擴散爐智能控制系統(tǒng)設計【獨家畢業(yè)課程設計帶任務書+開題報告+外文翻譯】,擴散,分散,散布,智能,控制系統(tǒng),設計,獨家,畢業(yè),課程設計,任務書,開題,報告,講演,呈文,外文,翻譯 第 摘 要 隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)在的產(chǎn)品對生產(chǎn)工藝的控制精度要求越來越嚴格，對操作系統(tǒng)的要求是更簡單更人性化。為滿足市場的需要，擴散爐必須對原傳統(tǒng)工藝進行突破創(chuàng)新。針對傳統(tǒng)的擴散爐控制系統(tǒng)的溫度控制精度、生產(chǎn)工藝控制能力等較低的狀況，提出了一種以 取得顯著的成效，使系統(tǒng)對多位爐溫度的自適應控制越來越精確。 本課題系統(tǒng)的介紹了擴散爐智能控制系統(tǒng)設計的工作原理以及對日本三菱公司旗下的可編程控制器 性能特點作簡要分析。同時根據(jù)設計實際需要對溫度及壓力 檢測器的選擇進行了分析，并選用 計中選擇組態(tài)軟件作為人機交互的顯示與參數(shù)設定界面，實現(xiàn)了與 功模擬了實際工藝生產(chǎn)時的遠程檢測與控制，使操作者不再受地域約束，并能及時對突發(fā)的報警狀況做出反應。 歸納本課題的研究內(nèi)容時，首先主要簡析擴散爐的工作原理及發(fā)展前景，并對設計所需的設備分析再選擇，整合出合理的設計方案；其次完成系統(tǒng)硬件設計，包括溫度與壓力檢測的設計以及以 控制核心的主接線設計；最后使用 算機軟件對系統(tǒng)進行程序編輯與模擬仿真，并結(jié)合實際調(diào)試對程序作了簡要分析。 關鍵詞 ：擴散爐； 度檢測；智能控制；組態(tài)王 第 of it is in of in to of is a at of of is of is to of of of of in o At is a to of of to to be of as LC of is so is no to to To up of of of of to a of is of LC as X GX of of is in 第 1 頁 共 42頁 目錄 摘 要 ......................................................... I .................................................. 緒論 ........................................................ 3 散爐的發(fā)展及前景 ................................................... 3 散爐的基本結(jié)構(gòu)及原理 ............................................... 3 散爐的工作原理 ..................................................... 4 2 系統(tǒng)硬件電路設計 ............................................ 6 散爐控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) ............................................... 6 礎 ............................................................. 6 ................................................................................................ 7 I/O） .................................................................................................. 7 ....................................................................................................................... 8 ....................................................................................................................... 9 作原理 ......................................................... 9 號采集及 展模塊 .............................................. 10 ..................................................................................................................... 