CN101003896A - 真空感应化学气相沉积/渗透系统分布式控制装置 - Google Patents
真空感应化学气相沉积/渗透系统分布式控制装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101003896A CN101003896A CN 200710010132 CN200710010132A CN101003896A CN 101003896 A CN101003896 A CN 101003896A CN 200710010132 CN200710010132 CN 200710010132 CN 200710010132 A CN200710010132 A CN 200710010132A CN 101003896 A CN101003896 A CN 101003896A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- module
- upper computer
- controller
- vacuum
- control
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 title claims description 8
- 230000035515 penetration Effects 0.000 title claims description 7
- 230000006854 communication Effects 0.000 claims abstract description 29
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 28
- 230000006698 induction Effects 0.000 abstract description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 4
- 238000013500 data storage Methods 0.000 abstract 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- 206010020675 Hypermetropia Diseases 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000001595 flow curve Methods 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
一种真空感应化学气相沉积/渗透系统分布式控制装置属于自动控制领域。本发明装置包括上位机、协议转换器、温度控制器、DA转换模块、真空计、质量流量控制器和可编程控制器，当可编程控制器的个数大于1时还包括适配器。上位机分别与可编程控制器、协议转换器相连，当可编程控制器的个数大于1时通过适配器与上位机相连，协议转换器分别与温度控制器、DA转换器相连，DA转换器与真空计、质量流量控制器相连。上位机嵌入了系统登录模块、控制系统界面模块、串口通信模块、温度控制模块、流量控制模块、真空度采集模块和数据存储模块。本发明通讯、数据处理能力强；控制系统的结构易于调整、升级，抗干扰能力强；通用性强。
Description
技术领域
本发明属于自动控制领域，特别涉及一种真空感应化学气相沉积/渗透系统分布式控制装置。
背景技术
真空感应化学气相沉积/化学气相渗透(CVD/CVI)技术是一种在真空环境下进行先进的特种材料制备方法。这些特种材料主要用于航空，航天，军工，核电等领域。
目前，真空感应CVD/CVI的控制水平偏低的问题已经严重地影响了真空感应炉的进一步发展。大多数相关的产品很少采用计算机控制技术，有些用到了传统的电器控制加上各种仪表控制；较好一点的采用可编程控制器控制。这些控制的特点是：以开关量控制为主；人机交互性差；各个被控量的控制信息无法实时存储；不便于对各个被控量进行管理分析。
真空感应CVI/CVD系统由于有中频电源和感应线圈的电磁干扰，所以给被控量特别是温度、流量的精确控制带来许多困难。传统的控制方案的控制效果往往很难达到满意的效果。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种真空感应化学气相沉积/渗透系统分布式控制装置。
