专利名称：控制流体混合以及复用设定点的系统和方法
技术领域：
本发明的实施例涉及化学输送系统。更具体地讲，本发明的实施例涉及控制流体混合的系统和方法。本发明的实施例还涉及用于断定设定点的系统和方法。更具体地讲， 本发明的实施例涉及用于断定模拟设定点的系统和方法。更加具体地讲，本发明的实施例涉及在模拟通信链路上复用多个模拟设定点的系统和方法。
背景技术：
受控的组合物流体存在于许多广泛使用的流体中，这些广泛使用的流体包括城市供水、饮料、汽油、静脉注射(“IV”)流体和其它有用流体。在一些情况下，受控的组合物流体不是加工过程的最终产品，而是用于其它产品的制造过程中。例如，在对半导体晶片进行清洁和蚀刻时，半导体制造过程普遍地使用受控的组合物流体。用于形成受控的组合物流体的系统通常根据取缔的比率组合换言之根据配方将多种组成流体混合。在一些情况下，流体组分的化学计量比率并不重要，重要的是流体混合物的一些性质，诸如PH、粘度、离子强度、导电率或其它性质。然而，除了对优选性质进行控制以外，一般来讲将流体组分共混成对应于实际目标性质的目标浓度是更加容易的。通常，按照批处理模式生产特定浓度的流体。在批处理中，利用组分流体的重量比率或体积比率确定应该将多少的每种流体加到混合容器中进行共混。尽管利用批处理能够非常容易地控制浓度，但是它会对将混和流体加工成特定规模批量进行限制。为了提供额外的共混流体，必须产生出更多批次的流体。 另外，当前批处理系统的占地较大、资本费用相对较高、复杂度较高。批处理系统的例子包括由Addison，Illinois batch system公司提供的按照体积将重力给料的组分进行混和的 ChemFlow Systems 以及由 BOC Edwards 公司提供的 MassFusion system。除了批处理以外，还能够利用连续流动系统产生受控的组合物流体，其中，随着流体流到处理室，该连续流动系统将流体混合。这些系统能够连续地产生流体。当前的连续流动系统不能够进行充足控制以补偿不准确度或者改变诸如浓度或温度的组分流体性质。许多控制装置依赖模拟设定点以指示应该将系统控制到的期望状态。模拟设定点通常是施用到控制器的电压或电流，用于表示测量参数的期望值。该电压/电流可以表示温度、电机速度、压力、压差、温差或其它参数的期望值。模拟设定点通常由控制器进行数字化，并且转换成参数的设定点值。为了进行控制，可以将设定点值与参数的测量值进行比较。例如，温度控制器能够接收2. 2伏特的模拟信号，将该信号进行数字化并且将该值转换成20摄氏度。然后，控制器能够比较系统中的测量温度值以确定温度是否需要上升或下降到20摄氏度。已知包括比例控制方案、比例积分方案、比例积分导数方案和模糊逻辑控制方案的各种控制方案能够用于基于设定点控制过程参数。许多现有的控制器仅仅具有一个模拟端口或者具有有限数目的端口，通过这些端口发送或接收设定点信号。对于向其它控制器断定模拟设定点的控制器来讲，这会限制它能够控制的装置的数目。换言之，特定主控制器能够断定设定点的从控制器的数目限于主控制器上的模拟端口的数目。另外，对于向其断定设定点的每个控制器来讲，需要独立的模拟通信链路。
发明内容
本发明的实施例提供了一种连续混合流体的系统和方法，这种系统和方法能够消除或至少基本减少现有技术流体混合系统和方法的缺陷。更具体地讲，本发明的实施例提供了这样一种系统和方法，这种系统和方法能够迅速进行调整以改变过程参数从而提供期望流速和温度的混合流体。本发明的一个实施例包括一种流体混合系统，该流体混合系统包括第一流量控制器(例如，冷流体流量控制器)，用于控制第一流体的流量；第二流量控制器(例如，热流体流量控制器)，用于控制第二流体的流量；第一混合器(例如，静态混合器)，在该第一流量控制器和该第二流量控制器的下游并且与它们进行流体连通从而将该第一流体和该第二流体混合以产生第一混合流体；和温度传感器，位于该第一混合器的下游，用于测量该第一混合流体的温度。该第一流量控制器构造为利用第一流体的期望流速调整该第一流体的流量；而该第二流量控制器构造为基于温度设定点和该第一混合流体的温度调整该第二流体的流量。