10 壓力變送模塊： .............................................................. 11 ...................................................................................... 12 ................................................................................ 13 3. 系統(tǒng)軟件設計 .............................................. 16 序設計 ........................................................ 16 ................................................................................................... 16 ........................................................................................................... 16 ......................................................................................................................... 17 ............................................................................................................. 18 ..................................................................................................................... 23 機交互界面的設計 —— 組態(tài)王 .......................... 26 ......................................................................................................... 26 面制作 ......................................................................................................... 27 ................................................................................................................. 28 ................................................................................................................. 28 ................................................................................................................. 29 4 系統(tǒng)安裝與調(diào)試 ............................................. 31 線說明 ........................................................ 31 第 2 頁 共 42頁 試步驟： .......................................................... 32 5 結(jié)論 ....................................................... 34 謝 辭 ........................................................ 35 參考文獻 ...................................................... 36 附錄 .......................................................... 37 第 3 頁 共 42頁 1 緒論 散爐的發(fā)展及前景 擴散爐主要用于在高溫條件下對晶圓半導體進行摻雜，將參雜材料擴散入硅片，從而改變半導體雜質(zhì)類型和在其內(nèi)部分布的狀況及濃度，起到對半導體電特性區(qū)重新編制的作用。擴散爐已然成為各類大規(guī)模集成電路、電力電子、光電器的氧化、擴散、合金等工藝的基礎設備。從二十世紀七十年代，半導體的集成化和芯片生產(chǎn)的規(guī)?