本发明装置包括上位机、协议转换器、温度控制器、DA转换模块、真空计、质量流量控制器和可编程控制器，当可编程控制器的个数大于1时还包括适配器。上位机分别与可编程控制器、协议转换器相连，当可编程控制器的个数大于1时，可编程控制器通过适配器与上位机相连，协议转换器分别与温度控制器、DA转换器相连，DA转换器与真空计、质量流量控制器相连。
上位机用于对现场生产进行管理，具有至少两个RS232标准串行通信接口，根据现场条件上位机可以采用工业控制机或普通个人计算机或笔记本电脑。
可编程序控制器实现各种开关量的控制，具有扩展功能，可以同时控制几百个开关量。一台可编程序控制器完全可以对一台真空感应电炉的开关量进行准确的控制。如果需要多台电炉而且各个炉子之间距离较远时，也可以用两个以上的可编程序控制器分别进行逻辑控制，此时可编程控制器通过适配器与上位机相连。
温度控制器用来进行真空感应CVI/CVD过程的温度控制。
AD转换模块是将模拟量转换成数字量并将该数字量传递给上位机。
真空计用来采集真空度信号，并通过AD转换器传递到上位机。
质量流量控制器是用来对反应气体进行控制的设备。
为实现上位机功能，嵌入了七个功能模块，系统登录模块、控制系统界面模块、串口通信模块、温度控制模块、流量控制模块、真空度采集模块和数据存储模块。系统登录模块实现调用控制系统界面模块的功能，控制系统界面模块则对串口通信模块、温度控制模块、流量控制模块、真空度采集模块和数据存储模块进行调用，如图1所示。
本发明的优点：
(1)以工业控制计算机为主控制器；通讯、数据处理能力强；
(2)以采用分布式控制策略，使控制系统的结构易于调整、升级，抗干扰能力强；
(3)采用高级语言编程，基于Windows XP操作系统，通用性强。
附图说明：
图1为本发明中各模块关系示意图；
图2为本发明硬件结构框图；
图3为真空度采集线路原理图；
图4为温度控制线路原理图；
图5为反应气体控制线路原理图；
图6为基于可编程控制器的开关量控制线路原理图；
图7本发明数据库处理模块流程图
图8本发明串行通讯模块流程图；
图9本发明温度控制模块流程图；
图10本发明流量控制模块流程图；
图11本发明真空度采集模块流程图；
图12本发明流量控制曲线图(定值控制)；
图13本发明流量控制曲线图(曲线控制)；
图14本发明对CVI/CVD过程温度控制曲线图。
图中1为工业控制计算机，2为协议转换器，3为AD转换模块，4为真空计，5为规管，6为温度控制器，7为中频感应加热电源，8为热电偶，9为DA转换器，10为质量流量控制器，11为适配器I，12为适配器II，13为适配器III，14为可编程控制器I，15为可编程控制器II，16为质量流量控制器的调节阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图2所示，本实例由一台工业控制计算机，三个适配器，2个可编程序控制器，一个协议转换器，2个温度控制器，2个模拟/数字量(AD)转换模块，2个数字/模拟量(DA)转换模块，2个真空计，5个质量流量控制器组成，其中工业控制计算机选用台湾研华公司的产品，适配器I选用松下C-NET适配器，适配器II、III均选用松下的S2型C-NET适配器，可编程控制器均选用松下FP2-C1型可编程序控制器，协议转换器选用ADAM4520，AD转换模块选用AD转换器选用研华公司的ADAM-40178路模数转换模块，DA转换模块选用研华公司的ADAM-40244路数模转换模块，温度控制器选用日本岛电公司的FP93型多条多段PID温度控制器，真空计选用睿宝ZDY-1型真空计，质量流量控制器选用七星华创公司的D07系列质量流量控制器。工控机分别与适配器I、协议转换器相连，协议转换器分别与温度控制器I、温度控制器II、DA转换器I、DA转换器II、AD转换器I以及AD转换器II相连，DA转换器I与质量流量控制器I相连，DA转换器II分别与质量流量控制器II、质量流量控制器III、质量流量控制器IV以及质量流量控制器V相连，AD转换器I分别与真空计I、真空计II以及质量流量控制器I相连，AD转换器II分别与质量流量控制器II、质量流量控制器III、质量流量控制器IV以及质量流量控制器V相连，适配器I分别与适配器II和适配器III相连，适配器II与可编程控制器I相连，适配器III与可编程控制器II相连。
如图3所示，真空规管5用来测量真空环境内的真空度并将真空度转换电信号传到真空计4，真空计4将此信号转换成0-5V的标准信号并传给AD转换模块3，AD转换模块与协议转换器2的Txd、Rxd管脚相连，协议转换器2以RS232通信标准连接到工业控制计算机1的串口com2，工业控制计算机将接受到的信号解码并转换成真空度值，显示并存储。这样真空度的采集过程是实时的。真空计用220V交流电源，AD转换器用+24V直流电源。
