碳化硅晶體爐坩堝升降控制系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的碳化硅晶體爐坩堝升降控制系統(tǒng)及控制方法，系統(tǒng)包括PLC、分頻電路和放大電路，分頻電路采集伺服控制器上編碼器給出的伺服反饋脈沖信號(hào)經(jīng)分頻后傳送給放大電路，放大電路將該信號(hào)放大后傳送給PLC；PLC還采集步進(jìn)電機(jī)經(jīng)絲杠再經(jīng)普通編碼器轉(zhuǎn)化的速度信號(hào)；PLC根據(jù)設(shè)定的參數(shù)選擇并控制伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作。本發(fā)明的控制系統(tǒng)及控制方法通過(guò)高、低速分別取信號(hào)進(jìn)行判斷控制，即低速時(shí)對(duì)伺服控制器上的伺服編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并控制伺服電機(jī)帶動(dòng)絲杠運(yùn)動(dòng)，高速時(shí)對(duì)步進(jìn)電機(jī)通過(guò)普通編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲杠運(yùn)動(dòng)，這樣就省去了光柵尺和高速計(jì)數(shù)模塊，在滿足精度要求的同時(shí)降低了成本。
【專利說(shuō)明】碳化硅晶體爐坩堝升降控制系統(tǒng)及控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于碳化硅晶體生長(zhǎng)設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種碳化硅晶體爐坩禍升降控制系統(tǒng)及控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]碳化硅晶體生長(zhǎng)由于工藝的需要，在一定的條件下需要緩慢升降坩禍，拆裝爐時(shí)需要快速升降坩禍，目前升降坩禍實(shí)現(xiàn)精確定位主要是光柵尺，利用PLC的AB鎖相計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)；也可以利用集成儀表通過(guò)通信或模擬量送出信號(hào)，但是需要再經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制；個(gè)別廠家還有用拉線傳感器送出信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)基本定位的；
[0003]現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足:利用光柵尺定位可精確到Iu或5u，能滿足定位精度要求，但成本偏高，因?yàn)槠錈o(wú)論伺服電機(jī)還是步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲杠運(yùn)動(dòng)，光柵尺(配合PLC高速計(jì)數(shù)模塊)只檢測(cè)絲杠運(yùn)行距離，滿足條件后停止電機(jī)即可，而高速計(jì)數(shù)模塊成本非常高；利用集成儀表通信會(huì)有時(shí)間的延遲，特別是在高速提升或下降時(shí)；利用集成儀表模擬信號(hào)會(huì)有一定的靜態(tài)干擾誤差；采用拉線傳感器由于量程的限制，在高速和低速都有抖動(dòng)誤差，濾波并不能很好的去除，和用集成儀表加模擬信號(hào)輸出基本等效；如何設(shè)計(jì)一種既可以滿足定位精度要求同時(shí)又能降低成本的碳化硅晶體爐坩禍升降控制系統(tǒng)及控制方法成為本領(lǐng)域技術(shù)人員的研宄課題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的問題是提供一種既滿足定位精度要求同時(shí)又能降低成本的碳化硅晶體爐坩禍升降控制系統(tǒng)及控制方法。
[0005]為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案:一種碳化硅晶體爐坩禍升降控制系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)換電路和PLC，所述轉(zhuǎn)換電路包括分頻電路和放大電路，所述分頻電路采集伺服電機(jī)控制器上的編碼器給出的伺服反饋脈沖信號(hào)經(jīng)分頻后傳送給放大電路，所述放大電路將該信號(hào)放大后傳送給PLC ;PLC還采集步進(jìn)電機(jī)經(jīng)絲杠再經(jīng)普通編碼器轉(zhuǎn)化的速度信號(hào)；所述PLC根據(jù)設(shè)定的參數(shù)選擇并控制伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作。
