CN109669374A - 一种mpcvd合成设备断电保护系统及控制方法 - Google Patents

一种mpcvd合成设备断电保护系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种MPCVD合成设备断电保护系统及其控制方法，其中，断电保护系统包括不间断电源装置、供电电压测量器件以及控制中心；所述不间断电源装置、供电电压测量器件分别与控制中心连接。本发明能在MPCVD合成设备工作过程中，在外部供电短时间中断的情况下继续为设备供电，使合成反应不受断电的影响，保障合成产品的品质，并能在外部供电长时间未恢复的情况下，启动设备自动化关机程序，按照设定的关机流程依次关闭微波电源、供气装置和冷却装置，保护微波电源、磁控管以及升降系统内部元器件的安全，将断电对设备和合成产品的影响降低到最小，同时还能有效保障设备操作人员的人身安全、提高设备的使用寿命、节约生产成本。

Description

一种MPCVD合成设备断电保护系统及控制方法
技术领域
本发明涉及一种微波等离子体化学气相沉积合成设备自动控制装置及控制方法，具体涉及一种MPCVD合成设备断电保护系统及控制方法，属于化学气相沉积设备领域。
背景技术
MPCVD(Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition的英文缩写，中文意思为微波等离子体化学气相沉积，以下简称“MPCVD”)法不仅可以用于合成金刚石，还适用于很多其他材料的制备，MPCVD法合成设备的微波系统中磁控管是产生微波的重要器件，其微波输出的稳定性直接影响金刚石产品的性能和批次稳定性，同时金刚石在合成过程中对温度、气压等关键参数也需要保持稳定，在金刚石合成过程中若遇到外部供电断电的情况，将极大地影响金刚石合成的品质，并对微波电源和磁控管造成冲击，甚至损坏微波电源和磁控管，因此对MPCVD合成设备进行断电保护，将防止短时间断电影响金刚石合成的品质并保护微波电源和磁控管，同时在遇到长时间断电的情况下自动控制设备按设定的关机工艺流程逐步关闭各工作的器件、控制系统和测量系统，实现安全关机。
当前MPCVD合成设备普遍没有对外部供电采取进行断电保护的措施，在外部电网断电时设备将直接关机，因此合成的产品的品质会受到极大影响，甚至全部报废，设备内部的微波电源和磁控管将收到冲击甚至损坏，同时反应腔体和升降系统也将因冷却系统(包括水冷和风冷)停止工作而受高温影响性能下降，并可能造成内部元器件损坏。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能解决当前MPCVD合成设备在外部供电中断时对设备短时间持续供电，保护内部的重要器件免受冲击，并在外部供电中断时间超过安全阈值时启动设备自动关机程序，按设定的关机工艺流程关闭设备，尽可能减小合成反应中断对合成产品的影响，保护反应腔体和升降系统以免被高温而影响产品性能的断电保护系统。
为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案若下：
提供一种MPCVD合成设备断电保护系统，包括不间断电源装置、供电电压测量器件以及控制中心；所述不间断电源装置、供电电压测量器件分别与控制中心连接；
所述供电电压测量器件用于测量外部供电电源的电压值并反馈至控制中心；
所述不间断电源装置用于在外部供电中断时继续为设备供电；
所述控制中心用于接收供电电压测量器件反馈的电压值信号并判定外部供电是否中断，在外部供电判定为中断时开始计时，在外部供电中断超过断电时间警戒值后，启动设备自动关机程序关闭设备。
进一步地，技术人员可以根据实际的需要，设定断电时间警戒值。设定断电时间警戒值时可以参考不间断电源的容量，并保证在没有外部电源的情况下，有足够的电量完成关机动作。
进一步地，不间断电源装置还能对外部供电进行稳压，提供稳定性更高的电压；
进一步地，供电电压测量器件优选为为电压传感器，它由设备内部的AC-DC电源供电。
进一步地，所述的MPCVD断电保护系统还包括MPCVD设备设置的冷却装置，所述冷却装置用于为MPCVD合成设备的器件进行降温；所述冷却装置与控制中心连接。
其中一种方案，
所述冷却装置包括水冷机及其循环管路。
另一种方案，
所述冷却装置包括蓄水池、水泵及其循环管路。
进一步地，
所述不间断电源装置为在线式UPS电源或离线式UPS电源。
进一步地，
所述MPCVD合成设备的器件包括设备的反应腔、基板台、磁控管等。
进一步地，
所述控制中心为计算机、单片机、PLC(可编程逻辑控制器)中的一种。或者为其他具备数据处理功能的器件。
