6ES7212-1BB23-0XB8诚信经营
0 引言
高温扩散/氧化系统是半导体器件、集成电路制造过程中用于对晶片进行扩散、氧化、退火及合金等工艺的一种热加工设备，也适用于对其他材料的特殊温度工艺处理，是一种用于长时间连续工作、高精度、高稳定性的自动控制设备。在半导体生产过程中，扩散炉炉温控制的精度及其工作的稳定性已成为半导体产品质量的决定性因素。在传统的控制中，扩散炉的控制管理都是由基于单片机的仪器仪表来完成，其温度控制精度、生产工艺控制能力以及自动运行能力较低，难以实现集中管理，从而导致了产品质量差、生产效率低的缺陷。
系统针对我国半导体扩散/氧化工艺技术发展现状开发设计，采用先进、可靠的PLC为控制核心，以触摸屏为人机界面，配以高精度温度检测电路，采用模糊自整定PID为控制器，可实现复杂的工艺温度控制。具有检测、控制精度高、工作过程稳定性好、控制参数自整定、设定参数方便等特点。
1半导体扩散/氧化工艺流程
高温扩散/氧化系统主要由扩散炉、净化工作台、推拉舟系统、气源柜等组成。半导体器材生产过程中扩散/氧化工艺流程为：1）将扩散炉的温度按一定的温度工艺升温至特定的温度，并保证炉内处于恒温状态;2）将操作人员放在推拉舟托盘上所要扩散的晶圆经推拉装置送入扩散炉内;3）在扩散炉保持特定的恒温条件下，向扩散炉内注入各种要参杂的气体。整个参杂过程要保证炉体内形成一个特定的恒温区，才能使晶圆扩散均匀。温度控制是扩散工艺控制系统中重要的环节，控制效果的好坏直接决定着半导体扩散的质量。
2 系统硬件设计
根据半导体扩散/氧化工艺过程的要求，即既要实现整个工艺控制过程自动化又要实现半导体扩散/氧化工艺要求。系统以PLC为核心，液晶触摸屏为人机界面，采用自行研制的JC-9温度检测模块实现温度的采集等。系统硬件结构如图1所示。
图1系统硬件结构图
Fig.1 Structure chart of the systematic hardware
由图1所示系统硬件包括三个闭环控制：
①温度控制：采用JC-9温度检测模块实现温度检测，通过PLC调用PID控制算法控制自行研制的三相大功率调压调功单元来实现温度的控制，实现闭环控制。
温度控制是扩散工艺控制系统中重要的环节，控制效果的好坏直接决定着半导体扩散的质量。要保证控温的精度要保证温度的检测精度，要有相应的控制算法。系统采用的JC-9温度检测模块的检测精度优于0.5‰，编写模糊自整定PID控制算法使控制精度优于1‰。
②气体liuliang控制：PLC从气体质量liuliang计的数字接口直接读取气体实际liuliang值，并根据扩散工艺中对气体liuliang的要求通过数字接口进行liuliang输出控制，实现闭环控制。
③推拉舟控制：PLC直接读取推拉舟位置编码器的数据来判断推拉舟的位置，通过高速脉冲输出口控制步进电机的驱动器来控制步进电机的运行，通过发送脉冲数控制推拉舟的位置，通过脉冲的频率控制推拉舟的速度。实现推拉舟的位置/速度闭环控制。
3 系统软件设计
系统软件设计包括触摸屏操作界面设计、模糊自整定PID控制算法设计及Modbus通信程序设计。
3.1 触摸屏操作界面[3]
触摸屏为人机对话界面，具有画面丰富，信息量大、操作灵活直观的特点。针对半导体扩散工艺及系统功能需求，设计用户界面主要界面包括：自动运行界面，手动运行界面，工艺参数设置界面，工艺曲线绘制界面，PID参数自整定界面等。
（1）自动运行界面。实现扩散炉各测点的温度检测值、设定值，各种气体liuliang值，各个阀的状态，推拉舟运行状态和速度的实时显示，完成整个工艺过程的监督功能。
（2）手动运行界面。手动运行适合于系统调试、状态测试等应用中。除了显示炉体的三点温度以外，其他部分均可通过按键实现手动操作。主要内容有：推拉舟“前进”“后退”运行控制;气路四个阀门的控制;氢气liuliang、氮气liuliang的控制。在“手动”画面中，设有推拉舟前进、后退速度设定，各种气体liuliang设定按键。用户可根据要求设定。