本发明的另一个实施例包括一种流体混合方法，该流体混合方法包括向第一混合器提供第一流体和第二流体；在该第一混合器将该第一流体与该第二流体混合以形成第一混合流体；测量该第一混合流体的温度；基于第一流体目标流速调整进入该混合器的第一流体的流量；以及基于该第一混合流体的温度和温度设定点调整进入该混合器的第二流体的流量。本发明的另一个实施例包括一种流体混合系统，该流体混合系统包括热流体流量控制器，用于控制热流体的流量；冷流体流量控制器，用于控制冷流体的流量；第一静态混合器，位于该第一热流体流量控制器和冷流体流量控制器的下游，用于接收该热流体，接收该冷流体并且将该热流体与该冷流体混合以形成混合流体；混合流体温度传感器，用于确定该混合流体的温度；化学品流量控制器，用于控制化学品的流量；第二静态混合器，位于该化学品流量控制器和该第一静态混合器的下游，用于接收该混合流体，接收该化学品并且将该混合流体与该化学品混合以形成稀释化学品；以及化学品温度传感器，用于测量该稀释化学品的温度。根据一个实施例，该冷流体流量控制器基于冷流体目标流速控制该冷流体的流量并且向该热流体流量控制器传送温度设定点。该热流体流量控制器基于该温度设定点和该混合流体的温度调整该热流体的流速。能够基于稀释化学品的温度连续更新该温度设定点。该化学品流量控制器基于目标化学品流速控制该化学品的流量。
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通过提供在运行中调整温度、化学性和流速从而提高生产量和处理灵活性的能力，本发明要优于对流体混合的现有技术系统和方法。另外，通过提供迅速补偿诸如浓度、温度和其它过程参数的组分流体性质的变化的能力，本发明要优于对流体混合的现有技术系统。另外，通过利用基于温度的流量控制器控制热流体从而减小基于压力的流量控制器中的更高温度导致的误差，本发明要优于现有技术系统。本发明的实施例还提供了一种提供模拟设定点的系统和方法，这种系统和方法能够消除或基本上减少现有技术模拟设定点系统和方法的缺陷。本发明的一个实施例包括一种对模拟设定点(analog setpoint)进行复用(multiplex)的方法，该方法包括向多个目标装置传送模拟信号，其中，该模拟信号表示多个设定点；传送与该模拟信号分离的第一设定点指示器以向第一目标装置指示该第一目标装置的第一设定点正由该模拟信号表示；响应于该第一设定点指示器在该第一目标装置处保存由该模拟信号断定的第一设定点值。本发明的另一个实施例包括一种对模拟设定点进行复用的系统，该系统包括主控制器；连接到该主控制器的多个从控制器；模拟通信链路，将该多个从控制器与该主控制器进行连接；以及一个或多个数字通信链路，用于将该多个从控制器与该主控制器进行连接。该主控制器可操作以在该模拟通信链路上传送表示多个模拟设定点的模拟信号，其中，该多个设定点在时间上复用到该模拟信号中；在第一时间段内，在该数字通信链路的至少一个上向该第一从控制器传送第一设定点指示器；以及在第二时间段内，在该数字通信链路的至少一个上向该第二从控制器传送第二设定点指示器。根据一个实施例，在该第一时间段内，该模拟信号表示第一设定点，在该第二时间段内，该模拟信号表示第二设定点。本发明的另一个实施例包括一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括一组计算机指令，这组计算机指令存储在计算机可读介质上。这组计算机指令还包括可由处理器执行的指令，处理器执行这些指令从而在第一通信链路上传送设定点信号，其中，该设定点信号将多个设定点进行复用；向第一目标装置传送第一设定点指示器以向该第一目标装置指示在第一时间段内该设定点信号表示该第一目标装置的设定点；以及向第二目标装置传送第二设定点指示器以向该第二目标装置指示在第二时间段内该设定点信号表示该第二目标装置的设定点。通过能够在公共模拟通信链路上断定多个模拟设定点，本发明的实施例要优于断定模拟设定点的现有技术系统和方法。通过利用一个或有限数目的模拟端口连接一个控制器以向多个其它控制器断定模拟设定点，本发明的实施例要优于现有技术系统。另外，通过减少具有多个控制器的系统中所需的模拟布线量，本发明的实施例提供了另一个优点。
