Автоматизація процесів вирощування штучних кристалів

Автоматизація установок вирощування лейкосапфіра

В системах автоматизованого управління (АСУ) установок вирощування монокристалів (УВМ) лейкосапфіра методом Киропулуса, які розроблені і виготовлені фахівцями ІННОВІННПРОМ автоматизовані всі етапи технологічного процесу вирощування монокристалів, за винятком етапу затравки кристала, для виконання котрого необхідні величезні досвід і практичні навички технологів. Перехід з етапу на етап проводиться автоматично. Реалізована мажливість управління ростом кристалу як по напрузі так і по потужності, розроблені алгоритми управління ростом по приросту маси кристала.

З метою недопущення зриву процесу вирощування кристала і руйнування обладнання забезпечені багаторівневе резервування систем і всебічний контроль виконавчих пристроїв.

Окрім стандартних функцій, що пропонуються на ринку АСУ УВК реалізовано такі інновації:

  • реалізована можливість підключення практично необмеженої кількості цифрових термометрів, що надає можливість точного контролю температурних параметрів теплового вузла і електросилового обладнання
  • реалізована можливість віддаленого контролю за роботою програмного забезпечення всіх рівнів, а також його корекції відповідно до вимог технологічного процесу, віддаленого оновлення програмного забезпечення
  • реалізована можливість «гарячого» переходу на управління з резервного ПК
  • розроблена підсистема дистанційного проведення затравки за даними відеокамер за допомогою мережевого програмного забезпечення управління обладнанням
  • надається набір даних, достатній для реалізації управління вирощуванням кристала по масі

 

Функції АСУ:

  • вимірювання і реєстрація значень енергетичних параметрів нагрівача
  • прецизійна підтримка напруги і потужності на нагрівачі вакуумної камери
  • управління вакуумним обладнанням, вимір і реєстрація значень вакууму
  • управління витягуванням монокристала і реєстрація величини переміщення
  • вимір і реєстрація значень ваги монокристалла
  • вимір і реєстрація значень температури і протоку в контурах системи охолодження
  • автоматичне ведення процесу вирощування монокристалів
  • забезпечення блокувань аварійних ситуацій, сигналізація в разі їх виникнення
  • формування графіків і звітів про стан обладнання та інформації загального характеру, таких як максимальне та мінімальне значення параметрів, динаміка змін, працездатність систем
  • розмежування прав доступу до технологічних налаштувань і захист даних від несанкціонованого доступу
 

 

Конструктивне виконання АСУ УВМ

Конструктивно АСУ УВМ виконуєтьсяв єдиній промисловій шафі, в якій розміщені:

  • промисловий панельний комп'ютер
  • промисловий логічний контролер
  • пристрої вводу та виводу дискретних і аналогових сигналів управління обладнанням УВМ
  • вимірювач і регулятор параметрів мережі
  • драйвери крокових двигунів
  • місцева панель ручного управління
  • схема резервної релейної автоматики
  • пристрій аварійної сигналізації

 

Основні принципи побудови АСУ:

  • використання комплектуючих провідних виробників електронного обладнання
  • забезпечення максимальної точності вимірювання та підтримки енергетичних параметрів нагрівача
  • багаторівневий контроль параметрів обладнання УВМ;
  • використання мінімальної кількості компонентів;
  • гальванічна розв'язка компонентів схеми по живленню і гінтерфейсам;
  • використання сучасного ПЛК з потужним процесором, багаторівневим захистом, лічильником реального часу, швидкісними входами і виходами;
  • наявність схеми релейного автоматики забезпечення блокувань і сигналізації аварійних ситуацій;
  • можливість аварійного перемикання на управління з резервного ПК.

 

Процес вирощування монокристалів лейкосапфіра є тривалим і, в залежності від маси кристала, може тривати більше десяти діб. В ході процесу необхідно забезпечити прецизійні дотримання енергетичних параметрів, вимірювання маси, розрахунку і дотримання швидкості витягування кристала, а також адекватну реакцію Системи на аварійні ситуації, такі як обрив і коротке замикання елементів нагрівача, тимчасове відімкнення напруги живлення, перебої в водопостачанні системи охолодження. Тому, з метою недопущення зриву технологічного процесу вирощування кристала і руйнування теплового вузла реалізована багаторівнева відмовостійка архітектура АСУ УВМ, яка включає в себе наступні програмно-апаратні рівні:

1. Рівень вимірювачів-регуляторів

Включає в себе спеціалізовані контролери вимірювання енергетичних параметрів (ІП-3, ІП-4), температури (ТКУ-6М) і маси, регулятори енергетичних параметрів, які забезпечують безперервне прецизійне вимірювання та регулювання згідно заданого завдання

2. Рівень резервної релейної автоматики

Включає в себе технологічні і аварійні реле, автомати захисту двигунів, реле часу, кнопки і призначений для неавтоматичного керування системою при випробуваннях, тестуванні, калібруванні та утримання системи в працездатному в разі виникнення помилок управління, непердбачуваних ситуацій

3. Рівень програмованого логічного контролера (ПЛК)

Включає в себе безпосередньо ПЛК і модулі вводу/виводу даних контролю і  управління вакуумним обладнанням та призначений для ведення автоматичного ростового процесу.

