扩散炉智能控制系统的设计和应用
光伏扩散炉真空系统工作原理
光伏扩散炉真空系统工作原理光伏扩散炉是太阳能光伏电池制造中的重要设备，其真空系统起着至关重要的作用。
本文将重点介绍光伏扩散炉真空系统的工作原理。
一、真空系统的作用光伏扩散炉真空系统的主要作用是在光伏电池制造过程中，通过建立良好的真空环境，减少气体分子的碰撞和扩散，以降低反应物与杂质的相互作用，从而提高电池的性能和质量。
二、真空系统的组成光伏扩散炉真空系统主要由真空室、真空泵、真空计和控制系统等组成。
真空室是容纳扩散反应的空间，通常由不锈钢等材料制成，并通过密封结构确保真空度。
真空泵负责抽取真空室中的气体，常见的有机械泵、分子泵和扩散泵等。
真空计用于测量真空度，常见的有热阴极离子计、热阴极电子计和扩散计等。
控制系统则用于监测和控制真空度的稳定性和精度。
三、真空系统的工作原理光伏扩散炉真空系统的工作原理主要包括抽气过程和保持真空过程两个阶段。
1. 抽气过程在抽气过程中，真空泵会启动并通过管道将真空室内的气体抽出。
首先是机械泵的工作，它通过叶片的旋转产生机械力，将气体推入泵体，并排出。
当气体的压力降低到一定程度时，分子泵开始工作，它通过高速旋转的转子将气体分子击打到壁面，使其停止运动并凝聚成固体。
最后是扩散泵的工作，它通过喷嘴和喷嘴间隙的形状和大小差异，使气体分子在喷嘴间隙中扩散，从而实现抽气的目的。
2. 保持真空过程在抽气过程结束后，真空泵会停止工作，真空室内的气体压力会逐渐回升。
为了保持真空度，需要使用吸附剂吸附残余气体，如活性炭、分子筛等。
此外，还可以加热真空室以提高气体分子的扩散速率，加快气体的排除。
四、真空系统的优化措施为了提高光伏扩散炉真空系统的工作效率和稳定性，可以采取以下优化措施：1. 选择合适的真空泵：根据工艺要求和真空度要求，选择合适的真空泵，如机械泵和分子泵的组合使用，以提高抽气速度和真空度。
2. 优化真空室结构：合理设计真空室的内部结构，减少死角，提高气体的扩散速率和排除效率。
扩散炉原理
扩散炉原理
扩散炉是一种重要的核反应堆，它利用核裂变产生的中子来维持链式反应，从
而产生热能。
扩散炉原理主要涉及中子的产生、中子的传输与中子的吸收三个方面。
首先，让我们来了解中子的产生。
中子是一种无电荷的粒子，它可以通过核裂
变或核衰变的方式产生。
在扩散炉中，通常采用铀-235或钚-239等核燃料作为裂
变材料，当这些核燃料受到中子轰击时，会发生核裂变反应，释放出大量的中子。
这些中子将成为维持链式反应的“火种”。
接下来，让我们来看中子的传输。
中子在核反应堆中的传输过程中，会与反应
堆结构材料发生碰撞，从而失去能量。
为了提高中子的传输效率，通常会在反应堆中填充一些中子减速剂，如重水、轻水或石墨等，通过与中子的碰撞来减慢中子的速度，从而增加中子与核燃料发生裂变反应的几率。
最后，让我们来探讨中子的吸收。
在扩散炉中，中子与核燃料发生裂变反应后，会释放出大量的能量，同时产生新的中子。
除此之外，部分中子也会被反应产物或其他核素吸收，从而减少中子的数量，控制核反应的速率。
这种吸收作用是扩散炉实现稳定运行的重要机制。
总的来说，扩散炉的原理涉及中子的产生、传输和吸收三个方面。
通过合理设
计反应堆结构和控制中子的数量，可以实现扩散炉的稳定运行，并产生大量的热能。
这种热能可以用于发电、供暖等多种领域，对人类社会的发展具有重要意义。
工业炉的智能管理系统及其应用
工业炉的智能管理系统及其应用随着科技的不断进步，工业炉的智能管理系统也得到了越来越广泛的应用。
目前，许多工业企业已经使用智能炉管理系统进行炉料的温控和生产数据的统计和分析。
那么，接下来就让我们一起深入了解一下工业炉的智能管理系统及其应用。
一、智能炉管理系统的基本构成智能炉管理系统是由硬件和软件组成的，硬件部分主要包括温度控制器、炉前电子秤、快速门、气流控制阀、安全保护装置等；软件部分包括远程监控服务器、数据分析处理服务器、移动端控制端等。
1、温度控制器温度控制器是智能炉管理系统中非常重要的一部分，它通过对温度的精确控制，来保障生产过程的稳定和产品质量的稳定性。
