PDF《基于 PLC 的MOCVD 控制系统设计》

基于 PLC 的MOCVD 控制系统设计 西安电子科技大学机电工程学院 过润秋 陈贤能 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, 提高了系统的自动化程度,保证了系统运行的可靠性,灵活性. 关键词:PLC;

MOCVD;

计算机控制系统 中图分类号:TP273 文献标志:B Design of MOCVD control system based on PLC GUO Run-qiu , CHEN Xian-Neng (School of Electromechanical Engineering, Xidian University, Xi'

an 710071, China) Abstract:According to technical request of MOCVD system, we designed a MOCVD computer control system based on PLC. This paper introduces the composing of system, principle of realization and design of software, Applying PLC to serve as the control system, it increases the automatic level, ensures the reliability and flexibility of the system. KEY WORDS: PLC;

MOCVD;

computer control system

1 引言 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)(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] :可制成各种薄膜结构型的材 料;

可制成大面积、高均匀性的外延膜;

可精确控制膜的厚度、组成及掺杂浓度;

灵活的气 体源路控制技术、气体源路的快速切换技术、生长过程全自动控制,使得人的随机因素影响 减至最小且重复性很好. 要使MOCVD的这些特点能够顺利实现, 就必须对工艺参数严格控制. 而MOCVD的工艺参数特别多且复杂,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控制系统大部分依靠国外进口,成本高.研制出具有自主 知识产权的MOCVD设备将是发展我国光电子产业的关键环节,意义重大,特别是随着 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控制系统的具体工艺要求,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管理, 现场试验运行表明该系统性 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、Siemens PLC S7-300(控制单元的核心) ,温度控制系统、气体 处理系统、反应室等组成.控制系统的基本结构见图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 进行通讯, 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. 过润秋:教授, 陕西省自然基金资助项目,编号:2004F29 陕西省科学技术研究发展计划项目,编号:2004k05-G1 2.2 PLC 选用PLC 作控制器,是因为其具有可靠性高、抗干扰能力强、硬件配套齐全、维护方便、 适合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 各种信号的采集、 数据的处理以及各种输出信号的控制. 输入信号采集包括各类仪表传感器 的流量、压力、报警信号等.输出信号涉及电磁阀、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采集反应室的温度, 由RS232串口反馈给上位机, 经过上位机的控制算法处理后,计算出合适的控制量,传送给PLC,由PLC运行程序控制感应 加热器来控制反应室的温度. 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, 从而达到控制各种气源配比的目的, 并通过管道向反应室输送 反应剂,为保证反应剂的纯度,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. 传感器将采集来的实际测量值 传送给控制系统,控制系统将采集的实际值,实时与设定值比较.如果用户对控制效果不满 意,可以采用闭环回路控制,实时修改传送的设定值.