[0006]所述分頻電路之前設(shè)有隔離電路。
[0007]所述隔離電路為光耦隔離電路
[0008]所述分頻電路芯片為4040，所述放大電路芯片為ULN2003。
[0009]碳化硅晶體爐坩禍升降控制方法，包括如下步驟:
[0010]a.人為選擇是高速升降還是低速升降，如果是低速升降，就是伺服電機(jī)工作，伺服電機(jī)工作時(shí)，離合器閉合；如果是高速升降，就是步進(jìn)電機(jī)工作，步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)，離合器斷開；
[0011]b.PLC根據(jù)步驟a的人為指令控制離合器閉合或斷開；
[0012]c.PLC判斷離合器的狀態(tài)，如果離合器是閉合，設(shè)置伺服電機(jī)相關(guān)參數(shù)并啟動(dòng)伺服電機(jī)工作；如果離合器是斷開，設(shè)置步進(jìn)電機(jī)相關(guān)參數(shù)并啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作。
[0013]所述步驟c中的伺服電機(jī)工作過(guò)程如下:首先，伺服編碼器將信號(hào)反饋給隔離電路，再經(jīng)分頻電路分頻后經(jīng)放大電路放大后，傳送給PLC普通I/O 口，然后PLC根據(jù)設(shè)置參數(shù)判斷是升還是降，同時(shí)PLC對(duì)伺服電機(jī)的電平脈沖進(jìn)行時(shí)間判斷，如果異常就報(bào)警，如果正常就計(jì)數(shù)并與設(shè)定高度進(jìn)行轉(zhuǎn)換比較，達(dá)到設(shè)定高度時(shí)停止伺服電機(jī)。
[0014]所述步驟c中的步進(jìn)電機(jī)工作過(guò)程如下:首先，絲杠上普通編碼器將步進(jìn)電機(jī)的速度信號(hào)反饋給PLC，PLC接收信號(hào)后，根據(jù)設(shè)置參數(shù)判斷是升是降及根據(jù)升降高度的設(shè)置對(duì)內(nèi)部延時(shí)進(jìn)行判斷，同時(shí)對(duì)電平脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)并與內(nèi)部延時(shí)進(jìn)行比較，滿足設(shè)定高度時(shí)，停止步進(jìn)電機(jī)。
[0015]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:本發(fā)明的控制系統(tǒng)及控制方法通過(guò)高、低速分別取信號(hào)進(jìn)行判斷控制，即低速時(shí)對(duì)伺服電機(jī)控制器上的伺服編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并控制伺服電機(jī)帶動(dòng)絲杠運(yùn)動(dòng)，高速時(shí)對(duì)步進(jìn)電機(jī)通過(guò)普通編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲杠運(yùn)動(dòng)，這樣就省去了光柵尺和高速計(jì)數(shù)模塊，在滿足精度要求的同時(shí)降低了成本，雖然本系統(tǒng)增加了轉(zhuǎn)換電路，但是相較于光柵尺和高速計(jì)數(shù)模塊成本還是低很多；隔離電路對(duì)前后級(jí)電路進(jìn)行隔離互不影響，方便檢修及維護(hù)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明控制系統(tǒng)的原理框圖；
[0017]圖2是本發(fā)明隔離電路的原理圖；
[0018]圖3是本發(fā)明分頻電路的原理圖；
[0019]圖4是本發(fā)明放大電路的原理圖；
[0020]圖5是本發(fā)明控制方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]現(xiàn)根據(jù)附圖1-5對(duì)本發(fā)明進(jìn)行較詳細(xì)的說(shuō)明:一種碳化硅晶體爐坩禍升降控制系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)換電路和PLC，轉(zhuǎn)換電路包括分頻電路(如圖3所示)和放大電路(如圖4所示)，分頻電路采集伺服電機(jī)控制器上編碼器給出的伺服反饋脈沖信號(hào)經(jīng)分頻后傳送給放大電路，放大電路將該信號(hào)放大后傳送給PLC ;PLC還采集步進(jìn)電機(jī)經(jīng)絲杠再經(jīng)普通編碼器轉(zhuǎn)化的速度信號(hào)；所述PLC根據(jù)設(shè)定的參數(shù)選擇并控制伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作。
