單晶爐的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種單晶爐的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，它包括紅外測(cè)溫儀、電氣控制柜、工作臺(tái)和加熱爐，所述紅外測(cè)溫儀的信號(hào)輸出端與電氣控制柜的信號(hào)輸入端連接；所述電氣控制柜和工作臺(tái)雙向連接；所述電氣控制柜的信號(hào)輸出端與加熱爐的信號(hào)輸入端連接。采取本實(shí)用新型的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了單晶生產(chǎn)過程中的各項(xiàng)參數(shù)自動(dòng)設(shè)定、實(shí)時(shí)顯示、實(shí)時(shí)控制，保證每爐產(chǎn)品質(zhì)量高且相同。
【專利說明】單晶爐的自動(dòng)化控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)，尤其是高溫設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)，具體的是一種單晶爐的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]導(dǎo)模法又稱邊緣限定一薄膜供料法，主要用于生長(zhǎng)特定形狀的晶體，實(shí)際上它是提拉法的一種變形。不論是提拉法還是導(dǎo)模法均需在單晶爐上通過一定的工藝手段得到所需的單晶。本實(shí)用新型旳自動(dòng)化控制系統(tǒng)是用在單晶爐上用導(dǎo)模法生產(chǎn)Al2O3單晶(藍(lán)寶石晶體)的，導(dǎo)模法的工序過程為:1、坩堝內(nèi)裝料，外放熱場(chǎng)隔熱器；2、裝夾子晶；3、合箱蓋；4、抽真空；5、放入惰性氣體；6、開始加溫，通過一定加溫速度加熱到2045°C ;7、爐內(nèi)溫度到2045°C翻滾一定時(shí)間，引入子晶；8、子晶端部與材料邊緣有白色光圈時(shí)，開始拉單晶(拉單晶速度越慢越好)；9、拉到一定行程，停止拉制；10、開始降溫(降溫過程符合高溫回火熱處理規(guī)范)；11、隨爐冷卻出爐。
[0003]目前導(dǎo)模法已生產(chǎn)出高壓鈉燈藍(lán)寶石管，航天器加速度計(jì)需要的妮酸銼單晶管，雷達(dá)長(zhǎng)延遲聲學(xué)器件需要的帶狀晶體、發(fā)光二極管、手表表面及眼鏡鏡面等光學(xué)系統(tǒng)的產(chǎn)品較多。由于爐子的核心技術(shù)不足，而且由于導(dǎo)模法的工藝隨機(jī)性較大，故每爐產(chǎn)品的質(zhì)量相差懸殊，不能生產(chǎn)各項(xiàng)參數(shù)均相同的重要場(chǎng)合應(yīng)用的零件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有單晶爐生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量相差懸殊的現(xiàn)狀，提供一種單晶爐的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，減少人為因素影響，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種單晶爐的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，它包括紅外測(cè)溫儀、電氣控制柜、工作臺(tái)和加熱爐，所述紅外測(cè)溫儀的信號(hào)輸出端與電氣控制柜的信號(hào)輸入端連接，紅外測(cè)溫儀檢測(cè)到加熱爐的溫度信號(hào)并傳遞給電氣控制柜；所述電氣控制柜和工作臺(tái)雙向連接，工作臺(tái)顯示電氣控制柜的狀態(tài)信息并通過操作工作臺(tái)改變電氣控制柜的運(yùn)行參數(shù)；所述電氣控制柜的信號(hào)輸出端與加熱爐的信號(hào)輸入端連接，加熱爐的加熱過程受電氣控制柜控制。
[0006]更進(jìn)一步的，電氣控制柜包括PLC、可編程溫度控制器、RS485接口、可控硅觸發(fā)線路板和電源，所述PLC通過RS485接口分別與工作臺(tái)和紅外測(cè)溫儀連接；所述PLC的信號(hào)輸出端與可編程溫度控制器的信號(hào)輸入端連接，所述可編程溫度控制器的信號(hào)輸出端與可控硅觸發(fā)線路板的信號(hào)輸入端連接，所述可控硅觸發(fā)線路板的信號(hào)輸出端與加熱爐的信號(hào)輸入端連接；所述電源分別同可控硅觸發(fā)線路板、PLC、工作臺(tái)連接。
[0007]更進(jìn)一步的，所述工作臺(tái)還包括觸摸屏，所述觸摸屏和工作臺(tái)雙向連接，觸摸屏顯示電氣控制柜的狀態(tài)信息并通過操作觸摸屏改變電氣控制柜的運(yùn)行參數(shù)。