（3）工艺参数设置界面。系统可存储20套工艺配方，每个工艺配方由20个工艺段组成，每个工艺段可分为升（降）温和恒温两步。工艺参数界面设置可实现对每步的温度数值、持续时间、气路liuliang、推拉舟位置等参数进行设置。
（4）工艺曲线绘制界面。将控制过程的参数以数字方式显示，将炉体的三点温度以及设定温度值以曲线形式显示在画面中。
（5）PID参数自整定[4]界面。根据工艺的温度要求，选择整定温度，系统开始对炉体加温并开始自整定过程，实现PID参数的整定。
3.2 模糊自整定PID控制算法设计[5][6]
PLC作为系统的核心，完成各种信息的检测、处理，控制算法的实现，控制量的输出等。系统实现控制包括：对扩散炉九点温度的工艺控制;对气体liuliang工艺过程的控制;对扩散炉生产工艺的自动化过程控制。其中对温度的控制是至关重要的，控制效果的好坏直接决定着半导体扩散的质量。本系统采用模糊自整定PID控制算法实现对温度的控制。
模糊推理控制算法程序的流程图如图2所示。计算时有以下几个步骤：
（1）确定误差和误差变化率以及控制量的论域，将和的实际变化范围分为7档（考虑本控制系统要求控制精度较高）,使每一档与其论域的某个元素相对应。这样，系统的每个实测量就可以被量化为论域中的某个元素。
（2）本系统通过离线计算出模糊控制表，实际运行时，PLC主程序中断执行查表子程序就可以得出控制量。
图2 模糊推理子程序
在现场的控制中，模糊自整定PID控制器的鲁棒性强，参数自整定易于实现，控制的精度较高。比单纯的PID控制器具有更快的动态响应特性，其控温效果较好。
3.3 Modbus通信程序设计
系统采用Modbus现场总线实现PLC主站与温度检测模块、气体质量liuliang计等各从站之间的通信。
1、以OMRON PLC为主站的主从站的通信[6]
系统选择OMRON CP1H系列PLC作为通信主站。CP1H是欧姆龙公司推出的功能强大的一体化小型PLC，它的两个串口中均内置的Modbus-RTU主站功能，还配置了两个串行通信选件板RS422/485串口选件板和RS232串口选件板。系统选择作为从站的JC-9温度采集模块、气体质量liuliang计和推拉舟均含有RS485接口且已经内置Modbus协议，具有Modbus-RTU从站功能，只要按照编程手册进行相应设置即可实现主站通信。
2、从站的通信流程
系统从站包括JC-9温度采集模块、气体质量liuliang计和推拉舟装置，其中气体质量liuliang计和推拉舟装置购置时均内置Modbus协议（此处不作介绍）。JC-9温度采集模块为自行研制的九路温度采集模块，此模块含RS485接口，由于系统通信采用Modbus通信模式，需在模块上自定义Modbus从站协议。从站收到主站指令，根据主站要求做出回应。从站与主站间通信中断程序处理流程如图3所示。
图3 从站Modbus通信程序处理流程
5 结束语
系统依据半导体生产过程中扩散/氧化工艺需求而设计，结构简单、操作简便、成本低、可靠性好，可大大tigao温度控制精度及工艺过程自动化水平。现已广泛应用于半导体生产企业，具有良好的经济效益和社会效益。
引言
近年来，随着我国自动化技术的tigao，工厂自动化也上了一个新台阶。PLC作为一个新兴的工业控制器，以其体积小,功能齐全，价格低廉，可靠性高等方面具有独特的优点。触摸屏的使用则为整个控制系统提供了良好的人机操作界面，二者的联合越来越广泛的应用于工业生产的各个领域。印刷机械关键技术也主要侧重在智能化的提成。在印刷行业中的高速双面印刷机项目中我们选用了台达机电自动化PLC产品对电气进行了改进设计。
2 工艺自动化分析
