接地监控系统设计方案.docx

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接地监控系统设计方案

生产车间接地系统设计方案

一、设计背景：

1.1 静电的产生

①摩擦：

在日常生活中，任何两个不同材质的物体接触后再分离，即可产生

静电，而产生静电的最通方法，就是摩擦生电。

材料的绝缘性越好，越容易是

使用摩擦生电。

另外，任何两种不同物质的物体接触后再分离，也能产生静电。

②感应：

针对导电材料而言，因电子能在它的表面自由流动，如将其置于一

电场中，由于同性相斥，异性相吸，正负离子就会转移。

③传导：

针对导电材料而言，因电子能在它的表面自由流动，如与带电物体

接触，将发生电荷转移。

由静电的产生可以看到我们日常生活生产过程中都可能产生静电，特别是在生

产流水线上，人体以及机器设备更能产生大量的静电。

1.2 静电的危害

集成电路元器件的线路缩小，耐压降低，线路面积减小，使得器件耐静电冲击

能力的减弱，静电电场（Static Electric Field）和静电电流（ESDcurrent）成为这些高

密度元器件的致命杀手。

同时大量的塑料制品等高绝缘材料的普遍应用，导致

产生静电的机会大增。

日常生活中如走动，空气流动，搬运等都能产生静电。

人们一般认为只有CMOS 类的晶片才对静电敏感，实际上，集成度高的元器件

电路都很敏感。

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A．静电对电子元件的影响

① 静电吸附灰尘，改变线路间的阻抗，影响产品的功能与寿命。

。

② 因电场或电流破坏元件的绝缘或导体，使元件不能工作（完全破坏）

③ 因瞬间的电场或电流产生的热，元件受伤，仍能工作，寿命受损。

B、静电损伤的特点：

①隐蔽性人体不能直接感知静电，除非发生静电放电，但发生静电放电，人

2-3KV

体也不一定能有电击的感觉。

这是因为人体感知的静电放电电压为 。

而且静

即：

电的释放时间极短，因此在静电释放的瞬间将产生极大的电流

Ipeak = dv/dt

这个对于集成度很高的半导体元件是个致命的打击

②潜伏性有些电子元器件受到静电损伤后性能没有明显的下降，但多次累加

放电会给器件造成内伤而形成隐患，而且增加了器件对静电的敏感性。

已产生

的问题并无任何方法可治愈。

③随机性电子元件什么情况下会遭受到静电破坏呢？

可以这么说，从一个元

件生产后一直到它损坏以前所有的过程都受到静电的威胁，而这些静电的产生

也具有随机性。

由于静电的产生和放电都是瞬间发生的，及难预测和防护。

④复杂性静电放电损伤分板工作，因电子产品的精细，微小的结构特点而费

时、费事、费钱，要求较复杂的技术往往需要使用扫描电镜等精密仪器，即使

如此有些静电损伤现象也难以与其他原因造成的损伤加以区别，使人误把静电

损伤失效当作其它失效，这是对静电放电损害未充分认识之前，常常归咎于早

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期失效或情况不明的失效，从而不自觉的掩盖了失效的真正原因。

