1. Назва компанії ТОВ «Лабораторія оптичних кристалів» (ТОВ «ЛОК»), Томськ www.loc-ltd.com Інформація...
2. Об'єкт, на якому встановлена ​​система
3. Назва встановленої системи
4. Опис проекту
5. Устаткування в складі системи
6. Переваги обладнання MOXA

Назва компанії

Наше деловое партнерство www.banwar.org

ТОВ «Лабораторія оптичних кристалів» (ТОВ «ЛОК»), Томськ
www.loc-ltd.com

Інформація про компанію

Науково-виробнича фірма «ЛОК» спеціалізується в області розробки технологій і виробництва монокристалічних оптичних і напівпровідникових матеріалів, а також функціональних елементів на їх основі. Стратегічне завдання ТОВ «ЛОК» полягає у впровадженні на різних виробництвах лазерів високої яскравості, побудованих на базі одержуваних елементів і перебудовуються в широких спектральних діапазонах.

Об'єкт, на якому встановлена ​​система

Мал. 1. Багатозонна термічна установка для вирощування монокристалів методом Бріджмена

Об'єктом автоматизації є багатозонні термічні установки для вирощування монокристалів методом Бріджмена в вертикальному варіанті. Установки представляють собою циліндричні печі (r = 0,25 м, h = 1,5 м) зібрані з уніфікованих нагрівальних модулів. Робочий об'єм установок, в якому відбувається зростання кристала, являє собою циліндр (r = 0,05 м, h ~ 1 м), обмежений в радіальному напрямку внутрішніми поверхнями кільцевих нагрівальних модулів. У ньому розташовується ростовой контейнер з попередньо синтезованим робочою речовиною.

Для створення умов необхідних для вирощування кристалів по висоті робочого об'єму установки формуються три температурні зони:

1. • високотемпературна зона (~ 1100 ° С);
   • перехідна (градієнтна) зона (700 ... 1100 ° С);
   • низькотемпературна зона (~ 700 ° С).

При цьому градиентную зону, в якій відбувається зростання кристала, необхідно формувати з високою точністю в умовах постійно змінюються пропорцій розплав-кристал, конвективних рухів в розплаві, виділень теплоти кристалізації на кордоні розплав-кристал при переміщенні ростового контейнера з високотемпературної зони в низькотемпературну.

Назва встановленої системи

Система управління Багатозонне термічної установкою для вирощування монокристалів.

Опис проекту

Призначення, функції

Для отримання функціональних монокристалів необхідних розмірів і високої оптичної якості, необхідно строго витримувати параметри технологічного процесу, а саме:

1. • швидкість зміни температури в робочому обсязі установки не повинна перевищувати 1 ° С / хв;

1. • точність регулювання і підтримки температури в градиентной зоні робочого об'єму повинна бути не менше 0,1 ° С;

1. • необхідна форма фронту кристалізації - плоска або опукла в бік затравочного кристала;

1. • осьова швидкість росту кристала не повинна значно відхилятися від швидкості переміщення ростового контейнера і т. д.

Розроблена розподілена система автоматичного управління термічної установкою включає інформаційно-вимірювальну і керуючу компоненти.

Інформаційно-вимірювальна система надає оператору-технологу дані про показання термопар (T, TК), що виділяється потужності нагрівачів (Q) і положенні ростового контейнера (h). До складу інформаційно-вимірювальної системи входять термопари, термостати холодних спаїв термопар і модулі вводу аналогових сигналів.

Керуюча компонента складається з програмованого логічного контролера (ПЛК), модулів вводу / виводу аналогових сигналів, виконавчих механізмів, резистивних нагрівачів і системи управління механізмом переміщення ростового контейнера. В якості виконавчих механізмів використовуються сімісторних перетворювачі, що дозволяють плавно змінювати потужність нагрівальних елементів в залежності від керуючих напруг на входах систем управління СУСП. Число нагрівачів (N) в термічної установки становить 30 шт. Кількість входів багатоканальної системи управління - N + M, де M - кількість контрольних датчиків температури.

Мал. 2. Функціональна схема. Позначення: ПЕОМ - персональна електронно-обчислювальна машина; ЦАП і АЦП - цифроаналоговий і аналогоцифрового перетворювачі; СУСП - схеми управління силовими перетворювачами; СУПРЕМ - система управління механізмом переміщення ростового контейнера; Т, ТК - датчики температури; ТС, ТСК - термостати; U У - керуючі сигнали ПЛК; U СУСП - керуючі сигнали СУСП; R - нагрівачі; VS - сімістори; T АЦП - вихідний сигнал АЦП; V - швидкість переміщення ростового контейнера

Відстань стаціонарного робочого місця від об'єкта управління становить приблизно 300 м. Зв'язок з системою здійснюється по мережі Ethernet. На робочому місці оператора візуалізуються наступні процеси: уставки температур регуляторів потужності нагрівальних елементів, поточні показання термопар, стану і режим роботи регуляторів і значення теплових потужностей нагрівальних елементів.

Для управління системою використовується програмне забезпечення (ПО) власної розробки. Середовище розробки - Visual Studio 2010 року (C #). ПО дозволяє змінювати алгоритми управління технологічним процесом і забезпечує архівацію даних. В процесі експлуатації систему обслуговує один черговий оператор.

Програма управління реалізована в контролері iEi UiBX-200W / Z510P. Програма послідовно опитує датчики температури, порівнює поточні показання з заданими, формує сигнали управління на вихідних каналах, використовуючи ПІД (Пропорційно-Інтегрально-Диференціальний) закон управління.

Можливість розширення / тиражованою рішення

Розроблена система автоматичного управління застосовується як на ділянці виробництва по вирощуванню монокристалів, так і на ділянках синтезу речовин і очищення матеріалів.

Система є відкритою і може нарощуватися. При дооснащення обладнанням здатна виконувати інші функції, а після адаптації керуючого ПО під конкретні вимоги замовника може бути використана на інших подібних об'єктах. У міру виготовлення нових термічних установок планується їх оснащення розробленою системою автоматичного управління.

Устаткування в складі системи

Контролер iEi uIBX призначений для управління температурними режимами функціонування термічної установки шляхом формування керуючих впливів на систему управління симісторних перетворювачів розосереджених нагрівальних елементів і зв'язку з ПЕОМ.

Кошик МОХА NA-4020 , Оснащена аналоговими двоканальними вхідними M-6201 і чотириканальними вихідними модулями M-4410 , Призначена для знімання сигналів термопар, передачі їх контролеру за запитом, прийому і реалізації керуючих сигналів контролера.

Перетворювач інтерфейсів MOXA Transio A53 RS-232 to RS-422/485 Converter використовується для забезпечення зв'язку між контролером і кошиком.

Переваги обладнання MOXA

Промислове виконання функціональних блоків, надійність їх роботи дозволяють забезпечити безперебійну роботу системи управління температурним полем протягом всього циклу вирощування кристала (> 500 ч), що сприяє отриманню монокристалів високої якості.

Обране устаткування, на нашу думку, ідеально підходить для створення систем управління багатозонними термічними установками при формуванні умов необхідних для вирощування якісних кристалів. Нарікань до обладнання немає.