4. Рівень промислового комп'ютера (ПК)

Включає в себе ПК, монітор і мережеве обладнання та призначений для візуалізації ходу технологічного процесу, обробки та архівування даних.

 

Програмне забезпечення АСУ УВК

В якості програмного забезпечення управління (ПЗ) технологічним процесом реалізована SCADA-система на платформі ОС GNU/Linux.

ПЗ має багатовіконний інтерфейс та забезпечує персонал повною інформацією про хід технологічного процесу і стан пристроїв, зручне управління процесом, розмежування прав доступу, формує всі необхідні звіти і графіки, надає інструментарій для перегляду та аналізу даних.

ПЗ забезпечує можливість управління рецептами технологічних процесів, в т.ч. завантаження рецептів з бази даних, коригування і збереження поточних.

Функції прогамного забезпечення ПЛК:

  • введення аналогових сигналів датчиків і первинних перетворювачів технологічних параметрів
  • введення дискретних сигналів датчиків-реле і датчиків станом основного обладнання
  • нормалізація і фільтрація значень аналогових сигналів
  • математична обробка нормалізованих значень сигналів
  • контроль значень розрахованих параметрів і показань на технологічні аварійні допуски
  • ПІД-регулювання технологічних параметрів
  • управління регулюючою та запірною арматурою
  • формування керуючих управляючих впливів
  • вивід управляючих впливів на виконавчі механізми;
  • контроль відпрацювання управляючих впливів виконавчими механізмами
  • формування даних для диспетчерського контролю
  • внутрішньосистемний обмін і резервування даних

 

Функції прогамного забезпечення ПК:

  • візуалізація параметрів технологічного процесу
  • завдання параметрів управління технологічним процесом
  • формування діагностичних, попереджувальних і аварійних повідомлень
  • протоколювання і архівація інформації про стан обладнання та хід технологічного процесу
  • генерація і візуалізація звітних форм
  • формування інформації для віддалених операторів і користувачів (в т.ч. по мережі Інтернет)
  • аварійний перехід на управління з резервного робочого місця
  • захист даних від несанкціонованого доступу на рівні розмежування користувачів

 

Реалізовані проекти АСУ УВК

АСУ УВК PromCrystal-S2 пройшла промислові випробування на промислових потужностях ДП Кристал, (м.Дрогобич Львіської обл., Україна) де було вирощено 18 кристалів вагою 30 кг кожен. АСУ УВК відрізнялась від аналогів сучасним ПЗ, яке забезпечує автоматизацію всіх етапів росту, за винятком етапу затравки кристала.

АСУ УВК Delta-K пройшла випробування на промислових потужностях ТОВ Квадрат-Д (м.Київ) і була експортована до м.Шеньчжень (КНР). В АСУ УВК застосовані нові апаратні і програмні рішення для підвищення рівня автоматизації ростового процесу та процесів обслуговування. Для контролю енергетичних параметрів УВК було розроблено вимірювач параметрів ІП-3М, для багатозонного контролю температури в контурах системи охолодження розроблено універсальний технологічний контролер ТКУ-6М.

АСУ УВК Omega M300, Omega DM300 і Omega PG350 розроблені у тісній співпраці з фахівцями Центрального КБ машинобудування "Донець", (м.Луганськ, Україна), пройшли випробування на заводських потужностях ТОВ Природа (м.Луганськ, Україна). УВК Omega M300 була поставлена до Науково-технологічного комплексу «Інститут монокристалів» НАН України (м.Харків, Україна). УВК Omega PG350 була експортована до м.Гуангжоу (КНР), УВК Omega DM300 викрадена до Росії в ході окупації частини території України.
УВК Omega DM300 і Omega PG350 характеризуються застосуванням в якості джерела розігріву тигля потужного силовго інвертора, для контролю енергетичних параметрів котрого було розроблено вимірювач параметрів ІП-4.

 

!!! УВАГА !!!

у зв'язку з подіями, які відбулися на сході, України компанія ІННОВІННПРОМ втратила надійного високваліфікованого партнера з виробництва ростових установок - ТОВ "Природа" (м.Луганськ). Але ми маємо неоціненний досвід і знання технології вирощування монокристалів лейкосапфіра і готові до подальшої співпраці в галузі. Шукаємо нових технологічних та фінансових партнерів.

Залишити заявку
Напишіть нам
Замовте послугу зараз!