Рябов В.Т. - Функции, структура и элементная база систем автоматического управления

1

УДК 621.01:621.38:681.3.06

В.Т. Рябов

КОМПЛЕКСНАЯ РАЗРАБОТКА МЕХАНИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОННЫХ И ПРОГРАММНЫХ КОМПОНЕНТОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Часть 1. Функции, структура и элементная база систем автоматического управления

Учебное пособие по курсу «Системы автоматического управления техно-логическим оборудованием» для студентов специальности 21.01.07.

Факультет «Машиностроительные технологии» Кафедра МТ-11 «Электронные технологии в машиностроении»

Рябов Владимир Тимофеевич – доцент кафедры МТ-11 «Электронные техноло-гии в машиностроении».

Первая часть учебного пособия посвящена анализу вариантов построения систем автоматического управления оборудованием электронной техники. В основу положено представление технологической машины, как сложной иерархической системы, состоящей из исполнительных механизмов, системы их энергообеспечения и управления. При этом различные компоненты машины взаимодействуют между собой на уровне материальных, энергетических и информационных потоков. Рассмотрены функции и вариантность эле-ментной базы САУ, их структурное построение и электронные компоненты системы. За-ложены основы единого подхода к проектированию механических, электронных и про-граммных компонентов технологического оборудования и постановки четких технических заданий и технических предложений на них на начальных этапах проектирования.

Книга может быть полезна и студентам других машиностроительных специаль-ностей.

3

ВВЕДЕНИЕ. Предмет и задачи курса. Назначение и функции САУ.

Вашему вниманию представляется курс «Системы автоматического управления технологическим оборудованием», в котором мы будем изучать основы проектирования современных систем управления оборудованием для реализации электронных технологий.

Особенности оборудования электронных технологий. Оборудование электрон-

ных технологий появилось в процессе естественной эволюции оборудования для произ-водства электровакуумных и полупроводниковых приборов. Первоначально эти техноло-гические машины имели предметную специализацию, т.е. были предназначены для вы-пуска определенных классов приборов (линии производства ламп накаливания, линии сборки, заварки и откачки приемно-усилительных ламп, цеха и заводы по выпуску цвет-ных кинескопов, интегральных схем и т.п.). Затем сформировались технологические пере-делы и соответствующее им оборудование (машины термовакуумной обработки, оборудо-вание для фотолитографии, оборудование для нанесения тонких пленок и др.). Это техно-логические машины получили наименование – оборудование электронной техники, а реа-лизуемые ими технологии - электронными. Название это – скорее от предмета обработки (электронных приборов), чем от инструмента технологии. В большинстве машин элек-тронный или ионный луч, как инструмент, не используется . Постепенно , помимо основ-ных объектов производства – изделий электронной техники, электронные технологии ста-ли применяться для широкого класса изделий. Тонкие пленки стали использовать в метал-лообработке для упрочнения инструмента , методы фотолитографии и обработки монокри-сталлов кремния породили новую отрасль - микромеханику и т.д.

Мы под терминами – электронные технологии и оборудование электронных технологий понимаем широкий класс достаточно универсальных технологий и оборудо-вания , используемых для производства электровакуумных и полупроводниковых прибо-ров и интегральных схем:

оборудование для термовакуумной обработки, включая средства получения вакуума;

оборудование для фотолитографии, включая машины для ионной имплантации;

оборудование для нанесения тонких пленок в вакууме.

Рассмотрим специфические особенности оборудования электронной техники. Короткий период эволюции оборудования приводит к тому, что многие техниче-

ские решения еще не достаточно отработаны и не доведены длительной практикой массо-вой эксплуатации, как, например, в металлорежущем оборудовании. В оборудовании элек-тронной техники сменилось не более трех - четырех поколений. Не устоялись как конструк-тивные решения отдельных исполнительных механизмов и устройств, так и структурно-компоновочные решения всей технологической машины. Это объясняет особую важность начальных этапов проектирования, когда разрабатывается техническое предложение на ма-шину, закладываются функции системы управления и энергообеспечения, выбирается пере-чень элементов машины и структура их объединения в единую систему.

Уникальность технологических процессов, проводимых подчас на грани физи-

ческих возможностей, требует тщательной отработки технических решений отдельных исполнительных механизмов. Поэтому широко развивается унификация отдельных ис-полнительных механизмов и других устройств и подсистем, например , магнетронных ис-точников и блоков питания к ним, вакуумных систем и их элементов и т.п. Появилось, так называемое, кластерное оборудование, когда машина комплектуется из унифицированных элементов и подсистем со стандартизованным механическим, энергетическим, информа-ционным и программным интерфейсом. Это также повышает важность и относительную трудоемкость начальных этапов проектирования и заставляет уже на этих этапах решать вопросы аппаратной и программной совместимости элементов.

Рябов Владимир Тимофеевич. Кафедра « Электронные технологии в машиностроении » МГТУ им. Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru

4

Сложность и многомерность технологий делает подчас просто невозможным управление машиной вручную. Управление идет в масштабах времени и координат, не-мыслимых для человека. Микропроцессорные средства управления становятся неотъем-лемым элементом машины. Вполне естественно, что машины для производства микро-процессоров в первую очередь и стали управляться с использованием средств микропро-цессорной техники. За рубежом и в России в настоящее время выпускаются промышлен-ные контроллеры и рабочие станции на платформе IBM PC, которые могут эффективно выполнять функции центральных, узловых и локальных контроллеров в технологическом оборудовании электронной техники. Эти средства управления, при их разумном выборе и рациональном использовании, могут реализовать уникальные технологии и резко повы-сить эффективность эксплуатации машины.