；偈沽藬U散爐的入世，并使其在至今的幾十年間有了很大的發(fā)展，在微機的控制下，其自動化程度先進，并引入現(xiàn)今眾多 系統(tǒng)智能型 系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障報警搭配了多種保護和自診斷功能，其抗干擾的能力大大提升。其同時儲存的數(shù)十條的工藝曲線能滿足各類工藝需求。近年來，中國的集成電路產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)迅速擴大，并有成為全球集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快的地區(qū)之一的趨勢。為了巨大的商業(yè)利益和滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的要求，集成電路的芯片制造技術(shù)更新?lián)Q代也十分迅速，擴散爐為應對時代的潮流沖擊相應的裝設了電路系統(tǒng)、送片系統(tǒng)及凈化裝置，爐口管的直徑也變得越來越大，可處理的硅片的尺寸也是在增大，芯片的集成度也隨之提高。但我國集成電路技術(shù)發(fā)展水平于目前還 處于較低的階段，規(guī)?；a(chǎn)的技術(shù)水平主要是 4有少數(shù)企業(yè)能達到 8英寸、 距離世界主流技術(shù)的 8英寸、 2 英寸、 1]，可以說中國距離世界主流工藝水平平有近十年的差距，這意味著中國本土企業(yè)還有巨大的空間可以發(fā)展。 散爐的基本結(jié)構(gòu)及原理 擴散爐主要有中央控制模塊、進出舟模塊、爐加熱模塊、氣體控制模塊構(gòu)成；擴散和氧化的 中心是中央控制模塊，系統(tǒng)控制部分由四個各自獨立的計算機控制單元控制著每層爐管的爐溫和爐管推舟及氣路部分，溫度傳感器控制著爐體溫度，并相應裝配有控制顯示器、報警及內(nèi)部運行指示燈和各種控制開關。輔助控制系統(tǒng)包括推舟控制裝置、保護電路、電路轉(zhuǎn)接控制、三相電源指示燈、照明、凈化及抽風開關等 [2]。為提高實用用性和可操作性，先進的微機技術(shù)已被逐漸加載到控制系統(tǒng)中，爐管的控制機與監(jiān)控主機的通信也采用微機的通信協(xié)議與串口，控制系統(tǒng)日漸向 計算機智能控制靠攏，并能實現(xiàn)日志記錄、曲線記錄、程序編輯、報警信息記錄和遠程控制諸多功能。中央控制模塊是擴散爐運行的核心，與其配合作為顯示與控制的工程控制計算機的工作面板上，設置了電源控制開關、信號指示燈、復位功能鍵、鍵盤輸入鍵等，該計算機的機構(gòu)框圖大致如圖 1 第 4 頁 共 42頁 溫度控制觸發(fā)器功率部分加熱爐238 / 485 工控計算 恒溫層制總線顯示器P C L - 726 P C L - 812斷水報警質(zhì)量檢測源瓶壓力檢測步進電機 電機限位步進電機驅(qū)動電磁閥固態(tài)繼電器圖 1程控制計算機結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)框圖 進出舟模塊有兩種方式沉放石英石及硅片，它們分別為：相較簡單而顆粒較多的懸臂槳方式和較為先進且溫度均勻性更好的軟著陸方式。爐體各個升溫系統(tǒng)被分配 為六部分，水冷散熱器及排熱風扇根據(jù)設計被裝配在頂層部分，通過水汽循環(huán)將擴散爐產(chǎn)生的部分熱量疏導到其他地方，各層爐體間加熱部分也搭配有水冷系統(tǒng)，并設有廢氣抽風口與負壓管道連接。 氣體控制模塊的氣源柜分為五層。頂層加置排毒口以排出換源過程中散發(fā)的有害氣體。有三路工藝加工生成的氣體進氣接口被加裝于柜頂，同時搭配了一條通道導入壓縮空氣，接口下端加裝了調(diào)節(jié)內(nèi)部氣壓的減壓閥和截止閥，能雙向調(diào)節(jié)進氣管道的壓強。在氣路部分，各層的電磁閥、氣動閥、過濾器、單向閥、質(zhì)流量控制器及 時，將 一個質(zhì)流量控制器電源裝在氣源柜的最底部，在這個轉(zhuǎn)接板上還適配了數(shù)個控制開關機構(gòu)、保險等電路，并連通著另一塊轉(zhuǎn)接板上的設備總電源。 在溫度控制一塊，采用智能溫控表控制，分別檢測三只控溫熱電偶的電壓值。溫控表根據(jù)得出的測量值與設定值比較，并進行 算，給出各段爐絲電壓的通斷比來實現(xiàn)溫度控制功能。除此之外，擴散爐可以通過設定儀表控制工藝時間、溫度升降斜變以及氣流量變換和閥門動作等。 散爐的工作原理 擴散爐的工作原理如圖 1散爐的進出舟將物料推送至爐膛內(nèi)，內(nèi)部的溫度傳感器能分別實時監(jiān)測爐內(nèi)熱 電偶的溫度值并經(jīng)過各自信號處理輸出數(shù)字量給工控機。再與初始溫度設定值作差值計算后將偏差送給內(nèi)部 算之后得出擴散爐的各段爐絲電壓的通斷時間與比值，以此實現(xiàn)對參雜工藝不同的需求溫度時的 第 5 頁 共 42頁 控制。 