基于PLC的MOCVD控制系统设计.docx
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1、基于PLC的MOCVD控制系统设计dujing导语:本文从系统的组成、实现原理和软件设计等方面做了介绍。采用可编程控制器作为其核心控制系统,进步了系统的自动化程度,保证了系统运行的可靠性,灵敏性摘要:针对MOCVD系统工艺的要求,设计了一种基于PLC的MOCVD计算机控制系统。本文从系统的组成、实现原理和软件设计等方面做了介绍。采用可编程控制器作为其核心控制系统,进步了系统的自动化程度,保证了系统运行的可靠性,灵敏性。关键词:PLC;MOCVD;计算机控制系统balign=centerDesignofMOCVDcontrolsystembasedonPLCGUORun-qiu,CHENXian
2、-Neng/align/bSchoolofElectromechanicalEngineering,XidianUniversity,Xian710071,ChinaAbstract:AccordingtotechnicalrequestofMOCVDsystem,wedesignedaMOCVDcomputercontrolsystembasedonPLC.Thispaperintroducesthecomposingofsystem,principleofrealizationanddesignofsoftware,ApplyingPLCtoserveasthecontrolsystem,
3、itincreasestheautomaticlevel,ensuresthereliabilityandflexibilityofthesystem.KEYWORDS:PLC;MOCVD;computercontrolsystemMOCVDMetalOrganicChemicalVaporDeposition金属有机化合物化学气相沉积是一项制备高质量半导体晶体的新技术。此技术的优点在于1:可制成各种薄膜构造型的材料;可制成大面积、高均匀性的外延膜;可准确控制膜的厚度、组成及掺杂浓度;灵敏的气体源路控制技术、气体源路的快速切换技术、生长经过全自动控制,使得人的随机因素影响减至最小且重复性很好。
4、要使MOCVD的这些特点可以顺利实现,就必须对工艺参数严格控制。而MOCVD的工艺参数十分多且复杂,这就对控制方法提出了越来越高的要求。因此,有必要采取计算机自动控制。目前MOCVD控制系统大局部依靠国外进口,本钱高。研制出具有自主知识产权的MOCVD设备将是开展我国光电子产业的关键环节,意义重大,十分是随着“国家半导体照明工程的启动,MOCVD的国产化已变得非常紧迫。根据MOCVD控制系统的详细工艺要求,我们自主研发设计了基于PLC的MOCVD控制系统,该系统采用上位机和可编程控制器实现整个系统的控制和治理,现场试验运行说明该系统性能稳定,响应快速。2系统的组成及实现原理本系统主要由计算机、
5、SiemensPLCS7-300控制单元的核心,温度控制系统、气体处理系统、反响室等组成。控制系统的根本构造见图1所示。2.1上位机选用工业控制计算机作为上位机,利用WINCC工控组态软件通过MPI和PLC进展通讯,从PLC得到信息,同时向PLC传送命令,其负责对系统的监控、数据记录、报警记录、数据分析,参数配置。2.2PLC选用PLC作控制器,是由于其具有可靠性高、抗干扰才能强、硬件配套齐全、维护方便、合适于恶劣的工业应用环境等特点。PLC作为系统的核心控制器,负责整个系统运行,包括各种信号的收集、数据的处理以及各种输出信号的控制。输入信号收集包括各类仪表传感器的流量、压力、报警信号等。输出
6、信号涉及电磁阀、接触器、电动机、压力控制器、流量控制器、RF感应加热器等控制量。2.3温度控制系统温控器、感应加热器、上位机、PLC组成了系统的温度控制系统。这里的温控系统是一个闭环控制系统,温控器通过热电偶实时地收集反响室的温度,由RS232串口反应给上位机,经过上位机的控制算法处理后,计算出适宜的控制量,传送给PLC,由PLC运行程序控制感应加热器来控制反响室的温度。2.4气体处理系统气体处理系统其硬件主要有经过化学抛光的不锈钢管道、气体纯化器、流量控制器、压力控制器、电磁阀和气动阀等组成。气体控制系统的主要作用是通过控制压力和流量控制器,调节气路上各种阀门的开度,进而到达控制各种气源配比
7、的目的,并通过管道向反响室输送反响剂,为保证反响剂的纯度,要求管道的密封性要很好。气路上压力与流量的控制均由压力和流量控制器来完成。传感器将收集来的实际测量值传送给控制系统,控制系统将收集的实际值,实时与设定值比拟。假如用户对控制效果不满足,可以采用闭环回路控制,实时修改传送的设定值。3系统软件设计系统的控制主要指通过PLC对信号进展自动和手动的控制,进而实现对加热系统、气体流量和气体压力、气动阀等的控制。我们设计的MOCVD控制系统有自动控制程序和手动控制程序两种控制方式,自动和手动可以相互切换控制。其子程序主要包括步序控制,模拟量输出控制,模拟量输入控制,数字量输出控制,数字量输入控制。3
8、.1步序控制在MOCVD控制系统中,根据不同的配方,所控制的步运行时间不同,所要求的循环位置都不同。本系统设计方案的一个设计难点,就是在编写程序的时候,无法预先确知循环体的开场及停顿位置,怎样编写一个可以供多种不同配方使用的程序。针对MOCVD系统工艺的要求,结合本系统运行流程,采用顺序控制设计法来控制不同步之间的动作和命令,执行不同步序循环控制策略。该方法灵敏、准确地采用一个循环控制程序,根据不同配方,在不同循环位置,实现不同功能。其最根本的思想是将系统的工作周期划分为50个顺序相连的阶段,这些阶段称为步Step,然后用编程元件存储器位M来代表各步,每步设定运行开场标志位和完毕标志位,进入循
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