CN203593808U - 单晶炉的自动化控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种单晶炉的自动化控制系统，它包括红外测温仪、电气控制柜、工作台和加热炉，所述红外测温仪的信号输出端与电气控制柜的信号输入端连接；所述电气控制柜和工作台双向连接；所述电气控制柜的信号输出端与加热炉的信号输入端连接。采取本实用新型的自动化控制系统，实现了单晶生产过程中的各项参数自动设定、实时显示、实时控制，保证每炉产品质量高且相同。
Description
技术领域
本实用新型涉及设备自动化控制系统，尤其是高温设备自动化控制系统，具体的是一种单晶炉的自动化控制系统。
背景技术
导模法又称边缘限定一薄膜供料法, 主要用于生长特定形状的晶体, 实际上它是提拉法的一种变形。不论是提拉法还是导模法均需在单晶炉上通过一定的工艺手段得到所需的单晶。本实用新型旳自动化控制系统是用在单晶炉上用导模法生产Al2O3单晶（蓝宝石晶体）的，导模法的工序过程为：1、坩埚内装料，外放热场隔热器；2、装夹子晶；3、合箱盖；4、抽真空；5、放入惰性气体；6、开始加温，通过一定加温速度加热到2045℃；7、炉内温度到2045℃翻滚一定时间，引入子晶；8、子晶端部与材料边缘有白色光圈时，开始拉单晶（拉单晶速度越慢越好）；9、拉到一定行程，停止拉制；10、开始降温（降温过程符合高温回火热处理规范）；11、随炉冷却出炉。
目前导模法已生产出高压钠灯蓝宝石管, 航天器加速度计需要的妮酸锉单晶管, 雷达长延迟声学器件需要的带状晶体、发光二极管、手表表面及眼镜镜面等光学系统的产品较多。由于炉子的核心技术不足，而且由于导模法的工艺随机性较大，故每炉产品的质量相差悬殊，不能生产各项参数均相同的重要场合应用的零件。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有单晶炉生产的产品质量相差悬殊的现状，提供一种单晶炉的自动化控制系统，减少人为因素影响，提高产品的质量。
本实用新型的技术方案是：一种单晶炉的自动化控制系统，它包括红外测温仪、电气控制柜、工作台和加热炉，所述红外测温仪的信号输出端与电气控制柜的信号输入端连接，红外测温仪检测到加热炉的温度信号并传递给电气控制柜；所述电气控制柜和工作台双向连接，工作台显示电气控制柜的状态信息并通过操作工作台改变电气控制柜的运行参数；所述电气控制柜的信号输出端与加热炉的信号输入端连接，加热炉的加热过程受电气控制柜控制。
更进一步的，电气控制柜包括PLC、可编程温度控制器、RS485接口、可控硅触发线路板和电源，所述PLC通过RS485接口分别与工作台和红外测温仪连接；所述PLC的信号输出端与可编程温度控制器的信号输入端连接，所述可编程温度控制器的信号输出端与可控硅触发线路板的信号输入端连接，所述可控硅触发线路板的信号输出端与加热炉的信号输入端连接；所述电源分别同可控硅触发线路板、PLC、工作台连接。
更进一步的，所述工作台还包括触摸屏，所述触摸屏和工作台双向连接，触摸屏显示电气控制柜的状态信息并通过操作触摸屏改变电气控制柜的运行参数。
更进一步的，本实用新型包括一个工控机，所述工控机通过RS485接口与PLC双向连接，工控机显示电气控制柜的状态信息并通过操作工控机改变电气控制柜的运行参数。
本实用新型的有益效果：
（1）采用本实用新型的PLC和可编程温度控制器结构，可实现升温及降温速度、子晶提升速度的自动控制。节省能耗、测控精确、显示精度高、保证每批次间的单晶质量高且相同；
（2）采用本实用新型的工控机和工作台的触摸屏结构，可实现加热温度的PC机控制，加热温度、系统运行状态的实时、数字化显示，设备故障的自诊断以及加热控制参数数据的实时显示、存储、打印；
（3）当出现特殊情况，也可采用可控硅触发线路板结构，可手动调节加热器通电电流和电压。
附图说明
图1是本实用新型的系统工作原理图。
图2是本实用新型的结构框图。
图3是本实用新型的控制系统程序框图。
图4是控制系统程序中加热步骤框图。
图5是控制系统程序中拉伸运行操作步骤框图。
图6是控制系统程序中降温操作步骤框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