[0022]所述分頻電路之前設(shè)有隔離電路。
[0023]低速時(shí)采用伺服電機(jī)控制器上編碼器送出信號(hào)，由于信號(hào)一般由內(nèi)置高速器件發(fā)出，所以信號(hào)頻率較高、電壓較低，需要采用轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換(隔離.分頻、放大)后才能被普通的I/o 口采集到，通過(guò)PLC內(nèi)部控制點(diǎn)(參數(shù)設(shè)置，包括是升、是降、高速、低速、升降高度等參數(shù))可知道主軸的升降，同時(shí)判斷伺服編碼器信號(hào)，當(dāng)超過(guò)一定的時(shí)間反饋信號(hào)不變化時(shí)認(rèn)為主軸沒有升降(或轉(zhuǎn)化電路板異常)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)來(lái)提示；高速時(shí)切換到步進(jìn)電機(jī)，由于采用低精度普通編碼器(例如100/轉(zhuǎn))，PLC的普通I/O 口接收一個(gè)信號(hào)后延時(shí)2ms到200ms (可設(shè)，信號(hào)必須保持在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)為同一種電平，否則視為假信號(hào)而不與計(jì)數(shù))再去停止步進(jìn)電機(jī)，這樣錯(cuò)開了普通編碼器本身沿的變化，保證不會(huì)在高速情況下漏計(jì)錯(cuò)計(jì)信號(hào)，并且由于快速升降距離一般都是整數(shù)設(shè)定，所以理論累計(jì)誤差為O。精度尚O
[0024]隔離電路為光耦隔離電路。
[0025]分頻電路芯片為4040，放大電路芯片為ULN2003。
[0026]本實(shí)施例中:
[0027]JPl為分頻電路的輸入端子:VCC5V為電源信號(hào)，來(lái)自于開關(guān)電源；5GND為5V電源負(fù)極，來(lái)自于開關(guān)電源；PA為伺服編碼器反饋脈沖隔離后信號(hào)；
[0028]JP2為放大電路的輸出端子:PAAA為放大輸出信號(hào)，可選不同分頻；5GND為5V和24V共地信號(hào)；VCC24V為開關(guān)電源24V信號(hào)；
[0029]JP3為隔離電路的輸入、輸出端子:3和4為隔離電路輸入，接伺服編碼器脈沖輸出；I和2為隔離后的脈沖信號(hào)輸出；
[0030]放大后的PAAA可直接送到PLC的普通1 口，做信號(hào)采集應(yīng)用；
[0031]4040的5/6/7/9引腳輸出的PAA為不同的分頻輸出，根據(jù)不同的頻率需要可以選擇不同的引腳。
[0032]碳化硅晶體爐坩禍升降控制方法，包括如下步驟:如圖5所示:
[0033]a.人為選擇是高速升降還是低速升降，如果是低速升降，就是伺服電機(jī)工作，伺服電機(jī)工作時(shí)，離合器閉合；如果是高速升降，就是步進(jìn)電機(jī)工作，步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)，離合器斷開；
[0034]b.PLC根據(jù)步驟a的人為指令控制離合器閉合或斷開；
[0035]c.PLC判斷離合器的狀態(tài)，如果離合器是閉合，設(shè)置伺服電機(jī)相關(guān)參數(shù)并啟動(dòng)伺服電機(jī)工作；如果離合器是斷開，設(shè)置步進(jìn)電機(jī)相關(guān)參數(shù)并啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作。
[0036]所述步驟c中的伺服電機(jī)工作過(guò)程如下:首先，伺服控制器上編碼器將信號(hào)反饋給隔離電路，再經(jīng)分頻電路分頻后經(jīng)放大電路放大后，傳送給PLC普通I/O 口，然后PLC根據(jù)設(shè)置參數(shù)判斷是升還是降，然后PLC對(duì)伺服電機(jī)的電平脈沖進(jìn)行時(shí)間判斷，如果異常就報(bào)警(當(dāng)伺服編碼器超過(guò)一定的時(shí)間反饋信號(hào)不變化時(shí)認(rèn)為主軸沒有升降或轉(zhuǎn)換電路板異常，發(fā)出報(bào)警信號(hào)來(lái)提示)，如果正常就計(jì)數(shù)并與設(shè)定高度進(jìn)行轉(zhuǎn)換比較，達(dá)到設(shè)定高度時(shí)停止伺服電機(jī)。