如图4所示，真空感应炉的加热用中频感应加热电源7，该加热电源的加热功率可控。温度信号用标准热电偶8测量，来自于热电偶的温度信号传入到FP93温度控制器6，温度控制器6将该信号与设定值比较并通过PID运算后产生控制输出信号传给中频感应加热电源7，形成温度的闭环控制，FP93温度控制器6采用RS485通信方式，信号经过协议转换模块2后转换成RS232后与工业控制计算机串口com2进行通讯，多个温度的控制可以选用多个FP93温度控制器。
图5所示为工作反应气体流量控制原理，质量流量控制器10实现对CVI/CVD过程的气体质量流量精确控制，反应气体从质量流量控制器10的气体入口A处进入；其流量经质量流量控制器的传感器的测量后，气体从质量流量控制器的出口B流出，质量流量控制器10内的流量调节阀16可以连续改变开度从而连续调节气体的流量，其流量的测量信号可以通过其标准信号0-5V输出口输出到AD转换模块3，AD转换模块3进行模数转换后通过协议转换器2以串行通信的方式传给工业控制计算机1；工业控制计算机1根据此流量信号和流量的设定曲线并用控制算法(PID算法)产生控制输出信号，该信号经过协议转换器2传到DA转换模块9进行数模转换后传给质量流量控制器10，作为其调节阀16开度的控制值，即工业控制计算机1通过质量流量控制器10来实时地对反应气体流量进行流量控制。
图6所示为本发明开关量的控制原理，工业控制计算机1的串口com1与适配器1相连，将RS232通信标准转换成RS485通信标准，适配器2分别与适配器1、可编程序控制器1相连，适配器3分别与适配器1、可编程序控制器2相连，这样通过分别设定可编程序控制器不同的地址(站号)，工业控制计算机1即可与可编程序控制器1、2进行通讯。
本发明为了实现工业控制计算机的控制功能，嵌入了七个功能模块，系统登录模块、控制系统界面模块、串口通信模块、温度控制模块、流量控制模块、真空度采集模块和数据存储模块。系统登录模块实现调用控制系统界面模块的功能，控制系统界面模块则对串口通信模块、温度控制模块、流量控制模块、真空度采集模块和数据存储模块进行调用，如图1所示。本发明是采用Visual Basic 6.0开发环境下开发的控制软件。
图7为数据库处理模块流程图。本发明中数据库处理流程如下：
步骤一、开始；
步骤二、启动串行通信模块；
步骤三、打开数据库(access2000格式)；
步骤四、打开数据库里面的表格；
步骤五、读取模拟量和开关量到变量数组；
步骤六、对读取数据中模拟量进行滤波处理并取得平均值得到新的模拟量；
步骤七、用新的模拟量和开关量一起组成一条数据库内的记录；
步骤八、记录存入数据库中的表格；
步骤九、判断数据库中正在使用的表格是否已经存满，是，进入步骤十，否则进入步骤十一；
步骤十、 关闭表格并新建新表，返回步骤四；
步骤十一、判断数据库是否已经存满，是，进入步骤十二，否则返回步骤五；
关闭数据库并新建数据库，返回步骤三。
图8为串行通信模块的流程图。串行通信模块主要完成通信参数设定的命令、数据的传送接收。利用Visual Basic 6.0里面内嵌的MScomm控件，可以实现工业控制计算机与外部支持串行通信的设备间通信，其通信过程如下：
步骤一、启动；
步骤二、打开串行通信接口(即com口)；
步骤三、启动定时器；
步骤四、清空接收缓冲区；
步骤五、发送命令串；
步骤六、延时；
步骤七、提取接收缓冲区的数据；
步骤八、判断步数据是否正确，是，进入步骤十，否则进入步骤九；
步骤九、报警，返回步骤四；
步骤十、提取并显示，返回步骤四。
图9为温度控制模块的流程图。其执行过程如下：
步骤一、启动；
步骤二、设定有关温度控制的参数；
步骤三、设定曲线段以及PID参数；
步骤四、选择要运行的曲线号；
步骤五、启动FP93温度控制器运行；
步骤六、启动串行通信模块，并读温度的设定值、测量值等相关参数值；
步骤七、判断运行时间是否到，是，进入步骤八，否则进入步骤六；
步骤八、结束。
图10为流量控制模块的流程图。流量的控制过程如下：
步骤一、启动；
步骤二、设定流量控制的时间；
步骤三、设定流量曲线段y＝At3+Bt2+Ct+D的参数，即A、B、C、D值，范围为正实数；
步骤四、启动串行通信模块；
步骤五、判断定时器判断控制时间是否到，是，进入步骤七，否则进入步骤六；
步骤六、PID运算，返回步骤四；
步骤七、结束。
图11为真空度采集模块流程图。本发明中真空度的采集流程如下：
步骤一、启动；
步骤二、运行串行通信模块；
步骤三、对真空度显示及实时存储；