⑤严重性ESD 问题表面上看来只影响了制成品的用家，但实际上亦影响了各

层次的制造商，如：

保用费、维修及公司的声誉等

防静电的措施

自然界的所有物质都是由原子组合而成，原子中的质子（正电荷）与电子（负

电荷）存在于我们生活中每个角落，可以这样说：

静电是无处不有，无时不在，

时时刻刻存在在我们生活中的一切周围。

在静电防护过程中打算将静电完全消

除是困难的，但是我们可以采取防护措施，将静电的产生与积聚控制在最小的

限度之内，经过科学家和工程技术人员多年的研究和实践，结果表明得出两个

防护静电危害的基本原则：

① 在静电安全区域内使用或安装静电敏感元件。

② 用静电屏蔽容器运送静电敏感元件。

防静电性能的检测周期及注意事项

　　 防静电台垫、地板、工鞋、工衣、周转容器等应至少每月检测一次。

防

静电手腕带、风枪、风机、仪器等应每天检测一次，检测时，须考虑受检场所

的温度、湿度等因素。

防静电的一般工艺规程要求

A、防静电的常规工艺规程要求

① 操作者必须戴有线防静电手腕带。

② 涉及到操作静电敏感器件的桌台面须采用防静电台垫。

③ ESD 敏感型器件必须用静电屏蔽与防静电器具转运。

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的可

④ 准备开封、测试静电敏感器件时必须在防静电工作台上进行，有条件配用离

子空气发生器清除空气中的电荷。

⑤组装所用的焊接设备及成形工装设备都必须接地，焊接工具使用内热式烙

铁，接地要良好，接地电阻要小。

⑥电源供电系统要改装用变压器进行隔离，地线要可靠，防止悬浮地线，接

地电阻小于10 欧姆。

⑦产品测试时，在电源接通的情况下，不能随意插拔器件，必须在关掉电源

的情况下插拔。

ESD

⑧ 凡ESD 敏感型器件不应过早地拿出原封装，要正确按操作，尽量不能摸敏

感型器件管脚。

⑨ 用波峰焊接时，焊料和传递系统必须接地。

B、在防静电要求严格的场合，下列防静电工艺要求也是常常需要的

①凡ESD 敏感型整机进行高低温试验或老化试验时，必须先对工作场地及高

低温箱进行静电位测试，其电位不能超过安全值，否则，要进行静电消除处理。

②焊接好的印制电路板要作三防处理时，也要采用防静电措施。

不要用一般

的刷光，超声波清洗或喷洗。

ESD

③调试、测量、检验时所用的低阻仪器、设备（如讯号、电桥等）应在敏感

型器件接上电源后，方可接到ESD 敏感型器件的输入端。

④在ESD 敏感型测试仪器生产线上，应严格使用静电电位测试监视静电电位

的变化情况，以便及时采取静电消除措施。

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二、设计目的

随着电子工业的发展，静电技术在电子工业中得到广泛的应用。

但是，静电在

失

许多领域也给人们带来重大损及危害。

现代电子信息技术的迅猛发展，不断的要求电子产品日益向轻、薄、小、

高密度等方向发展的同时，集成电路的内绝缘层也越来越薄，而连接导线宽度

与间距也愈来愈小，相应的，电子器件的耐击穿电压也愈来愈小。

然而，电子

产品在实际的生产与运输、存储等过程中所产生的静电电压导致器件损坏，使

器件的性能可靠性受到严重影响。

因此，在工业化生产中对静电的防护已经成

为各行业日益引起关注、重视的安全问题之一。

机

然而，要解决静电问题，必须采用离子风等消静电设备及辅助静电防护设

ESD

施等（如防静电手腕带脚腕带，防静电衣服鞋子，铺设防静电地板，配装防护

监控系统等）。

随着科技的发展，很多防静电的产品大量上市，如防静电台垫，防静电手腕带，

防静电地板，这类防静电产品都要求与大地连接，才能有效的将静电释放，但

其接地是否良好，是否有效将静电泄放，这得到人们的关注，成为一个新的静

防静

电防护课题，我公司基于以上问题，研发了多功能接地监控系统，生产设备，

能

电手腕带，对保防静电台垫，都实时有效的监控并报警，并通过上位机软实时

将监控数据记录于PC 机，便于管理及查阅。

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三 产品方案

产品特点

控

1、采用电阻式监控原理，保证监设备可靠接地。

2、一台主机最多可同时监控6 个设备, 2 个手腕带或脚腕带。

与

3，联机通迅采用通用的RS485/RS422 串口通迅方式，终端机实时 PC 保持通讯。

4. 使用数据实时采集功能时能最多联机监控32 台主机。

5. 上位机通讯软件为人机一体化界面简洁直观。

录

6. 上位机通讯监控系统具有实时保存记数据功能。

7. 主机报警方式采用蜂鸣器+LED 指示报警。

:

（）

8. 手腕报警范围小于750K 报警 （可调）, 大于35M 报警可调

:

（）

9. 设备地报警范围 大于4R 报警可以根据实际要求调节

≤

10.设备侦测异常反应速度 5Sec.

11. 主机内部电路设计成国际业界认可的静电地与设备地光电隔离方式。

12. 采用220V/50HZ 外部电源供电，内部电路供电采用变压器供电方式稳定可靠。

13. 主机及外部配件安装简单方便，同时便于维护保养。

产品规格

1.输入电压：

220V/50HZ

2.最大功率：

15W

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监控终端产品示意图

四 设计思路

设计思路

。

PC 上安装实时监控系统软件，软件可以实现对多种不同设备的监控，

通讯接口连接在终端盒电脑之间，一方面可以起到数据缓冲的作用，以提高整个

系统的运行速度。

另一方面可以对不同设备的数据进行转换，以适应电脑更好的

监控管理。

通讯接口发送命令给监控终端，监控终端根据命令把实时采集相应的

PC。

数据并把数据发送到通讯接口，通讯接口将数据做相应整理之后再把数据送到

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我们的通讯接口可以连接不同设备，如接地系统的接口，直流离子风机接口，也

