在工業(yè)溫度控制領(lǐng)域，當(dāng)精度要求提升至±0.1℃甚至更高時(shí)，比如在半導(dǎo)體制造、精密材料加工等行業(yè)里，越來(lái)越多的人傾向于選擇專門的溫控器，而非傳統(tǒng)的PLC。
 
  精度高只是*道檻
 
  談及PLC和專門溫控器做溫控的共同點(diǎn)，不管是溫控器還是PLC，PID控制都是應(yīng)用比較廣泛的原理。
 
  在對(duì)溫度控制精度要求低的場(chǎng)景里，傳統(tǒng)的單一PID確實(shí)夠用。但當(dāng)面對(duì)更復(fù)雜的情況，比如半導(dǎo)體制造的芯片蝕刻、薄膜沉積等場(chǎng)景里，就會(huì)顯得捉襟見(jiàn)肘，因?yàn)椋?/span>
 
  ■一方面，半導(dǎo)體制造工藝需要很高的采樣率、量測(cè)精度和顯示精度等，通常顯示精度要求至少達(dá)到0.01℃，控溫精度更是要小于0.1℃，部分場(chǎng)景甚至需達(dá)到0.05℃；
 
  ■另一方面，半導(dǎo)體制造設(shè)備自身的特性會(huì)阻礙溫控的*性，比如加熱爐通過(guò)熱輻射完成升溫，會(huì)有明顯的滯后性，很容易引發(fā)溫度調(diào)或調(diào)節(jié)不及時(shí)，進(jìn)而影響產(chǎn)品質(zhì)量。
 
  對(duì)精度高的要求，已經(jīng)讓多數(shù)PLC產(chǎn)品望塵莫及，即便在硬件升級(jí)后，大部分PLC也很難穩(wěn)定達(dá)到如此高的精度標(biāo)準(zhǔn)。
 
  當(dāng)然，除了提升精度的難點(diǎn)，要減少測(cè)溫、讀數(shù)誤差，解決加熱系統(tǒng)滯后性，還需要引入更優(yōu)的算法，包括PID串級(jí)控制、前饋控制、引入AI溫控算法等。
 
  ■同樣精度，通用PLC“隱形成本”更高
 
  我們姑且假設(shè)一臺(tái)PLC的硬件條件已經(jīng)達(dá)標(biāo)——比如某些高端性能的PLC具備10ms級(jí)采樣周期、16位以上的ADC分辨率。參數(shù)看似接近溫控器，但遇到一些非線性、大滯后、多變量耦合的溫控場(chǎng)景，這些短板就會(huì)被放大：
 
  ■從 “0” 到 “1” ，算法開(kāi)發(fā)不易
 
  部分PLC的本質(zhì)是通用型控制平臺(tái)。溫控器內(nèi)置的串級(jí)PID、前饋補(bǔ)償?shù)群诵乃惴?，在PLC中需依賴用戶自行編寫、調(diào)試參數(shù)，這對(duì)人員的要求很高。
 
  ■調(diào)試和試錯(cuò)成本過(guò)高
 
  PLC的溫度控制程序高度依賴人工調(diào)參，復(fù)雜場(chǎng)景下的PID參數(shù)整定(如半導(dǎo)體蝕刻爐的溫度調(diào)抑制)需要具備多學(xué)科知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)豐富的人才。
 
  一般來(lái)說(shuō)，光是前饋算法的調(diào)試周期就長(zhǎng)達(dá)2-3周，這些都是不能忽視的“隱形成本”，且參數(shù)適配性差，更換設(shè)備后需重新開(kāi)發(fā)，這和溫控器 “即插即用” 的功能形成鮮明對(duì)比。
 
  技術(shù)固化和封裝——從“通用”到“”
 
  綜合來(lái)看，PLC的開(kāi)放性架構(gòu)固然靈活，但做*控溫時(shí)，溫控器的優(yōu)勢(shì)除了高精度、高可靠性的基礎(chǔ)功能外，它還將行業(yè)共性難題的解決方案，固化成了“知識(shí)庫(kù)”，在無(wú)形中能大幅減少企業(yè)的人員、資金與時(shí)間投入成本。
 
  比如*近臺(tái)達(dá)推出的DTDM系列模塊化溫度控制器，有著*的硬件規(guī)格和算法，在性能上已經(jīng)可以和國(guó)外一些*的產(chǎn)品媲美。其中一些面向*溫控應(yīng)用的設(shè)計(jì)，對(duì)理解溫控技術(shù)發(fā)展有著參考價(jià)值：
 
  ■硬件采用模塊化設(shè)計(jì)
 
  臺(tái)達(dá)DTDM系列溫控器采用了靈活的模塊化設(shè)計(jì)，4路通道、2個(gè)串級(jí)PID回路，單一DTDM群組*多可串接8臺(tái)測(cè)量機(jī)，進(jìn)行32組PID控制。
 
  這樣用戶就能根據(jù)實(shí)際需求自由組合測(cè)量主機(jī)、測(cè)量擴(kuò)展機(jī)、數(shù)字輸入輸出模塊以及通訊模塊，所以不管是簡(jiǎn)單還是復(fù)雜的功能應(yīng)用，都能夠隨意調(diào)用。
 
  產(chǎn)品的采樣周期壓縮到了10ms，借助自帶的溫度校正折線表，能提供14 組溫度校正點(diǎn)以及轉(zhuǎn)折點(diǎn)或偏移量?jī)煞N補(bǔ)償方式，能有效消除誤差，確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。
 
  ■控制算法提前封裝
 
  串級(jí)PID控制：破解滯后性難題
 
  DTDM系列溫控器把外/內(nèi)(主/從)兩個(gè)控制回路串聯(lián)運(yùn)作，主控制器根據(jù)目標(biāo)溫度與實(shí)際溫度的偏差輸出控制信號(hào)，從控制器根據(jù)設(shè)定值控制加熱設(shè)備，二者協(xié)同就能快速消除因?yàn)檫t滯效應(yīng)或其他干擾造成的溫度落差，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控溫。
 
  針對(duì)特殊加熱設(shè)備的溫度擾動(dòng)狀況，前饋控制能在檢測(cè)到溫度變化的瞬間，預(yù)先補(bǔ)償已知的熱量損失，前調(diào)節(jié)以降低溫度變化。和PLC產(chǎn)品相比，DTDM系列溫控器前饋補(bǔ)償功能，在半導(dǎo)體干式蝕刻這類工藝?yán)铮艽_溫度穩(wěn)定、提升產(chǎn)品質(zhì)量。
 
  現(xiàn)在，很多溫控器廠商都會(huì)針對(duì)細(xì)分行業(yè)(如半導(dǎo)體蝕刻、薄膜沉積、鋰電池?zé)Y(jié))的工藝特點(diǎn)，內(nèi)置行業(yè)專屬控制算法。比如臺(tái)達(dá)在產(chǎn)品研發(fā)的過(guò)程中，就非常注重結(jié)合行業(yè)Know-How優(yōu)化算法。
 
  DTDM系列特別適合半導(dǎo)體晶圓加工設(shè)備，如化學(xué)氣相沉積系統(tǒng) (CVD)、物理氣相沉積系統(tǒng) (PVD)、氧化擴(kuò)散爐、硅蝕刻機(jī)、原子層沉積系統(tǒng) (ALD) 等。以后，臺(tái)達(dá)也會(huì)繼續(xù)和行業(yè)用戶持續(xù)豐富系列產(chǎn)品的功能，做更多定制開(kāi)發(fā)。