单晶炉IRCON-plc 使用手册

第一章概述
JYT100 IRCON晶体生长控制系统（PLC控制型）应用IRCON红外测温仪作为晶体生长直径控制测量部件，通过对晶体生长时的光环信号进行测量，间接测量出晶体生长的直径变化，并根据其变化对晶体生长进行生长的速度控制，从而实现晶体的等径自动控制。

本系统是单片机控制器的升级换代产品，具有使用可靠，应用方便，控制直观，抗干扰能力强，控制精度高的特点。

系统采用研祥PIV工业控制机，配置了PLC控制单元，与晶体生长设备相联接，利用液晶触摸屏作为人机交互手段，在Windows XP操作系统平台上，提供了一个基于图形的多任务、多窗口的实时控制操作环境，用户通过对控制对象的操作，可以方便的在生产过程中进行修改参数和实时监控。

系统提供了多条可编程工艺曲线，可自动控制晶体的生长段的程序控制；方便的速度设置控制系统和系统警报系统；简便的收尾控制；因此，JYT100 IRCON 控制系统是一种性能先进、运行可靠的新一代晶体生长控制系统，适用于直拉式硅单晶生长设备。

JYT-100 IRCON晶体生长控制系统主要功能：
1．直径控制器
通过IRCON红外测温仪对晶体生长时的直径进行测量，直接测量晶体的直径变化，并根据直径数值的变化对晶体的提拉速度进行准确控制，实现晶体直径的等径自动生长。

2．温校控制器
通过对晶升速度的测量，将晶升速度与生长过程的拉速设定曲线进行比较，对晶体的生长温度进行控制，使晶体提拉速度按工艺设定曲线进行变化。

3．肩控制器
根据放肩控制曲线控制晶体放肩过程。

4．收尾控制器
根据收尾控制曲线控制晶体收尾过程。

5．速度控制系统
可以控制晶转，埚转和埚升等电机。

6．报警系统
可以对系统的报警信息进行声光控制报警。

7．多条工艺控制曲线控制
系统有PID控制参数和拉速，温校，埚升，随动比，埚转，晶转和限幅控制曲线，方便晶体生长控制需要。

8．其他功能
系统有计长、算重、埚位显示和均值计算，实时记录曲线和历史记录曲线的显示和打印功能等。

JYT100 IRCON晶体生长控制系统硬件环境：
一．硬件设施：
1．IRCON红外测温仪，应用于直径DI信号测量；
2．PLC主机及数字扩展模块，数字量输入，开关量输出，应用于报警信号的输入和晶转，埚转，埚升的开关和报警声光输出及高速脉冲记数，应用于计长，埚位，埚转，晶转信号的输入及备用；
3．AD控制模块，4路AD输入，应用于晶升和埚升信号的输入；
4．DA控制模块，5路DA输出，应用于晶升，温效，晶转，埚转，埚升信号的输出；
二．信号范围：
（一）输出控制信号
1、温校控制输出（0mV----+32mV------初始OP=1200，对应为3.6mV）
2、晶升速度控制输出（0mm/min---+2mm/min）
3、埚升速度控制输出（0mm/min---+1mm/min）
4、晶转速度控制输出（0rpm----+30rpm）
5、埚转速度控制输出（0rpm----+30rpm）
6、晶转开关信号
7、埚升开关信号
8、埚转开关信号
9、报警开关信号
(二)输入测量信号：
1、直径信号测量
2、晶升速度测量（0mm/min---+2mm/min）
3、埚升速度测量（0rpm----+1mm/min）
4、晶转速度测量（0rpm----+30rpm）
5、埚转速度测量（0rpm----+30rpm）
6、晶升计长信号（记数信号，一个脉冲表示1MM）
7、埚位计长信号（记数信号，一个脉冲表示0.2MM）
8、报警信号检测
三．计算机应用条件
JYT100 IRCON晶体生长控制系统硬件环境：
CPU ：PIV2.8，RAM: 256M，HD: 40G
JYT100 IRCON晶体生长控制系统软件环境：
操作系统为WINDOWS XP-SP2，以及图形支持环境运行系统，显示设置为：1024 X 768
四．系统显示操作
（一）可修改显示值
1．计长显示：一个计长脉冲对应1mm长度变化。

