HXDRF85单晶炉电气控制系统说明书.docx
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HXDRF85单晶炉电气控制系统说明书
使用须知
●本说明书专为HX-DRF-85型单晶炉的用户所编写,要熟悉操作HX-DRF-85单晶炉,除了本使用手册外,用户还应熟知HX-DRF-85单晶炉的机械使用说明书。
●对于说明书中没有涉及到的问题或应用户要求专门设计的使用细节,用户应以我们提供的电气图纸资料及培训资料为准。
●本说明书只对公开的用户须知部分进行描述,对于用户拉晶工艺参数的特殊要求,我们负责对用户的拉晶工艺参数保密,而不在使用说明书中描述详细的工艺参数及细节。
●本手册的所有版权归西安恒新自动控制有限公司所有。
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1概述·控制系统的特点1
2控制系统组成及功能说明2
2.1单晶炉电气控制系统组成2
2.2单晶炉电气控制系统功能说明2
2.2.1HX-ADC晶体生长控制柜2
2.2.2HX-P190-0600或HX-P190-1211加热功率柜6
2.2.3其它控制部分6
3HX-ADC单晶炉电气控制系统安装调试8
3.1安装及接线8
3.1.1供电电源8
3.1.2HX-ADC控制柜接线说明8
3.1.3功率柜接线说明9
3.2系统调试9
3.2.1速度系统的调试9
3.2.2温度控制系统调试17
4电气部分常见问题分析处理26
4.1速度系统常见故障及处理26
4.1.1直流电机调速系统26
4.1.2交流电机调速系统:
27
4.2控温系统常见故障及处理27
4.2.1加热电源柜调试中常见故障27
4.2.2系统投入自动后常见故障29
4.2.3加热过程中,频繁出现“过流”29
1概述·控制系统的特点
HX-ADC单晶炉电气控制系统是西安恒新自动控制有限公司集多年单晶炉控制经验之大成,为提拉式单晶炉研制的新一代全自动单晶炉电气控制系统,可满足大直径单晶炉的电气控制要求。
系统的主要特点如下:
◆电气控制柜采用多种当代单晶炉控制新技术,实现单晶生长过程自动控制。
控制单元采用世界名牌企业的模块化元件,系统结构简单,运行稳定可靠,维修方便。
◆中央控制系统采用一体化工业控制机及触摸式屏幕显示,人机界面HMI采用15"触摸屏,拉晶工艺全过程直观显示,操作简单明了,画面美观。
◆系统输入输出控制单元采用可编程序控制系统PCC,系统结构先进,可靠性高。
◆柜内低压电器选用世界名牌产品,可靠性高。
◆控制柜供电电源采用隔离变压器及电源滤波器,适用于恶劣供电环境。
◆配套有IRCON或CCD直径测量装置(可选),如选用CCD测径方式,晶体生长过程可实现引晶、放肩、收肩、等径生长、收尾的全过程自动控制。
◆控制柜设计预留机架式UPS电源接口,安装UPS电源后,可减少由于意外停电而造成的损失。
◆出厂软件可由用户选择为英文版或中文版软件版本。
◆在拉晶过程中还提供多种保护及报警功能。
◆氩气流量有质量流量计(MFC)控制(可选),炉室压力信号由PCC直接测量,控制计算机直接显示炉内压力。
◆控制计算机自动记录单晶炉运行过程中的拉晶工艺参数。
◆加热温度由PCC温度专用模块控制,温度控制快速精确,可靠性高。
◆速度系统采用专业生产厂家的驱动模块,并与世界知名品牌的伺服电机相连,速度系统运行稳定,可靠性高。
◆加热功率电源采用6脉波或12脉波可控硅直流电源,触发控制采用数字式触发器。
12脉波电源柜内安装有LC元件,电源功率因数高,谐波分量小。
◆主室泵抽气阀门开度电动控制(可选)。
2控制系统组成及功能说明
2.1单晶炉电气控制系统组成
HX-ADC单晶炉电气控制系统由三部分组成:
1.HX-ADC晶体生长控制柜。