本发明还提供一种上述MPCVD合成设备断电保护系统的控制方法，包含如下步骤：
S1、当外部电源供电中断时，不间断电源继续为设备供电，供电电压测量器件检测外部供电电源的供电状况，并将测量结果实时反馈至控制中心；
S2、同时，控制中心从检测到外部供电中断后开始计时，当断电时间超过断电时间警戒值时，控制中心启动设备自动关机程序；当断电时间未超过断电时间警戒值期间恢复了外部供电，设备继续正常运行。供电电压测量器件检测外部供电电源的情况反馈至控制中心，控制中心计时结束。
S3、设备自动关机程序启动后，按设定的关机流程，逐步降低微波电源输出功率和反应腔内部气压直至符合关机要求，然后依次关闭微波电源、气压调节装置和供气装置，并在反应腔体冷却后依次关闭冷却装置和设备供电开关。
进一步地，还包括：
S3步骤设备自动关机程序启动后，控制中心将持续监控外部供电情况，当有以下两种情况之一发生时，将继续进行产品合成：
(1)当设备运行关机程序时检测到外部供电恢复，控制中心将自动切换到开机程序，根据实时测量到的微波电源输出功率值和反应腔体气压值进行运算和匹配后，按开机工艺要求升高输出功率和增加气压直至相关工艺参数满足进行合成工艺的要求，继续进行产品生产；
(2)当设备关机程序执行完之后检测到外部供电恢复，控制中心将重新启动开机程序，直至相关工艺参数满足进行合成工艺的要求，恢复设备生产。
进一步地，步骤S3中的调节方法具体为：
(1)首先降低微波电源输出功率50W～500W，然后降低反应腔体内部气压2mbar～30mbar；
若微波反射功率系数调整之后的测量值未超过微波反射功率系数警戒值则依此继续降低微波电源输出功率和反应腔体内部气压值，直至微波电源输出功率、反应腔体内部气压值均分别降至关机功率、关机气压；
若实际微波反射功率系数超过微波反射功率系数警戒值则通过微波反射调节装置将其调节至微波反射功率系数警戒值以下，再依此继续降低微波电源输出功率和反应腔体内部气压值，直至微波电源输出功率、反应腔体内部气压值均分别降至关机功率和关机气压；
若微波反射功率系数超过微波反射功率系数安全阈值则直接关闭微波电源并迅速降低反应腔体内部气压值关机值；
(2)然后，切断微波电源供电电路和气压调节装置控制阀，并关闭供气装置控制阀，停止微波输出和供气；
(3)最后，根据微波电源断电方式控制程序选择不同的冷却装置延时工作时间。
进一步地，步骤(3)中冷却装置延时工作时间的选择方法如下：
①若微波电源是通过逐步降低输出功率直至安全关机功率后关机，冷却装置在微波电源关闭二十分钟后关闭；
②若微波电源是在降至安全关机功率前直接断电，冷却装置在微波电源关闭后四十分钟后关闭，以使反应腔温度降低到室温，保护升降台内部器件的安全和延长其使用寿命。
优选地，所述断电时间警戒值为10分钟。具体可根据实际情况进行设定。
优选地，所述微波反射功率系数安全阈值设定为微波功率的60％。具体可根据实际情况进行设定。
优选地，所述微波反射功率系数警戒值设定为微波功率的10％。具体可根据实际情况进行设定。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本装置在外部供电长时间未恢复的情况下，自主启动设备自动化关机程序，按照设定的关机工艺流程依次关闭微波电源、供气装置和冷却装置，保护微波电源、磁控管以及升降系统内部元器件的安全，将断电对设备和金刚石产品的影响降低到最小，可有效保障设备操作人员的人身安全、提高设备的使用寿命、节约生产成本。
2、本装置可对外部供电情况进行实时监测，如在设备关机流程结束之前检测到外部供电恢复正常，即可直接切换到设备开机工艺流程，继续进行产品合成。
3、本装置可对外部供电情况进行实时监测，如在设备断电时间警戒值之前检测到外部供电恢复正常，即可继续使用外部供电，继续进行产品合成，合成过程不中断。
4、本装置在设备因外部供电原因停止工作后，将继续监测外部供电状况，如检测到外部供电恢复，可自动运行开机程序使设备重新运行，恢复生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例MPCVD合成设备及其断电保护系统的结构示意图；
图2为本发明实施例断电保护系统的控制原理图一；
图3为本发明实施例断电保护系统的控制原理图二；
图4为本发明实施例断电保护装置供电及保护原理图；
图5为本发明实施例的断电保护控制流程图。
上述附图标记：
1-冷却装置；2-不间断电源装置；3-供电电压测量器件；4-控制中心；5-MPCVD合成设备。
实施方式
下面结合实施例及附图对发明进一步说明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1 MPCVD合成设备断电保护系统实施例
