CN104675684B - 一种基于can总线的胶泵控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于CAN总线的胶泵控制系统及其控制方法。包括胶泵控制器、PC客户端和工业触摸屏客户端三个组成部分，PC客户端和工业触摸屏客户端通过CAN总线可同时与胶泵控制器进行通信。胶泵控制器可以接收PC客户端、工业触摸屏客户端以及IO控制点的多条任务指令，并行执行；PC客户端软件向胶泵控制器发送任务指令并接收胶泵控制器的回复信息；工业触摸屏客户端可提供面板安装和手持两种工作方式，提供与PC客户端相同的功能。本发明采用CAN总线进行通信，实时性和抗干扰性好；胶泵控制器可以并行执行多条任务指令，提高了设备的生产效率；胶泵控制器具有自动生成吐胶量校准表功能，提高了吐胶量校准的精度并缩短了校准所用时间。

Description

一种基于CAN总线的胶泵控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于半导体装备控制系统技术，具体地说是一种基于CAN总线的胶泵控制系统及其控制方法。

背景技术

胶泵是涂胶、显影设备的关键部件，其工作原理是通过电机旋转压缩胶泵内囊体，继而以一定速度将一定容积的光刻胶吐到晶圆表面上；然后电机反转从胶瓶内回吸光刻胶到泵体内，用于下一次吐胶。由于光刻胶内有溶剂通常以液态形式存在，在光刻胶涂敷工序中多利用高速旋转的方式，借助离心力将光刻胶均匀的涂敷在衬底上，最后在衬底表面形成一层厚度均匀、附着性强、无缺陷的光刻胶层。

现有胶泵控制系统多采用RS422或RS485总线通讯方式，只能构成主从式结构系统，系统的实时性和可靠性较差，且多是从国外进口，价格昂贵，维护不方便。CAN-bus(Controller Area Network)即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一，它是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有较高的位速率，高抗干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。因而，开发一套基于CAN总线的、实现PC客户端与工业触摸屏客户端多主方式胶泵控制系统就显得尤为重要。

发明内容

针对现有胶泵控制器系统多采用RS422或RS485总线通讯方式，只能构成主从式结构系统等不足之处，本发明要解决的问题是开发一套基于CAN总线的、实现PC客户端与工业触摸屏客户端多主方式胶泵控制系统。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于CAN总线的胶泵控制系统，包括：

若干个胶泵控制器，连接到CAN总线上，还与胶泵一对一连接，用于控制胶泵进行光刻动作；

若干个PC客户端，连接到CAN总线上，用于与所述胶泵控制器通信；

和/或若干个工业触摸屏客户端，连接到CAN总线上，用于与所述胶泵控制器通信。

所述胶泵控制器包括：

ARM Cortex-M3内核处理器，

CAN收发器，与所述ARM Cortex-M3内核处理器连接，用于连接PC客户端和/或工业触摸屏客户端；

IO口，与所述ARM Cortex-M3内核处理器连接，用于与PLC连接，实现IO点控制；还用于与胶泵的压力传感器及HOME传感器连接，读取压力传感器及HOME传感器值；

PWM及反向器电路，与所述ARM Cortex-M3内核处理器连接，用于与步进电机驱动器连接，实现胶泵的吐胶和吸胶；

EEPROM存储器，与所述ARM Cortex-M3内核处理器连接，用于存储配方、吐胶量校准表及其它配置数据；

RS232转换电路及接口，与所述ARM Cortex-M3内核处理器连接，用于与调试PC相连，实现串口调试。

所述PC客户端通过PCI接口CAN卡、PCIe接口CAN卡、USB接口CAN卡、以太网口CAN卡或RS232转CAN模块连接到CAN总线上。

所述工业触摸屏客户端是一种采用ARM9处理器、带触摸屏显示的控制装置，可提供面板安装和手持两种工作方式，采用WinCE操作系统，提供与PC客户端相同的功能，通过CAN模块连接到CAN总线上，与胶泵控制器进行通信。

所述IO点控制是指胶泵控制器可接收PLC的IO控制信号，实现相应的功能。

一种基于CAN总线的胶泵控制系统的其控制方法，胶泵控制器包括主任务模块和子任务模块，执行以下步骤：

主任务模块的接收来自CAN总线或IO点的任务指令；

判断任务指令的格式是否正确，如果正确则继续执行，否则回复错误信息并返回；

查询任务指令状态表，判断胶泵状态是否允许执行该任务，如果允许则继续执行，否则回复错误信息并返回；

将任务指令通过邮箱分派到相应的子任务模块中，主任务模块返回，继续从CAN总线或IO点接收任务指令；

子任务模块从邮箱中接收到任务指令后，依据格式判断是否为步进电机相关任务指令，如果不是，则执行相关操作，回复任务指令执行结果并返回；如果是步进电机相关任务指令，则将胶泵状态设置为忙状态，回复任务指令执行结果；