步骤四、判断采集时间是否到，是，进入步骤五，否则返回步骤三；
步骤五、结束。
图12、13为本发明对CVI/CVD气体流量进行曲线控制的响应曲线图。其中图12为定值控制，设定值为1180ml，而控制值为1185ml。从图12可见设定值和控制值相差很小在10ml以内。图13为曲线控制，设定曲线为y＝400t+800即y＝At3+Bt2+Ct+D中A＝B＝0，C＝400，D＝800；从图13可见，开始控制时t＝0，这时y＝800即流量为800ml，t达到一段时间后(这时间段在软件里设定)自动加1即达到了y＝400×1+800＝1200ml，依此类推。这里流量的范围为(以氮气为标准)：0～2000ml。不同的气体流量范围可见转化(详见有关资料)，另外这里的流量范围为0～2000ml，若根据工艺需要设定其它范围则要选择其它范围的质量流量控制器10。从图13也可见精度较高。
图14为本发明的温度控制实验曲线。设定值为1100℃，从图14可见，控制系统的稳定误差很小。即测量值与设定值最终一致。
Claims (3)
1.一种真空感应化学气相沉积/渗透系统分布式控制装置，其特征在于包括上位机、协议转换器、温度控制器、DA转换模块、真空计、质量流量计和可编程控制器，当可编程控制器的个数大于1时还包括适配器，上位机分别与可编程控制器、协议转换器相连，当可编程控制器的个数大于1时，可编程控制器通过适配器与上位机相连，协议转换器分别与温度控制器、DA转换器相连，DA转换器与真空计、质量流量控制器相连。
2.如权利要求1所述的一种真空感应化学气相沉积/渗透系统分布式控制装置，其特征在于所述上位机，具有至少两个RS232标准串行通信接口。
3.如权利要求1所述的一种真空感应化学气相沉积/渗透系统分布式控制装置，其特征在于所述上位机嵌入了系统登录模块、控制系统界面模块、串口通信模块、温度控制模块、流量控制模块、真空度采集模块和数据存储模块，系统登录模块调用控制系统界面模块，控制系统界面模块调用串口通信模块、温度控制模块、流量控制模块、真空度采集模块和数据存储模块。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200710010132 CN101003896A (zh) | 2007-01-23 | 2007-01-23 | 真空感应化学气相沉积/渗透系统分布式控制装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200710010132 CN101003896A (zh) | 2007-01-23 | 2007-01-23 | 真空感应化学气相沉积/渗透系统分布式控制装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101003896A true CN101003896A (zh) | 2007-07-25 |
Family
ID=38703265
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 200710010132 Pending CN101003896A (zh) | 2007-01-23 | 2007-01-23 | 真空感应化学气相沉积/渗透系统分布式控制装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101003896A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101673107B (zh) * | 2008-09-09 | 2012-11-07 | 上海轻工业研究所有限公司 | 多路串行通信转换器及其应用的集散控制系统 |
| CN103744302A (zh) * | 2013-11-27 | 2014-04-23 | 上海大学 | 一种基于平推流反应动力模型的等温化学气相渗透plc-ipc控制系统 |
| CN103834934A (zh) * | 2013-12-11 | 2014-06-04 | 南方科技大学 | 一种等离子体增强化学气相沉积的控制系统 |
| CN104962914A (zh) * | 2015-07-03 | 2015-10-07 | 成都工具研究所有限公司 | 制备dlc膜的工业型自动化气相沉积设备 |
| CN113391653A (zh) * | 2021-05-30 | 2021-09-14 | 合肥工业大学 | 基于单片机的分布式多功能气体质量流量控制器 |
-
2007
