Курсовая работа: САУ установки реактивного осаждения тонких плёнок

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ УСТАНОВКИ

РЕАКТИВНОГО ОСАЖДЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК.

2000г.

Задание

на курсовой проект по системам автоматического управления оборудования электронных технологий.

Тема проекта :

Установка реактивного осаждения тонких пленок в вакууме.

• Проработать описание работы машины, выбрать и обосновать состав ее основных целевых функций, сервисных функций, функций коррекции цели.

2. Разработать комплексную принципиальную схему, как совокупность системы целевых механизмов, системы их энергообеспечения и системы управления, связанных материальными, энергетическими и информационными потоками.

3. Описать механический, энергетический и информационный интерфейс компонентов машины. Составить технические задания на проработку отдельных компонентов.

4. На уровне эскизного и рабочего проекта проработать предложенный компонент САУ.

Содержание графической части.

• Процессная модель машины 1 л.
• Комплексная принципиальная схема

(Ресурсная модель) 2 л.

• Принципиальная электрическая схема регулятора давления 1 л.

Содержание расчетно-пояснительной записки.

• Введение.
• Описание процессной модели. Выбор и обоснование целевых, сервисных функций, и функций коррекции цели.
• Описание комплексной принципиальной схемы.
• Технические задания на элементы и узлы машины.
• Описание принципиальной электрической схемы регулятора давления.
• Заключение.

1. Введение.

Производственное оборудование становится всё более автоматизированным во многих сферах его применения. Без управляющей электроники уже не может обойтись ни одна отрасль промышленности, особенно электронное машиностроение, где необходимо управление множеством технологических параметров при высочайшей точности и жестких требованиях к соблюдению технологии.

При конструировании необходимо :

• внимательно изучить и продумать все возможные варианты применения САУ в данной конструкции и выбрать оптимальный из этих вариантов, как по цене, так и по сложности изготовления и эксплуатации;
• обеспечить проектируемое оборудование более высоким сроком службы, то есть, чтобы его физическое и моральное старение настало как можно позже (для этого в конструкцию изделия заранее закладывают модули, которые легко можно заменить или доработать).

Целью данного курсового проекта является овладение навыками, методами и средствами комплексных разработок механических и электронных компонентов оборудования САУ.

Задачи проекта состоят в:

• распределении функций машины между различными компонентами и обоснование этих функций;
• постановке четких технических заданий перед разработчиками отдельных компонентов;
• выполнении технической документации на электронные компоненты.

Для упрощения работы оператора и повышения производительности предложен вариант полностью автоматизированной установки вместо существующей установки с ручным управлением.

Курсовой проект выполнен в объеме 4-х листов А3 и расчетно-пояснительной записки. На первом листе приведены алгоритм работы регулятора давления реактивного газа и таблица процессов. На втором и третьем листах - комплексная принципиальная схема установки : механика, энергообеспечение, системы автоматического и ручного управления. На четвертом листе - принципиальная электрическая схема регулятора давления. В расчетно-пояснительной записке приведены необходимые пояснения и расчеты, отражены принципы построения СУ установки, даны описания листов проекта.

2. Описание процессной модели.

В данном курсовом проекте разрабатывается процессная модель автоматического управления для лабораторной установки реактивного осаждения тонких пленок в вакууме методом дугового осаждения (см. лист «Процессная модель» ).

Деление технологии на процессы

В работе установки можно выделить следующие основные процессы:

1. Загрузка;

2. Байпасная откачка (БПО);

3. Форвакуумная откачка (ФВО);

4. Высоковакуумная откачка (ВВО);

5. Технологический процесс (ТП);

5.1 Очистка и нагрев поверхности образца;

5.2 Нанесение тонкой пленки методом дугового осаждения;

6. Выключение ВВО;

7. Выключение;

8. Выгрузка.

На листе «Процессная модель » приведена подробная последовательность действий при проведении каждого из процессов, а также алгоритм работы регулятора давления реактивного газа.

При реактивном осаждении тонких пленок большое внимание уделяется значению парциального давления реактивного газа в камере. Этот технологический показатель очень важный, его необходимо четко контролировать. Например, чтобы получить нитрид титана методом реактивного осаждения, необходимо давление азота поддерживать на уровне 0,05…0,055 Па. Характер пульсации давления представлен на рисунке 1. Управляя вручную механическим или электромагнитным натекателем, держать давление в рамках этого интервала практически невозможно (при ручном управлении этот диапазон намного шире). Следовательно, управление давлением нужно передать ЭВМ.

С этой целью в проекте был разработан регулятор давления REG. Общий вид этого регулятора представлен на рисунке 2. Функционирование REG начинается с включения питания и ТЕСТИРОВАНИЯ. Запускается процесс ИНДИКАЦИЯ. Если, при тестировании были обнаружены различного рода ошибки, то на индикации будет отображен код ошибки (смотри рисунок 3). Запуск других процессов производиться не будет до вмешательства оператора, чтобы устранить неполадки. При отсутствии ошибок запускается процесс ИЗМЕРЕНИЕ и устанавливается ФЛАГ статуса регулятора (установка флагов нужна для избежания запуска двух одноименных процессов). После этого REG переходит в фоновый режим работы : пультовая петля. В этом режиме происходит постоянный опрос кнопок регулятора (РУЧН, АВТ, УСТ, РЕГУЛ) и тем самым определяется статус регулятора.

В ручном режиме происходит опрос кнопок УСТ, РЕГУЛ. В автоматическом режиме анализируется буфер данных для определения статуса. Команда (емкостью 3 байта) переписывается из регистра SBUF приемопередатчика в буфер данных прерыванием по вектору 23Н. После определения статуса необходимо сравнить установленный статус-флаг с новым флагом и перевести регулятор в требуемый режим с установкой нового статус флага при смене режима. Эти функции возлагаются на ДИСПЕТЧЕРА работы и состояний, который исключает возможность запуска двух одноименных процессов. Каждому из процессов (ИЗМЕРЕНИЕ, УСТАНОВКА, РЕГУЛИРОВАНИЕ) отведена своя область памяти. Ячейки памяти, которые содержат значение давления в цифровом формате, обновляются с периодом в 100мкс (длительность процесса ИЗМЕРЕНИЕ). Регулятор давления соединяется с ЭВМ кабелем

Выбор сервисных функций.

Сервисные функции необходимы для : облегчения работы наладчиков и операторов, предотвращения отказов оборудования и их последствий. Решение этих задач возлагается на программное обеспечение промышленного компьютера, в процессную модель заложено достаточно управляющих и управляемых сигналов для получения полной информации о ходе процесса.

Выбор функций коррекции цели.

Для обработки поверхности образца и нанесения на нее тонкой пленки в вакууме методом дугового осаждения существует несколько способов коррекции цели:

• изменение характеристик вакуумной дуги;
• изменение времени процесса;
• изменение состава технологической среды;
• изменение температуры камеры.

Характеристики дуги могут быть изменены путем варьирования напряжения между катодом и анодом дугового источника оператором с пульта управления (ПУ), либо программно через ЭВМ. Время технологического процесса может быть заложено в программу ЭВМ или контролироваться оператором при ручном управлении. Состав технологической среды выбирается исходя из соображений требований применяемой технологии. Температуру среды можно задавать включением системы водяного охлаждения / прогрева камеры.