2.HX-P190-0600或加热HX-P190-1211功率柜。
3.其它控制部分。
2.2单晶炉电气控制系统功能说明
2.2.1HX-ADC晶体生长控制柜
HX-ADC晶体生长控制柜是单晶炉电气控制系统的核心部分,主要有以下几部分组成:
◆一体化工业控制机(PC)。
◆高可靠的可编程序控制器(PCC)。
◆HX-DRF-0701多功能控制单机。
◆两套直流电机驱动器,分别控制晶升、埚升速度系统。
◆两套交流电机驱动器,分别控制晶转、埚转速度系统。
◆柜内电源变压器及系统控制电源。
◆柜内接触器、继电器、操作按键、接线端子等低压电器。
◆备用机架式UPS电源接口。
◆控制柜操作面板。
◆液压升降控制及主泵付泵控制。
其主要控制元件的功能为:
一、HX-DRF-0701多功能控制单机
HX-DRF-0701控制单机的内部安装了7块控制板,其功能如下表所列:
序号
型号
名称
功能
1
HX-SLD702
晶升驱动板
晶升速度及晶升快速控制
2
HX-CLD702
埚升驱动板
埚升速度及埚升快速控制
3
HX-REL701
继电器板
继电器输出模块
4
HX-P702
双24V电源板
24V电源
5
HX-P701
控制电源板
单机内部控制电源
6
HX-DIO711
信号处理板
开关量控制及HXSEED2-DB15电源
7
HX-SGDM01
晶转、埚转控制板
晶转速度控制,埚转速度控制
二、PCC及控制柜内继电控制单元
可编程序控制器及柜内低压电器组成的智能逻辑控制器,实现了继电控制逻辑的软件编程,使继电控制简单可靠,完成对真空泵系统、液压升降系统、氩气流量、及晶升埚升快速升降的控制。
柜内预留了机架式UPS电源的安装位置。
当安装UPS后,在拉晶过程中,如遇突然停电,计算机及晶升埚升控制系统可自动转换到UPS电源供电,以处理紧急情况。
三、控制柜面板
控制面板除了安装有工业控制计算机外,还安装了控制柜操作按键,这些按键操作过程由PCC进行功能处理。
各键的功能如下表所列:
1.【电源】【急停】【使能/禁止】按键
序号
按键名称
功能
操作方式
1
电源
控制柜电源开关。
按下时接通控制系统电源,同时点亮内部的红色指示灯。
再次按下时关闭系统电源并关闭指示灯。
2
急停
在速度系统出现不可控制的故障时,通过该键强制速度系统停止运行。
按下时停止速度系统运行。
取消急停状态需要向外拔出开关。
3
使能/禁止
使能或禁止面板上晶体快速、坩埚快速和液压升降开关的功能。
防止在晶体生长过程中产生误操作。
将开关指示端旋至“使能”位置时,面板快速及液压升降开关处于可工作状态。
将开关指示端旋至“禁止”位置时,面板快速及液压升降开关功能被禁止。
2.【晶快升】【晶快降】【埚快升】【埚快降】按键
这4个键只有在【使能/禁止】按键指向使能时有效,用于晶快速升降操作及埚快速升降操作。
序号
按键名称
功能
操作方式
1
晶快升
快速提升晶体。
按下时晶体向上快速运动。
不按时晶体停止运动。
2
晶快降
快速下降晶体。
按下时晶体向下快速运动。
不按时晶体停止运动。
3
埚快升
快速上升坩埚。
按下时坩埚向上快速运动。
不按时坩埚停止运动。
4
埚快降
快速下降坩埚。
按下时坩埚向下快速运动。
不按时坩埚停止运动。
3.【副炉室】【主炉室】【上升】【下降】按键
这4个键只有在【使能/禁止】按键指向使能时有效,用于主炉室、付炉室及炉盖的升降操作。
序号
按键名称
功能
操作方式
1
副炉室
副炉室液压操作按钮。
与“上升”、“下降”按钮配合操作。
按下该按钮将启动液压泵,保持该键按下的同时再按下上升按钮,副炉室将向上运行至S1限位开关处,此时副室将自动停止运动。
抬起该按钮和上升按钮,当再次按上述顺序按下该按钮和上升按钮时,炉盖将向上运行至S2处,此时炉盖将自动停止运动。