点击计长可以修改计长值，输入的数值=修改后的计长值。

注意：自动控制时不要修改，以免造成控制错误，一般在拉二段时修改此值以获得相应的曲线控制。

2．计长清零：只能在生长控制的人工状态计长清零按扭将计长清零。

计长清零的同时，平均计长，平均拉速清零。

3．埚位显示：一个埚位计长脉冲对应0.2mm长度变化，点击埚位可以修改埚位值。

输入的数值=修改后的埚位值。

4．埚位清零：只能在生长控制的人工状态埚位清零按扭将埚位清零。

埚位清零的同时，平均埚位清零。

5．直径SP：用于修改直径设定值。

6．直径OP：拉速输出值。

7．温校SP：用于修改温校投入时的拉速设定值。

8．温校OP：温校调整输出值。

9．温校TR：修改TR温效速率值。

10．晶转：设置和显示晶转值。

11．晶转开关键：第一次为开，第二次为关
12．埚转：设置和显示埚转值。

13．埚转开关键：第一次为开，第二次为关
14．埚升：设置和显示埚升输出值。

15．埚升开关键：第一次为开，第二次为关
16．随动比：设置和显示随动比值。

（二）不可修改显示信息：
（1）状态：分为人工控制，放肩控制，等径控制和收尾控制。

通过
操作系统的不同控制按扭，来切换系统运行控制过程状态。

（2）工作时间：相应控制操作状态的累计工作时间。

（3）ST-DI：直径测量参与运算的直径标准值
（4）△E：直径偏差指示，即晶体直径设定值与晶体直径控制测量
标准值之间的差值。

（5）SP：当前曲线拉速设定值
（6）SL：晶升速度测量值。

（7）平均生长速度：平均计长值
（8）平均拉速，平均埚位：相应的平均值
（9）通讯状态
第二章系统进入与退出操作
本系统在开机前，应确认系统保护锁在机器上，一只是编码锁，另一只是通用锁，只有两种锁在机器上，系统才能正常工作。

1．正常进入：
双击桌面快捷方式JYTCON出现系统进入状态界面（见图1），
图1
选择确定，出现LOGO画面之后如有口令，则出现系统进入口令画面（见
图2），否则直接进入系统主界面（见图3）
图2
利用键盘可以输入系统进入口令，也可以利用触摸屏输入系统进入口令。

利用触摸屏输入系统进入口令方法是：
输入用户名的方法：点击用户名栏下拉键，选择相应的用户名即可，也可以双击用户名，出现输入屏幕软键盘，利用屏幕软键盘输入用户名即可。

双击口令的位置，出现输入屏幕软键盘，利用屏幕软键盘输入口令后点击确定后回到LOGO画面，点击确定键后，系统进入控制系统主画面。

（见图3）
图3
注意：开机可以不设置口令，具体设置方法参见系统口令设置一节。

2．正常退出：
只有系统处于人工控制状态，系统才可以退出，否则系统不响应退出命令。

点击退出系统键，系统出现提示画面，（见图4）
图4
如果点击确定键则系统退出，出现系统退出选择界面（见图5）, 如果点击取消键则系统依然保持在控制系统状态。

当选择确定键退出系统时，系统出现PLC状态处理选择画面，选择确定系统将自动关闭速度系统，退回到操作系统。

见图5
图5
3. 非正常进入
（1）双击桌面快捷方式JYTCON出现系统进入状态界面（见图6），
图6
表明系统通讯连接有问题，需退出后，检查连接正确后，再进入系统。

（2）系统运行中系统有不正常时需要系统重新运行时，在出现图1时，进行相应选择，进入系统继续进行拉晶操作，避免中断工作过程。

如系统重新进入，在退出系统时没有清PLC工作状态，则选择不初始化PLC 进入系统，进入系统后进行恢复PLC状态工作，则可以保持重新进入系统前的PLC 状态，以便继续拉晶工作。

4．非正常退出
当系统有不正常状况时需要系统重新运行时，退出系统出现图5，选择取消，系统不对PLC进行关清操作，以便再进入系统时恢复PLC状态，继续拉晶工作。

第三章分段自动控制
系统包括放肩，等径和收尾3个状态，可以进行分别控制操作。

1．放肩控制
(1)点击放肩键，系统出现提示信息，选择确定后，系统显示放肩提示
信息，见图7
图7
（2）将计长清零，见图8；
图8
（3）选择相应方式后，点击退出键进入放肩自动控制状态。