可以根据实际需要兼容其他所需要的监控设备

4.1 监控系统总体设计示意图：

4.2 终端监控示意图：

监控对象

CMP

result     MCU

SPEAK

LED-R

LED-G

标称电阻

通讯接口PC

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端机

被监控的对象连接到我们的监控终端上，监控终端采用电阻式侦测的方式。

上有个标称电阻，被监控对象的阻值与标称阻值比较，比较的结果送到

MCU，MCU 再把结果送到LED 上，如果结果正常则绿灯亮，如果结果异常则

M

红灯亮，并且蜂鸣器开始报警。

同时CU 通过RS485/RS422 总线送到通讯接口

上，通讯接口再把数据送到电脑上显示，并把数据存到数据库中，以便日后查询。

五：

 监控系统软件的设计

5.1 1 静电监控系统工作过程设计

监控过程实现的功能有：

命令接受校验与分析 数据采集 RS485 串行通信 报警

提示其工作流程图如下：

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主机呼叫取数据

监控终端接受命令

N

分析地址

Y

命令校验

Y

命令正确

Y

终端数据采集

MCU 判断并送往主机

N

回应错

误信息帧

操作显示报警装置

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接地

监控系统采用的是主机定时呼叫从机方式．主机为监控室内的监控机，从机为

会接

监测终端。

工作过程如下：

首先由主机向从机发送地址，所有从机都收到该地

数据

址并与本机地址比较，若地址相同则准备接收本次数据包的其他帧，若地址不

符则不接收其余数据帧．从机接收完毕后，生成接收数据的校验码，并判断计

算所得的校验码与主机发来的校验码是否相同，若相同则认为接收正确，从机

对接收到的命令帧进行解析，确认是要求从机需要上传目前的接地状态。

接地

监测终端开始接地数据的采样，采样完成后

（）包

便调用发送子程序，发送响应帧 括数据及其校验值给主机， 主机对接收到的数

正

据进行判断，若测量值 常则监控软件用绿色显示正，若测量值异常则用红色

显示报警同时电脑也有声音警告，从而实现在线监控。

从机发现主机发过来的数据有问题或者校验有问题时则作如下处理：

若是数据

有问题，则从机发错误代码给主机，中止接收数据，重新要求主机发命令帧，

否则直到从机接收完整个命令帧；从机将接收到的数据进行校验，从机将计算

出来的校验值与主机发过来的进行比较，相同则发送正确，不同则从机发错误

代码给主机，要求主机重新发命令帧．

（时）

当主机发现从机发过来的数据有问题包括校验有问题的情况，主机将连续发三

（） 样

次读数的命令帧此命令帧和正常情况下的读数命令帧完全一，要求从机重新发

数，若成功，则继续读数，否则显示通讯失败，监控程序重新进行初始化，通

过发读取0 地址的命令帧来尝试恢复连接。

若连接成功则就开始正常读数，否

一

则，不断尝试，尝试 定时间后，就不再尝试。

此时发出警告需要人工干预。

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5.1 静电监控系统软件设计

本软件是在Microsoft Windows XP 中文平台上的全中文界面，用当前流行的

易

Microsoft Visual C++ 平台上开发人机友好界面直观简单，便于使用者 学易用。

监控系统软件主界面

监控界面简单明了一目了然，对所监控的终端以及每个终端所连接的设备

以及手腕带的工作状态实时准确地显示在监控界面上，监控界面与监控终端上的监

在

控对象严格一一对应，能准确快速定位问题监控终端上的某个或多个线设备并及

找

时自动记录保存问题数据便于管理者翻阅查。

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工具栏的说明

系统根据不

同的用户权

限操作不同

的功能。

系统自动刷

新监控数据

手动输入在

线终端地址

系统自动刷

新显示数据。

对某一个地

址的当前状

态查询

翻阅查询历

史数据。

添加新用户，

设置不同权

限的用户。

地址输入界面：

址表

将要监控的地址通过这个界面输入到系统，系统将根据这个地上显示的在

线监控终端实时扫描更新数据。

记录查询界面：

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在这里可以查询以前各个设备的接地状况

。

可以根据输入不同地址，查看对应记录在案的历史数据

设计方案总结

实

通过上述我司设计的这套方案成功的解决和有效 现监控管理无尘车间，工程作

静有

业台，电子仓库等 电防护场合，各类产品是否满足静电防护要求和效检修不良

及生

区域。

如生产过程中由于生产设备接地的不良而造成的静电损害产安全，且避

兼

免了由ESD 专员人工多点全区域测量检修接地状况。

同时也能解决不同设备容不

同监控系统的管理复杂问题。

从而使不同的监控对象应用一套监控软件实时监控。

此方案仅限于我司对开发设计的ESD 静电监控系统使用。

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