温度控制器一般由PID控制器、人机界面、I/O模块等组成，它可以实现对炉内温度、进气温度、燃烧温度等参数的在线监测，并进行自主控制。
2、炉前电子秤炉前电子秤作为智能炉管理系统中的核心装置之一，可以精准测量炉内物料的重量，并将数据传输至控制中心，以便生产人员对物料的消耗和投料进行实时监测和控制，从而达到高效生产的目的。
3、快速门快速门是智能炉管理系统中提高生产效率的重要装置，它可以快速打开和关闭，确保物料的快速进出炉，进一步提高生产效率。
4、气流控制阀气流控制阀是智能炉管理系统中控制气流量的重要设备，它可以对炉内气流量进行精确调控，确保炉内的温度和质量的稳定性。
5、安全保护装置安全保护装置是智能炉管理系统中至关重要的部分，它可以监测炉内的温度和压力等参数，一旦出现异常情况，会立即自动切断燃气供应，避免发生火灾等危险事故。
二、智能炉管理系统的主要应用目前，智能炉管理系统已经得到广泛的运用，主要应用于以下几个方面。
1、温控管理智能炉管理系统可以实时监测炉内温度变化，精准控制炉内温度，从而保证生产过程的稳定性和产品质量的一致性。
2、数据分析处理智能炉管理系统可以实时收集并分析炉内温度、压力、气流量等数据，通过数据分析处理，帮助企业快速了解生产过程中发生的问题，并采取相应的措施进行改进和优化。
扩散炉工作原理
POCl3液态源磷扩散系统示意图
• 用保护性气体，通过恒温的液态源瓶（鼓 泡或吹过表面），把杂质源蒸汽带入高温 扩散炉中，经高温热分解同硅片表面反应， 还原出杂质原子，并向硅片内扩散。
• 电控柜的前面板相应层，各安装一台触摸 液晶显示器和各管独立的控制按钮。
电 气 控 制 部 分
控 制 柜
推舟净化部分
加热炉体部分
气 源 控 制 部 分
气 源 控 制 部 分
扩散炉软件界面图
谢谢大家！
扩散炉主要性能参数
• 炉膛有效内径： Ф320mm • 温度控制范围： 600～1100℃ • 恒温区长度及精度：
≤±0.5℃/1080mm （801～1100℃） ≤±1.0℃/1080mm （400～800℃） • 单点温度稳定性： ≤±1℃/4h （880℃时） • 升降温速率可控范围：
爬升率: 15℃/min (最大) 下降率: 5℃/ min (最大)
扩散炉主要性能参数（续）
• 具有超温、断偶、短路报警和保护功能。 • 具有自动斜率升降温及恒温功能。 • 送片方式：
采用SiC桨悬臂自动送片机构，舟速20～ 500mm/min连续可调；
定位精度:≤±2mm，SiC桨最大载片承 重:16Kg,建议不超过14Kg。 • 炉门当悬臂完全进入炉管，达到极限位置的时候 会自动关闭。 • 工艺过程由工控计算机全自动控制，直接在触摸 屏上操作。
扩散炉简介
CUC 扩散炉简介Fra bibliotek• • • •
扩扩扩扩
扩散炉工作原理
扩散炉工作原理
扩散炉是一种用于制备半导体器件的设备，其工作原理主要包括以下几个步骤：
1. 清洗：首先，需要将待处理的硅片（半导体基片）经过清洗，以去除表面的杂质和污染物。
2. 热处理：清洗后的硅片被放入扩散炉内，在高温下进行热处理。
通常，使用的气氛是氮气或氧气，温度可达到数百度。
3. 扩散：在热处理的过程中，经过扩散源产生的待扩散物质，如磷、硼、砷等，会在气氛中通过气相扩散的方式渗入到硅片表面。
4. 形成PN结：扩散结束后，待扩散物质会与硅片内部的杂质
相互作用，形成PN结。
这个结构是半导体器件中的基本单元，用于制备晶体管、二极管等。
5. 退火：最后，硅片经过扩散后，需要进行退火处理。
通过加热硅片，并持续加热一段时间来消除应力、改善晶片结晶性能，提高设备的性能和效果。
扩散炉的工作原理可以帮助实现对材料中杂质的控制和改变，以制备出特定性能和结构的半导体器件。
扩散炉体工作原理
扩散炉体工作原理
扩散炉是一种用于在半导体工艺中进行扩散过程的设备。
它通过控制温度和浓度梯度，使材料中的杂质扩散到所需深度，从而改变材料的电学性质。
扩散炉的工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 温度控制：首先，扩散炉通过加热器将炉体内的温度提高到所需的操作温度。