通过结合附图参照下文描述，可以更加全面地理解本发明并且可以获得本发明的优点，其中，相同的附图标记指示相同特征并且其中图1是用于混合流体的系统的一个实施例的图解表示；图2A和2B提供了流程图，示出了控制流体的流量以形成混合流体的方法的一个实施例；图3是用于混合流体的系统的另一个实施例的图解表示；图4A到图4C提供了流程图，示出了控制流体的流量以形成混合化学品的另一个方法的一个实施例；图5是用于混合流体的系统的另一个实施例的图解表示；图6A到图6C提供了流程图，示出了控制流体的流量以形成混合化学品的另一个方法的另一个实施例；图7A到图7F提供了静态混合器组件700及其部件的一个实施例的图解表示；图8A到图8C提供了混合器组件的另一个实施例的图解表示；图9是对模拟设定点进行复用的系统的一个实施例的图解表示；图10是模拟设定点信号和对应的设定点指示器信号的图解表示；图11是用于将模拟设定点进行复用的系统的一个实施例的图解表示；图12是模拟设定点信号和用于断定设定点指示器的对应信号的图解表示；以及图13是流程图，示出了将模拟设定点进行复用的一个实施例。
具体实施例方式在附图中示出了本发明的优选实施例，相同附图标记用于指示各个附图中的相同和对应部分。本发明的实施例提供了一种连续流动产生混合流体的系统和方法。该混合流体可以包括不同流体的混合物或者具有诸如温度的不同输入性质的相同流体的混合物。通常， 不同温度的两个流体流供给入混合器。可以调整每个输入流体的流速以产生期望流速和温度的混合流体。作为一个例子，质量流控制器能够调整去离子水(D. I. H2O或者DIW)的热流和冷流的流速以产生期望流速和温度的D. I. H2O流。质量流控制器的控制算法能够依赖特定输入流的质量流速的仅仅一种组合将产生期望温度和流速的混合流体的事实。因此，用作主控制器的质量流控制器之一能够基于输入流的温度、输入流的比热和密度、混合流体的目标流速和混合流体的目标温度计算流过它的流体的期望流速。然后，主控制器能够将目标温度传递给从质量流控制器。从质量流控制器基于目标温度和由温度传感器确定的混合流体的温度调整流过它的流体的流速。通过利用温度传感器对从质量流控制器形成反馈环，从质量流控制器能够调整流体流速以快速将混合流体带到期望温度。当混合流体的温度接近期望温度时，流过从质量流控制器的流体的流速受到调整从而使得混合流体的流速接近期望流速。因此，混合流体将到达期望温度和流速。本发明的实施例提供了一种复用模拟设定点的系统和方法。根据本发明的一个实施例，模拟信号源(例如，主控制器)能够向公共模拟通信链路上的多个目标装置(例如， 从控制器)断定模拟信号。模拟信号能够表示多个设定点。根据一个实施例，能够向数字通信链路上的目标装置断定设定点指示器。当特定目标装置接收设定点指示器时，目标装置能够保存模拟设定点信号的值用作设定点。应该注意尽管就用于流体混合系统中的控制器而言讨论本发明的实施例，但是本发明的实施例还可以用于需要断定多个模拟设定点的任何系统。
图1是用于混合流体的系统100的一个实施例的图解表示。系统100包括两个流量控制器102和104，这两个流量控制器102和104与混合器106进行流体连通。系统100 还包括温度传感器108、温度传感器110和温度传感器112，其中，温度传感器108位于流量控制器102的上游，温度传感器110位于流量控制器104的上游，温度传感器112位于混合器106的下游。温度传感器108和温度传感器110连接到至少一个流量控制器，在这个例子中，连接到流量控制器104(即，能够传送表示温度的信号)。温度传感器112也连接到至少一个流量控制器。在这个例子中，温度传感器112连接到流量控制器102。