智能真空控制系统的制作方法

智能真空控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于真空控制技术领域，具体设及一种智能真空控制系统。
【背景技术】
[0002] 自真空技术出现W来，真空技术的不断进步极大促进了人类科学的发展，到目前 为止，无论是半导体产业，新材料的开发，表面科学的研究，还是物理学中最尖端的离子加 速器的应用等科学领域，都对真空度的要求极高，甚至在军工武器W及宇宙探索仪器的研 发方面也离不开真空。
[0003] 例如，对于二次离子质谱（SecondaryIonMassSpectrometry,简称SIM巧仪， 是一种对表面灵敏的微区分析质谱仪器。SIMS的应用涵盖了微电子学、化学、材料学、地球 科学与宇宙科学、核科学、纳米技术和生命科学等，并对上述领域的发展起到了越来越重要 的作用，具有不可替代的地位。
[0004] 从结构上讲，二次离子质谱仪可W分为=个部分组成，即，离子源，离子光学系统 和离子质量分析器。当然和任何质谱仪器一样，二次离子质谱仪还包括真空系统，离子探测 和信号记录处理系统。
[0005] SIMS仪器的离子束在超高真空下运行，超高真空是仪器的基础环境，超高真空技 术是SIMS仪器是否成功的基础。
[0006] 现有技术中，对于类似于二次离子质谱仪等需要超高真空环境的设备，其所采用 的真空控制系统主要为手动操作阶段，具有真空度稳定性能W及真空度精度控制有限的不 足；此外，还具有无法抵御突然停电、气路漏气、真空检测部件出错等紧急情况的发生，因 此，当发生紧急情况时，会给仪器造成不可从挽回的损失。另外，还具有布线复杂W及成本 高的问题。
[0007] 因此，开发有效的真空控制系统已经成为需要超高真空的仪器开发亟需解决的问 题。 【实用新型内容】
[000引针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种智能真空控制系统，可有效解决 上述问题。
[0009] 本实用新型采用的技术方案如下：
[0010] 本实用新型提供一种智能真空控制系统，包括：上位机、RS485控制板卡、RS232控 制板卡、真空板阀控制器GVC、放气阀控制器WC、真空规控制器VGC、安装在相邻被控腔室 之间的第1真空板阀GV、用于测量每个被控腔室的真空度的第1真空规VG、安装在被控腔 室与该被控腔室的前级真空获取单元之间的第2真空板阀GV;其中，被控腔室的前级真空 获取单元包括串接的分子累TP、第2真空规VG、放气阀W和机械累RP;
[0011] 所述上位机分别与所述RS485控制板卡的一端和所述RS232控制板卡的一端连 接；
[0012] 所述RS485控制板卡的另一端分别与所述真空板阀控制器GVC的一端、所述放气 阀控制器WC的一端、所述分子累TP和所述机械累RP连接；所述真空板阀控制器GVC的另 一端分别与所述第1真空板阀GV和所述第2真空板阀GV连接；所述放气阀控制器WC的 另一端与所述放气阀W连接；
[0013] 所述RS232控制板卡的另一端与所述真空规控制器VGC的一端连接；所述真空规 控制器VGC的另一端分别与所述第1真空规VG和所述第2真空规VG连接。
[0014] 优选的，所述RS485控制板卡为PXI-8433/4控制板卡；所述RS232控制板卡为 PXI-8430/8控制板卡。
[0015] 优选的，所述上位机通过NIMXIExpressX4光纤分别与所述RS485控制板卡和所 述RS232控制板卡连接。
[0016] 优选的，所述真空板阀控制器GVC和所述放气阀控制器WC的结构相同，均包括： n路远程继电器、n路模拟量输入电路、24V直流电源和12V直流电源；其中，n为自然数；
[0017] 所述n路远程继电器的输入端与所述RS485控制板卡连接，所述n路远程继电器 的供电端与所述24V直流电源连接，所述n路远程继电器和所述24V直流电源共同连接到 被控阀体，用于控制被控阀体的开启或关闭状态；
[001引所述n路模拟量输入电路的供电端与所述12V直流电源连接，所述n路模拟量输 入电路和所述12V直流电源共同连接到被控阀体，用于采集被控阀体的开启或关闭状态； 所述n路模拟量输入电路的输出端连接到所述RS485控制板卡。
[0019] 优选的，n为8。
[0020] 优选的，所述远程继电器为ADAM4168型号的远程继电器；所述模拟量输入电路 为ADAM4117型号的模拟量输入电路。
[0021] 优选的，还包括；不间断电源；所述不间断电源分别与所述上位机、所述RS485控 制板卡和所述RS232控制板卡连接。
[0022] 优选的，所述不间断电源为lOkVA不间断电源。
[0023] 本实用新型提供的智能真空控制系统具有W下优点：