加熱爐功率組件觸發(fā)部分通訊接口溫度控制器斷水報警進出舟氣路部分控制機I / O 接口恒溫槽A / 散爐的大致工作原理 第 6 頁 共 42頁 2 系統(tǒng)硬件電路設計 散爐控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 經(jīng)過總結(jié)經(jīng)驗與查找資料，發(fā)現(xiàn)若選用 4原理框圖如圖 2即滿足 了工程上對輸入通道數(shù)的需要，對輸出點數(shù)的需求也是能適用的，以此實現(xiàn)擴散爐對不同工藝階段的溫度曲線控制和調(diào)節(jié)工藝進程。時具備強大的編輯功能和豐富的指令集合，其靈活的 I/6點到 256點的多樣式組合。除此之外，三菱 是 實現(xiàn)控制器之間、控制器與計算機之間的互 聯(lián)，也可以通過網(wǎng)絡主站與從站模塊實現(xiàn)網(wǎng)絡控制等功能。 P L N 64 X 4 - 塊 - 塊組態(tài)王圖 2制系統(tǒng)原理框圖 礎 為可編程邏輯控制器，因其具備大部分的計算機功能從而被廣泛用于先進的工業(yè)生產(chǎn)控制中 [3]，其基本構(gòu)成包中含含央處理模塊、輸入 /輸出模組、儲存器模組、電源模塊及外部設備，它的電源線、控制線 、地址線和數(shù)據(jù)線連將控制主機的各個部分有機連接在一起，根據(jù)配備的不同外部設備（編程器、寫入器、打印機）可構(gòu)建成不同的 們是通過連接通訊部分實現(xiàn)與 以通過電腦軟件 第 7 頁 共 42頁 圖 2 中央處理器（ 一整套控制器中始終擔任指揮官的作用，系統(tǒng)程序作為它的驅(qū)動媒介，對現(xiàn)場輸入裝置傳遞過來的可識別的臨時數(shù)據(jù)按指定用戶程序的方式進行解析，并將所 得結(jié)果暫置于規(guī)定的寄存單元中，而后將數(shù)據(jù)以設定波形的信號形式對外部控件輸出控制信號，從而驅(qū)動相關的電路完成用戶所需的動作。 時承擔著醫(yī)生的責任，在每一個掃描周期中都對控制器內(nèi)部的電路進行檢查，及時提醒并修正程序的不規(guī)范語法。 存器中的用戶指令被逐條讀取，實時更新相關運行標志和輸出影響貯存器，經(jīng) I/O 接口循環(huán)送給輸出裝置。近年來，某些 遍采用多個 成冗余表決系統(tǒng)，以此應對 臨時故障情況，大大提高了 運行穩(wěn)定性。 I/O） 輸入 /輸出（ I/O）模組是 接和各類工業(yè)控制場信號的連接部分，起著 輸入 /輸出控制對象之間的信息傳遞。為了識別各類信號， 有不同的輸入輸出 接口，主要分為開關量輸入 /輸出、模擬的輸入 /輸出。輸入接口用來接收生產(chǎn)過程的各種各樣參數(shù)并存入出入數(shù)據(jù)暫存器中，經(jīng)過運行程序的計算后將控制信息刷新輸出到輸出數(shù)據(jù)暫存器，最后通過輸出接口將控制信號輸出到外部執(zhí)行機構(gòu)，以此完成工業(yè)現(xiàn)場的各類控制。我們還需要根據(jù)負載的特性的不同來選擇合適的輸出模塊。對此，廠家設計了多種可編程控制器的接口單元（如表 2保證接 口的抗干擾能力和對工業(yè)現(xiàn)場的實用性： 第 8 頁 共 42頁 表 2接口 作 用 開關量輸入接口 將現(xiàn)場的開關信號變成可編程控制器內(nèi)部處理的標準信號 [4]，，輸入接口中都有濾波電路（起抗干擾作用）和耦合隔離電路（有抗干擾及產(chǎn)生標準信號的作用）。 開關量輸出接口 將可編程控制器內(nèi)部標準信號和現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)所能識別的開關量信號進行轉(zhuǎn)換，有繼電器型、晶體管型和可控硅型，每個類型都須接有光電耦合電路。 模擬量輸入接口 將 現(xiàn)場連續(xù)變化的模擬量標準信號轉(zhuǎn)換為適合可編程控制器內(nèi)部處理的二進制數(shù)字信號，模擬量信號輸入后通常需要經(jīng)過運算放大器放大后再進行 A/電路末尾經(jīng)光電耦合輸出對應位數(shù)的數(shù)字量信號。 模擬量輸出接口 將可編程控制器運算處理好的若干位數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換為對應的模擬量信號輸出，其通常的由光電隔離、數(shù)模轉(zhuǎn)換和信號驅(qū)動等結(jié)構(gòu)組成。 智能輸入輸出接口 供一些為適應復雜控制需要的智能控制單元使用，這類單元有單獨的 專門的處理能力。 儲存器是可編程控制器寄存系統(tǒng)程序單元，同時用戶 所編輯的程序及運行時計算出的臨時數(shù)據(jù)也被存儲到儲存器里面，儲存器通常被被歸類分為兩類型，第一是系統(tǒng)只讀儲存器（ 第二類是用戶隨機讀寫儲存器（ （ 1）系統(tǒng)只讀儲存器用于永久儲存 商所編輯好的系統(tǒng)程序，并固化在只讀儲存器 ，用戶不可以重新寫入，一般為掩膜只讀存儲器和可編程電改寫只讀存儲器 [5]，當電源掉電時數(shù)據(jù)不會丟失。 （ 2）用戶隨機讀寫儲存器按用途區(qū)分可以劃分為數(shù)據(jù)區(qū)和程序區(qū)。