[发明专利]基于工业总线的晶体生长智能控制系统

说明书

技术领域

本发明属于晶体生长控制领域，具体涉及一种基于工业总线的晶体生长智能控制系统。

背景技术

材料科学是多学科交叉与结合的结晶，是一门与工程技术密不可分的应用科学。材料科学作为现代文明的三大支柱(能源、 信息、材料)之一, 是人类文明的物质基础。晶体生长属于材料科学领域, 是其发展的前沿,一些高新科学技术的发展,无一不和晶体材料密切相关。

晶体生长的成败与生长过程中对温度和运动的控制密切相关，需对温度和运动进行精确控制。建立合适的温度场是生长优质晶体的先决条件，而温度控制的精确可靠是保证温度场稳定的关键，温度场温度梯度过大或冷却降温速率过快等因素都会导致晶体生长不稳定，出现开裂或气泡。晶体生长运动控制的稳定可靠是制备合格晶体的必要条件。在晶体生长过程中，需要在一定的温度条件下进行籽晶的接种、旋转、提拉等一系列操作，而且每个操作对运动控制的要求各不相同，运动参数设置的不合理或运动过程的不稳定都会导致晶体出现缺陷，产生空腔或气泡。此外，晶体生长周期长，成本高，生长过程中出现的突发状况如果未得到及时处理都会导致晶体生长失败，造成巨大损失。

当前许多业内厂家大多采用分立仪表或组态软件的测量控制方案，系统包含有温度仪表，电路电压仪表，欧陆表，光栅表，电机控制器等多种仪器仪表，系统结构复杂，存在数据传输种类多、控制距离近、抗干扰能力差、可扩展性低、生产成品率低、能源消耗高等缺点，制约了能耗比和性价比的提高。此外，目前大部分的晶体生长系统都是采取人工操控的方式对晶体生长过程的进行控制，依靠经验主导生产，缺少科学性和可靠性。由于缺少对晶体生长过程中控制参数和运行参数的自动记录和分析，无法实现控制流程的优化，生产控制自动化和智能化程度也较低。据此，有必要对现有晶体生长控制系统进行改进，提高晶体生长的成品率，降低生产成本和能耗，以满足当前社会生产发展对晶体材料的需求。

发明内容

本发明针对现有晶体生长控制系统结构复杂、自动化智能化程度较低等不足，提出了一种基于工业总线的智能化晶体生长控制系统，该系统完全以计算机为中心进行数据计算、控制信号输出、运行参数分析和实时显示，利用工业总线的数据传输实现仪表数据监测和状态监控以及智能控制器的晶体生长流程控制，具有集成度高，抗干扰能力强，结构简单，成本低，全计算机界面操作方便快捷的优点。

本发明采用的技术方案如下：

基于工业总线的晶体生长智能控制系统，包括计算机、显示器、键盘鼠标、RS232/485转换器、多路温度采集仪表、温度传感器、电流电压采集仪表、电压电流传感器、称重仪表、重量传感器、智能控制器、旋转电机手动开关、提拉电机行程开关、光栅尺、伺服电机驱动器、旋转伺服电机、提拉伺服电机和可调功率电源，其中，所述智能控制器由RS232/485转换器、微处理器、状态指示灯、蜂鸣器、光电耦合电路、光栅信号调理电路、旋转控制信号驱动电路、提拉控制信号驱动电路、DA转换和隔离缓冲电路、以及EEPROM组成；

所述温度传感器分别安装于生产炉的大盖、整杆、正极、负极、炉体和电源处，并共同连接至多路温度采集仪表，该仪表将温度传感器获取的信号转换成数字信号，再通过RS232/485转换器传送至计算机；   

所述电压电流传感器分别安装于可控功率电源输出回路，并共同连接至电流电压采集仪表，该仪表将电压电流传感器获取的电压电流信号转换成数字信号，再通过RS232/485转换器传送至计算机；

所述重量传感器安装于籽晶杆上，并连接至称重仪表，所述称重仪表将称重传感器获得的信号转换成数字信号，再通过RS232/485转换器传送至计算机；    

所述旋转电机手动开关通过光电耦合电路向智能控制器提供外部输入信号，智能控制器查询手动开关的输入信号，并对旋转电机做出相应的控制；

所述提拉电机行程开关通过光电耦合电路向智能控制器提供外部输入信号，智能控制器查询行程开关的输入信号，并判断提拉电机是否运动到极限，控制提拉电机的运行；

所述光栅尺的滑块与提拉电机带动的提拉杆固定在一起，光栅尺将滑块在移动过程中产生的位移脉冲输入智能控制器，智能控制器将经过光栅信号调理电路调理后的两路脉冲信号输入微处理器，微处理器通过对两路脉冲信号电参量的分析获取运动信息，并对晶体生长提拉的位置进行计算；