[0024] 能够全面对被控腔室的真空度进行控制，包括：真空度获得控制、真空度放气保护 控制、真空度测量过程等，具有控制全面和精度高的优点，从而解决了手动控制具有的真空 度稳定性能化及真空度精度控制有限的问题。通过配置不间断电源，实现了紧急情况处理 效果。还具有真空度控制稳定W及精确度高、布线简单W及成本低的优点。
【附图说明】
[0025] 图1为将本实用新型提供的智能真空控制系统应用于飞行时间质谱仪的具体电 路原理图；
[0026] 图2为将本实用新型提供的真空板阀控制器GVC或放气阀控制器WC的结构原理 图。
【具体实施方式】
[0027] W下结合附图对本实用新型进行详细说明：
[002引本实用新型提供一种智能真空控制系统，采用一种全新的体系架构，能够对需要 超高真空环境的设备进行真空控制，具有真空度控制稳定w及精确度高的优点。
[0029] 具体的，包括：上位机、RS485控制板卡、RS232控制板卡、真空板阀控制器GVC、放 气阀控制器WC、真空规控制器VGC、安装在相邻被控腔室之间的第1真空板阀GV、用于测量 每个被控腔室的真空度的第1真空规VG、安装在被控腔室与该被控腔室的前级真空获取单 元之间的第2真空板阀GV;其中，被控腔室的前级真空获取单元包括串接的分子累TP、第2 真空规VG、放气阀W和机械累RP;
[0030] 上位机分别与RS485控制板卡的一端和RS232控制板卡的一端连接；
[0031] RS485控制板卡的另一端分别与真空板阀控制器GVC的一端、放气阀控制器WC的 一端、分子累TP和机械累RP连接；真空板阀控制器GVC的另一端分别与第1真空板阀GV 和第2真空板阀GV连接；放气阀控制器WC的另一端与放气阀W连接；
[0032]RS232控制板卡的另一端与真空规控制器VGC的一端连接；真空规控制器VGC的 另一端分别与第1真空规VG和第2真空规VG连接。
[0033] 上述结构的主要原理为；
[0034] 真空板阀GV包括两类，一类用于实现各个被控腔室之间的真空隔离；另一类用于 实现被控腔室自身与前级真空获取单元之间的隔离；
[0035] 前级真空获取单元用于对被控腔室抽气，而使被控腔室获得高真空状态；
[0036] 放气阀用于对被控腔室放气，实现对被控腔室进行放气的操作；通常情况下，仪器 一旦启动，除非特殊情况发生，一般不会放气。例如，对于飞行时间质谱而言，有两种情况需 要启动放气过程，一是在装载待分析样品时需要对SL腔体进行放气操作，二是紧急情况发 生时，如停电、真空规、分子累、机械累 等真空设备失效时，需要启动保护程序，往往伴随放 气操作。
[0037] 本实用新型中，RS232控制板卡通过真空规控制器与各个真空规连接，用于测量得 到各个被控腔室的真空度W及被控腔室的前级真空度；
[003引 RS485控制板卡分别与真空板阀、放气阀、前级真空获取单元中的机械累和分子累 连接；通过控制真空板阀的开启或关闭状态，进行控制两个腔室之间是否进行隔离；通过 控制机械累和分子累的启停状态，进而控制是否需要对被控腔室进行真空获取。通过控制 放气阀的开启或关闭状态，进而控制是否需要对被控腔室进行放气操作。
[0039] 其中，对于上述的真空板阀控制器GVC和放气阀控制器WC，其结构相似，均包括； n路远程继电器、n路模拟量输入电路、24V直流电源和12V直流电源；其中，n为自然数；
[0040] n路远程继电器的输入端与述RS485控制板卡连接，n路远程继电器的供电端与 24V直流电源连接，n路远程继电器和24V直流电源共同连接到被控阀体，用于控制被控阀 体的开启或关闭状态；
[0041] n路模拟量输入电路的供电端与12V直流电源连接，n路模拟量输入电路和12V直 流电源共同连接到被控阀体，用于采集被控阀体的开启或关闭状态；n路模拟量输入电路 的输出端连接到RS485控制板卡。
[0042] 参考图2,为n等于8、远程继电器为ADAM4168型号的远程继电器；模拟量输入电 路为ADAM4117型号的模拟量输入电路的电路原理图。
[0043] 另外，智能真空控制系统，配置有不间断电源，如lOkVA不间断电源，可实现紧急 情况处理的作用。目P;针对供电系统故障，因为智能真空控制系统配备了 lOkVA的不间断 电源，能保证系统在彻底断电前，进行有效的现场保护能力。真空控制系统上位机通过检测 不间断电源信号线可W在毫秒级判断电源故障或停电状况发生，启动对真空系统的保护程 序，首先关闭各真空板阀，然后针对各个腔体的前级真空系统启动放气流程。当供电正常 后，在上位机点击真空系统启动按钮，自动进入真空获得流程。
[0044] 可见，本实用新型提供的智能真空控制系统，通过集成RS485控制板卡、RS232控 制板卡、真空板阀控制器GVC、放气阀控制器WC、真空规控制器VGC、分子累和机械累等设 备，能够全面对被控腔室的真空度进行控制，包括：真空度获得控制、真空度放气保护控制、 真空度测量过程等，具有控制全面和精度高的优点，从而解决了手动控制具有的真空度稳 定性能W及真空度精度控制有限的问题。通过配置不间断电源，实现了紧急情况处理效果。
