LEODO人机界面在硅单晶炉的实际应用 |
摘要：传统的控制器由于主要用来实现控制要求，而人机交互设计则比较简单。随着工业技术的不断发展，控制器配合人机界面，使其图文并茂，更加人性化。本文介绍了用LEODO人机界面改造晶体生长控制器的经验和方法。
关键词：硅单晶 光环法 PID控制 LEODO人机界面
一、引言
自从1947年贝尔实验室的William Shockely等人发明了晶体管，几十年来，硅智能技术加快了人类探索世界的步伐。不仅全球电子业制造半导体芯片都是采用硅晶体材料，就连现在应用越来越成熟的太阳能技术也离不开硅单晶体。单晶硅的制作普遍采用提拉法，该法可以生长出比较均匀、无缺陷的硅单晶体。目前，利用提拉法可以生长出直径约为150毫米的优质硅单晶。
硅单晶体毛胚
由于硅单晶产品在国内外市场销售旺盛，硅单晶生产厂家不断壮大，对国产软轴硅单晶炉的需求猛增。本文主要是介绍人机界面在这种软轴单晶硅炉系统中的应用。
二、 系统配置图
此系统由工作站服务器、LEODO人机界面、晶体生长控制器和软轴单晶硅炉构成。这种分散控制方式具有高可靠性，而且每部分可以独立设计、开发和测试。以前的方式是晶体生长控制器自己带有小的显示屏和RS485通信接口,由于显示屏的视角很窄，远距离看不清楚，而且RS485通信方式需要单独布线，不太方便，很多用户对此提出要求。还有一种方式是用工控机替代以单片机为主的晶体控制器，工控机处理速度快，功能强大，能实现更复杂的控制，可是如果采用VxWork这种高可靠性的嵌入式操作系统比较昂贵，而Windows 2000操作系统无法保证这种高可靠性。由于接口板卡引入的干扰也容易导致出现故障，所以可靠性是这种方案需要考虑的问题。
三、 系统特点
1、人机界面
LEODO人机界面产品是由32位嵌入式微处理器、WinCE.net操作系统和ET组态软件构成了新颖的人机界面产品。该产品适用于工业现场环境，安全可靠，可以广泛地应用于生产过程设备的操作和数据显示，与传统的人机界面相比具有信息处理和网络功能的特点。用户可以采用随机提供的组态软件，也可以运行第三方的组态软件。对OEM用户提供Windows CE.net 4.1 SDK、EVC++4.0开发环境。向下可以连接符合RS232/422/485标准通信接口的PLC、变频器、智能仪表、智能模块等控制装置，可以完成生产过程数据采集、数据存储和画面显示操作；向上有面向生产制造执行系统（MES）的Ethernet网络接口可以完成数据传输。
2、晶体生长控制器
晶体生长控制器采用80C19KC单片机，AT29C256(32K)FLASH ROM等高品质进口元器件、接插件，加入各种容错和数据安全保护措施；采用全隔离的输入/输出接口，系统安全可靠。晶体生长控制器是集晶体直径控制、过程温校控制、埚转控制、收尾控制、晶体长度计算、晶体重量计算为一体的多功能控制仪器。
控制原理：在晶体生长过程中，晶体的直径主要受晶升速度和熔体温度的变化而变大或变小，当晶升速度增大时，晶体直径变小，反之当晶升速度减小时，晶体直径变大。当熔体温度升高时，晶体直径变小，反之当熔体温度下降时，晶体直径变大，因此，晶体直径的控制是通过控制晶升速度和加热器温度而实现的。
直径控制器的原理框图
温校控制器的原理框图
3、软轴单晶硅炉
适用于硅半导体材料无错位直拉生长
主要技术指标：
主炉室：620mm,700mm,800mm
加热方式：惰性气体环境中，石墨电阻加热器
籽晶转速范围：2-50R/min
籽晶拉速范围：0.2-8mm/min
坩埚转速范围：1-30R/min
坩埚升速范围：0.02-1mm/min
四、画面功能介绍
LEODO人机界面带有WINCE模拟器，软件测试方便，能实现自己定制的功能。还可以和ET组态软件相互调用，既能控制PLC也能控制生长控制器，两部分可分开开发测试，开发周期短。本软件把键盘和指示灯做成虚拟式的，集成在软件当中，这样控制器可以专注于控制功能的实现，使控制系统更加稳定。而实时数据的存储功能，更便于用户日后分析统计。
五、应用体会和经验
这种方式适用于多种现场控制方案，即提高了控制器的可靠性，又给用户一个友好界面。各部分分开设计测试，缩短了开发周期，升级换代方便。人机界面接口丰富，可以实现客户的多种要求。以太网接口可以充分利用客户原有的设备资源，上位机只实现查询、显示和统计等非影响控制的功能，保证了控制系统不受病毒和黑客等恶性程序的干扰，使客户的生产系统和企业管理系统更好的融于一体。 ( |
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