程序區(qū)用來存放 可供用戶任意改寫或增刪的用 據(jù)區(qū)的存儲空間一般較小，同時，各類數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)區(qū)存放的位置也有嚴格的劃分，一些根據(jù)需要而被命名的數(shù)據(jù)單元如輸入繼電器、計數(shù)器、時間繼電器等都各自有著獨立的地址編號。在該存儲器內(nèi)寫入或擦除都比較容易，一般用來存放用戶程序及系統(tǒng)運行時生成的臨時數(shù)據(jù)，所以掉電情況會使得數(shù)據(jù)丟失。 第 9 頁 共 42頁 源將交流電源變成直流電源作為個工作單元的開關電源。 電源裝置具有良好的調(diào)節(jié)措施，所以對外部電源的穩(wěn)定性要求不大，一般允許外部電源的波動范圍為額定電 壓值的﹢ 10％到 一些 源模塊還可以提供 24V（ 定電源給外部設備供電，以防止外部電源故障的情況下重要信息的損失，外部設備如表 2 表 2名稱 用途 編程器 具備專用編程或軟件編程的功能，同時還具有一定的調(diào)試及監(jiān)控功能，并能實現(xiàn)良好的人際交互 打印機 打印程序或制表 盒式磁帶機 用以記錄程序或信息 將程序?qū)懭氲接脩?高分辨率大屏幕彩色圖形監(jiān)控系統(tǒng) 顯示或監(jiān)視有關部分的運行狀態(tài) 作原理 可編程控制器的內(nèi)部實現(xiàn)過程 繼承了計算機的工作原理， 確定了工作任務并寫入編寫好的專用程序后，它就會循環(huán)掃描系統(tǒng)工作任務管理和執(zhí)行應用程序，這種方式稱為循環(huán)掃描工作方式。經(jīng)過輸入采樣階段，將輸入口的信息存放在輸入數(shù)據(jù)暫存區(qū)，供給執(zhí)行程序調(diào)用（程序執(zhí)行階段），最后將寄存在輸出暫存區(qū)的輸出信號送到輸出口并刷新（輸出處理階段）。 2 機后的系統(tǒng)內(nèi)部處理、一個掃描周期的處理過程和系統(tǒng)自診斷出錯處理的流程示意圖。 第 10 頁 共 42頁 圖 2序運行全過程示意圖 工作狀態(tài)無非是運行（ 態(tài)和停止（ 態(tài)，運行狀態(tài)指示燈亮時執(zhí)行應用程序；停止狀態(tài)指示燈亮時用于程序的編制與修改，或者是 兩種工作狀態(tài)可以通過 行 /停止”指令控制。由圖可知，在不同的運 行狀態(tài)下，掃描過程所需要完成的動作也是不完全一樣的。系統(tǒng)進入內(nèi)部處理后 每個掃描期間內(nèi)都會對程序的各類數(shù)據(jù)及運行狀態(tài)進行處理。輸入模塊的 波電路的濾波時間常數(shù)產(chǎn)生的濾波時間、輸出模塊的滯后時間和掃描與運行間 隔產(chǎn)生的滯后時間通常會以 存在 [6]，這時間稱為系統(tǒng)響應時間，對于那些對響應時間有要求的的控制系統(tǒng)，通常選擇掃描速率較大的 如使輸出與掃描周期脫離。 號采集及 展模塊 針對擴散爐對溫度控制高精度需求，因而對溫度檢測的傳感器靈敏度的要求也高。歸納一些實踐經(jīng)驗之后，我選用 S 型鉑銠熱電偶作為檢測精度偏差為 氏度之間的測溫傳感控件，其溫度測量范圍囊括了 擴散爐工藝溫度的上下限，高溫狀態(tài)下不易被空氣中的氧化物氧化。同時，在微觀視野下，它受熱時的勢壘極其穩(wěn)定，電特性良好。由資料得出鉑銠金屬比例為 9:1，其測溫范圍為 0至 1600攝氏度。在硬件電路中，熱電偶作為溫度傳感器監(jiān)控爐溫并將被測溫度信號轉(zhuǎn)換成電壓信號送至控制系統(tǒng)，經(jīng)過與系統(tǒng)設定的溫度對應電壓值對比，給出相應的控制信號以調(diào)節(jié)爐溫。同時，熱電偶的實際使用受環(huán)境溫度因素干擾明顯，可采用查表法、儀表零點調(diào)零法、冷端恒零度法、補償電 第 11 頁 共 42頁 橋法以及半導體 補償法消除部分影響，我們可以選擇補償電橋法，這種方法使用了不對稱 的電橋接法，熱電偶冷端因環(huán)境變化導致的誤差可通過電橋的電勢差來彌補。 設計上我們使用三組熱電阻模擬擴散爐的三個爐區(qū)溫度，通過熱電偶采集得到三組電流值并送至控制系統(tǒng)。 采用 變送器內(nèi)置大功率穩(wěn)壓芯片，它的線路板亦經(jīng)鍍錫加厚，使其抗干擾性能大大提升。在對溫度的測量實際量采集后并經(jīng)內(nèi)部芯片模擬化處理，輸出一個 4~20。 溫度變送器通?？勺鳛?列儀表的變送單元，其技術(shù)指標如表 2接線中其采用二接線傳送方式，即電源負極接線端也可作為信號的輸出端。 表 2輸出 4 ~20量精度 熱電阻：± S 溫度漂移 ± 冷端補償 0~50℃± 1℃ 調(diào)整方式 電位器 電源電壓 24V 10% 負載能力 0~500Ω 環(huán)境溫度 0℃ 環(huán)境濕度 第 23 頁 共 42頁 存入 [D ]，該位元件處于導通狀態(tài)；并將結(jié)果 2 存入 [D+1]，該位元件相對應置 1； 將結(jié)果 +2的位元件置 1。 （ 9）四則運算指令 指令格式如表 3 表 3則運算指令要點 功能號 助記符 名稱 程序步 0 【 D】 P】 7/13 1 【 D】 P】 7/13 2 【 D】 P】 7/13 3 【 D】 【 P】 7/13 以上四則運算都有三位操作數(shù)，且它們的內(nèi)部處理形式大同小異，即將前兩位操作數(shù)的代數(shù)值進行簡單的四則運算，運算后的結(jié)論值將存入第三位操作數(shù)指定的數(shù)據(jù)寄存器中，以供其他指令調(diào)用或直接驅(qū)動相應的位元件工作。 程序分析一： 圖 3示程序段功能為對 塊的初始化，由于系統(tǒng)所使用的溫度傳感器對熱電偶溫度的采集后經(jīng)處 理輸出的信號均為 4~20取 1”，即 馬在系統(tǒng)對采集溫度的測量值與設定值比較，若測量值達到溫度曲線設定值Ｄ 0，就開始對 ~20寫入平均采樣次數(shù)為 4。之后對采集到的三個爐區(qū)的溫度值進行浮點數(shù)轉(zhuǎn)換，將溫度顯示精確到小數(shù)點數(shù)位。 第 24 頁 共 42頁 圖 3程序分析二： 圖 3如圖 3段程序?qū)崿F(xiàn)的功能在組態(tài)中顯示上層爐區(qū)所測得的溫度值， 浮點數(shù)乘法指令，在這里將 存器中的數(shù)據(jù)乘以系數(shù) 2，并存入臨時寄存器2位浮點型除法指令調(diào)用，除法指令的被除數(shù)即數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化顯示的系數(shù)，在實際設計中無實際意義。在設計中由于采用的是熱電阻發(fā)熱模擬擴散爐的熱電偶工作，在實際溫度上無法達到擴散爐加熱時的溫度，則需要對所測數(shù)值進行簡單處理，并存于余兩爐區(qū)溫度測量與顯示的處理方法與之相似。 程序分析三： 圖 3該段程序采用區(qū)間比較指令控制繼電器Ｍ 21、Ｍ 22、Ｍ 23的狀態(tài)，并將區(qū)間的上下 第 25 頁 共 42頁 限設定值存入 最后一次存入的內(nèi)容為當前值。 程序分析四： 圖 3序分析四圖 第 26 頁 共 42頁 以上程序的內(nèi)容是設定一個周期為 4秒的脈沖序列和溫度曲線的某個加熱階段的目標溫度值，由傳感器傳回的數(shù)值與設定值之間的偏差經(jīng)與 系數(shù)關系進行處理得出 第一階段曲線的加熱過程中，若溫度超出目標值，系統(tǒng)則控制輸出脈沖的占比，適當停止加熱，則溫度會回落到目標值附近，從而減少超調(diào)量。同時，在比較傳感器傳回的當前溫度值與曲線加熱階段的目標值過程中，若溫度達到目標值，則 電器動作，在該階段的加熱 時長約為 200 秒。由于在分段式加熱中溫度保持的條件苛刻，容易出現(xiàn)實時曲線波動，為在組態(tài)界面中曲線的顯示比較直觀，我們借助指令“ 了一點靜態(tài)誤差補償，而指令“ 513 溫度達到目標值時，實時曲線顯示為一條水平的線段，這線段對應的時間不會很長，馬上轉(zhuǎn)入下一階段的加熱。 機交互界面的設計 —— 組態(tài)王 組態(tài)王基本介紹 本次設計中，我們采用基于組態(tài)王的人機交互界面與可編程控制器共同完成顯示與控制。組態(tài)王作為工業(yè)生產(chǎn)中廣 泛用于監(jiān)控的軟件，得益于它的軟件適用性突出、開發(fā)功能先進、提供最優(yōu)化管理等優(yōu)勢，極大的與用戶需求相貼切，軟件中的聯(lián)機幫助也能為初學者使用組態(tài)王創(chuàng)建工程提供極大幫助。組態(tài)王可以將生產(chǎn)現(xiàn)場的各類數(shù)據(jù)與信息整合到軟件的動態(tài)界面中，通過調(diào)用指令和數(shù)據(jù)庫信息將生產(chǎn)過程可視化地顯示在軟件界面，集過程控制、現(xiàn)場操作以及生產(chǎn)資源管理于一身，在提高工業(yè)生產(chǎn)效率和節(jié)約成本與材料消耗的同時，也提高了生產(chǎn)質(zhì)量。同時，生產(chǎn)線上系統(tǒng)運行的可靠性往往是用戶所重視的，而組態(tài)王則提供完善的報警檢測和數(shù)據(jù)記錄，用戶就可以在簡單明了的電腦桌面前 設置報警條件和查閱各類報警、動作及工作站的動態(tài)。 創(chuàng)建一個新組態(tài)工程時，通常需要根據(jù)圖 3用串行通信與可編程控制器進行實時數(shù)據(jù)通信，所以，選擇與實際 I/O 設備 及定義相關變量的正確與否十分重要：可以查看電腦設備向?qū)Р榭磳B接口，同時串口的通信參數(shù)需與實際設備一致；在數(shù)據(jù)詞典中變量的設置需得當，每個全局變量需要與實際設備的寄存器對應，其屬性及報警與記錄也要設置合理，還可根據(jù)需要設置實時記錄曲線和歷史曲線，適當?shù)募尤氚粹o會使得界面更加明細與系統(tǒng)化。 第 27 頁 共 42頁 開始建立新工程定義外部設備定義變量畫面制作編譯運行與調(diào)試成功 ？結(jié)束是否圖 3態(tài)王監(jiān)控設計步驟 組態(tài)王環(huán)境中繪圖開發(fā)所用到的圖形元素的多樣化能滿足用戶的各類需求，同時也能起到美化界面的作用。用戶將所用到的靜態(tài)圖像放置在合適的位置并有機整合之后，便可通過連接表達式或者命令語言建立與實時數(shù)據(jù)庫的屬性連接。