيسيًا لتحقيق بيئات نظيفة صارمة نظرًا لخصائص التحكم المرنة والفعالة. ستتعمق هذه المقالة في تقنيات التحكم الأساسية لهذا النظام، وكشف كيف يخلق مساحة نظيفة مستقرة ودقيقة من خلال عمليات تعاونية متعددة الأبعاد.
أولاً: نظرة عامة على نظام MAU + FFU + DCC
نظام MAU + FFU + DCC هو نظام متكامل لمعالجة الهواء وتدويره حيث يؤدي كل مكون وظائفه المحددة مع التعاون بسلاسة:
MAU مسؤول عن المعالجة المسبقة للهواء النقي، بما في ذلك تعديل درجة الحرارة والرطوبة، والترشيح الأولي، وتوريد الهواء النقي؛
FFU, كجوهر للتنقية في المرحلة النهائية، يضمن التحكم في الجسيمات في المناطق النظيفة من خلال الترشيح عالي الكفاءة وتوريد الهواء الاتجاهي؛
DCC ينظم بدقة أحمال الحرارة الحسية الداخلية للحفاظ على توحيد مجال درجة الحرارة.
هذه البنية المكونة من "المعالجة المسبقة للهواء النقي + التنقية في المرحلة النهائية + الضبط الدقيق للحرارة الحسية" لا تلبي فقط طلب الغرفة النظيفة على الهواء النقي، ولكنها تحقق أيضًا إدارة دقيقة للمعايير البيئية من خلال التحكم الهرمي، مما يوفر كفاءة أفضل للطاقة ومرونة مقارنة بأنظمة تكييف الهواء المركزية التقليدية.

ثانيًا: النقاط الرئيسية للتحكم في النظام
(أ) التحكم في درجة الحرارة: تنظيم دقيق من خلال التعاون متعدد الوحدات
تعتبر تقلبات درجة الحرارة عاملاً حاسمًا يؤثر على التصنيع الدقيق - على سبيل المثال، في عمليات التصوير الضوئي لأشباه الموصلات، يمكن أن يتسبب فرق درجة الحرارة البالغ 0.1 درجة مئوية في حدوث انحرافات في نقل نمط الرقاقة. يحقق نظام MAU + FFU + DCC دقة التحكم في درجة الحرارة على المستوى الجزئي من خلال التحكم التعاوني ثلاثي المستويات:
التحكم الأساسي في درجة الحرارة بواسطة MAU: يعتمد خوارزمية PID التكيفية لضبط تدفق المياه أو تدفق المبردات لملفات التسخين/التبريد ديناميكيًا بناءً على ملاحظات درجة الحرارة في الوقت الفعلي في الغرفة النظيفة، مما يؤدي إلى استقرار درجة حرارة الهواء النقي ضمن النطاق المحدد (عادةً بدقة تبلغ ±0.5 درجة مئوية)؛
التنظيم غير المباشر بواسطة FFU: على الرغم من أنه غير متورط بشكل مباشر في التحكم في درجة الحرارة، إلا أن توزيع حجم الهواء الخاص به يؤثر على تنظيم تدفق الهواء الداخلي. من خلال تحسين تخطيط FFU (مثل الترتيب الموحد على نمط المصفوفة) وإعدادات سرعة الرياح (عادةً 0.3-0.5 م/ث)، يمكن تقليل تدرجات درجة الحرارة المحلية؛
تعويض الحرارة الحسية بواسطة DCC: باستهداف مصادر الحرارة المحلية المتولدة عن تشغيل المعدات (مثل آلات التصوير الضوئي والمفاعلات الحيوية)، يتم تحقيق إزاحة في الوقت الفعلي لأحمال الحرارة الحسية عن طريق ضبط تدفق المياه المبردة، مما يضمن أن خطأ توحيد درجة الحرارة في المناطق النظيفة هو ≤ ±0.2 درجة مئوية.
حالة التطبيق: في ورشة التصوير الضوئي لمصنع رقائق 12 بوصة، من خلال التحكم في الربط بين MAU و DCC، تقتصر تقلبات درجة الحرارة بشكل صارم على ±0.1 درجة مئوية، مما يحسن إنتاجية الرقائق بنسبة 3٪ تقريبًا.
