优·第四章、计算机控制实例.ppt

第四章、材料制备计算机控制应用实例 4.1单片机电阻炉温度控制系统. 4.2半导体气相沉积外延生长控制系统 . 4.3浮法玻璃生产线集散控制系统. 4.1单片机电阻炉温度控制系统 4.1.1系统构成. 4.1.2控制策略. 4.1.3程序设计. 4.1.1系统构成 控制系统由单片机、外围电路、双向可控硅和电阻炉四部分组成。 单片机采用MCS—51系列Intel8031 ； 存储器包括8K字节的只读存储器和8K字节的随机存储器。只读存储器中存放控制程序、数据表格等，随机存储器存放采样数据和中间计算过程； 数字显示器由八位七段LED显示器和锁存器组成，可以同时显示四位炉温值和四位设定温度值； 配置了几个专用设置按键，用以设定温度值和升降温时间段 ； 电阻炉加热元件采用硅碳棒，炉温检测使用铂-铑铂热电偶，温度检测控制范围0～1200℃。 4.1.2控制策略 ⑴可控硅控制方式 采用检测交流电源的过零信号，同步触发可控硅。通过调整一定时间内可控硅的导通周期个数，改变加热元件的功率，达到控制温度的目的。以八位二进制数所能表示的最大数255作为可控硅控制周期所能导通的最大半周期数，控制周期时间为2550ms，可控硅最小导同时间是10ms. 根据递推原理，可写出n一l次的PID输出表达式： 用Pn-Pn-1表示第n次输出量的增量算式为： 则第n次输出量： 加热控制的分段算式为： 4.1.3程序设计 控制程序使用51系列单片机汇编语言编制。为便于修改，使程序易读，程序使用模块化结构。按照功能分为参数输入、控制进程识别、数据采样、数据显示、PID计算、输出和报警等七个模块。 参数输入模块：判断、识别按键状态。输入温度变化过程控制参数和发出启停命令。 控制进程识别模块：按照设定的温度控制参数，执行温度设定值控制和维相应持时间，保持升降温度递变梯度。 数据采样模块：每5.1秒（含完整的2个控制执行周期）启动模数转换器对温度进行采样，同时对环境温度也采样一次，进行热电偶冷端补偿。 数据显示模块：系统把0－1200℃范围内的电势温度特性曲线分成基本成线性的75段，把每 隔16℃一点的热电势对应A/D转换值以表格形式存入只读存储器中。该数值经过查表和线性插值运算可得到相应的炉温值，再经过二-十进制变换和显示字形变换，显示出正确的温度值。 PID计算模块：根据采样变换得到的温度值与设定值的差值和当前的工作模式（升温、降温、保温）进入不同的计算公式进行计算，得到控制输出值（控制周期可控硅导通半周期数）。 输出控制模块：以交流电源过零信号为中断触发信号，按照输出值在控制周期内发出相应次数的触发可控硅导通信号。 报警模块：判断温度值是否超出上下限，超限则对超限次数计数，超过一定次数发出超限报警。 4.2半导体气相沉积外延生长控制系统 4.2.1 GaN基发光二极管及工艺. 4.2.2MOCVD反应室结构. 4.2.3控制系统的功能和构成. 4.2.1 GaN基发光二极管及工艺 ⑴ GaN基高亮度发光二极管（LED） GaN基蓝光LED产品的出现从根本上解决了发光二极管三基色缺色的问题，是全彩显示不可缺少的关键器件。蓝光LED具有体积小、冷光源、响应时间短、发光效率高、防爆、节能、使用寿命长（使用寿命可达10万小时以上）等特点。同时又是白光LED的基础，成为光电子新兴产业中极具影响的产品。 ⑵ GaN基LED工艺流程 4.2.2MOCVD反应室结构 ⑴反应室结构 ⑵反应原理 MOVCD是一种以热分解反应为基础的气相外延法，其前驱物为有机化合物。 4.2.3控制系统的功能和构成 ⑴整体结构 采用两级计算机的分级式控制系统，主控计算机管理人机界面、输入参数和显示系统工作状态，根据工作参数协调指挥下层各控制部分的工作。 4.3浮法玻璃生产线集散控制系统 4.3.1浮法玻璃生产过程简介 . 4.3.2DCS控制系统结构 . 4.3.3工艺过程的实现 . 4.3.4控制系统性能特点. 4.3.1浮法玻璃生产过程简介 浮法玻璃生产工艺： 原料熔化 摊平成形 退火消应 浮法平板玻璃生产窑炉结构示意 4.3.2DCS控制系统结构 浮法玻璃生产线从原料到玻璃成品是一个完全连续的工艺过程，中间经过三个热工设备和一个冷加工工段，每个环节都必须衔接协调，各种参数都要严格控制在一定范围内，任何大的偏差都会影响到成品玻璃的质量。对于保证这样一个复杂的大型工业生产过程可靠运行，一般的单一计算机控制系统和多级计算机控制系统都难以胜任。目前内国内