根据一个实施例，尽管可以利用其它合适的流量控制器，但是流量控制器102和流量控制器104均是由Billerica，MA的Mykrolis公司(现在是Chaska，MN的Entegris 公司的一部分)产生的OptiChem P1200 LFC流量控制器。混合器106可以包括任何合适的动态或静态混合器以对流体流进行混合。结合图7A到图7F描述静态混合器的一个实施例。温度传感器108、110和112能够包括任何合适的温度传感器。比目标温度要热的流体(例如，热流体114)供给入流量控制器102，而比目标温度要冷的流体(例如，冷流体116)供给入流量控制器104。流量控制器102调整进入混合器106的热流体114的流量，而流量控制器104调整进入混合器106的冷流体116的流量。 这些流体在混合器106中进行共混以产生期望温度和流速的混和流体118。能够基于目标温度(例如，混合流体118的目标温度)、热流体和冷流体的温度、 热流体和冷流体的流体性质以及混合流体118的测量温度控制供给入混合器106的热流体 114和冷流体116的流速。更具体地讲，处理工具、控制计算机或其它系统能够提供流量控制器104混合流体118的目标温度(tT1)和流速(Qn)。另外，温度传感器108提供热流体 114的温度(tH)而温度传感器110提供冷流体116的温度(tc)。同样，能够向流量控制器 102和流量控制器104提供用于系统100中的热和/或冷流体的类型或者预先向流量控制器102和流量控制器104规划热和/或冷流体的类型。基于热流体114和冷流体116的流体类型和温度，流量控制器102能够计算热流体14和冷流体116的密度(P H、P c)和比热(CpH、Cpc)。流量控制器104能够相似地确定目标温度(tT)的混合流体118的密度(Pt)和比热(CpT)。例如，如果热流体114和冷流体 116均是D. I. H2O,则能够基于多项式利用下面系数计算密度和比热。表 权利要求
1.一种对模拟设定点进行复用的方法，包括向多个目标装置传送模拟信号，其中，所述模拟信号表示多个设定点； 传送与所述模拟信号分离的第一设定点指示器以向第一目标装置指示所述第一目标装置的第一设定点正由所述模拟信号表示；响应于所述第一设定点指示器在所述第一目标装置处保存由所述模拟信号断定的第一设定点值。
2.如权利要求1所述的方法，还包括接下来向第二目标装置传送第二设定点指示器以向所述第二目标装置指示第二设定点正由所述模拟信号表示；以及响应于所述第二设定点指示器在所述第二目标装置处保存由所述模拟信号断定的第二设定点值。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一设定点表示温度设定点。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述第二设定点表示目标流速。
5.如权利要求1所述的方法，还包括在数字信号总线上传送所述设定点指示器。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述模拟信号和设定点指示器由同一控制器进行传送。
7.一种对模拟设定点进行复用的系统，包括 主控制器；连接到所述主控制器的多个从控制器；模拟通信链路，用于将所述多个从控制器与所述主控制器进行连接；以及一个或多个数字通信链路，用于将所述多个从控制器与所述主控制器进行连接； 其中，所述主控制器可操作以在所述模拟通信链路上传送表示多个模拟设定点的模拟信号，其中，所述多个设定点在时间上复用到所述模拟信号中；在第一时间段内，在所述数字通信链路中的至少一个上向第一从控制器传送第一设定点指示器；以及在第二时间段内，在所述数字通信链路中的至少一个上向第二从控制器传送第二设定点指不器；其中，在所述第一时间段内，所述模拟信号表示第一设定点，在所述第二时间段内，所述模拟信号表示第二设定点。
8.如权利要求7所述的系统，其中，所述第一从控制器是第一流量控制器，并且所述第一设定点表示温度设定点。
9.如权利要求8所述的系统，其中，所述第二从控制器是第二流量控制器，并且所述第二设定点表示目标流速。