[0045] 对于本实用新型提供的智能真空控制系统，通过在上位机安装智能真空保护逻 辑，并与上述硬件配合，能够进一步增强智能真空控制系统的性能，为了全面深入的理解本 实用新型，下面通过将智能真空控制系统应用于具体的二次离子质谱仪为例，介绍智能真 空控制系统的工作原理：
[0046] 该系统在传统的真空控制系统的基础上，增加真空控制系统不间断电源、智能真 空保护逻辑、多路真空实时测量、自动进气装置、真空板阀状态检测等单元，使该系统不但 可W实现真空获得过程、真空放气过程的自动化，而且能够应对停电、漏气等极端情况发 生；而且该系统的逻辑控制程序运行在上位机，为系统程序升级提供了便利。
[0047] 参考图1，为智能真空控制系统应用于飞行时间质谱仪的原理示意图，参考下表， 为图1中各英文字符的含义。
[0048]表1
[0049]
【主权项】
1. 一种智能真空控制系统，其特征在于，包括：上位机、RS485控制板卡、RS232控制板 卡、真空板阀控制器GVC、放气阀控制器VVC、真空规控制器VGC、安装在相邻被控腔室之间 的第1真空板阀GV、用于测量每个被控腔室的真空度的第1真空规VG、安装在被控腔室与 该被控腔室的前级真空获取单元之间的第2真空板阀GV ;其中，被控腔室的前级真空获取 单元包括串接的分子泵TP、第2真空规VG、放气阀VV和机械泵RP ; 所述上位机分别与所述RS485控制板卡的一端和所述RS232控制板卡的一端连接； 所述RS485控制板卡的另一端分别与所述真空板阀控制器GVC的一端、所述放气阀控 制器VVC的一端、所述分子泵TP和所述机械泵RP连接；所述真空板阀控制器GVC的另一端 分别与所述第1真空板阀GV和所述第2真空板阀GV连接；所述放气阀控制器VVC的另一 端与所述放气阀VV连接； 所述RS232控制板卡的另一端与所述真空规控制器VGC的一端连接；所述真空规控制 器VGC的另一端分别与所述第1真空规VG和所述第2真空规VG连接。
2. 根据权利要求1所述的智能真空控制系统，其特征在于，所述RS485控制板卡为 PXI-8433/4控制板卡；所述RS232控制板卡为PXI-8430/8控制板卡。
3. 根据权利要求1所述的智能真空控制系统，其特征在于，所述上位机通过NI MXI ExpressX4光纤分别与所述RS485控制板卡和所述RS232控制板卡连接。
4. 根据权利要求1所述的智能真空控制系统，其特征在于，所述真空板阀控制器GVC和 所述放气阀控制器VVC的结构相同，均包括：n路远程继电器、n路模拟量输入电路、24V直 流电源和12V直流电源；其中，n为自然数； 所述n路远程继电器的输入端与所述RS485控制板卡连接，所述n路远程继电器的供 电端与所述24V直流电源连接，所述n路远程继电器和所述24V直流电源共同连接到被控 阀体，用于控制被控阀体的开启或关闭状态； 所述n路模拟量输入电路的供电端与所述12V直流电源连接，所述n路模拟量输入电 路和所述12V直流电源共同连接到被控阀体，用于采集被控阀体的开启或关闭状态；所述n 路模拟量输入电路的输出端连接到所述RS485控制板卡。
5. 根据权利要求4所述的智能真空控制系统，其特征在于，n为8。
6. 根据权利要求4所述的智能真空控制系统，其特征在于，所述远程继电器为ADAM 4168型号的远程继电器；所述模拟量输入电路为ADAM 4117型号的模拟量输入电路。
7. 根据权利要求1所述的智能真空控制系统，其特征在于，还包括：不间断电源；所述 不间断电源分别与所述上位机、所述RS485控制板卡和所述RS232控制板卡连接。
8. 根据权利要求7所述的智能真空控制系统，其特征在于，所述不间断电源为IOkVA不 间断电源。
【专利摘要】本实用新型提供一种智能真空控制系统，包括：上位机、RS485控制板卡、RS232控制板卡、真空板阀控制器、放气阀控制器、真空规控制器、安装在相邻被控腔室之间的第1真空板阀、用于测量每个被控腔室的真空度的第1真空规、安装在被控腔室与该被控腔室的前级真空获取单元之间的第2真空板阀；其中，被控腔室的前级真空获取单元包括串接的分子泵、第2真空规、放气阀和机械泵RP。优点为：能够全面对被控腔室的真空度进行控制，具有控制全面和精度高的优点，解决了手动控制的问题。通过配置不间断电源，实现了紧急情况处理效果。还具有真空度控制稳定以及精确度高、布线简单以及成本低的优点。
【IPC分类】G05B19-418
【公开号】CN204613731
【申请号】CN201520353774
【发明人】范润龙, 郑瀛, 龙涛, 张玉海
【申请人】中国地质科学院地质研究所
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月27日