[0008]更進(jìn)一步的，本實(shí)用新型包括一個(gè)工控機(jī)，所述工控機(jī)通過RS485接口與PLC雙向連接，工控機(jī)顯示電氣控制柜的狀態(tài)信息并通過操作工控機(jī)改變電氣控制柜的運(yùn)行參數(shù)。[0009]本實(shí)用新型的有益效果:
[0010](I)采用本實(shí)用新型的PLC和可編程溫度控制器結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)升溫及降溫速度、子晶提升速度的自動(dòng)控制。節(jié)省能耗、測(cè)控精確、顯示精度高、保證每批次間的單晶質(zhì)量高且相同；
[0011](2)采用本實(shí)用新型的工控機(jī)和工作臺(tái)的觸摸屏結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)加熱溫度的PC機(jī)控制，加熱溫度、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)、數(shù)字化顯示，設(shè)備故障的自診斷以及加熱控制參數(shù)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)、打??；
[0012]( 3 )當(dāng)出現(xiàn)特殊情況，也可采用可控硅觸發(fā)線路板結(jié)構(gòu)，可手動(dòng)調(diào)節(jié)加熱器通電電流和電壓。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)工作原理圖。
[0014]圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。
[0015]圖3是本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)程序框圖。
[0016]圖4是控制系統(tǒng)程序中加熱步驟框圖。
[0017]圖5是控制系統(tǒng)程序中拉伸運(yùn)行操作步驟框圖。
[0018]圖6是控制系統(tǒng)程序中降溫操作步驟框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。
[0020]如圖1和圖2所示，一種單晶爐的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，它包括紅外測(cè)溫儀(德國(guó)Optris MQ11MB25)、電氣控制柜、工作臺(tái)、觸摸屏(Eview MT510T)、工控機(jī)(研華工控機(jī)IPC-610)和加熱爐。所述紅外測(cè)溫儀的信號(hào)輸出端與電氣控制柜的信號(hào)輸入端連接，紅外測(cè)溫儀檢測(cè)到加熱爐的溫度信號(hào)并傳遞給電氣控制柜。電氣控制柜和工作臺(tái)雙向連接，工作臺(tái)和觸摸屏雙向連接，觸摸屏顯示電氣控制柜的狀態(tài)信息并通過操作觸摸屏改變電氣控制柜的運(yùn)行參數(shù)；電氣控制柜和工控機(jī)雙向連接，工控機(jī)顯示電氣控制柜的狀態(tài)信息并通過操作工控機(jī)改變電氣控制柜的運(yùn)行參數(shù)，同時(shí)可將加熱控制參數(shù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)、打印。
[0021]其中，電氣控制柜包括PLC (SIMATIC S7-200)、可編程溫度控制器(日本島電FP23)、RS485接口、可控硅觸發(fā)線路板(北京普爾盛電子技術(shù)公司PSHC6S00)和電源(珠海山特UPS-500)。PLC通過RS485接口分別與工控機(jī)、工作臺(tái)和紅外測(cè)溫儀連接。PLC的信號(hào)輸出端與可編程溫度控制器的信號(hào)輸入端連接；可編程溫度控制器的信號(hào)輸出端與可控硅觸發(fā)線路板的信號(hào)輸入端連接，向其發(fā)送PID信號(hào)；可控硅觸發(fā)線路板的信號(hào)輸出端與加熱爐的信號(hào)輸入端連接，向其發(fā)送可控硅觸發(fā)信號(hào)。電源分別同可控硅觸發(fā)線路板、PLC、工作臺(tái)連接。
[0022]如圖3-6所示，本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)程序流程。生產(chǎn)單晶的步驟如下:
[0023]1、開始
[0024]2、主程序初始化
[0025]3、選擇手動(dòng)或自動(dòng)控制[0026]4、選擇自動(dòng)控制后，判斷是否運(yùn)行
[0027]5、運(yùn)行后，預(yù)熱加溫
[0028]6.進(jìn)行抽真空；判斷真空度是否滿足要求
[0029]7、真空度滿足要求后，充惰性氣體
[0030]8.爾后進(jìn)行加熱運(yùn)行操作；加熱操作的工序?yàn)?