如图1和图2所示，一种单晶炉的自动化控制系统，它包括红外测温仪（德国Optris MQ11MB25）、电气控制柜、工作台、触摸屏（Eview MT510T）、工控机（研华工控机 IPC-610）和加热炉。所述红外测温仪的信号输出端与电气控制柜的信号输入端连接，红外测温仪检测到加热炉的温度信号并传递给电气控制柜。电气控制柜和工作台双向连接，工作台和触摸屏双向连接，触摸屏显示电气控制柜的状态信息并通过操作触摸屏改变电气控制柜的运行参数；电气控制柜和工控机双向连接，工控机显示电气控制柜的状态信息并通过操作工控机改变电气控制柜的运行参数，同时可将加热控制参数数据实时显示、存储、打印。
其中，电气控制柜包括PLC（SIMATIC S7-200）、可编程温度控制器（日本岛电 FP23）、RS485接口、可控硅触发线路板(北京普尔盛电子技术公司PSHC6S00)和电源（珠海山特 UPS-500）。PLC通过RS485接口分别与工控机、工作台和红外测温仪连接。PLC的信号输出端与可编程温度控制器的信号输入端连接；可编程温度控制器的信号输出端与可控硅触发线路板的信号输入端连接，向其发送PID信号；可控硅触发线路板的信号输出端与加热炉的信号输入端连接，向其发送可控硅触发信号。电源分别同可控硅触发线路板、PLC、工作台连接。
如图3-6所示，本实用新型的控制系统程序流程。生产单晶的步骤如下：
1、开始
2、主程序初始化
3、选择手动或自动控制
4、选择自动控制后，判断是否运行
5、运行后，预热加温
6．进行抽真空；判断真空度是否满足要求
7、真空度满足要求后，充惰性气体
8．尔后进行加热运行操作；加热操作的工序为：
8．1、开始
8．2、设定加热温度
8．3、给定温度输入后，设定加热速度（不设定时取默认值）
8．4、继续加热
8．5、加热过程中，系统检测温度是否满足，没有则继续加热，有则执行下一步
8．6、温度满足后，则检查是否需要保温。否则返回等待其他命令输入
8．7、需要保温，则设置保温结束时间并开始保温
8．8、判断是否到保温结束时间，否则继续保温
8．9、保温结束时间到，返回等待执行籽晶引入任务
9、进行籽晶引入操作
10、继续加热保温直至籽晶端部熔融连接
11、开始拉伸运行；操作的工序为：
11．1、开始
11.2、设定拉伸速度
11.3、正转并拉伸运行
11.4、系统检测是否到上限，没有则继续拉伸正转，有则执行下一步
11.5、到达上限后，停止转动并等待下一步操作
12、进行执行下一步---降温；降温步骤：
12.1、开始
12.2、先设定降温速度及时间
12.3、保温，设置保温结束时间开始保温
12.4、判断是否到保温结束时间，否则继续保温
12.5、保温结束时间到，设置降温速度开始降温
12.6、温度降至室温
结束。
本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (3)
1.一种单晶炉的自动化控制系统，其特征在于它包括红外测温仪、电气控制柜、工作台和加热炉，所述红外测温仪的信号输出端与电气控制柜的信号输入端连接；所述电气控制柜和工作台双向连接；所述电气控制柜的信号输出端与加热炉的信号输入端连接；其中，所述电气控制柜包括PLC、可编程温度控制器、RS485接口、可控硅触发线路板和电源，所述PLC通过RS485接口分别与工作台和红外测温仪连接；所述PLC的信号输出端与可编程温度控制器的信号输入端连接，所述可编程温度控制器的信号输出端与可控硅触发线路板的信号输入端连接，所述可控硅触发线路板的信号输出端与加热炉的信号输入端连接；所述电源分别同可控硅触发线路板、PLC、工作台连接。
2.根据权利要求1所述的一种单晶炉的自动化控制系统，其特征在于所述工作台还包括触摸屏，所述触摸屏和工作台双向连接。
3.根据权利要求2所述的一种单晶炉的自动化控制系统，其特征在于它还包括一个工控机，所述工控机通过RS485接口与PLC双向连接。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN105386125A (zh) * | 2015-12-03 | 2016-03-09 | 河南西格马晶体科技有限公司 | 一种制备蓝宝石单晶体的控制方法 |
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- 2013-09-26 CN CN201320596492.6U patent/CN203593808U/zh not_active Expired - Fee Related
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