專利名稱：基于工業(yè)總線的晶體生長智能控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于晶體生長控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于工業(yè)總線的晶體生長智能控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
材料科學(xué)是多學(xué)科交叉與結(jié)合的結(jié)晶，是一門與工程技術(shù)密不可分的應(yīng)用科學(xué)。 材料科學(xué)作為現(xiàn)代文明的三大支柱(能源、信息、材料)之一，是人類文明的物質(zhì)基礎(chǔ)。 晶體生長屬于材料科學(xué)領(lǐng)域，是其發(fā)展的前沿，一些高新科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無一不和晶體材料密切相關(guān)。晶體生長的成敗與生長過程中對溫度和運(yùn)動(dòng)的控制密切相關(guān)，需對溫度和運(yùn)動(dòng)進(jìn)行精確控制。建立合適的溫度場是生長優(yōu)質(zhì)晶體的先決條件，而溫度控制的精確可靠是保證溫度場穩(wěn)定的關(guān)鍵，溫度場溫度梯度過大或冷卻降溫速率過快等因素都會(huì)導(dǎo)致晶體生長不穩(wěn)定，出現(xiàn)開裂或氣泡。晶體生長運(yùn)動(dòng)控制的穩(wěn)定可靠是制備合格晶體的必要條件。在晶體生長過程中，需要在一定的溫度條件下進(jìn)行籽晶的接種、旋轉(zhuǎn)、提拉等一系列操作，而且每個(gè)操作對運(yùn)動(dòng)控制的要求各不相同，運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)置的不合理或運(yùn)動(dòng)過程的不穩(wěn)定都會(huì)導(dǎo)致晶體出現(xiàn)缺陷，產(chǎn)生空腔或氣泡。此外，晶體生長周期長，成本高，生長過程中出現(xiàn)的突發(fā)狀況如果未得到及時(shí)處理都會(huì)導(dǎo)致晶體生長失敗，造成巨大損失。當(dāng)前許多業(yè)內(nèi)廠家大多采用分立儀表或組態(tài)軟件的測量控制方案，系統(tǒng)包含有溫度儀表，電路電壓儀表，歐陸表，光柵表，電機(jī)控制器等多種儀器儀表，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在數(shù)據(jù)傳輸種類多、控制距離近、抗干擾能力差、可擴(kuò)展性低、生產(chǎn)成品率低、能源消耗高等缺點(diǎn)，制約了能耗比和性價(jià)比的提高。此外，目前大部分的晶體生長系統(tǒng)都是采取人工操控的方式對晶體生長過程的進(jìn)行控制，依靠經(jīng)驗(yàn)主導(dǎo)生產(chǎn)，缺少科學(xué)性和可靠性。由于缺少對晶體生長過程中控制參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)的自動(dòng)記錄和分析，無法實(shí)現(xiàn)控制流程的優(yōu)化，生產(chǎn)控制自動(dòng)化和智能化程度也較低。據(jù)此，有必要對現(xiàn)有晶體生長控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，提高晶體生長的成品率，降低生產(chǎn)成本和能耗，以滿足當(dāng)前社會(huì)生產(chǎn)發(fā)展對晶體材料的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有晶體生長控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、自動(dòng)化智能化程度較低等不足，提出了一種基于工業(yè)總線的智能化晶體生長控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)完全以計(jì)算機(jī)為中心進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算、控制信號輸出、運(yùn)行參數(shù)分析和實(shí)時(shí)顯示，利用工業(yè)總線的數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)儀表數(shù)據(jù)監(jiān)測和狀態(tài)監(jiān)控以及智能控制器的晶體生長流程控制，具有集成度高，抗干擾能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，全計(jì)算機(jī)界面操作方便快捷的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