子任务开始执行，如果在执行过程中出现错误，则将泵状态设置为错误状态并返回；如果子任务正常执行结束，将泵状态设置为空闲状态，子任务模块返回，继续从邮箱中接收任务指令。

所述胶泵控制器自动生成吐胶量校准表，包括以下步骤：

设定校准测试实验的吐胶量和速度步长；

将测试用的盛胶的容器置于可编程读数天平上；

根据设定步长循环执行配方，控制胶泵吐胶，将胶吐到容器中，每执行完一个配方，读取一次天平的读数，将数值存储在文件中；

执行完所有配方，形成一张不同速度下不同吐胶量的重量表；

将重量换算为体积，与设定值进行比较，形成吐胶量校准表。

本发明具有以下优点及有益效果：

1.本发明客户端与胶泵控制器之间采用CAN总线进行通信，CAN总线是一种多主方式的串行通讯总线，允许多个客户端同时向胶泵控制器发送指令，单个节点发生故障时对整个系统不会产生破坏，实时性和抗干扰性好。

2.胶泵控制器可以通过PC客户端、触摸屏客户端和IO点三种方式进行控制，操作方便、灵活。

3.本发明的控制方法基于嵌入式实时多任务操作系统实现，包括主任务模块和子任务模块，可以并行执行多条任务指令，提高了设备的生产效率。

4.本发明具有自动生成吐胶量校准表功能，按照设定的吐胶量和速度步长，自动生成吐胶量校准表，提高了吐胶量校准的精度并缩短了校准所用时间。

附图说明

图1为胶泵控制系统的系统结构图；

图2为胶泵控制器的硬件组成结构框图；

图3为胶泵控制器并行执行多条任务指令流程图；

图4为胶泵控制器自动生成吐胶量校准表流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，为胶泵控制系统的系统结构图，包括胶泵控制器、PC客户端和工业触摸屏客户端三个组成部分，PC客户端和工业触摸屏客户端通过CAN总线可同时与胶泵控制器进行通信。在本实施例中，最多允许32个客户端与32个胶泵控制器进行多对多控制。

如图2所示，为胶泵控制器的硬件组成结构框图，主要由ARM Cortex-M3内核处理器(本实施例中为STM32F103ZET6)、CAN收发器、IO口、PWM(脉冲宽度调制)及反向器电路、EEPROM存储器和RS232转换电路及接口组成。其中，ARM Cortex-M3内核处理器，通过CAN收发器与PC客户端及工业触摸屏客户端进行通信；通过IO口与PLC相连，实现IO点控制功能；通过PWM(脉冲宽度调制)及反向器电路与步进电机驱动器相连，实现胶泵的吐胶和吸胶功能；通过IO口读取胶泵的压力传感器及HOME传感器值；通过EEPROM存储器存储配方、吐胶量校准表及其它配置数据；通过RS232转换电路及接口与调试PC相连，实现串口调试功能。

胶泵控制器的软件基于嵌入式实时多任务操作系统，本实施例中采用μC/OS-II实现，包括主任务模块和子任务模块，可以并行执行多条任务指令。实现的具体功能包括胶泵的初始化、读取胶泵状态、控制胶泵的吐胶和吸胶、执行配方、设置读取配方、设置读取当前配方号、读取胶泵压力传感器的压力值、读取胶泵的HOME传感器的位置值、设置读取配方校准值、设置读取压力报警线、填充胶泵、清洗胶泵、自动生成吐胶量校准表等。

PC客户端为运行PC客户端软件的工业PC机。PC客户端可以采用多种方式连接到CAN总线上，与胶泵控制器进行通信，连接方式包括PCI接口CAN卡、PCIe接口CAN卡、USB接口CAN卡、以太网口CAN卡及RS232转CAN模块等，在本实施例中采用RS232转CAN模块。PC客户端软件包括通讯接口库和客户端应用程序两部分。通讯接口库是采用Visual Studio 2008开发的一个动态链接库文件，允许用户进行二次开发，包括连接、断开设备、发送和接收任务指令接口。客户端应用程序通过通讯接口库与胶泵控制器通信。

工业触摸屏客户端是一种采用ARM9处理器、带触摸屏显示的控制装置，可提供面板安装和手持两种工作方式，采用WinCE操作系统，提供与PC客户端相同的功能，通过CAN模块连接到CAN总线上，与胶泵控制器进行通信。在本实施例中采用的是5.6寸工业触摸屏，面板安装方式。