如图1所示，本实施例提供一种MPCVD合成设备断电保护系统，包括：不间断电源装置2、供电电压测量器件3、冷却装置1以及控制中心4。
不间断电源装置2、供电电压测量器件3、冷却装置1分别与控制中心4连接；供电电压测量器件3用于测量外部供电电源的电压值并反馈至控制中心4，冷却装置1用于为MPCVD合成设备5的器件(包括设备的反应腔、基板台、磁控管等)进行降温；不间断电源装置5用于在外部供电中断时继续为设备供电，并对外部供电进行稳压，提供稳定性更高的电压；控制中心4用于接收供电电压测量器件3反馈的电压值信号并判定外部供电是否中断，在外部供电判定为中断时开始计时；并用于在外部供电中断超过一定时间(断电时间警戒值)后，启动设备自动关机程序关闭MPCVD合成设备5。
作为优选实施例，采用主要由水冷机及其循环管路组成的冷却装置；或者，采用主要由蓄水池、水泵及其循环管路组成的冷却装置。
作为优选实施例，不间断电源装置2采用在线式UPS电源或离线式UPS电源。
作为优选实施例，控制中心4采用计算机、单片机、PLC(可编程逻辑控制器)等其他具备数据处理功能的器件。
如图2-5所示，本实施例提供的MPCVD合成设备断电保护系统的控制原理及方法如下：
S1、当外部电源供电中断时，不间断电源继续为设备供电，通过供电电压测量器件3检测外部供电电源的供电状况，并将测量结果实时反馈至控制中心4；当控制中心4判定为外部供电中断时，开始计时，不间断电源装置2为MPCVD合成设备5供电；
S2、同时，控制中心4从检测到外部供电中断后开始计时，当断电时间超过断电时间警戒值时，控制中心启动设备自动关机程序；断电时间警戒值设定为10分钟；当断电时间未超过断电时间警戒值(10分钟)期间恢复了外部供电，设备继续正常运行。供电电压测量器件检测外部供电电源的情况反馈至控制中心，控制中心计时结束。
S3、设备自动关机程序启动后，按设定的关机流程关闭MPCVD合成设备5，具体如下：
(1)首先降低微波电源输出功率50W～500W，然后降低反应腔体内部气压2mbar～30mbar；
若微波反射功率系数调整之后的测量值未超过微波反射功率系数警戒值(设定为微波功率的10％)则依此继续降低微波电源输出功率和反应腔体内部气压值，直至微波电源输出功率、反应腔体内部气压值均分别降至关机功率、关机气压；
若微波反射功率系数超过微波反射功率系数警戒值(设定为微波功率的10％)则通过微波反射调节装置将其调节至微波反射功率系数警戒值以下，再依此继续降低微波电源输出功率和反应腔体内部气压值，直至微波电源输出功率、反应腔体内部气压值均分别降至关机功率和关机气压；
若微波反射功率系数超过微波反射功率系数安全阈值(设定为微波功率的60％)则直接关闭微波电源并迅速降低反应腔体内部气压值关机值；
(2)然后，切断微波电源供电电路和气压调节装置控制阀，并关闭供气装置控制阀，停止微波输出和供气；
(3)最后，根据微波电源断电方式控制程序选择不同的冷却装置延时工作时间：
①若微波电源是通过逐步降低输出功率直至安全关机功率后关机，冷却装置在微波电源关闭二十分钟后关闭；
②若微波电源是在降至安全关机功率前直接断电，冷却装置在微波电源关闭后四十分钟后关闭，以使反应腔温度降低到室温，保护升降台内部器件的安全和延长其使用寿命。
设备自动关机程序启动后，控制中心4将持续监控外部供电情况，当有以下两种情况之一发生时，将继续进行产品合成：
(1)当设备运行关机程序时检测到外部供电恢复，控制中心4将自动切换到开机程序，根据实时测量到的微波电源输出功率值和反应腔体气压值进行运算和匹配后，按开机工艺要求升高输出功率和增加气压直至相关工艺参数满足进行合成工艺的要求，继续进行产品生产；
(2)当设备关机程序执行完之后检测到外部供电恢复，控制中心将重新启动开机程序，直至相关工艺参数满足进行合成工艺的要求，恢复设备生产。
本实施例提供的MPCVD合成设备断电保护系统能保证MPCVD合成设备在合成工作过程中，在外部供电短时间中断的情况下继续为设备供电，使合成反应不受断电的影响，保障合成产品(例如金刚石)的品质；
并能在外部供电长时间未恢复的情况下，自主启动设备自动化关机程序，按照设定的关机流程依次关闭微波电源、供气装置和冷却装置，保护微波电源、磁控管以及升降系统内部元器件的安全，将断电对设备和合成产品的影响降低到最小，同时还能有效保障设备操作人员的人身安全、提高设备的使用寿命、节约生产成本。