[0031]8.1、開始
[0032]8.2、設(shè)定加熱溫度
[0033]8.3、給定溫度輸入后,設(shè)定加熱速度(不設(shè)定時(shí)取默認(rèn)值)
[0034]8.4、繼續(xù)加熱
[0035]8.5、加熱過程中，系統(tǒng)檢測(cè)溫度是否滿足，沒有則繼續(xù)加熱，有則執(zhí)行下一步
[0036]8.6、溫度滿足后，則檢查是否需要保溫。否則返回等待其他命令輸入
[0037]8.7、需要保溫，則設(shè)置保溫結(jié)束時(shí)間并開始保溫
[0038]8.8、判斷是否到保溫結(jié)束時(shí)間，否則繼續(xù)保溫
[0039]8.9、保溫結(jié)束時(shí)間到，返回等待執(zhí)行籽晶引入任務(wù)
[0040]9、進(jìn)行籽晶引入操作
[0041]10、繼續(xù)加熱保溫直至籽晶端部熔融連接
[0042]11、開始拉伸運(yùn)行；操作的工序?yàn)?
[0043]11.1、開始
[0044]11.2、設(shè)定拉伸速度
[0045]11.3、正轉(zhuǎn)并拉伸運(yùn)行
[0046]11.4、系統(tǒng)檢測(cè)是否到上限，沒有則繼續(xù)拉伸正轉(zhuǎn)，有則執(zhí)行下一步
[0047]11.5、到達(dá)上限后,停止轉(zhuǎn)動(dòng)并等待下一步操作
[0048]12、進(jìn)行執(zhí)行下一步一降溫；降溫步驟:
[0049]12.1、開始
[0050]12.2、先設(shè)定降溫速度及時(shí)間
[0051]12.3、保溫，設(shè)置保溫結(jié)束時(shí)間開始保溫
[0052]12.4、判斷是否到保溫結(jié)束時(shí)間，否則繼續(xù)保溫
[0053]12.5、保溫結(jié)束時(shí)間到，設(shè)置降溫速度開始降溫
[0054]12.6、溫度降至室溫
[0055]結(jié)束。
[0056]本實(shí)用新型未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
【權(quán)利要求】
1.一種單晶爐的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其特征在于它包括紅外測(cè)溫儀、電氣控制柜、工作臺(tái)和加熱爐，所述紅外測(cè)溫儀的信號(hào)輸出端與電氣控制柜的信號(hào)輸入端連接；所述電氣控制柜和工作臺(tái)雙向連接；所述電氣控制柜的信號(hào)輸出端與加熱爐的信號(hào)輸入端連接；其中，所述電氣控制柜包括PLC、可編程溫度控制器、RS485接口、可控硅觸發(fā)線路板和電源，所述PLC通過RS485接口分別與工作臺(tái)和紅外測(cè)溫儀連接；所述PLC的信號(hào)輸出端與可編程溫度控制器的信號(hào)輸入端連接，所述可編程溫度控制器的信號(hào)輸出端與可控硅觸發(fā)線路板的信號(hào)輸入端連接，所述可控硅觸發(fā)線路板的信號(hào)輸出端與加熱爐的信號(hào)輸入端連接；所述電源分別同可控硅觸發(fā)線路板、PLC、工作臺(tái)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單晶爐的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其特征在于所述工作臺(tái)還包括觸摸屏，所述觸摸屏和工作臺(tái)雙向連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種單晶爐的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其特征在于它還包括一個(gè)工控機(jī)，所述工控機(jī)通過RS485接口與PLC雙向連接。
【文檔編號(hào)】C30B15/20GK203593808SQ201320596492
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】鄭鳳琴, 鄭劍平, 胡國(guó)增 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué), 中國(guó)原子能科學(xué)研究院