設計組態(tài)的監(jiān)控界面如圖 3 圖 3設計的組態(tài)監(jiān)控界面 第 28 頁 共 42頁 在組態(tài)中，我們定義了許多不同的變量以供使用，而這些變量有些比較關鍵，則需要我們添加必要的報警信息。組態(tài)王的定義報警的步驟如圖，在定義報警信息時，我 們可以根據(jù)某些變量達到或超過某個值時設定超限報警，也可以其在某長時間內(nèi)變化的多少設定為變化率報警，此外還有偏差報警等。在報警組的根組可以修改報警組的配置，并可劃分多個分支。之后對數(shù)據(jù)詞典中的事件進行報警定義并綁定報警組名，同時設置預期的“低低”至“高高”之間的報警界限值。設置完畢后，可創(chuàng)建新的報警畫面，并修改相關屬性。當系統(tǒng)運行時當前值達到報警值時則會彈出報警窗口和顯示相關報警信息，若要記錄所有報警信息時，我們將開發(fā)環(huán)境中的“歷史報警”選上，便可顯示歷史報警信息了。為方便監(jiān)控組態(tài)的主畫面，我們可以對報警設定 加以修改，并在報警命令語言中寫入報警程序：“ \本站點 \$新報警 )； 報警監(jiān)控畫面 ")； \\本站點\$新報警 =0”，程序需要設置自動歸零命令，這樣每當有報警產(chǎn)生時則會彈出報警，如圖 3示。組態(tài)王為方便將報警信息保存和打印，其配置也十分完善，可根據(jù)我們的習慣將報警記錄提取出來并存為多種文件類型的報警數(shù)據(jù)庫。 圖 3史報警窗口 在組態(tài)王的工作畫面中可以建立曲線窗口，用以記錄一系列相關信息。組態(tài)王的工具與控件可以直接選定并拉鋸出一個框口用來顯示實 時曲線或歷史記錄曲線，在實時曲線的定義中，首先新建畫面，最多可以定義顯示四條不同顏色或線型的實時趨勢曲線，這時我們可添加文字加以備注區(qū)分各種，需要注意的有兩點，一是變量為 I/ 第 29 頁 共 42頁 若組態(tài)王與硬件通訊失敗，則控制方式為無效數(shù)據(jù)顯示；二是在標示中對百分比或?qū)嶋H值的數(shù)據(jù)格式的選則，合適地定義數(shù)據(jù)的范圍能使得曲線不會在表格中出現(xiàn)缺失情況。在定義歷史趨勢曲線之前，需要在數(shù)據(jù)詞典中對數(shù)據(jù)變量的定義窗口中“記錄和安全區(qū)”將記錄的選項勾上，否者我們的歷史曲線或者報表則無法從這些變量中得到歷史數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，同時還需要對報 警歷史記錄進行相應的配置。在設定完畢后，在畫面工具箱中選擇通用控件選項并選用“歷史趨勢曲線”，再在畫面中拖拉出一個窗口，便可在控件窗口添加需要的變量曲線。歷史曲線支持對離散型變量、整型數(shù)據(jù)以及實型數(shù)據(jù)的記錄，但對字符型的變量則無法記錄 [14]。曲線的監(jiān)控在生產(chǎn)過程中十分重要，每條曲線都能實實時反應現(xiàn)場的情況并為用戶對未知的隨機狀況做出大致判斷提供有力的數(shù)據(jù)支持。圖3 圖 3藝曲線定義圖 組態(tài)王將在采用標準通信協(xié)議的前提下通過外部輸入輸出的驅(qū)動程序與可編程控制器或其他設備進行數(shù)據(jù)交換與傳輸，且一開始就需要在組態(tài)王的工程瀏覽器樹狀目錄欄的“設備”中定義正確的外部設備，為避免通信失敗應連接正確的串口，選擇使用的通信方式，即在外部數(shù)據(jù)經(jīng) I/ 避免通訊中斷后不能恢復的情況，通訊參數(shù)中波特率的設置值應在 19200范圍內(nèi)，如圖 3時， I/通 信出現(xiàn)錯誤的時候，它需要用比平常多的時間來識別，這樣就對整個系統(tǒng)的通訊周期，所以再出現(xiàn)故障時應減少識別周 期來提高整個系統(tǒng)的通訊效率，在通訊問題處理后再將周期值提到原來的 第 30 頁 共 42頁 數(shù)值 [15]。 圖 3訊串口設置圖 第 31 頁 共 42頁 4 系統(tǒng)安裝與調(diào)試 線說明 圖 4圖 4散爐智能控制系統(tǒng)示意圖 由于有了上位機作為操作區(qū)，可以在上位機上直接操作即可，因此在此就不需要 在輸入端口做外圍接線了，這樣可以節(jié)省很多外圍空間，使得系統(tǒng)變得更加緊湊，方便調(diào)試，也提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而作為控制溫度部分， 第 32 頁 共 42頁 根據(jù)課題的要求，需要用到三路輸出端口，來控制擴散爐的上、中、下三個分區(qū)的溫度，因此可以選擇 為輸出連接。由于 輸出端允許通過的電流最大值為2A，為了保護 們選擇用固態(tài)繼電器做為強弱電隔離的方式。即固態(tài)繼電器輸入端直接由 供的 24V 電源驅(qū)動，輸出端由 220V 交流電經(jīng)過變壓器降壓后連接到加熱電阻兩端。為了模擬控制擴 散爐上、中、下三個分區(qū)的溫度，我們選擇了100了更加準確的檢測控制加熱的溫度，我們用了溫度變送器 形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，根據(jù)商家提供的接線數(shù)據(jù)對感溫線完成了接線。