印刷机是一个精度较高的机械，印刷品的好坏一方面在于机械加工以及安装的精度，另一方面，也取决于水路，墨路的平衡以及合压的准确性。双色机的每一色组，都有水路和墨路装置。为了便于水辊速度的调节，每根水辊都用一个变频器控制，主电机速度也需要变频器调节。在印刷过程中，调版是一个比较繁琐的过程。尤其对多色机来说，各组版对正的精度会对印品产生很大的影响。如果套印不准，印刷品就会出现字面重叠或影像不清。如果使用手动调版，会浪费很多时间，精度不高。为了实现自动打版，我们在版辊上安装了电位器，通过电位器将模拟量传送给4A/D，经过PLC处理，可将版辊的转动精度很好地控制在打版范围内。由于自动工作模式下各动作要以一定的顺序工作，机械采用凸轮来控制各动作离合时的角度，电气选用二相增量型旋转编码器来实时测量凸轮的旋转角度，编码器每旋转一周，产生360个脉冲，PLC高速计数器计数720，到零位后复位重新计数。
3 台达机电技术的自动化应用
台达EH系列是一款可扩充高功能型PLC，具有高速度、高性能、涵盖应用层面广泛的特点。在原有的模拟输入输出模块、温度模块的基础上，中达电通今年又新推出几种高性能特殊功能模块，主要针对应用中需要高速jingque处理的控制场合，包括单轴定位模块01PU、1CH高速计数器模块01HC、2CH高速计数器模块02HC，极大的丰富了PLC应用功能，使其更加适应工业控制环境中的不同需求。
DVP01PU定位控制模块主要可应用于步进或伺服驱动系统之速度或位置控制，具有高200 KHz脉波输出，输出采用高速LineDriver接口或NPN开集极输出，高噪声抑制；可透过程序指令FROM/TO来读写模块内之资料；模块内建原点复归、寸动运动、单段速定位运动、连续两段速定位运动、变速度运动、手摇轮(MPG) 输入等八种行程控制模式及梯形曲线和S曲线两种脉波加速曲线；DVP01PU定位控制模块是一个容易使用的独立单轴脉波定位模块，适用于得以接收脉波控制的各种运用场合，由于定位控制的运算有专门的硬件来完成，简化了程序撰写和调试，能够轻松实现工件的jingque运动定位控制，是PLC较为高阶的应用。
3.1系统原理设计
控制部分以台达的DVP-EH型PLC为技术平台，触摸屏为操作界面，变频器作为执行构件。触摸屏通过COM2口与DVPEHPLC的COM口相连，采用MODBUS协议。PLC通过485口控制四台变频器，支持MODBUS协议。
3.2系统配置设计
台达PLC：DVP64EH00R＋扩展DVP08XP11R。台达触摸屏：DOP-A57CSTD。台达变频器：VFD110B43A；VFD004M21A。框架如图1所示。
图1印刷机系统配置设计
3.3编程案例
（1）触摸屏显示报警。台达EH系列PLC提供了方便的高速计数功能，使程序编写简单，调试快速。我们将编码器的信号线接入PLC的高速计数端子X0，X1，编码器的复位端子接X2，对应计数器为C251，Y23为主机运行，当编码器两相接错时，触摸屏显示报警M455。
（2）通讯调试。在小型电气控制系统中，设备间的通讯调试是一个难题，但台达PLC与变频器有简洁的通讯指令，一条指令即可解决问题。如读取主变频器的输出频率,先写好通讯协议，利用下条指令即可：其中通讯命令装置地址为01，数据地址H2103，数据长度2个word。两者的通讯省却了中间继电器的控制，减少了故障隐患，再利用触摸屏将PLC中的数据读出，可以方便地监视运转中出现的问题。
（3）画面设计。在人机界面中，设计了7幅画面，包括整体图形，故障显示，机器速度和计数显示，水辊速度显示，调版监控等。故障显示使用指示器，给出位元件即可实现闪动效果，让操作者很方便的知道故障部位，整体感很好。在水辊速度显示中，设计了一个柱状图，可以显示水量增加大小，只需按下柱状图，就可增加水量，也可方便监控。触摸屏的应用省略了原有的一些按钮、指示灯、计数器、转速表、时间继电器及润滑程控控制器等元器件，降低了故障率，也减少了接线的工作量。台达的人机编辑软件－TPEditor提供了7个等级密码的保护，有利于使用厂家对某些特定的使用条件进行了限定，保护了用户的利益。因触摸屏有3M的内存，设计时在画面中以走马灯的形式提供了大量的报警信息，也设计了多屏PLC输入、输出状态监视画面，在系统帮助里详细介绍了本机电气操作及维修提示，使整机的电气系统操作、使用、维修简单方便。
4 结束语
