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80C,196KC 單晶電爐控制系統(tǒng)
新聞分類(lèi): 技術(shù)資訊 瀏覽:2430 日期:2011/11/26
而等徑控制是單晶爐自動(dòng)控制的核心。單晶直徑在生長(zhǎng)過(guò)程中可受到溫度、提拉速度與轉(zhuǎn)速、坩堝跟蹤速度與轉(zhuǎn)速、保護(hù)氣體的流速與溫度等因素的影響。初始化主要完成熱控制系統(tǒng)各部件的初始化和自檢。
在忽略一些干擾因素影響情況下，單晶等徑生長(zhǎng)主要受溫度和拉速影響。 80C196KC：片內(nèi)集成的眾多系統(tǒng)級(jí)功能單元為控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供了很大的便利。存儲(chǔ)模塊由三部門(mén)組成：RAM，為程序運(yùn)行時(shí)中間變量和局部變量存儲(chǔ)使用；ROM，為固化的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)使用；帶看門(mén)狗的串行EEPORM為芯片X5043，一方面存儲(chǔ)重要的工藝曲線數(shù)據(jù)和PID控制算法參數(shù)，另一方面為防止程序死機(jī)，X5043具有看門(mén)狗功能，并且當(dāng)程序死機(jī)重啟時(shí)，X5043還保留有實(shí)時(shí)的工藝過(guò)程狀態(tài)數(shù)據(jù)。 上位機(jī)監(jiān)控程序基于VB6．O環(huán)境開(kāi)發(fā)。 2個(gè)PWM(脈寬調(diào)制)輸出；一個(gè)外設(shè)事務(wù)服務(wù)器PTS，大大降低了間斷服務(wù)的開(kāi)銷(xiāo)；2個(gè)定時(shí)器可以由外部提供時(shí)鐘；可對(duì)所有HSO引腳同時(shí)尋址；10位的A/D轉(zhuǎn)換器。增量式PID算法的輸出量為 △Un=Kp[(en-en-1)+(T/Ti)en+(Td/T)(en-2en-1+en-2)]式中：en、en-1、en-2分別為第n次、n-1次和n-2次的偏差值，Kp、Ti、Td分別為比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)，T為采樣周期。用戶可通過(guò)上位機(jī)程序完成工藝參數(shù)設(shè)定工藝數(shù)據(jù)保留和工藝過(guò)程監(jiān)控等功能。箱式電爐鍵盤(pán)掃描和控制算法等子程序利用80C196KC豐碩的間斷資源，在外部間斷和定時(shí)器溢出間斷子程序中完成上述工作。每個(gè)單元都包括各自獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集、PID控制模塊、參數(shù)設(shè)置、工藝曲線設(shè)置、電路控制輸出、與上位機(jī)串行通訊等模塊。
系統(tǒng)采用基于增量式PID算法的控制方法，即拉速控徑單元的拉速控制量和溫度控徑單元的升溫速率量由增量式PID算法求得。單片機(jī)等徑控制程序流程如圖3所示。使用微軟公司提供的MsComm控件有效地避免了直接調(diào)用Win32API造成的編程啰嗦等弊端，以較少代碼量實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)要求的全雙工步通訊。 LCD模塊為液晶驅(qū)動(dòng)芯片sed13350驅(qū)動(dòng)320*240的：DMF5008l的LCD。當(dāng)熔體溫度升高時(shí)，晶體直徑變小，反之當(dāng)熔體溫度下降時(shí)，晶體直徑變大，因此，晶體直徑的自動(dòng)控制就是通過(guò)控制晶升速度和加熱器溫度而實(shí)現(xiàn)。 溫度校正主要是用來(lái)補(bǔ)償因單晶長(zhǎng)度改變而引起固液接壤面熱穩(wěn)態(tài)發(fā)生變化的,管式電爐在溫度校正控制單元中，輸入偏差信號(hào)是由晶升測(cè)速機(jī)測(cè)得的拉速與溫校曲線的設(shè)定拉速比擬較產(chǎn)生的，再由PID算法得到溫度校正升溫速率輸出值，改變爐溫達(dá)到控徑的目的，同時(shí)也限制了拉速的大范圍波動(dòng)與變化。本文從硬件和軟件設(shè)計(jì)方面先容了以80CI96單片機(jī)作為核心部件的單晶爐等徑生長(zhǎng)控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)有效地實(shí)現(xiàn)了單晶爐的等徑控制。
單片機(jī)每隔固定時(shí)間T將現(xiàn)場(chǎng)采集信號(hào)與用戶設(shè)定目標(biāo)溫度的差值帶入增量式PID算法公式，由公式輸出量決定拉速控徑單元的拉速控制量和溫度控徑單元的升溫速率量，后續(xù)放大電路根據(jù)這兩數(shù)值決定電機(jī)轉(zhuǎn)速和加熱功率。 DA模塊采用四路的DAC7615，以便控制系統(tǒng)功能擴(kuò)充。
直拉式單晶電爐是以直拉法從熔化的多晶硅熔液中生長(zhǎng)硅單晶的電子專(zhuān)用設(shè)備。
系統(tǒng)程序由初始化程序、AD采樣子程序、鍵盤(pán)掃描子程序、PID控制子程序和間斷子程序等部門(mén)組成。在拉速控徑單元中，直徑丈量模塊以模擬電壓形式將現(xiàn)場(chǎng)直徑量傳至單片機(jī)；單片機(jī)通過(guò)自身集成的A/D轉(zhuǎn)換器將模擬電壓轉(zhuǎn)化為控制系統(tǒng)可用的數(shù)字量；單片機(jī)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)采集的直徑與用戶設(shè)定的目標(biāo)直徑，按照已經(jīng)編程固化的增量式PID控制算法計(jì)算出實(shí)時(shí)控制量；以此控制量通過(guò)DA電路和功放電路改變輸出驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，調(diào)節(jié)拉速與堝升速度，使直徑逐步不亂于用戶設(shè)定的目標(biāo)值。 |
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