- 2007-01-23 CN CN 200710010132 patent/CN101003896A/zh active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101673107B (zh) * | 2008-09-09 | 2012-11-07 | 上海轻工业研究所有限公司 | 多路串行通信转换器及其应用的集散控制系统 |
| CN103744302A (zh) * | 2013-11-27 | 2014-04-23 | 上海大学 | 一种基于平推流反应动力模型的等温化学气相渗透plc-ipc控制系统 |
| CN103744302B (zh) * | 2013-11-27 | 2016-03-30 | 上海大学 | 一种基于平推流反应动力模型的等温化学气相渗透plc-工控机ipc控制系统 |
| CN103834934A (zh) * | 2013-12-11 | 2014-06-04 | 南方科技大学 | 一种等离子体增强化学气相沉积的控制系统 |
| CN103834934B (zh) * | 2013-12-11 | 2016-05-11 | 南方科技大学 | 一种等离子体增强化学气相沉积的控制系统 |
| CN104962914A (zh) * | 2015-07-03 | 2015-10-07 | 成都工具研究所有限公司 | 制备dlc膜的工业型自动化气相沉积设备 |
| CN104962914B (zh) * | 2015-07-03 | 2018-01-05 | 成都工具研究所有限公司 | 制备dlc膜的工业型自动化气相沉积设备 |
| CN113391653A (zh) * | 2021-05-30 | 2021-09-14 | 合肥工业大学 | 基于单片机的分布式多功能气体质量流量控制器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101609126B (zh) | 温度补偿晶体振荡器的自动测试系统 | |
| CN101003896A (zh) | 真空感应化学气相沉积/渗透系统分布式控制装置 | |
| CN103092230B (zh) | 一种扩散炉智能温控系统 | |
| CN101498554B (zh) | 高炉串罐自动喷煤控制系统及方法 | |
| CN102366967A (zh) | 蒸汽养护自动化温控系统 | |
| CN101739000B (zh) | 沥青发泡装置智能控制系统 | |
| CN201654557U (zh) | Aod炉全自动智能控制系统 | |
| CN201352316Y (zh) | 一种固化炉全自动智能控制单元 | |
| CN106403005B (zh) | 基于用户室内温度套餐的供热计量收费方法 | |
| CN104227848B (zh) | 一种胶凝砂砾石拌和设备网络智能控制系统 | |
| CN104499486B (zh) | 一种适用于混凝土坝中后期通水的优化调控系统 | |
| CN110954190A (zh) | 油田高压注水井流量计的在线校准仪及校准方法 | |
| CN101598927B (zh) | 一种基于神经网络的纯碱碳化工艺控制系统及其控制方法 | |
| CN101591596A (zh) | 一种基于dcs的啤酒发酵控制系统及方法 | |
| CN204154516U (zh) | 一种壁挂炉自动测试系统 | |
| CN2851564Y (zh) | 油田配水间智能注水调控系统 | |
| CN202177813U (zh) | 一种连续热压机管控一体化系统 | |
| CN201935888U (zh) | 气体传感器自动标定系统 | |
| CN201740555U (zh) | 流量计算转换单元 | |
| CN110109430A (zh) | 一种间歇式啤酒发酵装置优化控制系统 | |
| CN108469781A (zh) | 有机硅生产全集成优化控制系统 | |
| CN110332606A (zh) | 一种供热系统及其供热方法 | |
| CN102032928A (zh) | 一种通用型hart变送模块及工作方法 | |
| CN201535812U (zh) | 温度补偿晶体振荡器的自动测试系统 | |
| CN204064406U (zh) | 一种基于实验室多路管道的高速气体流量校准系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |