碳化硅晶体炉坩埚升降控制系统及控制方法
【专利摘要】本发明提供的碳化硅晶体炉坩埚升降控制系统及控制方法，系统包括PLC、分频电路和放大电路，分频电路采集伺服控制器上编码器给出的伺服反馈脉冲信号经分频后传送给放大电路，放大电路将该信号放大后传送给PLC；PLC还采集步进电机经丝杠再经普通编码器转化的速度信号；PLC根据设定的参数选择并控制伺服电机或步进电机动作。本发明的控制系统及控制方法通过高、低速分别取信号进行判断控制，即低速时对伺服控制器上的伺服编码器反馈信号进行检测并控制伺服电机带动丝杠运动，高速时对步进电机通过普通编码器反馈信号进行检测并控制步进电机带动丝杠运动，这样就省去了光栅尺和高速计数模块，在满足精度要求的同时降低了成本。
【专利说明】碳化硅晶体炉坩埚升降控制系统及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于碳化硅晶体生长设备【技术领域】，尤其涉及一种碳化硅晶体炉坩祸升降控制系统及控制方法。
【背景技术】
[0002]碳化硅晶体生长由于工艺的需要，在一定的条件下需要缓慢升降坩祸，拆装炉时需要快速升降坩祸，目前升降坩祸实现精确定位主要是光栅尺，利用PLC的AB锁相计数实现；也可以利用集成仪表通过通信或模拟量送出信号，但是需要再经过转化来实现相应的控制；个别厂家还有用拉线传感器送出信号来实现基本定位的；
[0003]现有技术的缺点和不足:利用光栅尺定位可精确到Iu或5u，能满足定位精度要求，但成本偏高，因为其无论伺服电机还是步进电机带动丝杠运动，光栅尺(配合PLC高速计数模块)只检测丝杠运行距离，满足条件后停止电机即可，而高速计数模块成本非常高；利用集成仪表通信会有时间的延迟，特别是在高速提升或下降时；利用集成仪表模拟信号会有一定的静态干扰误差；采用拉线传感器由于量程的限制，在高速和低速都有抖动误差，滤波并不能很好的去除，和用集成仪表加模拟信号输出基本等效；如何设计一种既可以满足定位精度要求同时又能降低成本的碳化硅晶体炉坩祸升降控制系统及控制方法成为本领域技术人员的研宄课题。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的问题是提供一种既满足定位精度要求同时又能降低成本的碳化硅晶体炉坩祸升降控制系统及控制方法。
[0005]为解决上述问题，本发明采用的技术方案:一种碳化硅晶体炉坩祸升降控制系统，包括转换电路和PLC，所述转换电路包括分频电路和放大电路，所述分频电路采集伺服电机控制器上的编码器给出的伺服反馈脉冲信号经分频后传送给放大电路，所述放大电路将该信号放大后传送给PLC ;PLC还采集步进电机经丝杠再经普通编码器转化的速度信号；所述PLC根据设定的参数选择并控制伺服电机或步进电机动作。
[0006]所述分频电路之前设有隔离电路。
[0007]所述隔离电路为光耦隔离电路
[0008]所述分频电路芯片为4040，所述放大电路芯片为ULN2003。
[0009]碳化硅晶体炉坩祸升降控制方法，包括如下步骤:
[0010]a.人为选择是高速升降还是低速升降，如果是低速升降，就是伺服电机工作，伺服电机工作时，离合器闭合；如果是高速升降，就是步进电机工作，步进电机工作时，离合器断开；
[0011]b.PLC根据步骤a的人为指令控制离合器闭合或断开；
[0012]c.PLC判断离合器的状态，如果离合器是闭合，设置伺服电机相关参数并启动伺服电机工作；如果离合器是断开，设置步进电机相关参数并启动步进电机工作。
[0013]所述步骤c中的伺服电机工作过程如下:首先，伺服编码器将信号反馈给隔离电路，再经分频电路分频后经放大电路放大后，传送给PLC普通I/O 口，然后PLC根据设置参数判断是升还是降，同时PLC对伺服电机的电平脉冲进行时间判断，如果异常就报警，如果正常就计数并与设定高度进行转换比较，达到设定高度时停止伺服电机。
[0014]所述步骤c中的步进电机工作过程如下:首先，丝杠上普通编码器将步进电机的速度信号反馈给PLC，PLC接收信号后，根据设置参数判断是升是降及根据升降高度的设置对内部延时进行判断，同时对电平脉冲进行计数并与内部延时进行比较，满足设定高度时，停止步进电机。
[0015]本发明具有的优点和积极效果是:本发明的控制系统及控制方法通过高、低速分别取信号进行判断控制，即低速时对伺服电机控制器上的伺服编码器反馈信号进行检测并控制伺服电机带动丝杠运动，高速时对步进电机通过普通编码器反馈信号进行检测并控制步进电机带动丝杠运动，这样就省去了光栅尺和高速计数模块，在满足精度要求的同时降低了成本，虽然本系统增加了转换电路，但是相较于光栅尺和高速计数模块成本还是低很多；隔离电路对前后级电路进行隔离互不影响，方便检修及维护。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明控制系统的原理框图；
[0017]图2是本发明隔离电路的原理图；
[0018]图3是本发明分频电路的原理图；
[0019]图4是本发明放大电路的原理图；
[0020]图5是本发明控制方法的流程图。
【具体实施方式】
[0021]现根据附图1-5对本发明进行较详细的说明:一种碳化硅晶体炉坩祸升降控制系统，包括转换电路和PLC，转换电路包括分频电路(如图3所示)和放大电路(如图4所示)，分频电路采集伺服电机控制器上编码器给出的伺服反馈脉冲信号经分频后传送给放大电路，放大电路将该信号放大后传送给PLC ;PLC还采集步进电机经丝杠再经普通编码器转化的速度信号；所述PLC根据设定的参数选择并控制伺服电机或步进电机动作。
[0022]所述分频电路之前设有隔离电路。
[0023]低速时采用伺服电机控制器上编码器送出信号，由于信号一般由内置高速器件发出，所以信号频率较高、电压较低，需要采用转换电路进行转换(隔离.分频、放大)后才能被普通的I/o 口采集到，通过PLC内部控制点(参数设置，包括是升、是降、高速、低速、升降高度等参数)可知道主轴的升降，同时判断伺服编码器信号，当超过一定的时间反馈信号不变化时认为主轴没有升降(或转化电路板异常)，发出报警信号来提示；高速时切换到步进电机，由于采用低精度普通编码器(例如100/转)，PLC的普通I/O 口接收一个信号后延时2ms到200ms (可设，信号必须保持在设定的时间内为同一种电平，否则视为假信号而不与计数)再去停止步进电机，这样错开了普通编码器本身沿的变化，保证不会在高速情况下漏计错计信号，并且由于快速升降距离一般都是整数设定，所以理论累计误差为O。精度尚O
[0024]隔离电路为光耦隔离电路。
[0025]分频电路芯片为4040，放大电路芯片为ULN2003。
[0026]本实施例中:
[0027]JPl为分频电路的输入端子:VCC5V为电源信号，来自于开关电源；5GND为5V电源负极，来自于开关电源；PA为伺服编码器反馈脉冲隔离后信号；
[0028]JP2为放大电路的输出端子:PAAA为放大输出信号，可选不同分频；5GND为5V和24V共地信号；VCC24V为开关电源24V信号；
[0029]JP3为隔离电路的输入、输出端子:3和4为隔离电路输入，接伺服编码器脉冲输出；I和2为隔离后的脉冲信号输出；
[0030]放大后的PAAA可直接送到PLC的普通1 口，做信号采集应用；
[0031]4040的5/6/7/9引脚输出的PAA为不同的分频输出，根据不同的频率需要可以选择不同的引脚。
[0032]碳化硅晶体炉坩祸升降控制方法，包括如下步骤:如图5所示:
[0033]a.人为选择是高速升降还是低速升降，如果是低速升降，就是伺服电机工作，伺服电机工作时，离合器闭合；如果是高速升降，就是步进电机工作，步进电机工作时，离合器断开；
[0034]b.PLC根据步骤a的人为指令控制离合器闭合或断开；
[0035]c.PLC判断离合器的状态，如果离合器是闭合，设置伺服电机相关参数并启动伺服电机工作；如果离合器是断开，设置步进电机相关参数并启动步进电机工作。
[0036]所述步骤c中的伺服电机工作过程如下:首先，伺服控制器上编码器将信号反馈给隔离电路，再经分频电路分频后经放大电路放大后，传送给PLC普通I/O 口，然后PLC根据设置参数判断是升还是降，然后PLC对伺服电机的电平脉冲进行时间判断，如果异常就报警(当伺服编码器超过一定的时间反馈信号不变化时认为主轴没有升降或转换电路板异常，发出报警信号来提示)，如果正常就计数并与设定高度进行转换比较，达到设定高度时停止伺服电机。
[0037]所述步骤c中的步进电机工作过程如下:首先，丝杠上普通编码器将步进电机的速度信号反馈给PLC，PLC接收信号后，根据设置参数判断是升是降及根据升降高度的设置对内部延时进行判断，然后对电平脉冲进行计数并与内部延时进行比较，满足设定高度时，停止步进电机。
[0038]以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。
【权利要求】
1.一种碳化硅晶体炉坩祸升降控制系统，其特征在于:包括转换电路和PLC，所述转换电路包括分频电路和放大电路，所述分频电路采集伺服电机控制器上的编码器给出的伺服反馈脉冲信号经分频后传送给放大电路，所述放大电路将该信号放大后传送给PLC ;PLC还采集步进电机经丝杠再经普通编码器转化的速度信号；所述PLC根据设定的参数选择并控制伺服电机或步进电机动作。
2.根据权利要求1所述的碳化硅晶体炉坩祸升降控制系统，其特征在于:所述分频电路之前设有隔离电路。
3.根据权利要求2所述的碳化硅晶体炉坩祸升降控制系统，其特征在于:所述隔离电路为光耦隔离电路。
4.根据权利要求1-3任一项所述的碳化硅晶体炉坩祸升降控制系统，其特征在于:所述分频电路芯片为4040，所述放大电路芯片为ULN2003。
5.碳化硅晶体炉坩祸升降控制方法，其特征在于:包括如下步骤: a.人为选择是高速升降还是低速升降，如果是低速升降，就是伺服电机工作，伺服电机工作时，离合器闭合；如果是高速升降，就是步进电机工作，步进电机工作时，离合器断开； b.PLC根据步骤a的人为指令控制离合器闭合或断开； c.PLC判断离合器的状态，如果离合器是闭合，设置伺服电机相关参数并启动伺服电机工作；如果离合器是断开，设置步进电机相关参数并启动步进电机工作。
6.根据权利要求5所述的碳化硅晶体炉坩祸升降控制方法，其特征在于:所述步骤c中的伺服电机工作过程如下:首先，伺服控制器上编码器将信号反馈给隔离电路，再经分频电路分频后经放大电路放大后，传送给PLC普通I/O 口，然后PLC根据设置参数判断是升还是降，同时PLC对伺服电机的电平脉冲进行时间判断，如果异常就报警，如果正常就计数并与设定高度进行转换比较，当达到设定高度时停止伺服电机。
7.根据权利要求5所述的碳化硅晶体炉坩祸升降控制方法，其特征在于:所述步骤c中的步进电机工作过程如下:首先，丝杠上普通编码器将步进电机的速度信号反馈给PLC, PLC接收信号后，根据设置参数判断是升是降及根据升降高度的设置对内部延时进行判断，同时对电平脉冲进行计数并与内部延时进行比较，当达到设定高度时，停止步进电机。
【文档编号】C30B29/36GK104451884SQ201410764361
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月11日 优先权日:2014年12月11日
【发明者】段聪, 赵梅玉, 巴音图 申请人:河北同光晶体有限公司