扩散过程通常需要高温，因为高温有利于杂质在晶格中的扩散。
2. 杂质供应：在扩散炉的某个位置，通常是在炉底的特定区域，添加杂质源。
杂质源可以是液体、气体或固体态的物质，根据材料的不同选取不同的杂质源。
杂质源中的杂质会在高温下挥发或溶解，并通过炉体内的气流传递到待处理的材料表面。
3. 扩散过程：一旦杂质被供应到待处理材料的表面，扩散过程将开始。
在高温下，杂质原子会从高浓度（杂质源）向低浓度（待处理材料）的区域扩散。
扩散的速度取决于杂质和材料的性质，以及温度和时间等因素。
4. 控制参数：在整个扩散过程中，控制温度是非常重要的。
温度的控制可以通过炉体内的加热器和传感器来实现。
此外，炉体内的气氛也需要控制，以保持适当的氧化还原性。
这些参数的控制是为了确保扩散过程的准确性和一致性。
通过控制温度、时间和杂质浓度等参数，扩散炉可以实现不同
类型的扩散过程，如掺杂-扩散（Doping-Diffusion）、氧化、
化学气相沉积等。
扩散炉在半导体器件制造中起着重要的作用，可用于制备各种器件，如晶体管、太阳能电池和传感器等。
Centrotherm扩散炉系统简介
1
CONTENT
1、设备基本构成 、 2、炉体部分 、 3、Load station 、 4、Gas cabinate 、 5、控制及监控系统 、
基本构成—centrotherm 基本构成
Centrotherm扩散炉机台主体由装载系统，TGA，炉体部分和气源柜四部 分组成。其各部分功能如下： 1.装载系统：用于将上料台上的石英舟及未扩散硅片送入炉内，以及将 扩散完成的硅片传送到上料台。 2.TGA（Toxic Gas Exhaust）：用于驱动炉门，吸收在进舟和出舟过程 中可能泄漏出来的有毒气体。 3. 3.炉体部分：机台的核心 部分，由五个炉体及相关的电 源系统和控制系统组成。 4.气源柜：用于提供扩散 工艺过程所需的各种工艺气体， 以及将扩散过程中产生的尾气 通过酸排风系统排出。
内部情况
外部情况
气体控制区
MFC
气动阀
气体冷却水系统
酸排， 酸排，热排系统
气源柜上的 热排
气源柜上的 酸排
废液收集 瓶
控制及监控系统
centrotherm主要控制系统的组成和作用如下： centrotherm主要控制系统的组成和作用如下： 主要控制系统的组成和作用如下
1. CMI 计算机 每个机台一个，用于控制装卸系统并显示 CMS和CESAR电脑
Centrotherm桨 托
桨
控制桨高低位 的联动装置 控制桨高低 位的电机
2.桨的传送方式：centrotherm是利用固定在一侧的传送皮带带动桨托运动； 桨的传送方式： 桨的传送方式
Centrotherm的 传送皮带
皮带传 送电机
3.lift的运动方式：centrotherm的lift能实现上下和前后运动，石英舟的左右运动则是依 的运动方式： 的运动方式 靠下方的传送带实现；
扩散炉自动上下料系统安全性设计
ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ａ ｌ ｌ ｙ ． Ｔ ｈ ｉ ｓ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｈ ａ ｓ ｇ ｏ ｏ ｄ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｆｅ ｃ ｔ ，ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ｃ ｏ ｓ ｔ ｓ，ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｙ， ｔ ａ ｎ ｄ ｅ ｎ ｈ ａ ｎ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｃ ｕ ｒ ｉ ｙ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｓ ｓ ｕ ｉ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｆ ｏｒ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ — ｓ ｃ ａ ｌ ｅ ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｃ ｅ ｌ ｌ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ
行 的安全 性 。 中 国 电子 科技 集 团公 司第 四十八 研 究
所 为 适应 客 户 的 新 要 求研 制 了 一 套用 于扩 散 炉 的
自动 上下 料 系 统 。 这 套 系统 能很 好地 提 高扩 散 炉 的 自动 化程 度 ， 同 时也保 证 了设 备和 人 的安 全 。
性 能 和 生 产 效 率 尤 其 受 到广 大 光 伏 电池 生 产 厂 家 的关 注 ，现 在 电池 生 产 厂 家 要 求 提 高 扩 散 设 各 的
自动 化 程 度 ， 提高人取放舟的安全性 ， 同 时要 保 证 舟 在 放 取 的时 候 Ｓ ｉ Ｃ桨 和 舟 的 安全 性 ［ Ｊ 【 ２ １ 。 因此 ， 设 计 自动上 下 料 系 统 时必 须 考 虑系 统 运
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ ． ０ ６ ． １ ６
１ 系统 安 全 性 分 析
常， 编 码 器 却 不 能 反应 传 动 机 构 的 实 际 运 行情 况 ，
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扩散炉智能控制系统的设计和应用刘艳,张天开,于春风,罗贤东(青岛理工大学计算机工程学院,山东省青岛266033) 摘要:针对传统的扩散炉控制系统的温度控制精度、生产工艺控制能力等较低的现状,提出了一种以PL C 为核心的扩散炉智能控制系统。
该系统将模糊控制算法引入传统的扩散炉控制系统,利用模糊控制规则自适应地在线对量化因子进行修改。
应用结果表明:该系统有效地实现了对多工位扩散炉温度工艺曲线和辅助工艺的自动控制,提高了温度控制精度以及工作效率。
关键词:PL C ;温度控制;模糊控制;扩散炉中图分类号:TP273 文献标识码:ADesign and Application of Fritting Furnace ′s Intelligence Control SystemL IU Yan ,ZHAN G Tian Οkai ,YU Chun Οfeng ,L UO Xian Οdong(Com puter Engineering I nstitute ,Qing dao Pol y technic Universit y ,Qing dao 266033,S handong Province ,China )Abstract :According to the lower present condition that the temperature control accuracy and the craft con 2trol ability of the traditional f ritting f urnace ,a f ritting f urnace ′s intelligence temperature control system which used PL C as its center was presented.The control system introduced a f uzzy algorithm ,it used f uzzy control rules to adapt itself to variable parameters automatically.The practical operation shows that the system can re 2alize the temperature control of multi Οworkplats