[0037]所述步驟c中的步進(jìn)電機(jī)工作過(guò)程如下:首先，絲杠上普通編碼器將步進(jìn)電機(jī)的速度信號(hào)反饋給PLC，PLC接收信號(hào)后，根據(jù)設(shè)置參數(shù)判斷是升是降及根據(jù)升降高度的設(shè)置對(duì)內(nèi)部延時(shí)進(jìn)行判斷，然后對(duì)電平脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)并與內(nèi)部延時(shí)進(jìn)行比較，滿足設(shè)定高度時(shí)，停止步進(jìn)電機(jī)。
[0038]以上對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。凡依本發(fā)明范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本專利涵蓋范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種碳化硅晶體爐坩禍升降控制系統(tǒng)，其特征在于:包括轉(zhuǎn)換電路和PLC，所述轉(zhuǎn)換電路包括分頻電路和放大電路，所述分頻電路采集伺服電機(jī)控制器上的編碼器給出的伺服反饋脈沖信號(hào)經(jīng)分頻后傳送給放大電路，所述放大電路將該信號(hào)放大后傳送給PLC ;PLC還采集步進(jìn)電機(jī)經(jīng)絲杠再經(jīng)普通編碼器轉(zhuǎn)化的速度信號(hào)；所述PLC根據(jù)設(shè)定的參數(shù)選擇并控制伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅晶體爐坩禍升降控制系統(tǒng)，其特征在于:所述分頻電路之前設(shè)有隔離電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳化硅晶體爐坩禍升降控制系統(tǒng)，其特征在于:所述隔離電路為光耦隔離電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的碳化硅晶體爐坩禍升降控制系統(tǒng)，其特征在于:所述分頻電路芯片為4040，所述放大電路芯片為ULN2003。
5.碳化硅晶體爐坩禍升降控制方法，其特征在于:包括如下步驟: a.人為選擇是高速升降還是低速升降，如果是低速升降，就是伺服電機(jī)工作，伺服電機(jī)工作時(shí)，離合器閉合；如果是高速升降，就是步進(jìn)電機(jī)工作，步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)，離合器斷開； b.PLC根據(jù)步驟a的人為指令控制離合器閉合或斷開； c.PLC判斷離合器的狀態(tài)，如果離合器是閉合，設(shè)置伺服電機(jī)相關(guān)參數(shù)并啟動(dòng)伺服電機(jī)工作；如果離合器是斷開，設(shè)置步進(jìn)電機(jī)相關(guān)參數(shù)并啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的碳化硅晶體爐坩禍升降控制方法，其特征在于:所述步驟c中的伺服電機(jī)工作過(guò)程如下:首先，伺服控制器上編碼器將信號(hào)反饋給隔離電路，再經(jīng)分頻電路分頻后經(jīng)放大電路放大后，傳送給PLC普通I/O 口，然后PLC根據(jù)設(shè)置參數(shù)判斷是升還是降，同時(shí)PLC對(duì)伺服電機(jī)的電平脈沖進(jìn)行時(shí)間判斷，如果異常就報(bào)警，如果正常就計(jì)數(shù)并與設(shè)定高度進(jìn)行轉(zhuǎn)換比較，當(dāng)達(dá)到設(shè)定高度時(shí)停止伺服電機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的碳化硅晶體爐坩禍升降控制方法，其特征在于:所述步驟c中的步進(jìn)電機(jī)工作過(guò)程如下:首先，絲杠上普通編碼器將步進(jìn)電機(jī)的速度信號(hào)反饋給PLC, PLC接收信號(hào)后，根據(jù)設(shè)置參數(shù)判斷是升是降及根據(jù)升降高度的設(shè)置對(duì)內(nèi)部延時(shí)進(jìn)行判斷，同時(shí)對(duì)電平脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)并與內(nèi)部延時(shí)進(jìn)行比較，當(dāng)達(dá)到設(shè)定高度時(shí)，停止步進(jìn)電機(jī)。
【文檔編號(hào)】C30B29/36GK104451884SQ201410764361
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月11日
【發(fā)明者】段聰, 趙梅玉, 巴音圖 申請(qǐng)人:河北同光晶體有限公司