基于工業(yè)總線的晶體生長智能控制系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)、顯示器、鍵盤鼠標(biāo)、RS232/485轉(zhuǎn)換器、多路溫度采集儀表、溫度傳感器、電流電壓采集儀表、電壓電流傳感器、稱重儀表、重量傳感器、智能控制器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)手動(dòng)開關(guān)、提拉電機(jī)行程開關(guān)、光柵尺、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)、提拉伺服電機(jī)和可調(diào)功率電源，其中，所述智能控制器由RS232/485轉(zhuǎn)換器、微處理器、狀態(tài)指示燈、蜂鳴器、光電耦合電路、光柵信號調(diào)理電路、旋轉(zhuǎn)控制信號驅(qū)動(dòng)電路、提拉控制信號驅(qū)動(dòng)電路、DA轉(zhuǎn)換和隔離緩沖電路、以及EEPROM組成；
所述溫度傳感器分別安裝于生產(chǎn)爐的大蓋、整桿、正極、負(fù)極、爐體和電源處，并共同連接至多路溫度采集儀表，該儀表將溫度傳感器獲取的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再通過 RS232/485轉(zhuǎn)換器傳送至計(jì)算機(jī)；
所述電壓電流傳感器分別安裝于可控功率電源輸出回路，并共同連接至電流電壓采集儀表，該儀表將電壓電流傳感器獲取的電壓電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再通過RS232/485 轉(zhuǎn)換器傳送至計(jì)算機(jī)；
所述重量傳感器安裝于籽晶桿上，并連接至稱重儀表，所述稱重儀表將稱重傳感器獲得的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再通過RS232/485轉(zhuǎn)換器傳送至計(jì)算機(jī)；
所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)手動(dòng)開關(guān)通過光電耦合電路向智能控制器提供外部輸入信號，智能控制器查詢手動(dòng)開關(guān)的輸入信號，并對旋轉(zhuǎn)電機(jī)做出相應(yīng)的控制；
所述提拉電機(jī)行程開關(guān)通過光電耦合電路向智能控制器提供外部輸入信號，智能控制器查詢行程開關(guān)的輸入信號，并判斷提拉電機(jī)是否運(yùn)動(dòng)到極限，控制提拉電機(jī)的運(yùn)行； 所述光柵尺的滑塊與提拉電機(jī)帶動(dòng)的提拉桿固定在一起，光柵尺將滑塊在移動(dòng)過程中產(chǎn)生的位移脈沖輸入智能控制器，智能控制器將經(jīng)過光柵信號調(diào)理電路調(diào)理后的兩路脈沖信號輸入微處理器，微處理器通過對兩路脈沖信號電參量的分析獲取運(yùn)動(dòng)信息，并對晶體生長提拉的位置進(jìn)行計(jì)算；
所述智能控制器輸出的電機(jī)控制信號分別經(jīng)旋轉(zhuǎn)控制信號驅(qū)動(dòng)電路和提拉控制信號驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)后，通過線驅(qū)動(dòng)輸出方式分別與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連，控制提拉交流伺服電機(jī)和旋轉(zhuǎn)交流伺服電機(jī)的運(yùn)行，在電機(jī)控制中設(shè)置S型加減速曲線，有效減少轉(zhuǎn)速突變對機(jī)械系統(tǒng)的沖擊；
所述智能控制器通過改變DA轉(zhuǎn)換和隔離緩沖電路輸出控制電壓來控制可調(diào)功率電源的輸出功率，從而實(shí)現(xiàn)爐溫的控制；
所述智能控制器的微處理器通過RS232/485轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)相連，將外部輸入開關(guān)量信息、光柵尺位置信息和EEPROM信息傳送至計(jì)算機(jī)的同時(shí)，接收計(jì)算機(jī)的控制，輸出相應(yīng)的交流伺服電機(jī)控制信號和功率控制電壓；所述智能控制器控制指示電源、提拉脈沖、提拉方向、旋轉(zhuǎn)脈沖、旋轉(zhuǎn)方向、光柵脈沖、串口通信和報(bào)警狀態(tài)的狀態(tài)指示燈，并控制蜂鳴器進(jìn)行聲音提不;