见图9
图9
2．等径控制操作
（1）直径控制原理：
ST-DI数值变大----》晶体直径变粗----》拉速输出OP增加，晶升速度增加-----》晶体直径下降；
ST-DI数值变小----》晶体直径变细----》拉速输出OP减少，晶升速度减少-----》晶体直径上升；
（2）温校控制器原理
拉速SL信号变大时：
SL数值变大----》晶体直径变粗----》温校输出OP增加，温度增加-----》晶体直径下降；
拉速SL信号变小时：
SL数值变小----》晶体直径变细----》温校输出OP减少，温度减少-----》晶体直径上升；
（3）等径控制过程
当转肩完成后，系统可以进入等径状态。

在进入等径控制之前，系统显示的ST-DI的数值变化正常，才可以进入等径控制。

操作步骤如下：
（一）分步进行
A．温校控制：
（1）当晶体转肩完成后，使系统处于人工控制状态，将晶升调理盒的
拉速调到等径控制的设定拉速，然后在速度系统中打开埚升，设置好随
动，点击计长清零键，将计长清零，然后，点击埚位清零键，将埚位清
零。

（2）点击温度控制器中的自动键，系统出现提示信息，选择确定后，系统进入等径控制的温校自动控制状态。

B．直径控制系统：
当晶体转肩完成后，晶体的光圈稳定，晶升调理盒的拉速调到等径控制的设定拉速，即可投入直径控制。

点击直径控制系统中的自动键，系统出现提示信息，选择确定后，系统进入等径控制的直径自动控制状态。

（二）联动进行
点击等径控制键，出现系统提示信息，选择确定后，系统进入等径自动控制状态。

见图10-12
图10
图11
图12
3．收尾控制
当等径控制达到要求的长度时，可以进入收尾控制状态。

（1）首先，将系统退出等径控制状态，点击人工控制键，出现系统提示信息，选择确定后，系统进入人工状态；（也可以分别从温度控制器和直径控制器中分别退出）
（2）点击收尾键，系统出现提示信息；见图13
图13
选择确定后系统出现收尾控制提示信息，（见图14）
图14
点击提示键，系统退出键有效，点击退出键，系统进入收尾状态（见图15）。

图15
4．人工控制
人工控制键的作用是将系统进行中的自动控制状态全部退出，如在等径自动控制中，选择人工控制键操作，系统将从直径控制器和温度控制器中全部退出。

因此，如果只是想从直径控制器或温度控制器之一中退出，就不要选择人工控制键，而是选择对应控制器中的人工控制操作键。

第四章系统基本参数设置操作
（1）PID曲线设置
1．PID参数定义
参数定义与单片机控制器中参数定义一致。

PN：比例增益，IN：积分增益，DN：微分增益，DK：微分斜率；MD：控径参数，K+，K-：正负偏差，MP：超调增益，TI：调节周期
（一）直径控制PID参数有：
a)比例增益PN：
PN=控制输出变化量/直径信号偏差
b)积分增益IN：
在控制周期内对直径偏差值进行累加，当累加值大于标定值时，控制输出定义的变化量。

IN越大，积分作用越小，反之亦然。

c)微分增益DN：
DN=控制输出最大变化量/控制周期内直径信号变化量
d)微分斜率DK
DK指微分作用的衰减率，即当直径信号不在变化时，下次的微分为这次作用的DK%。

e)控径参数MD：
对直径变化进行拐点控制。

f)调节周期TI：
直径控制器每隔一个调节周期时间，对控制输出值进行一次调整。

（二）温度控制PID参数有：
a) 比例增益PN：
PN=温校变化量/拉速信号偏差
b)积分增益IN：
在控制周期内对拉速偏差值进行累加，当累加值大于标定值时，控制输出定义的变化量。

IN越大，积分作用越大，反之亦然。

c)正偏差K+：
K+：为正偏差控制阀值。

d)负偏差K-：
K-：为负偏差控制阀值。

e)超前增益MP：
类同MD。

f)调节周期TI：
直径控制器每隔一个调节周期时间，对控制输出值进行一次调整。

2．PID参数设置
本系统PID可以一段或多段进行控制，以方便用户实际控制需要。

如一段PID控制，需在第二段输入与第一段相同的PID设置值，但长度应到等径结束以后的长度值；同样，多段PID控制的最后一段设置完成后，多设置一段相同的PID设置值，但长度应到等径结束以后的长度值。

A．点击参数与设置键，系统出现设置画面，点击工艺参数设置，出现工艺参数设置画面，选择PID设置后系统进入PID设置子系统；（见图16-18）
图16
图17
图18
3．修改记录：
A．击修改键，（见图19）
图19
进入修改状态；
B．击要修改的数据，弹出系统软键盘，（见图20）
图20
C．入数据后回车，然后点击保存键完成数据的修改。

功能键说明：
上一页，下一页：20段PID设置情况显示；
修改：第一次为修改开始，第二次为关闭修改功能，依次类推；
保存：修改的数据保存。

（2）控制曲线设置
系统提供了等径曲线设置，放肩曲线设置，收尾曲线设置，引晶曲线和转肩曲线。

1．等径曲线设置
图21
图22
等径曲线设置有拉速曲线，温校曲线，晶升曲线，晶转曲线，埚转曲线，埚升曲线和随动比曲线，只有当相应的曲线设置为有效（ON）时，曲线才能起作用；如果要关闭该曲线，只须将该曲线设置为无效（OFF），保存即可。

具体操作类同PID 分段设置。

一般来讲，在等径过程中，随动比和埚升曲线作用类同，因此，一般有一条曲线有效即可，随动比为增减的百分比，如1即增加1%。

2．放肩和收尾曲线设置
操作方法和过程类同上述曲线设置。

放肩曲线主要应用温度的调控实现放肩操作，一般来讲，温效控制的OP输出，3个点对应欧陆的一个点，再结合温效速率的变化，可以设置出放肩曲线；
收尾曲线主要应用拉速和温度的变化实现，类同等径曲线。

图23
图24
3．限幅曲线
图25
曲线说明：
最高拉速，最低拉速为等径控制时拉速的极限值，超出极限值后，拉速不再继续变化，而以极限拉速输出控制，直到直径恢复正常。

(3)工艺菜单设置
系统可以保留三套工艺菜单供用户应用时选择使用。

工艺菜单设置分别为菜单的输入和保存，如6.5寸工艺为第一套，8寸为第二套。

当6.5寸工艺运行成熟后，保存为第一套，当需要运行6.5寸工艺时，选择输入第一套即可。

见图26-27
图26
图27
（4）基本设置
基本设置有8项，具体功能如下：（见图28）
图28
1．记录周期：自动记录周期和记录晶体生长实时曲线的记录周期。

2．直径信号偏差和晶升信号偏差：用于信号偏差的软件补尝。

直径
信号偏差用于DI信号补偿，晶升信号偏差用于SL信号补偿。

注意：
一般是硬件偏差不大，不影响拉晶控制的情况下，而硬件该点又有
信号不稳定的情况才应用。

例如：拉速在调理盒设定为1，而SL显
示为0.99和1之间变化，此时又不便硬件调整AD相关的电位器，
则将晶升信号偏差设置为0.01即可。

下次调整硬件时进行调整并将
该值置为0。

3．预定直径：等径控制时的标准直径实际目测量值。

4．晶体比重：控制的晶体比重。

5．人员管理和开机及曲线设置密码管理。

6．当前PID曲线控制值显示。

（5）速度设置
该项与系统桌面设置一样。

速度设置有4项功能：（见图29）
图29
1．晶转设置：
A．开晶转：打开晶转电机；
B．关晶转：关闭晶转电机；
C．晶转键：设置晶转的转速。

2．埚转设置：
A．埚转：打开埚转电机；
B．关埚转：关闭埚转电机；
C．埚转键：设置埚转的转速。

3．埚升设置：
A．埚升：打开埚升电机；
B．埚升：关闭埚升电机；
C．升键：设置埚升的转速。

D．+，-键：修改埚升的转速。

当有拉速时，设置或修改埚升值将导致直接设置或修改随动比值。

4．随动比修改：
通过+，-键修改随动比设定值。

对新的系统，点击随动比，系统将弹出软键盘，可以直接设置随动比设定值。

（6）自动记录
第一次点击自动记录键，系统出现提示信息，选择确定后系统按照记录周期进行记录；当再一次点击自动记录键时，系统出现提示信息，选择确定后系统停止自动记录功能。

注意：为了系统运行和查看系统控制状况方便，应定期进行系统数据的导出，否则，数据量较多后，造成显示缓慢，应用不便。

（7）晶体信息
用来显示当前已拉的晶体的重量，该窗口到时自动关闭。

见图30
图30
（8）显示记录
进入显示记录窗口，系统显示见图31
图31
其中，炉号选择是倒序排列，第一炉是当前炉的前一炉，记录密度由记录周期决定。

为了操作方便，当前数据库的记录不要保存太多，请定期导出。

导入导出操作
进入导入导出窗口，系统显示见图32
图32
导入操作须在之前有过导出操作才能进行。

先选择导入的文件，然后点击导入记录即可；导出操作则点击导出记录即可实现，生成的导出文件名是对应的导出时间，以供今后进行研
究时将数据导入。

注意：不要重复导入操作，否则，数据重复存储，影响实际应用；系统导出时，将符合条件的记录转存到导出文件中，并将数据库中的数据删除。

（9）PLC状态恢复
系统有不正常时需要系统重新运行时，在出现图1时，进行相应选择，进入系统
继续进行拉晶操作，避免中断工作过程。

系统重新进入，在退出系统时没有清PLC
工作状态，则选择不初始化PLC进入系统，进入系统后进行恢复PLC状态工作，
则可以保持重新进入系统前的PLC状态，以便继续拉晶工作。

选择PLC状态恢复，输入口令后，进入PLC状态恢复界面，见图33
图33
分别输入对应参数，如显示数值与退出时一致即可，否则再次输入。

第五章系统运行环境设置
（1）．系统参数设置
系统运行环境设置部分是晶体生长控制系统的基准，非专业技术人员不要随意修改参数，以免造成系统控制失误。

进入该部分需要用系统口令方可进入操作，选择系统设置命令即可进入。

具体控制见图34
图34
1．采样周期：单位：100毫秒，是系统控制的基准，是指AD控制板采样转换的时间。

一般设定为3，即300毫秒。

注意：该参数非专业人员不得修改，否则造成系统控制混乱。

2．R/M：系统控制灵敏度，既ST-DI的反映灵敏程度。

范围：200---1，越大越灵敏。

太灵敏，系统不稳定；不够灵敏则系统控制直径不好，比较“傻”。

系统一般设置为5—25之间。

3．直径报警：0：关报警设置，1：开报警。

既直径控制失效时，无直径信号时报警。

5．报警阀：直径控制失效几次就报警
6．电机转比：晶转，埚转采用的电机的输出转速值。

该值不能修改，是由设备厂家设定的。

否则，晶转和埚转的显示将不正常。

7．设定温度：温校的设定温度即OP初始值，与是否自动放肩和等径有关
8．埚位转比：埚位编码器的换算比值，该值不能修改，是由设备厂家设定的。

否则，埚位的显示将不正常。

（有的系统没有安装埚位编码器，该项则无效）
9．比例精度：控制PID中比例的控制精度。

标准为1，大于1，增强比例作用，小于1，减弱作用
10．测量精度：直径测量的控制精度，1为原值，该项的作用可以提高ST-DI的精度和反映速度，但过度提高效果调节过强效果也不好。

11．控制精度：0为取整，1为小数，以提高控制的精度。

根据实际情况应用，如果测量精度已达到效果，就不用设置为1了。

12．反向增强：0关闭此功能，1打开反向增益功能，类同PID中的MD设置作用。

13．变化限幅：允许的直径变化范围，一般为60。

14．跳变限幅：允许的直径受干扰的跳变范围，超过时，系统将按跳变前的直径进行控制。

15．拉速调幅：拉速输出的强度，1为增强，0.5为标准。

16．微调增幅：在控制精度为1时，此项为1 ，打开此功能，ST-DI控制精度提高并增强控制的调节作用；为0时，功能关闭。

以下17----23各项在特殊情况下应用，一般不要应用这些功能。

17．温效因子：温度控制基数，大则强；
18．调速因子：速度控制基数，大则强；
19．晶体计长长度换算比：修正计长误差
20．清缓冲区数据：重新计算控制直径数据，该功能不能在自动控制状态下应用。