10.如权利要求7所述的系统，其中，传送所述第一设定点指示器包括改变在所述一个或多个数字通信链路中的至少第一个上的状态，并且其中，传送所述第二设定点指示器包括改变在所述一个或多个通信链路中的至少第二个上的状态。
11.一种对模拟设定点进行复用的方法，该方法包括在与多个目标装置中的每一个耦合的模拟通信链路上向多个目标装置传送模拟信号，其中，该模拟信号表示多个设定点，多个设定点中的每一个用于多个目标装置之一；在数字信号总线上传送与模拟通信链路上的模拟信号分离的第一设定点指示器，以向第一目标装置指示该第一目标装置的温度设定点正由该模拟信号在第一时间表示；响应于该第一设定点指示器在该第一目标装置处保存由该模拟信号断定的第一设定 ；^^ {自，接下来在数字信号总线上向第二目标装置传送与模拟通信链路上的模拟信号分离的目标流速设定点指示器，以向所述第二目标装置指示第二设定点正由所述模拟信号在第二时间表示；以及响应于所述第二设定点指示器在所述第二目标装置处保存由所述模拟信号断定的第二设定点值。
12.如权利要求11所述的方法，所述设定点指示器包括一个或多个比特。
13.如权利要求11所述的方法，其中，所述模拟信号和设定点指示器由同一控制器进行传送。
14.如权利要求11所述的方法，其中，在所述模拟信号断定所述设定点值的时间段内， 所述设定点指示器传送到所述第一目标装置。
15.一种对模拟设定点进行复用的系统，包括主控制器；连接到所述主控制器的多个从控制器；模拟通信链路，用于将所述多个从控制器与所述主控制器进行连接；以及与所述模拟通信链路分离的一个或多个数字通信链路，用于将所述多个从控制器与所述主控制器进行连接；其中，所述主控制器可操作以在所述模拟通信链路上传送表示多个模拟设定点的模拟信号，其中，所述多个设定点在时间上复用到所述模拟信号中，并且多个模拟设定点中的每一个用于多个从控制器之 在第一时间段内，在所述数字通信链路中的至少一个上向第一从控制器传送第一设定点指示器，以向第一从控制器指示第一从控制器的模拟温度设定点正在由模拟信号在第一时间段内表示；以及在第二时间段内，在所述数字通信链路中的至少一个上向第二从控制器传送第二设定点指示器，以向第二从控制器指示第二从控制器的模拟流速设定点正在由模拟信号在第二时间段内表示；其中，在所述第一时间段内，所述模拟信号表示模拟温度设定点，在所述第二时间段内，所述模拟信号表示模拟流速设定点。
16.如权利要求15所述的系统，其中，所述第一和第二设定点具有不同的值。
17.如权利要求15所述的系统，其中，所述第一从控制器是第一流量控制器。
18.如权利要求17所述的系统，其中，所述第二从控制器是第二流量控制器。
19.如权利要求15所述的系统，其中，传送所述第一设定点指示器包括改变在所述一个或多个数字通信链路中的至少第一个上的状态，并且其中，传送所述第二设定点指示器包括改变在所述一个或多个通信链路中的至少第二个上的状态。
20.如权利要求15所述的系统，其中，所述第一从装置被配置成响应于所述第一设定点指示器保存来自所述模拟信号的第一设定点值。
21.如权利要求20所述的系统，其中，所述第二从装置被配置成响应于所述第二设定点指示器保存来自所述模拟信号的第二设定点值。
22.如权利要求15所述的系统，其中，所述第一设定点指示器包括一个或多个比特。
23.如权利要求15所述的系统，其中，所述第二设定点指示器包括一个或多个比特。
全文摘要
本公开涉及控制流体混合以及复用设定点的系统和方法。本发明的实施例提供了一种连续流动生成混合流体的系统(100，300，500)和方法。该混合流体可以包括不同流体的混合物或者具有诸如温度的不同输入性质的同一流体的混合物。另外，本发明的实施例提供了一种对模拟设定点进行复用的系统(900，1100)和方法。
文档编号G05D27/02GK102339078SQ20111019617
公开日2012年2月1日 申请日期2007年2月28日 优先权日2006年3月1日
发明者J·E·斯密斯, J·K·尼尔梅耶尔, R·F·迈克罗格林 申请人:恩特格里公司