以上所述为本发明的具体实施方式，但不能对本发明构成任何限制，因此需特别指出，凡是以本发明为基础，做得任何修改与改进均落在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种MPCVD合成设备断电保护系统，其特征在于，包括不间断电源装置、供电电压测量器件以及控制中心；所述不间断电源装置、供电电压测量器件分别与控制中心连接；
所述供电电压测量器件用于测量外部供电电源的电压值并反馈至控制中心；
所述不间断电源装置用于在外部供电中断时继续为设备供电；
所述控制中心用于接收供电电压测量器件反馈的电压值信号并判定外部供电是否中断，在外部供电判定为中断时开始计时，在外部供电中断超过断电时间警戒值后，启动设备自动关机程序关闭设备。
2.根据权利要求1所述的MPCVD合成设备断电保护系统，其特征在于，所述的MPCVD设备断电保护系统还包括MPCVD设备设置的冷却装置，所述冷却装置与控制中心连接，所述冷却装置用于给MPCVD设备的器件进行降温，所述冷却装置包括水冷机及其循环管路。
3.根据权利要求1或2所述的MPCVD合成设备断电保护系统，其特征在于，所述不间断电源装置为在线式UPS电源或离线式UPS电源。
4.根据权利要求2所述的MPCVD合成设备断电保护系统，其特征在于，所述MPCVD合成设备的器件包括设备的反应腔、基板台、磁控管。
5.权利要求1或2所述MPCVD合成设备断电保护系统的控制方法，其特征在于，包含如下步骤：
S1、当外部电源供电中断时，不间断电源继续为设备供电，供电电压测量器件检测外部供电电源的供电状况，并将测量结果实时反馈至控制中心；
S2、同时，控制中心从检测到外部供电中断后开始计时，当断电时间超过断电时间警戒值时，控制中心启动设备自动关机程序；当断电时间未超过断电时间警戒值期间恢复了外部供电，设备继续正常运行；
S3、设备自动关机程序启动后，按设定的关机流程，逐步降低微波电源输出功率和反应腔内部气压直至符合关机要求，然后依次关闭微波电源、气压调节装置和供气装置，并在反应腔体冷却后依次关闭冷却装置和设备供电开关。
6.根据权利要求5所述MPCVD合成设备断电保护系统的控制方法，其特征在于，步骤S3中的调节方法具体为：
(1)首先降低微波电源输出功率50W～500W，然后降低反应腔体内部气压2mbar～30mbar；
若微波反射功率系数调整之后的测量值未超过微波反射功率系数警戒值则依此继续降低微波电源输出功率和反应腔体内部气压值，直至微波电源输出功率、反应腔体内部气压值均分别降至关机功率、关机气压；
若实际微波反射功率系数超过微波反射功率系数警戒值则通过微波反射调节装置将其调节至微波反射功率系数警戒值以下，再依此继续降低微波电源输出功率和反应腔体内部气压值，直至微波电源输出功率、反应腔体内部气压值均分别降至关机功率和关机气压；
若微波反射功率系数超过微波反射功率系数安全阈值则直接关闭微波电源并迅速降低反应腔体内部气压值关机值；
(2)然后，切断微波电源供电电路和气压调节装置控制阀，并关闭供气装置控制阀，停止微波输出和供气；
(3)最后，根据微波电源断电方式控制程序选择不同的冷却装置延时工作时间。
7.根据权利要求6所述的MPCVD合成设备断电保护系统的控制方法，其特征在于，步骤(3)中冷却装置延时工作时间的选择方法如下：
①若微波电源统一为微波电源是通过逐步降低输出功率直至安全关机功率后关机，冷却装置在微波电源关闭二十分钟后关闭；
②若微波电源是在降至安全关机功率前直接断电，冷却装置在微波电源关闭后四十分钟后关闭，以使反应腔温度降低到室温，保护升降台内部器件的安全和延长其使用寿命。
8.根据权利要求5～7任一项所述的MPCVD合成设备断电保护系统的控制方法，其特征在于，
步骤S3中设备自动关机程序启动后，控制中心将持续监控外部供电情况，当有以下两种情况之一发生时，将继续进行产品合成：
(1)当设备运行关机程序时检测到外部供电恢复，控制中心将自动切换到开机程序，根据实时测量到的微波电源输出功率值和反应腔体气压值进行运算和匹配后，按开机工艺要求升高输出功率和增加气压直至相关工艺参数满足进行合成工艺的要求，继续进行产品生产；
(2)当设备关机程序执行完之后检测到外部供电恢复，控制中心将重新启动开机程序，直至相关工艺参数满足进行合成工艺的要求，恢复设备生产。
9.根据权利要求5～7任一项所述的MPCVD合成设备断电保护系统的控制方法，其特征在于，所述断电时间警戒值为10分钟。
10.根据权利要求5～7任一项所述的MPCVD合成设备断电保护系统的控制方法，其特征在于，所述微波反射功率系数安全阈值设定为微波功率的60％；所述微波反射功率系数警戒值设定为微波功率的10％。
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