f ritting f urnaces and also the control of the f ritting f urnace ′s supplementary f unctions ,this system by this method has excellent quality and efficiency.K ey w ords :PL C ;temperature control ;fuzzy control ;f ritting f urnace 作者简介:刘艳(1981-),女,研究生,Email :liuxingyugrace @ 在半导体器材生产企业中,扩散炉是一种关键的大型专用设备,需要操作人员根据工艺要求手动调节仪表的参数来实现对炉体温度的控制,因而其温度控制精度、生产工艺控制能力等较低,从而导致了产品质量差、生产效率低的缺陷。
本文介绍的扩散炉智能控制系统(简称:控制系统)是以PL C 为核心,实现了对扩散炉温度和工艺过程的检测与控制。
系统操作简单、可靠性好,大大提高了温度控制精度及工艺过程自动化水平,具有很好的经济效益。
1 系统的工艺要求及功能要求1.1 系统的工艺要求本控制系统的控制对象为多工位扩散炉,它是由多个扩散炉炉体和一个加热炉体组成。
工作时,将加热炉体套在某个扩散炉炉体外部,使用电加热来实现扩散炉工艺需要的温度控制。
由于各个扩散炉每次装载的材料数量不同,各个扩散炉结构的差异等原因,在对扩散炉的工艺温度进行控制时,需要配置不同的控制参数。
另外,在某个扩散炉完成扩散工艺操作以后,加热炉体要自动转至其他工位进行其工艺操作过程。
该智能控制系统的工艺要求是:1)对一套扩散炉中的多个工位的温度测点分别进行检测、显示、控制;2)温度控制精度。
在全量程范围内,检测分辨率≤±0.2℃,控制精度≤±1℃;3)储存多条温度工艺曲线。
可由1～20段直线组成,每段直线可设定时间:1～9999min ;4)具有断电参数保护功能;5)具有较强的抗干扰能力并可适应任何工业现场的工作要求;6)控制方式为自适应控制方式;7)工作方式为自动、手动。
1.2 系统的功能要求扩散炉有上、中、下3区炉丝加热和压力控制加压,3区温度分别由相应位置上的热电偶测出,压力由压力传感器测量,该控制系统主要功能就是实现对温度的控制,并使其按照设定工艺曲线自动运行。
同时提供友好的人机界面,实时显示温度、压力值和报警信息,方便工艺设定、系统调93EL ECTRIC DRIV E 2008 Vol.38 No.1电气传动 2008年 第38卷 第1期试等操作。
控制系统的具体功能要求如下。
1)实现对多工位扩散炉温度工艺曲线的控制。
可对每个工位的3个温度检测点分别进行温度检测、显示、控制;并可分别自动校正3个检测控制点的控制参数。
2)实现对多工位扩散炉炉膛压力的检测与控制。
按照工艺要求,每个扩散炉都配有抽真空泵和可控的氮气阀门,在扩散过程中反复不断地将炉内的空气抽出并充以氮气,以此产生炉内的真空环境。
控制系统要实时检测扩散炉炉膛内氮气压力,确保炉膛压力不超过设定的上限值,保证生产安全进行。
3)实现多工位扩散炉工艺生产过程的自动化。
以触摸屏作为人机界面,提供简单的操作方式设置、状态及运行、报警显示,以及完善的保护和锁定功能以防止误操作。
4)提供手动/自动两种运行方式。
系统处在“手动运行”时,炉体的运行,炉内抽真空、充气等操作是由操作员手动实现的。
这种方式便于维修人员调试、维修设备时操作使用。
2 系统硬件电路设计扩散炉智能控制系统硬件总体电路图见图1。
图1 控制系统硬件电路总体结构图Fig.1 Hardware circuit overall structure of t he control system根据实际输入输出点数的需要,我们选择FX2N48M T PLC 作为控制系统的核心,来实现对多工位扩散炉的工艺过程以及温度的实时控制。
2.1 温度采集模块及通讯扩散炉对温度控制要求高,因而对温度检测要求也高。