按下该按钮将启动液压泵,保持该键按下的同时再按下下降按钮,炉盖和副炉室将向下运行,松开下降按钮或该按钮副炉室将停止运动。
2
主炉室
主炉室液压操作按钮。
与“上升”、“下降”按钮配合操作。
仅在炉盖运行至S2处时可以升起主炉室。
按下该按钮将启动液压泵,保持该键按下的同时再按下上升按钮,主炉室将向上运行,松开上升按钮或该按钮主炉室将停止运动。
按下该按钮将启动液压泵,保持该键按下的同时再按下下降按钮,主炉室将向下运行,松开下降按钮或该按钮主炉室将停止运动。
3
上升
液压操作按钮。
与“主炉室”、“副炉室”按钮配合操作。
按下时炉室上升。
4
下降
液压操作按钮。
与“主炉室”、“副炉室”按钮配合操作。
按下时炉室下降。
4.【副室泵】【主室泵】按键
序号
按键名称
功能
操作方式
1
副室泵
启动或停止副室泵的运行。
按下时启动副室真空泵,同时点亮内部的红色指示灯。
再次按下时关闭副室泵并关闭指示灯。
2
主室泵
启动或停止主室泵的运行。
按下时启动主室真空泵,同时点亮内部的红色指示灯。
再次按下时关闭主室泵并关闭指示灯。
5.【加热启动】【过流复位】按键
序号
按键名称
功能
操作方式
1
加热启动
启动或停止加热电源。
按下时启动加热电源,同时点亮内部的红色指示灯。
再次按下时关闭加热电源并关闭指示灯。
2
过流复位
加热电源的故障复位按钮。
按下时复位加热电源的故障保护状态。
2.2.2HX-P190-0600或HX-P190-1211加热功率柜
HX-P190-0600加热功率电源,是一台6脉波的可控硅整流电源。
其主要由功率变压器、可控硅组、数字触发器及过电流保护等单元组成。
HX-P190-1211加热功率电源,是一台12脉波的可控硅整流电源。
其主要由功率变压器、可控硅组、数字触发器、LC补偿电路及过电流保护单元等组成。
加热电源柜的面板上配置了加热电压、电流表,安装了加热功率手动给定电位器。
电源柜可脱离控制柜单独运行,当转换开关置于“本机控制”时,电源柜加热功率给定由手动给定电位器给定。
而当转换开关置于“远程控制”时,加热功率给定则由HX-ADC控制柜上的加热控制系统控制。
2.2.3其它控制部分
其它控制部分由以下几部分组成:
一、单晶炉主机分线盒
单晶炉主机分线盒安装在单晶炉底座旁,分线盒有两个作用:
1.信号处理
分线盒内安装有分布式PCC,其功能为:
水温传感器信号、限位开关信号、温度传感器信号、炉内压力信号及晶升埚升计长信号,功率柜加热电压、加热电流输入测量及输出控制信号,主室泵阀门开度控制信号。
2.控制柜与炉体之间的连接线转接点。
二、手动引晶装置(HX-SEED-DB15)
为了方便操作者引晶时的操作,控制系统提供一个可移动的手动引晶装置。
完成对晶升、埚升电机的快速操作及晶体生长过程中的手动引晶操作。
三、限位开关
设备安装了多路安全保护开关,它们安装在炉体的各个相关部件上。
这些限位开关信号包括:
序号
限位开关名称
安装位置
功能
1
晶升上限位
单晶炉上传动部件
晶体上升极限位置报警,有效时晶升速度及晶转速度停止运转。
2
埚升上限位
单晶炉下传动部件
埚升上升极限位置报警,有效时埚升上升速度停止运转。
3
埚升下限位
埚升下降极限位置报警,有效时埚升快速下降停止运转。
4
水压表上限位
主机上水压表常开触点NO
该触点闭合时有效,有效时可启动加热。
5
水压表下限位
主机上水压表常闭触点NC
该触点闭合时有效,有效时表明水压低于加热要求,这时启动水压过低报警。
6
绕丝轮左行程限位
上传动部件
左行程限位为上限位,停止晶升操作,
7
绕丝轮右行程限位
右行程限位为下限位,停止晶体下降操作。
8
液压限位开关S1
副室和炉盖之间
详见液压系统调试说明
9
液压限位开关S2
主机炉盖上升极限位置
四、冷却水温度测量
