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基于PLC的第二代MOCVD控制系统设计与研究

作　者: 陈贤能
导　师: 过润秋
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: MOCVD 可编程控制器 温度控制 计算机控制系统
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 26次
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内容摘要


金属有机物化学气相淀积(MOCVD)技术是当前研制和生产先进化合物半导体材料的最主要技术。针对西安电子科技大学第二代MOCVD系统,根据系统工艺特点和要求,研究设计了一种MOCVD计算机控制系统。本文研究的项目课题来源于军用电子元器件型谱攻关项目(0405XE0004)：宽禁带半导体材料生长技术及MOCVD设备研制。选用S7-300作为控制系统的主控制器,负责整个系统运行。根据系统工艺的要求,采用STEP7设计PLC主控制程序,包括有自动和手动控制程序。手动控制时,系统支持设备调试及材料生长一对一的控制需要。自动控制时,系统程序设计有步序控制子程序,循环控制子程序,模拟量多路分时选择输入子程序,模拟量爬升处理子程序,模拟量输出子程序,数字量输出子程序,报警及故障处理子程序。选用功能强大的WinCC6.0来开发设计直观、形象、易操作的上位监控系统。反应室的温度控制采用自动和手动控制两种模式,在材料生长的自动模式下,采用开环和闭环切换控制,有效的解决了温度控制的精度要求。与第一代MOCVD控制系统相比,控制精度,响应速度,可操作性有了很大提高,性能更加稳定,完善。目前,系统设备已经实现高质量GaN晶体薄膜材料的生长。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章 绪论  7-11
  1.1 GAN外延生长的主要方法  7-8
  1.2 MOCVD技术特点  8
  1.3 MOCVD的技术的基本原理  8-9
  1.4 本文的主要工作  9-11
第二章 计算机控制系统研究  11-21
  2.1 计算机控制系统的概念  11
  2.2 计算机控制系统的分类  11-14
    2.2.1 DDC计算机直接数字控制系统  12
    2.2.2 DCS计算机集散控制系统  12-13
    2.2.3 FCS现场总线控制系统  13-14
  2.3 PLC可编程控制系统  14-17
    2.3.1 可编程控制器的定义  15
    2.3.2 PLC的特点  15-16
    2.3.3 PLC的应用领域  16-17
  2.4 PLC与其它控制系统的比较  17-18
    2.4.1 PLC与继电器控制系统的比较  17
    2.4.2 PLC与集散控制系统的比较  17-18
  2.5 MOCVD控制系统的工艺概述与控制流程  18-19
  2.6 本章小结  19-21
第三章 MOCVD控制系统的硬件设计及设备选型  21-33
  3.1 MOCVD控制系统的组成  21-22
  3.2 控制系统的设备选型  22-26
    3.2.1 上位机选型  23
    3.2.2 PLC系统的I/O配置和选型  23-24
    3.2.3 存储器容量估算  24-25
    3.2.4 电流耗量和功率损耗估算  25-26
  3.3 控制系统输入输出通道设计  26-28
    3.3.1 模拟量输入通道  26-27
    3.3.2 模拟量输出通道  27
    3.3.3 数字量输入通道  27
    3.3.4 数字量输出通道  27-28
  3.4 控制柜的电气设计  28-29
    3.4.1 仪表电气设计  28
    3.4.2 控制柜内外布线  28-29
  3.5 系统的抗干扰分析  29-32
    3.5.1 PLC控制系统中电磁干扰的主要来源  29-30
    3.5.2 PLC控制系统工程的抗干扰设计  30-32
  3.6 本章小结  32-33
第四章 MOCVD控制系统软件设计及优化研究  33-49
  4.1 PLC主控程序的总体设计  33-35
  4.2 步序循环控制  35-37
  4.3 模拟量输入控制  37-39
    4.3.1 控制方案的设计  37-38
    4.3.2 控制程序的实现  38
    4.3.3 采入时间的控制  38-39
  4.4 模拟量渐变爬升控制  39-42
  4.5 模拟量输出控制  42
  4.6 数字量输出控制  42-43
  4.8 报警及故障处理  43-44
  4.9 辅控程序设计  44-45
  4.10 上位监控系统软件设计和优化  45-47
    4.10.1 S7-300与WinCC的通信设置  45-46
    4.10.2 上位监控系统的主要功能  46-47
  4.11 本章小结  47-49
第五章 温度控制系统研究及实现  49-55
  5.1 温度控制的特点  49
  5.2 MOCVD温度控制系统特点  49-50
  5.3 MOCVD温度控制系统结构  50-51
    5.3.1 温度控制系统的基本结构  50
    5.3.2 感应加热原理  50-51
  5.4 温度控制的实现  51-54
    5.4.1 手动调节温度和RF值的曲线  51-52
    5.4.2 手动控制  52
    5.4.3 自动控制  52-53
    5.4.4 手控、自控的相互切换  53-54
  5.5 本章小结  54-55
第六章 工作总结  55-57
致谢  57-59
参考文献  59-61
在读期间研究成果  61-62

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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