所述晶體生長智能控制系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)晶體生長智能控制程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行控制參數(shù)和控制功能的界面顯示，完成控制參數(shù)的實(shí)時(shí)運(yùn)算和系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸控制，與生產(chǎn)操作者進(jìn)行人機(jī)交互；通過對晶體生長流程控制參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)的分析實(shí)現(xiàn)晶體生長流程的優(yōu)化和標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)晶體的自動(dòng)生長控制來提高生長效率。本發(fā)明的系統(tǒng)由軟硬件兩部分組成，系統(tǒng)硬件部分集成了電機(jī)控制、光柵檢測、輸入輸出數(shù)字控制、高精度控制電壓輸出等多個(gè)功能模塊，與市面上現(xiàn)有的控制系統(tǒng)相比，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了成本。軟件部分為運(yùn)行于計(jì)算機(jī)上的晶體生長智能控制程序，通過 485總線對晶體生長過程中的溫度、重量、電流、電壓和晶體位置和重量等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，采用圖形化參數(shù)顯示實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)參數(shù)和運(yùn)行情況，具有長時(shí)間參數(shù)存儲(chǔ)、定量分析和過程優(yōu)化等功能；控制程序通過485工業(yè)總線實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、控制電壓、光柵坐標(biāo)和運(yùn)行狀態(tài)等的參數(shù)傳輸，指揮控制器實(shí)現(xiàn)智能化的電機(jī)提拉旋轉(zhuǎn)速度的控制、高精度的功率和溫度控制、光柵脈沖檢測和位置坐標(biāo)計(jì)算，以及報(bào)警信息的獲取和顯示；控制程序界面具有良好的人際交互功能，取代了按鍵輸入和聲光提示等傳統(tǒng)交互方式，通過程序?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)控制下的操作控制，方便快捷。硬件部分的智能控制器集成了電機(jī)控制、光柵檢測、輸入輸出數(shù)字控制、高精度控制電壓輸出等功能，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了成本；在電機(jī)控制中設(shè)置了 S 型加減速曲線，有效減少轉(zhuǎn)速突變對機(jī)械系統(tǒng)的沖擊；電源的功率控制模仿歐陸表的功能和控制方法，計(jì)算機(jī)根據(jù)設(shè)置的電源輸出目標(biāo)功率和功率斜率，每隔Is將計(jì)算所得的輸出電壓參數(shù)發(fā)送給智能控制器，實(shí)現(xiàn)加熱功率的精確控制，其控制精確達(dá)到六萬分之一(16 位DA)，滿足晶體生長過程中對溫度控制的需求；通過晶體生長流程控制參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)的分析實(shí)現(xiàn)晶體生長流程的優(yōu)化和標(biāo)準(zhǔn)化，并能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生長控制，提高生長效率。本發(fā)明的系統(tǒng)被應(yīng)用來進(jìn)行泡生法藍(lán)寶石的生長，取得了良好的生長效果，生產(chǎn)過程的能耗得到了明顯的降低，晶體生長的成品率得到了提高。


圖I是本發(fā)明基于工業(yè)總線的晶體生長智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本發(fā)明系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制程序界面。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖I為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。本實(shí)施方式的系統(tǒng)硬件包括計(jì)算機(jī)1-1、顯示器1-2、 鍵盤鼠標(biāo)l_3、RS232/485轉(zhuǎn)換器1_4、1_7和1_10、多路溫度采集儀表1_5、多路電壓電流采集儀表1-8、溫度傳感器1-6、電壓電流傳感器1-9、稱重儀表1-11、重量傳感器1-12、智能控制器1-24、旋轉(zhuǎn)電機(jī)手動(dòng)開關(guān)1-25、提拉電機(jī)行程開關(guān)1-26、光柵尺1-27、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器1-28和1-30、旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)1-29、提拉伺服電機(jī)1-31、可調(diào)功率電源1-32。