21．备用报警名：系统的备用报警信号输入名称
22．备用报警方式：接入的方式，常开，常闭
23．系统密码管理：修改系统用户密码，此密码与操作密码不同，仅用于系统管理设置操作。

（2）口令设置
图35
本系统口令可以根据需要进行设置，具体设置简单，明了，但口令设置后，须记好，以免影响使用。

系统参数设置必须有口令系统保护，速度因子设置和温效因子设置分别有固定的口令进行保护，一般人员没有必要了解。

（3）通讯参数设置
PLC 通讯时，主机通讯端口使用COM1；57600，7，E，1，应用RS-485模块进行通讯。

其中，自启动阀值是指系统通讯出现问题情况下，引起系统自动恢复通讯的问题出现次数，一般5左右，数值太大功能失效，太小则过于启动频繁，影响系统稳定。

见图36
图36
第六章系统硬件及PLC设置
（一）DI输入调节
小盒调节电位器到400—500个字即可；
应用模式：
将拉速调幅设置为0.5，有控制输出限幅。

调试注意：
（1）灵敏度设置
灵敏度设置不应设置过高，过高易造成晶体外型不好，波纹大，灵敏度设置范围为1---200，一般设置8左右即可，视情况调节,△E变化不宜过快.
（2）拉速反应
拉速反应在一定位置不变化,是由于限幅起作用,如果限幅区间小,可以修改限幅控制设置即可.
（二）PLC配置
1.通讯：
PLC 端使用COM2；57600，7，E，1
RS-485
2.主机：
（1）输入：
X0+ / X0- ：晶转输入；
X2：（S-PLX）晶上限位
X3：（S-PLX）晶下限位
X4+ / X4- ：埚转输入；
X6：（S-PLX）晶升开
X7：（S-PLX）晶快升
X10 ：计长；
X11：（S-PLX）晶快降
X12：（S-PLX）埚升上限位
X13：（S-PLX）埚升下限位
X14 ：埚位；
X15：（S-PLX）埚升开
X16：（S-PLX）埚快升
X17：（S-PLX）埚快降
（2）输出：
Y4 ：（S-PLX）埚普升输出；
Y5 ：（S-PLX）晶普升输出；
Y6 ：（S-PLX）晶限位输出；
Y7 ：（S-PLX）埚限位输出；
Y10 ：（S-PLX）晶快升输出；
Y11 ：（S-PLX）晶快奖输出；
Y12 ：（S-PLX）晶升电机继电器输出；
Y13 ：（S-PLX）加热开输出；
Y14 ：（S-PLX）无水报警输出；
Y15 ：晶升设定开关；
Y16 ：埚升开关；
3.I/O 数字扩展模块16HP：（位置连接主机）
输入：
用于连接报警输入信号，信号次序同工控机定义，PLC 端依次从X0（报警1：过流）到X7；
X0—过流，X1—晶限位，X2—埚限位，X3—欠水，X4—电极1，X5—炉底，X6--电极2，X7—炉筒
输出
Y0 ：晶转开关；
Y1 ：埚转开关；
Y2 ：报警输出；
Y4 ：（S-PLX）埚快升输出；
Y5 ：（S-PLX）埚快降输出；
4.I/O 数字扩展模块16HM：（位置连接16HP）
输入：
用于连接报警输入信号，信号次序同工控机定义，PLC 端依次从X0（报警8：）到X11；
X0—炉盖，X1—上可控硅，X2—阀口，X3—阀盖，X4—下可控硅，X5—电缆1，X6—坩埚杆，X7—电缆2，X10—上快熔，X11—下快熔；
X16：（S-PLX）水压表常开；
X17：（S-PLX）加热开；
5.A/ D 模块：（位置连接I/O 数字扩展模块16HM）
DI：CH1：V+ /COM；
SL：CH2：V+ /COM；
CL：CH3：V+ /COM；
6.D/ A 1 模块：（位置连接A/ D模块）
OP （晶升）：CH1：V+ /COM；
OP （温校）：CH2：V+ /COM；
晶转：CH3：V+ /COM；
埚转：CH4：V+ /COM；
7.D/ A 2 模块：（位置连接D/ A1模块）
埚升：CH1：V+ /COM；
8.PLC配置：
DEV-32EH，16HP，16HM，04AD各一台；04DA 二台。