(ب) التحكم في الرطوبة: تحقيق التوازن بين منع التكثف واستقرار العملية
يمكن أن تتسبب الرطوبة العالية في تآكل المعدات، بينما قد تؤدي الرطوبة المنخفضة إلى كهرباء ساكنة - يحتاج التحكم في الرطوبة إلى تحقيق التوازن بين متطلبات العملية وحماية المعدات:
وظيفة الضبط الرئيسية لـ MAU: يدمج وحدات الترطيب بالبخار/القطب ووحدات إزالة الرطوبة بالتكثف/الدوارة، ويقوم تلقائيًا بتبديل الأوضاع بناءً على الرطوبة في الوقت الفعلي (بدقة تبلغ ±2٪ رطوبة نسبية). على سبيل المثال، في ورش عمل التجفيف بالتجميد الصيدلانية، يجب تثبيت الرطوبة عند 30-40٪ رطوبة نسبية لمنع امتصاص الأدوية للرطوبة؛
التوزيع الموحد المساعد بواسطة FFU: يزيل المناطق المحلية ذات الرطوبة العالية من خلال تدوير الهواء، خاصة في المناطق الركنية من الغرف النظيفة، لتجنب النمو الميكروبي الناجم عن الرطوبة غير المتساوية؛
منطق التحكم في الربط: عندما يكتشف MAU أن الرطوبة تنحرف عن القيمة المحددة، فإنه سيقوم أولاً بضبط رطوبة الهواء النقي، وسيتعاون DCC لتقليل درجة حرارة سطح الملف (يجب أن تكون أعلى بمقدار 1-2 درجة مئوية من نقطة الندى لمنع التكثف)، مما يشكل تحكمًا في الحلقة المغلقة.
(ج) إدارة النظافة: الترشيح الكامل للعملية من المصدر إلى النهاية
النظافة هي المؤشر الأساسي للغرف النظيفة، والتي يجب تحقيقها من خلال الترشيح الهرمي وتنظيم تدفق الهواء:
المعالجة المسبقة بواسطة MAU: يستخدم مرشحات G4 الأولية و F8 متوسطة الكفاءة لاعتراض الجسيمات التي يبلغ حجمها 10 ميكرومتر وأكثر في الهواء النقي، مما يقلل الحمل على الترشيح في المرحلة النهائية؛
التنقية في المرحلة النهائية بواسطة FFU: مجهزة بمرشحات HEPA (كفاءة الترشيح ≥99.97٪ للجسيمات 0.3 ميكرومتر) أو ULPA (كفاءة الترشيح ≥99.999٪ للجسيمات 0.12 ميكرومتر)، مما يضمن أن الهواء المزود للمناطق النظيفة يفي بمعايير ISO Class 5 (Class 100) أو أعلى؛
تحسين تنظيم تدفق الهواء: يشكل تدفقًا أحادي الاتجاه رأسيًا من خلال الترتيب الموحد لـ FFUs (معدل التغطية عادةً ما يكون 60-100٪)، "يدفع" الملوثات من المناطق النظيفة، ويتعاون مع تصميم مخرج هواء الإرجاع لتحقيق "تأثير المكبس" وتجنب مناطق تعطل تدفق الهواء.
مرجع البيانات: في الغرف النظيفة لرقائق الإلكترونيات، عندما يتم تثبيت سرعة الرياح التشغيلية لـ FFUs عند 0.45 م/ث، يمكن التحكم في عدد الجسيمات ≥0.5 ميكرومتر في كل قدم مكعب من الهواء أقل من 35 (تلبية معايير ISO Class 5).
(د) التحكم في الضغط: حاجز حاسم ضد التلوث المتبادل
تدرج الضغط هو الأساس للحفاظ على "التدفق أحادي الاتجاه" بين المناطق النظيفة والخارج، وكذلك بين المناطق ذات مستويات النظافة المختلفة:
تعديل حجم الهواء النقي بواسطة MAU: المراقبة في الوقت الفعلي لفروق الضغط بين المناطق النظيفة وغير النظيفة (عادةً 10-30 باسكال) من خلال مستشعرات فرق الضغط، وضبط حجم الهواء النقي ديناميكيًا بالاقتران مع مراوح التردد المتغير لضمان بيئة ضغط إيجابي (منع دخول التلوث الخارجي)؛
تصميم الضغط الهرمي: يجب تحديد فرق ضغط يبلغ 5-10 باسكال بين المناطق ذات مستويات النظافة المختلفة (مثل ISO Class 5 و ISO Class 7) لتجنب دخول الهواء من المناطق منخفضة النظافة إلى المناطق عالية النظافة؛
آلية الحماية في حالات الطوارئ: عندما يكون فرق الضغط أقل من الحد المحدد، سيقوم النظام تلقائيًا بتشغيل إنذار مسموع ومرئي وتشغيل مروحة احتياطية للحفاظ على الضغط، مما يمنع انقطاع الإنتاج.