所述IO点控制功能是指胶泵控制器可接收PLC的IO控制信号，实现设置配方号、执行配方、读取胶泵状态、胶泵控制器复位等功能。

如图3所示，为胶泵控制器并行执行多条任务指令流程图，包括如下步骤：

主任务模块8接收来自CAN总线或IO点的任务指令；

判断任务指令的格式是否正确，如果正确则继续执行，否则回复错误信息并返回；

任务指令状态表，判断胶泵状态是否允许执行该任务，如果允许则继续执行，否则回复错误信息并返回；

将任务指令通过邮箱分派到相应的子任务模块中，主任务模块返回，继续从CAN总线或IO点接收任务指令；

子任务模块从邮箱中接收到任务指令后，依据格式判断是否为步进电机相关任务指令，如果不是，则执行相关操作，回复任务指令执行结果并返回；

如果是步进电机相关任务指令，则将胶泵状态设置为忙状态，回复任务指令执行结果；

子任务开始执行，在执行过程中如果出现错误，则将泵状态设置为错误状态并返回；

子任务正常执行结束，将泵状态设置为空闲状态，子任务模块返回，继续从邮箱中接收任务指令。

如图4所示，为胶泵控制器自动生成吐胶量校准表流程图，包括如下步骤：

设定校准测试实验的吐胶量和速度步长；

将测试用的盛胶的容器置于可编程读数天平上；

根据设定步长循环执行配方，控制胶泵吐胶，将胶吐到容器中，每执行完一个配方，读取一次天平的读数，将数值存储在文件中；

执行完所有配方，形成一张不同速度下不同吐胶量的重量表；

将重量换算为体积，与设定值进行比较，形成吐胶量校准表。

Claims (5)

1.一种基于CAN总线的胶泵控制系统，其特征在于，包括：

若干个胶泵控制器，连接到CAN总线上，还与胶泵一对一连接，用于控制胶泵进行光刻动作；

若干个PC客户端，连接到CAN总线上，用于与所述胶泵控制器通信；

和/或若干个工业触摸屏客户端，连接到CAN总线上，用于与所述胶泵控制器通信；

所述胶泵控制器包括：

ARM Cortex-M3内核处理器，

CAN收发器，与所述ARM Cortex-M3内核处理器连接，用于连接PC客户端和/或工业触摸屏客户端；

IO口，与所述ARM Cortex-M3内核处理器连接，用于与PLC连接，实现IO点控制；还用于与胶泵的压力传感器及HOME传感器连接，读取压力传感器及HOME传感器值；

PWM及反向器电路，与所述ARM Cortex-M3内核处理器连接，用于与步进电机驱动器连接，实现胶泵的吐胶和吸胶；

EEPROM存储器，与所述ARM Cortex-M3内核处理器连接，用于存储配方、吐胶量校准表及其它配置数据；

RS232转换电路及接口，与所述ARM Cortex-M3内核处理器连接，用于与调试PC相连，实现串口调试。

2.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的胶泵控制系统，其特征在于，所述PC客户端通过PCI接口CAN卡、PCIe接口CAN卡、USB接口CAN卡、以太网口CAN卡或RS232转CAN模块连接到CAN总线上。

3.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的胶泵控制系统，其特征在于，所述工业触摸屏客户端是一种采用ARM9处理器、带触摸屏显示的控制装置，可提供面板安装和手持两种工作方式，采用WinCE操作系统，提供与PC客户端相同的功能，通过CAN模块连接到CAN总线上，与胶泵控制器进行通信。

4.一种基于CAN总线的胶泵控制系统的控制方法，其特征在于，胶泵控制器包括主任务模块和子任务模块，执行以下步骤：

主任务模块接收来自CAN总线或IO点的任务指令；

判断任务指令的格式是否正确，如果正确则继续执行，否则回复错误信息并返回；

查询任务指令状态表，判断胶泵状态是否允许执行该任务，如果允许则继续执行，否则回复错误信息并返回；

将任务指令通过邮箱分派到相应的子任务模块中，主任务模块返回，继续从CAN总线或IO点接收任务指令；

子任务模块从邮箱中接收到任务指令后，依据格式判断是否为步进电机相关任务指令，如果不是，则执行相关操作，回复任务指令执行结果并返回；如果是步进电机相关任务指令，则将胶泵状态设置为忙状态，回复任务指令执行结果；

子任务开始执行，如果在执行过程中出现错误，则将泵状态设置为错误状态并返回；如果子任务正常执行结束，将泵状态设置为空闲状态，子任务模块返回，继续从邮箱中接收任务指令。

5.根据权利要求4所述的一种基于CAN总线的胶泵控制系统的控制方法，其特征在于，所述胶泵控制器自动生成吐胶量校准表，包括以下步骤：

设定校准测试实验的吐胶量和速度步长；

将测试用的盛胶的容器置于可编程读数天平上；

根据设定步长循环执行配方，控制胶泵吐胶，将胶吐到容器中，每执行完一个配方，读取一次天平的读数，将数值存储在文件中；

执行完所有配方，形成一张不同速度下不同吐胶量的重量表；

将重量换算为体积，与设定值进行比较，形成吐胶量校准表。