其中，智能控制器1-24由RS232/485轉(zhuǎn)換器1_13、微處理器1_14、狀態(tài)指示燈1_15、蜂鳴器1_16、光電耦合電路1-17和1-18、光柵信號調(diào)理電路1-19、旋轉(zhuǎn)控制信號驅(qū)動(dòng)電路1-20、提拉控制信號驅(qū)動(dòng)電路1-21、DA轉(zhuǎn)換和隔離緩沖電路l-22、EEPR0Ml-23組成。計(jì)算機(jī)1-1提供計(jì)算機(jī)控制程序的運(yùn)行環(huán)境，在顯示器1-2上顯示實(shí)時(shí)參數(shù)，并提供輸入?yún)?shù)和控制按鈕，用戶通過鍵盤鼠標(biāo)1-3對程序進(jìn)行操作，控制外圍設(shè)備實(shí)現(xiàn)晶體生長的控制。多路溫度采集儀表1-5、多路電壓電流采集儀表1-8、稱重儀表1-11及智能控制器 1-14與計(jì)算機(jī)1-1之間通過RS232/485轉(zhuǎn)換器1_4、1-7,1-10,1-13進(jìn)行互聯(lián)，進(jìn)行控制指令與數(shù)據(jù)的傳輸。RS232/485轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)之間使用RS485工業(yè)總線相連，RS485工業(yè)總線采用平衡發(fā)送和差分接收方式實(shí)現(xiàn)通信，具有極強(qiáng)的抗共模干擾能力，最大的通信距離約為1219m，能夠很好地滿足工業(yè)環(huán)境下通訊要求，有效的抑制晶體生長車間的電磁干擾， 提高通訊的可靠性。光柵尺1-27上電后，滑塊在運(yùn)動(dòng)的過程中會(huì)產(chǎn)生兩路相位相差90度的脈沖信號， 脈沖信號的頻率反映了光柵尺的運(yùn)動(dòng)速度，脈沖個(gè)數(shù)反映了光柵尺的位移距離，相位的先后反映不同的運(yùn)動(dòng)方向。兩路脈沖信號通過光柵信號調(diào)理電路1-19輸入智能控制器1-24。 智能控制器1-24通過對兩路脈沖信號電參量的判別獲取運(yùn)動(dòng)信息，計(jì)算當(dāng)前的位置，并通過RS485工業(yè)總線以Is的時(shí)間間隔定時(shí)將位置數(shù)據(jù)傳送至計(jì)算機(jī)，控制程序經(jīng)處理后實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示提拉桿位置。驅(qū)動(dòng)器輸入信號由一對差分脈沖信號和一對差分方向/脈沖控制信號組成，分別用來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和運(yùn)行方向。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器1-28和1-30采用全數(shù)字電機(jī)控制算法， 具備良好的魯棒性和自適應(yīng)能力，能夠很好的滿足晶體生長過程中對提拉和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的要求，同時(shí)使用S型加減速曲線對速度控制，能夠有效減少轉(zhuǎn)速突變時(shí)對機(jī)械系統(tǒng)的沖擊。智能控制器1-24根據(jù)計(jì)算機(jī)控制程序設(shè)定的目標(biāo)功率和功率斜率，自動(dòng)計(jì)算每一時(shí)刻的輸出電壓參數(shù)，智能控制器1-24通過DA轉(zhuǎn)換和隔離緩沖電路1-22輸出高精度控制電壓來控制可調(diào)功率電源1-32的輸出功率，控制爐溫，為晶體的生長提供合適的溫度。 本發(fā)明所采用的功率控制方式具有與歐陸表相同的控制方法和功能，輸出控制電壓精確穩(wěn)定，功率控制精度可以達(dá)到總功率的六萬分之一。所采用的功率控制方式替代了目前業(yè)內(nèi)所使用歐陸表的功能，既增強(qiáng)了系統(tǒng)的智能性，又簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低了系統(tǒng)的成本，同時(shí)還提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，兼顧了生產(chǎn)操作者使用歐陸表的習(xí)慣，具有很強(qiáng)的操作兼容性。本發(fā)明通過控制程序?qū)崿F(xiàn)晶體生長過程參數(shù)的數(shù)據(jù)采集、特征分析、圖形顯示、智能控制器參數(shù)計(jì)算和控制等功能，通過良好的人機(jī)交互界面實(shí)現(xiàn)晶體生長過程的實(shí)時(shí)控制。控制程序每次運(yùn)行都會(huì)以當(dāng)前日期和時(shí)間為名，在計(jì)算機(jī)指定路徑下生成一個(gè)數(shù)據(jù)記錄文件，并每隔Is寫入當(dāng)前時(shí)間、晶體生長參數(shù)和系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)等數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)長時(shí)間、 海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，便于后期的優(yōu)化分析?？刂瞥绦蚶瞄g隔Is的連續(xù)自動(dòng)采集獲得的數(shù)據(jù)，在圖形界面上繪制溫度、電流、電壓、功率、晶體生長量的實(shí)時(shí)變化曲線，為生產(chǎn)操作者提供直觀的參考。控制程序具有實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)顯示、運(yùn)行時(shí)間顯示、狀態(tài)指示、晶體重量顯示、光柵位置顯示、圖形顯示、升降控制、旋轉(zhuǎn)控制、電源控制、自動(dòng)存儲(chǔ)、自動(dòng)加工等諸多功能，可以實(shí)時(shí)顯示運(yùn)行狀態(tài)，對晶體生長過程運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行管理，實(shí)時(shí)記錄系統(tǒng)運(yùn)行控制參數(shù)文件， 滿足生產(chǎn)實(shí)際需要，方便對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制和管理?？刂瞥绦虻木唧w功能說明如下
(I)實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)顯示
顯示系統(tǒng)運(yùn)行過程中各類運(yùn)行參數(shù)，包爐體功率、爐體電流、電源電壓、大蓋溫度、整桿溫度、正極溫度、負(fù)極溫度、爐體水溫、電源溫度，晶體重量和生長變化率等。(2)運(yùn)行時(shí)間顯示
顯示本次加工的啟動(dòng)日期、啟動(dòng)時(shí)間、當(dāng)前時(shí)間和加工時(shí)間，供生產(chǎn)操作者參考，為工作安排提供時(shí)間進(jìn)度。(3)狀態(tài)指示
以醒目的顏色指示旋轉(zhuǎn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，提拉電機(jī)的上升、下降行程狀態(tài)以及溫度報(bào)警情況，為生產(chǎn)操作者提供直觀的運(yùn)行狀態(tài)指示。(4)晶體重量顯示
顯示從稱重傳感器獲得晶體生長重量(單位kg，精度0. I g)，同時(shí)提供實(shí)時(shí)重量曲線和重量變化曲線，當(dāng)重量變化超出一定的范圍時(shí)，提供生產(chǎn)異常報(bào)警。
(5)光柵位置顯示
示從光柵尺測 獲得的當(dāng)前相對位置艱標(biāo)(中.位mm,精度取決于光柵尺的精度)，為提拉過程提供準(zhǔn)確的位置信息。(6)閣形S示
程序界而通過菜中中參數(shù)曲線的選擇實(shí)現(xiàn)晶體屮Ii參數(shù)的閣形化i:時(shí) 示，包括溫度、電流、電)玉、功率、Sii等參數(shù)。界而中晶體的牛K厚度會(huì)隨著稱重傳感器的測得值按比例變化，同時(shí)提拉桿和晶體也會(huì)隨著光柵尺的測得數(shù)據(jù)按比例上升或者下降，為操作者提供直觀的晶體牛說大小和位置的 示。(7)升降控制
程序界而顯示提供捉拉電機(jī)運(yùn)行方向和轉(zhuǎn)速(中.位 i/h )的設(shè)定，經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后通過485接口給智能控制器發(fā)送運(yùn)行指令和運(yùn)行參數(shù)，智能控制器Π動(dòng)向捉拉伺服電機(jī)控制器輸出脈沖和方向信號。(8)旋轉(zhuǎn)控制
程序界而 示提供旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)速〔中位r/min)的設(shè)定,經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后通過485接口給智能控制器發(fā)送運(yùn)廳參數(shù)，智能控制器Π動(dòng)向旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)輸出脈外信號.而旋轉(zhuǎn)脈沖的停lh、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)均山手動(dòng)開關(guān)決定。(9)電源控制
程序界而 示設(shè)計(jì)丫歐陸表的功率控制功能,提供電源參數(shù)、0標(biāo)功率和功率斜率的設(shè)定，能實(shí)現(xiàn)對功率的鎖定、解鎖、復(fù)位操作，同時(shí)顯示當(dāng)前功率、B標(biāo)電1±；、電Ji變化斜率、 當(dāng)前輸出電)玉、升/降溫、電壓鎖定以及到達(dá)0標(biāo)功率的時(shí)間.no) Il動(dòng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
在程序界而啟動(dòng)加工流程后，程序以Is的時(shí)間間隔小斷存儲(chǔ)控制參數(shù)和運(yùn)廳參數(shù),把控制電1玉、系統(tǒng)功率、旋轉(zhuǎn)捉拉參數(shù)、監(jiān)控溫度、晶體重禎等信息以文件形式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，供以后的分析和優(yōu)化。(11)自動(dòng)加工
程序界而通過菜中巾運(yùn)行控制中的Π動(dòng)加丄，調(diào)ffl牛產(chǎn)質(zhì)M好效率高的參數(shù)文件，按照文件中的加丄過程η動(dòng)加丄’實(shí)現(xiàn)同-條件下的晶體H動(dòng)屮長,提供晶體牛L<的質(zhì) 和效率。木發(fā)明系統(tǒng)運(yùn)丨Τ_前首先對計(jì)算機(jī)程序中保存的密匙和智能控制器RRPROM巾存放的硬件密匙進(jìn)行匹配.匹配成功后Π動(dòng)設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)并允許后續(xù)操作，從而能夠有效保護(hù)系統(tǒng)和'+:產(chǎn)數(shù)據(jù)。閣2為本發(fā)明系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制程序界而,具體操作方法說明如下 Π )啟動(dòng)
在電源控制欄的電源功率文本框2-1、電源電Ji文木框2-2巾輸入電源參數(shù)〔最大功率、最大電JiO后，點(diǎn)擊當(dāng)前狀態(tài)欄巾紅色按鍵2-3進(jìn)入“正在運(yùn)丨?！癄顟B(tài),此時(shí)按鍵2-3變?yōu)榫G色。系統(tǒng)會(huì)Il動(dòng)以當(dāng)前H期和時(shí)間為名，在計(jì)算機(jī)指定路徑下建立晶體牛長參數(shù)illiS 文件， 現(xiàn)ls_ -次的參數(shù)C錄。(2)晶體重M、光柵坐標(biāo)淸零
按下按鍵2-4.使晶體Sit變?yōu)榱?。按下按鍵2-5.使光柵坐標(biāo)變?yōu)榱恪?br> (3)升降確認(rèn)/修改
確認(rèn)在提速框2-6中輸入速度參數(shù)、選擇上升/下降2-7后，按確認(rèn)2-8按鍵,提拉電機(jī)開始丄作,此時(shí)按鍵2-8變?yōu)椤靶薷摹薄Ｐ薷娜缧栊薷奶崂姍C(jī)速度/方向，先按修改按鍵2-8,使提拉電機(jī)停Ih丄作.此時(shí)按鍵2-8變?yōu)椤按_認(rèn)”。然后重新輸入速度參數(shù)或選擇方向，冉按確認(rèn)按鍵.之后提拉電機(jī)將以新設(shè)定的速度/方向丄作,此時(shí)按鍵2-8變?yōu)椤靶薷摹薄?4)旋轉(zhuǎn)確認(rèn)/修改
確認(rèn)在轉(zhuǎn)速框2-9巾輸入速度參數(shù),按確認(rèn)按鍵2-10,此時(shí)按鍵2-10變?yōu)椤靶薷摹?。正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)/停轉(zhuǎn)山手動(dòng)開關(guān)控制。修改如需修改旋轉(zhuǎn)電機(jī)速度，先按修改按鍵2-10.此時(shí)按鍵2-10變?yōu)椤按_認(rèn)”.然后重新輸入速度參數(shù),冉按確認(rèn)按鍵2-10,此時(shí)按鍵2-10變?yōu)椤靶薷摹薄?5)電源控制
①0標(biāo)功率和功率斜率的確認(rèn)/修改
確認(rèn)在B標(biāo)功率框2-11輸入0標(biāo)功率、在功率斜率框2-12輸入功率斜率后,按確認(rèn)按鍵2-13,此時(shí)按鍵2-13變?yōu)椤靶薷摹薄ｋ娫纯刂崎_始丄作，0標(biāo)電壓、電)玉斜率、當(dāng)前功率、 當(dāng)前電丨玉、升/降溫和到達(dá)B標(biāo)時(shí)間開始 示。修改如需修改0標(biāo)功率/功率斜率,按修改按鍵.此時(shí)按鍵2-13變?yōu)椤按_認(rèn)”。電源控制部分暫停。當(dāng)前功率、當(dāng)前電Hi保持小變。S新輸入0標(biāo)功率/斜率.冉按確認(rèn)按鍵 2-13,即以新的0標(biāo)功率/電Ji斜率丄作，重新計(jì)時(shí),此時(shí)按鍵2-13變?yōu)椤靶薷摹?。②鎖定/解鎖
鎖定按下鎖定按鍵2-14,此時(shí)按鍵2-14變?yōu)椤敖怄i”,當(dāng)前功率和當(dāng)前電丨玉保持小變。 顯示鎖定時(shí)間。解鎖按下解鎖按鍵2-14,此時(shí)按鍵2-14變?yōu)椤版i定”.對當(dāng)前功率和當(dāng)前電壓解鎖。繼續(xù)顯示ΤΙ_ /降溫時(shí)間，當(dāng)前功率和當(dāng)前電)玉按照原定斜率變化。③復(fù)位按下復(fù)位按鍵2-15。各參數(shù)淸零。時(shí)間 示小町見。電源控制部分停Ih 丄作。需重新設(shè)置0標(biāo)功率和功率斜率才》丨繼續(xù)丄作。④電源控制操作示例
a.設(shè)置電源功率、電源電)玉分別為120000W, 10V。啟動(dòng)系統(tǒng)。b.剛啟動(dòng)系統(tǒng)，此時(shí)當(dāng)前功率為0W。若想6小時(shí)升至30000W,則設(shè)置目標(biāo)功率為 30000W,功率斜率為5000W/h,點(diǎn)擊確認(rèn)按鍵。c.假設(shè)當(dāng)前功率為30000W,若想兩小時(shí)升至30500W,即2小時(shí)升500W,則點(diǎn)擊電源控制框中的修改按鍵,設(shè)置0標(biāo)功率為30500*’功率斜率為250W/h.冉點(diǎn)擊確認(rèn)按鍵。d.假設(shè)當(dāng)前功率為50000W,若想兩小時(shí)降至49980W,即兩小時(shí)降20W。則點(diǎn)擊電源控制框巾的修改按鍵,設(shè)置B標(biāo)功率為49980W,功率斜率為-10W/h (注意降溫時(shí)，功率斜率為負(fù)值,需要輸入負(fù)號)，冉點(diǎn)擊確認(rèn)按鍵。(6)停 Ih
在當(dāng)前狀態(tài)欄巾，按綠色按鍵2-3進(jìn)入系統(tǒng)“停lh”狀態(tài)，停Ih^次晶體牛:長參數(shù)iiliS 文件的數(shù)據(jù)寫入。(7)參數(shù)曲線在計(jì)算機(jī)控制軟件的菜中巾.提供/參數(shù)曲線的實(shí)時(shí) 示功能.通過下拉菜中選中需要 示的參數(shù)，就Uj以形成一個(gè)實(shí)時(shí)運(yùn)丨T_的參數(shù)曲線1冬I.在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中Π動(dòng)顯示。(8)數(shù)據(jù)導(dǎo)入
在計(jì)算機(jī)控制軟件的菜中巾.提供」'數(shù)據(jù)導(dǎo)入的參數(shù)調(diào)ffl功能.4以導(dǎo)入已有的晶體 Ii參數(shù)ΕΛ文件，實(shí)現(xiàn)Π動(dòng)晶體屮K。木發(fā)明的系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)為中心，利用工業(yè)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊,通過儀表對運(yùn)廳參數(shù)進(jìn)廳實(shí)時(shí)監(jiān)測，以智能控制器作為執(zhí)廳器實(shí)現(xiàn)晶體牛說的Π動(dòng)化和智能化控制。
權(quán)利要求
1.基于工業(yè)總線的晶體生長智能控制系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)、顯示器、鍵盤鼠標(biāo)、RS232/485 轉(zhuǎn)換器、多路溫度采集儀表、溫度傳感器、電流電壓采集儀表、電壓電流傳感器、稱重儀表、重量傳感器、智能控制器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)手動(dòng)開關(guān)、提拉電機(jī)行程開關(guān)、光柵尺、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)、提拉伺服電機(jī)和可調(diào)功率電源，其特征在于，所述智能控制器由 RS232/485轉(zhuǎn)換器、微處理器、狀態(tài)指TjV燈、蜂鳴器、光電稱合電路、光柵信號調(diào)理電路、旋轉(zhuǎn)控制信號驅(qū)動(dòng)電路、提拉控制信號驅(qū)動(dòng)電路、DA轉(zhuǎn)換和隔離緩沖電路、以及EEPROM組成； 所述溫度傳感器分別安裝于生產(chǎn)爐的大蓋、整桿、正極、負(fù)極、爐體和電源處，并共同連接至多路溫度采集儀表，該儀表將溫度傳感器獲取的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再通過 RS232/485轉(zhuǎn)換器傳送至計(jì)算機(jī)；所述電壓電流傳感器分別安裝于可控功率電源輸出回路，并共同連接至電流電壓采集儀表，該儀表將電壓電流傳感器獲取的電壓電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再通過RS232/485 