ثالثًا: التطبيق المتعمق لتقنيات التحكم الذكية
يعتمد التحكم التقليدي في الغرف النظيفة على الفحص اليدوي والتعديل اليدوي، وهو أمر يصعب التعامل معه مع التغيرات الديناميكية في الحمل. يحقق نظام MAU + FFU + DCC إدارة دقيقة "غير مأهولة" من خلال الترقية الذكية:
منصة مراقبة مركزية: بناءً على أنظمة PLC أو DCS، ودمج أكثر من 30 معلمة مثل درجة الحرارة والرطوبة في MAU، وحالة تشغيل FFU، وتدفق المياه DCC في واجهة HMI، ودعم تصور البيانات في الوقت الفعلي واستعلام المنحنى التاريخي؛
خوارزمية الضبط التكيفي: عند اكتشاف بدء أو إيقاف تشغيل معدات الإنتاج (مثل الزيادة المفاجئة في حمل الحرارة الناجم عن بدء تشغيل آلات الحفر لأشباه الموصلات)، يمكن للنظام ضبط تدفق ملف MAU وإخراج DCC تلقائيًا في غضون 10 ثوانٍ للحفاظ على استقرار المعلمات؛
الصيانة التنبؤية: من خلال تحليل البيانات مثل تيار مروحة FFU وفارق ضغط المرشح، يتم توفير تحذير مبكر من أعطال المعدات (مثل انسداد المرشح وتقادم المحرك) لتجنب التوقف المفاجئ؛
تحسين استهلاك الطاقة: اعتماد خوارزميات الذكاء الاصطناعي لمطابقة حجم الهواء النقي ديناميكيًا مع الحمل الداخلي، مما يوفر 20-30٪ من الطاقة مقارنة بالأنظمة التقليدية، وهو مناسب بشكل خاص للتشغيل طويل الأجل للغرف النظيفة الكبيرة.
رابعًا: تشغيل النظام والتحسين: الخطوة الرئيسية من التأهيل إلى التميز
يتطلب نظام MAU + FFU + DCC عالي الجودة إجراءات تشغيل صارمة لتحقيق الأداء الأمثل:
تشغيل آلة واحدة
MAU: اختبار نطاق تحويل تردد المروحة (عادةً 30-100 هرتز)، ومقاومة المرشح الأولية (يجب أن تكون ≤10٪ من قيمة التصميم)، وسرعة استجابة تعديل درجة الحرارة والرطوبة؛
FFU: فحص كل وحدة بحثًا عن توحيد سرعة الرياح (الانحراف ≤ ±10٪)، وسلامة المرشح (من خلال الكشف عن التسرب بالمسح)، ومستوى الضوضاء (يجب أن يكون ≤65 ديسيبل)؛
DCC: التحقق من دقة تعديل تدفق المياه (±5٪) وكفاءة التبادل الحراري للملف.
تشغيل الربط
محاكاة ظروف العمل القاسية (مثل الطقس الحار والرطب في الصيف، وتشغيل المعدات بكامل طاقتها) لاختبار وتعديل تأثيرات التحكم في النظام على درجة الحرارة والرطوبة والنظافة والضغط؛
استخدام معدات دقيقة مثل عدادات الجسيمات (الحد الأدنى لحجم الجسيمات القابل للكشف 0.1 ميكرومتر) ومسجلات بيانات درجة الحرارة والرطوبة (فاصل أخذ العينات 10 ثوانٍ) لتسجيل البيانات من أكثر من 50 نقطة مراقبة في الغرفة النظيفة؛
تحسين معلمات PID (مثل المعامل التناسبي Kp، والوقت التكاملي Ti)، وضبط معلمات حجم الهواء وتدفق المياه لـ MAU و FFU و DCC لضمان تجاوز تعديل درجة الحرارة ≤0.3 درجة مئوية ووقت استعادة الرطوبة ≤5 دقائق.
التحسين المستمر
إنشاء نموذج استهلاك للطاقة بناءً على بيانات التشغيل، وضبط عدد FFUs العاملة ديناميكيًا (يمكن إيقاف تشغيل 20-30٪ في ظل ظروف عدم التحميل الكامل)؛
استبدال المرشحات بانتظام (المرشحات الأولية كل 1-3 أشهر، والمرشحات متوسطة الكفاءة كل 6-12 شهرًا، والمرشحات عالية الكفاءة كل 2-3 سنوات) للحفاظ على مقاومة النظام المستقرة.
الخلاصة: التكنولوجيا تمكن التصنيع النظيف
تعد تقنية التحكم في نظام MAU + FFU + DCC هي الدعم الأساسي للغرف النظيفة الحديثة للانتقال من "تشغيل الامتثال" إلى "الإدارة الرشيقة". من خلال التحكم التعاوني متعدد الأبعاد في درجة الحرارة والرطوبة والنظافة والضغط، جنبًا إلى جنب مع التمكين المتعمق للتقنيات الذكية، يمكن للنظام توفير بيئة نظيفة ومستقرة وموثوقة للتصنيع المتطور وأنشطة البحث العلمي.
بصفتنا مزود خدمة متخصص في تكنولوجيا الغرف النظيفة، فإننا نهدف دائمًا إلى "دقة المعلمات، وكفاءة التشغيل في استخدام الطاقة، وذكاء الإدارة"، مما يوفر للعملاء حلولاً كاملة للعملية من تصميم النظام واختيار المعدات إلى التشغيل والتحسين. إذا واجهت صعوبات فنية أو كانت لديك احتياجات في التحكم البيئي في الغرف النظيفة، فلا تتردد في الاتصال بنا - وسوف نستخدم خبرتنا المهنية لمساعدة أنشطة الإنتاج والبحث العلمي الخاصة بك على الوصول إلى آفاق جديدة.