S 型热电偶在热电偶系列中具有准确度高,稳定性好,测温温区宽,热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好的优点,适用于氧化和惰性气氛中。
因此,我们选用S 型铂铑铂热电偶作为温度测量传感器,其测温范围为0～1600℃。
因PL C 中模拟量输入采集模块价格较高而且在系统中用得也比较多,为了降低硬件成本,在系统集成过程中,采用A I 704M 巡检显示仪来检测扩散炉智能控制系统中各个工位及加热炉体温度数据。
每块巡检显示仪A I 704M 可测量4路温度数据,它的测量精度为±0.1℃,能在强干扰的环境下可靠工作。
以3工位扩散炉为例,其硬件电路图见图2。
图2 温度采集模块电路图Fig.2 The circuit of temperature acquisition model A I 系列仪表使用异步串行通讯接口,接口电平符合RS485标准中的规定。
通讯传输数据的波特率可调为4800～19200bit/s 。
A I 仪表标准的通讯指令只有两条,一条为读指令,一条为写指令,标准读和写指令分别如下: 读:地址代号+52H (82)+要读的参数代号+0+0+校验码写:地址代号+43H (67)+要写的参数代号+写入数低字节+写入数高字节+校验码以2路温度数据输入为例,由PL C 向A I 仪表发读命令。
2路数据的地址代号分别为0081H ,0082H ;要读的参数代号为00H ;校验码分别为0×256+82+1=83,0×256+82+2=84;转化为16进制数即为53H ,54H ;读命令为:第1路:0081H 0081H 0052H 0000H 0000H0000H 0053H 0000H第2路:0082H 0082H 0052H 0000H 0000H0000H 0054H 0000H4电气传动 2008年 第38卷 第1期刘艳,等:扩散炉智能控制系统的设计和应用A I 仪表收到读命令后向PL C 返回10byte的数据,PL C 读取前2个字节的数据即可得到该路温度的测量值PV 。
2.2 模拟量输入、输出模块控制系统中模拟量的输入采用FX2N 4AD 模块,由压力传感器测出罐体压力值,以电压形式传入AD 模块,其电路图如图3所示。
图3 模拟量输入电路图Fig.3 The analog input circuit 模拟量的输出采用FX2N 4DA 模块,其电路图如图4所示。
FX2N 4DA 模块将控制信号以电压形式分别传给炉口、炉中、炉尾的晶闸管移相触发电路,控制晶闸管导通或是截止,从而实现对加热炉温度的控制;并输出电流信号控制变频器以控制电机运动,从而实现加热炉炉体的前、后、左、右运动。
图4 模拟量输出电路图Fig.4 The analog output circuit2.3 开关量输入、输出模块开关量的输入输出控制仅有接通和断开2种状态,主要用于检测各类开关所发出的开关量信号,输出控制真空泵、风扇等开关量动作。
此处仅介绍扩散炉智能控制系统中加热炉炉门的开、关运行状况。
扩散炉智能控制系统中的加热炉炉门的开、关由PLC 主控单元直接输出控制,PLC 的输出端子Y 26,Y 27分别接控制炉体开门、关门的继电器KA11,KA12。
图5为开关量输出模块电路图。
图5 开关量输出电路图Fig.5 The switch output circuit 手动状态下,加热炉炉门的开、关状态分别由触摸屏上的按键来控制。
当按下“炉门开”按键时,PL C 的输出端Y26为ON ,继电器KA11吸合,加热炉炉门打开,当炉门开至开门限位X2为ON 时开门动作停止;当炉体加热完毕退出罐体时需要关闭炉门以保持炉体温度,按下“炉门关”按键时,PL C 的输出端Y27为ON ,继电器KA12吸合,加热炉炉门关闭,当炉门关至关门限位X3为ON 时关门动作停止。
自动状态下,当炉体运行至扩散炉A ,B ,C 限位需要对罐体进行加热时,炉门自动打开,至开门限位X2为ON 时动作停止;加热完毕退出至退炉限位时,炉门自动关闭,至关门限位X3为ON 时动作停止。
3 系统软件设计针对控制系统的硬件方案设计,本文采用GX Developer 编程软件编制PL C 程序。