本套系统配置取代了原国外品牌的配置，性价比tisheng很多，tigao印刷机自动化水平，将节约大量的辅助时间，tigao生产效率，故障率也远低于原配置。与其他产品相比，感觉台达整体软件系统界面都比较友好，给用户编程，维修都带来极大方便。其触摸屏与PLC有很好的通用性，可通过触摸屏监视并修改程序，这是其它产品所不能匹及的。台达的工控元件给设计人员和用户都带来了很多方便。
作者简介：孙容瑞 男 就职于南京欧都机电设备有限公司，研究方向为自动化系统集成。
供水系统是国民生产生活中不可缺少的重要一环。传统供水方式占地面积大，水质易污染，基建投资多，主要的缺点是水压不能保持恒定，导致部分设备不能正常工作。对恒压供水压力要求严格。人机界面同TrustPLC的整合应用可以实现无负压恒压供水。该技术先进、水压恒定、操作方便、运行可靠、节能自动化程度高。本文以TrustPLCCTSC-100系列PLC与TD4X四行文本显示器在杭州某电器自动化恒压供水系统的应用为例讲述PLC在恒压水泵系统中的应用。
一、工艺介绍
整个系统由一台变频器和3台水泵组成；系统以TrustPLC为控制核心，HMI作为系统操作。系统由两只量程为0~10.0Mpa的压力变送器分别检测两台水泵后的输水管道的进口压力和出口压力。PLC根据压力设定的大小控制3台水泵工作与停止，工频或者变频运行状态。压力变送器将检测到的压力信号转换为4~20mA的电流信号，送到变频器上，通过变频器的PID运算，控制变频运行的水泵的运行频率。HMI设备能监视整个系统的运行情况及对压力和PID参数等进行设置。
图1
二、技术方案
图2
1、整机采用TrustPLC CTSC-100系列高性能小型CPU124主机和TD4X四行文本显示器进行控制；
2、压力PID控制由ACS510变频器完成,无需PLC编程，控制jingque；
3、CPU124XP 通过CO-TRUST 的MODBUS协议库与ACS510实现MODBUS通信，大大简化了程序。
三、控制要点
1、当水泵和变频器出现故障时要及时报警；
2、当仅一台水泵运行且运行时间达到设定时，要切换到其他空闲的水泵运行；
3、变频器运行时会对通信有一定得影响，故要注意把通信信号线避开动力线；
四、
PLC和变频恒压供水技术的应用tigao了设备自控系统的整体水平，做到了操作简便安全，现场无人职守，运行安全可靠。TrustPLCCTSC-100系列高性能PLC与TD4X四行文本显示器配合使用又大大降低设备的成本
本文根据换热站控制系统的要求和TrustPLC CTSC-200系列PLC的特点，着重介绍了TrustPLCCTSC-200系列PLC在换热站控制系统的应用方案。
一、 换热站系统介绍
换热站主要由热交换器、循环泵组、补水泵组、传感仪表、调节阀门、PLC控制柜等组成。
换热站工作原理：一级管网供水由其自身的压力进入机组的换热器，进行热交换后返回热电厂或锅炉房。二级管网回水经过过滤后，经循环泵进入换热器，被蒸汽或高温水加热后向用户提供所需热水。补水泵将软换水打入系统以补充系统运行损失的水量，并通过变频调速保持系统压力的稳定。
CTSC-200系列PLC自动控制系统主要完成以下功能：
1、一级管网供水、一级管网回水的温度、压力、liuliang的测量；
2、二级管网供水、二级管网回水的温度、压力、liuliang的测量；
3、通过控制一级管网供水的liuliang，保证二级管网供水温度恒定或者回水温差恒定；
4、通过变频控制循环泵和补水泵，保证二级管网供水压力恒定或者回水压差恒定；
二、 配置方案：
控制系统示意图：
三、
1、 采用深圳合信CTSC-200系列PLC实现了换热站系统的自动运行，充分发挥变频器的调速和节能的优点。
2、 TrustPLCCTSC-200系列PLC模块点数大、配置灵活、控制可靠、编程方便的优点，使整个系统的稳定性有了可靠保障。
3、 采用TrustPLCCTSC-200系列PLC使热网的运行得到合理控制，失调现象得到了有效地解决，消除了热网中各站冷热不均的现象。按需供热、节能降耗，改变了不合理的小温差大liuliang运行方式，既保证了远端客户的供热需要又避免了近端用户的过热现象直接tigao了热网的供热效果。