轉(zhuǎn)換器傳送至計(jì)算機(jī)；所述重量傳感器安裝于籽晶桿上，并連接至稱重儀表，所述稱重儀表將稱重傳感器獲得的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再通過RS232/485轉(zhuǎn)換器傳送至計(jì)算機(jī)；所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)手動(dòng)開關(guān)通過光電耦合電路向智能控制器提供外部輸入信號，智能控制器查詢手動(dòng)開關(guān)的輸入信號，并對旋轉(zhuǎn)電機(jī)做出相應(yīng)的控制；所述提拉電機(jī)行程開關(guān)通過光電耦合電路向智能控制器提供外部輸入信號，智能控制器查詢行程開關(guān)的輸入信號，并判斷提拉電機(jī)是否運(yùn)動(dòng)到極限，控制提拉電機(jī)的運(yùn)行； 所述光柵尺的滑塊與提拉電機(jī)帶動(dòng)的提拉桿固定在一起，光柵尺將滑塊在移動(dòng)過程中產(chǎn)生的位移脈沖輸入智能控制器，智能控制器將經(jīng)過光柵信號調(diào)理電路調(diào)理后的兩路脈沖信號輸入微處理器，微處理器通過對兩路脈沖信號電參量的分析獲取運(yùn)動(dòng)信息，并對晶體生長提拉的位置進(jìn)行計(jì)算；所述智能控制器輸出的電機(jī)控制信號分別經(jīng)旋轉(zhuǎn)控制信號驅(qū)動(dòng)電路和提拉控制信號驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)后，通過線驅(qū)動(dòng)輸出方式分別與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連，控制提拉交流伺服電機(jī)和旋轉(zhuǎn)交流伺服電機(jī)的運(yùn)行，在電機(jī)控制中設(shè)置S型加減速曲線，有效減少轉(zhuǎn)速突變對機(jī)械系統(tǒng)的沖擊；所述智能控制器通過改變DA轉(zhuǎn)換和隔離緩沖電路輸出控制電壓來控制可調(diào)功率電源的輸出功率，從而實(shí)現(xiàn)爐溫的控制；所述智能控制器的微處理器通過RS232/485轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)相連，將外部輸入開關(guān)量信息、光柵尺位置信息和EEPROM信息傳送至計(jì)算機(jī)的同時(shí)，接收計(jì)算機(jī)的控制，輸出相應(yīng)的交流伺服電機(jī)控制信號和功率控制電壓；所述智能控制器控制指示電源、提拉脈沖、提拉方向、旋轉(zhuǎn)脈沖、旋轉(zhuǎn)方向、光柵脈沖、串口通信和報(bào)警狀態(tài)的狀態(tài)指示燈，并控制蜂鳴器進(jìn)行聲音提不;所述晶體生長智能控制系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)晶體生長智能控制程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行控制參數(shù)和控制功能的界面顯示，完成控制參數(shù)的實(shí)時(shí)運(yùn)算和系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸控制，與生產(chǎn)操作者進(jìn)行人機(jī)交互。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于工業(yè)總線的智能化晶體生長控制系統(tǒng)。以計(jì)算機(jī)為中心，利用工業(yè)總線的數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)儀表數(shù)據(jù)監(jiān)測和智能控制器的晶體生長流程控制，具有集成度高，抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。計(jì)算機(jī)通過485總線對晶體生長過程進(jìn)行監(jiān)測，圖形化實(shí)時(shí)顯示運(yùn)行參數(shù)，具有長時(shí)間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、定量分析和過程優(yōu)化功能；智能控制器通過傳輸參數(shù)實(shí)現(xiàn)電機(jī)提拉旋轉(zhuǎn)的速度精確控制，高精度功率和溫度自動(dòng)控制，光柵脈沖檢測和坐標(biāo)計(jì)算，以及報(bào)警信息的獲取和指示；系統(tǒng)設(shè)置了S型加減速曲線有效減少轉(zhuǎn)速突變對機(jī)械系統(tǒng)的沖擊，模擬歐陸表精確輸出電壓控制電源功率，通過數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)生長流程的優(yōu)化和自動(dòng)化，降低能耗比，提高晶體的生長質(zhì)量和效率。
文檔編號C30B15/20GK102534757SQ20121000249
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者孫曉冬, 張鳳, 馬青玉 申請人:南京師范大學(xué)