由于變送器輸出的是電流信號，因此要接到 塊的電流輸入端，并且根據(jù) 4料，同時也要連接 V+，接著就是對擴散爐內(nèi)部的壓力進行檢測，根據(jù)課題要求，這一部分只需作為一個檢測即可，重要的是實現(xiàn)溫度控制，而由于量以及采集功能有限，我們只選擇了一路壓力測量，其他兩路也是一個原理，最后就 是對系統(tǒng)進行調(diào)試的工作了。 由于第一次使用溫度變送器，第一次接線的時候剛好把 是沒有損壞變送器，只是測量不出數(shù)據(jù)，后來經(jīng)過查找商家提供的接線資料，終于找到正確接線方法，測量的結(jié)果也有了數(shù)據(jù)。 剩下的就是壓力測量了，同樣的，也是通過商家給出的接線數(shù)據(jù)，對接線以及測量方法有了初步了解，但是有一個小問題就是，這個壓力傳感器需要的電壓是 0供的只有 24V，這里提別注意要做一個電壓轉(zhuǎn)換，我們選擇 為電壓轉(zhuǎn)換，其電路圖如圖 4。然后就可以將壓力傳感器的輸 出信號接到 道，就可以完成對壓力的數(shù)據(jù)采集工作了。 圖 4力檢測電壓轉(zhuǎn)換電路 試步驟： 1、 首先檢查強弱電之間是完全隔離的，沒有出現(xiàn)短路獲知開路的情況，確保三個加熱電阻，以及連接它們的三個固態(tài)繼電器是處于并聯(lián)的狀態(tài)。 2、 其次是檢查 別確定電流檢測、電壓檢測的接線方式是正確的，才能通電調(diào)試。 3、 確定控制方式，由于這里使用的 作的頻率低，因此不能使用教材上的 制模式，經(jīng)過于多位同學的商量，最終選擇常用的 制方式。 第 33 頁 共 42頁 4、 首 先使用比例控制的方式，由經(jīng)驗算法初步確定比例系數(shù)的大小，經(jīng)過多次的調(diào)試，最終選擇一個響應速度快，超調(diào)較小的比例系數(shù)。 5、 一開始選擇 制方式，但是選擇這個控制的方式在調(diào)試過程很難控制各個系數(shù)，最終選擇純比例控制，但是比例控制存在靜態(tài)誤差，所以加了一點小小的補償，這種方式相對簡單許多，控制也在要求的范圍之內(nèi)。 6、 壓力測量就比較簡單，只作為測量并記錄數(shù)據(jù)，最終在組態(tài)王上顯示就可以了。 第 34 頁 共 42頁 5 結(jié)論 傳統(tǒng)的擴散爐控制系統(tǒng)的溫度及工藝控制由人工通過實時調(diào)節(jié)各種控制儀 表實現(xiàn)，這在控制中需要大量的人為動作，準確性難以保證。在本設計中以可編程控制器為系統(tǒng)控制的核心對擴散爐進行控制，能基本滿足系統(tǒng)控制精度要求，同時設置了多條工藝溫度曲線，大致實現(xiàn)了控制的預期效果。在硬件的模擬設計中，通過傳感器采集信號并處理，傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。在軟件的應用中，采用 使用組態(tài)王作為人機交互的界面，為用戶提供了良好的控制與顯示的界面。在運行調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)并解決了一些存在問題，提高了系統(tǒng)的可靠性。 通過多個月的努力，已大致實現(xiàn)設計需求，深入接觸了可編程控 制器的相關知識，學會了 過程使我受益匪淺。 第 35 頁 共 42頁 謝 辭 時間總是在像那過隙白駒，將我們的青春烙上曾經(jīng)來過的印記，任它齒月年輪，或歲月靜好，我們的汗水早已將這倒影般的大學光景裝點得琳瑯滿目，我們無悔走過這看似漫長卻又匆匆的四年秋冬。當畢業(yè)季如期而至，高老師孜孜不倦的身影也頻繁出現(xiàn)在我們眼前。從畢設題目的選題，整理開題報告，指導設計方案，借用設計材料甚至在最后完成說明論文的環(huán)節(jié)中，老師都給了我極大地幫助，及時指出我存在的問 題，并耐心的為我分析解決方案，讓我在迷茫中逐步找到完成任務的契機。老師認真負責的工作態(tài)度和扎實的理論水平都使我受益匪淺，在此我致以高老師最誠摯的敬意。 完成一個畢業(yè)設計不是一觸而就花一兩天就能完成的事，剛接到畢設題目時，自身的所學過理論知識還不足以支撐我制定完善的設計方案。除了老師的耐心幫助之外，與自己朝夕相處四年之久的同窗好友也給了我極大的幫助，是他們教會我一些設計方案中的細節(jié)，督促我時刻努力，不輕言放棄。在平時的生活點滴中，他們積極樂觀的態(tài)度感染著我，他們的大度與無私包容著我，我們互相學習，共同進步，在 此我要感謝他們贈與我這幸福的大好時光，也祝福他們在未來的人生道路中一帆風順，再接再厲。 最后，我要對我們的母校致以最崇高的敬意，正是她為我提高了這么一個優(yōu)秀的學習與就業(yè)平臺，為我們營造了這么良好的學習氛圍，為我們打造了這么美麗的生活環(huán)境，為我們以后勇闖人生道路奠定了堅實的基礎。 第 36 頁 共 42頁 參考文獻 [1] 崔東 D]濟大學， 2003 [2] 孫尚明 M]京交通大學， 1999 [3] 王峰 J]2008（ 4）， 77 [4] 梁志文 J]010(8)， 46 [5] 劉文娟 D]津大學， 2013 [6] 唐林 J]2004（ 1），118 [7] H， ， ]2005