可以对14路冷却水水温报警节点进行检测,当其中某路冷却水的水温超过50℃时,相应的该路报警指示灯点亮并有声音报警。
3HX-ADC单晶炉电气控制系统安装调试
3.1安装及接线
单晶炉主机及控制柜在制造完成后,经分解后运输至用户工厂。
在安装完毕后,需在现场完成控制系统的接线工作,接线按本批货物出厂提供的HX-DRF-85单晶炉电气系统接线图完成。
这些连接线包括:
3.1.1供电电源
供电电源采用三相5线制供电,即U、V、W三相电源,N0地线,PE保护地。
国内设备使用三相380V/50HZ交流电源。
注:
对电网有特殊要求时用户应在订货时提出特别要求。
3.1.2HX-ADC控制柜接线说明
HX-ADC控制柜的内部连线在出厂前已经完成安装调试。
通电以前根据接线定义将电控柜与以下控制单元可靠相连,对外连线包括:
一、主机分线盒接线,包括:
1.晶升埚升计长信号
2.限位开关信号
3.水温测量开关
4.温度传感器信号、炉内压力传感器信号
5.功率柜加热电压、加热电流输入测量及输出控制
6.主室泵开度控制
二、晶升电机、埚升电机、埚快速电机、晶转电机、埚转电机、电磁离合器电源等的接线。
三、IRCON/CCD晶体直径测量模块接线
四、真空机组及液压泵接线
真空机组包括:
主室泵及副室泵。
3.1.3功率柜接线说明
功率柜除与主机分线盒端子相连外,三相电源进线与三相主供电回路相连,并需接入一电源零线N0。
3.2系统调试
在完成现场接线工作后,经现场调试技术人员确认后,即可进行通电调试工作,电气系统的调试包括以下几部分:
3.2.1速度系统的调试
单晶炉速度系统包括:
A、晶升速度系统:
包括晶升速度及晶升快速
B、埚升速度系统:
包括埚升速度及埚升快速
C、晶转埚转速度系统
一、晶升速度系统的调试
晶升速度系统采用单电机驱动,电机选用日本三洋公司生产的V720-012伺服电动机及测速机机组,电机驱动器选用Copley412脉宽调速器,其控制由HX-SLD702晶升驱动板完成,它安装在HX-DRF-0701控制单机内,HX-SLD702晶升速度驱动板是速度系统调试中最重要的。
晶升驱动板上的指示灯及电位器的功能如下表所列:
序号
名称
功能
1
HVLED
晶升电机驱动电源指示灯
2
POWLED
晶升电源指示灯
3
UPLED
晶升快升运行指示灯
4
DOWNLED
晶升快降运行指示灯
5
PROLED
电机失速保护指示灯(停止时亮)
6
ALARMLED
驱动器故障指示灯
7
Reset
保护后恢复电机运行复位按键
8
●SLPRO
电机失速保护值调整电位器
9
●SLDIS
晶升手操器显示满度电位器
10
●Z(SLA/D)
●F(SLA/D)
晶升速度显示零点电位器
晶升速度显示满度电位器
11
●Z(SLSP)
●F(SLSP)
晶升速度给定零点电位器
晶升速度给定满度电位器
12
●BALAMCE调零
电机驱动器速度零点调整电位器
13
●INTEG积分
电机驱动器积分时间调整电位器
14
●LOOP增益
电机驱动器增益调整电位器
15
●TACH测速电压反馈
电机驱动器测速电压调整电位器
16
●REF比值
电机驱动器速度满度调整电位器
晶升速度系统的电源开关,速度给定操作及参数显示均由控制柜上的液晶触摸屏完成。
晶升速度系统的快速操作由HX-SEED-DB15引晶装置或控制柜上的晶快升降按键完成。
晶升手动给定由HX-SEED-DB15引晶装置完成。
晶升机械传动装置简介
减速比:
1:
1800
提拉头绕丝轮周长:
200mm
1.晶升技术指标
1)晶升速度范围:
0.20~8.00mm/min
2)晶升/埚升跟踪范围:
晶升1.00mm/min时→埚升从0~0.500mm/min可调。
3)晶升快速升/降速度:
≥200mm/min。
晶升快速上限值可设定,并具有软起动功能。
4)限位保护:
当重锤上升至最高行程时,有行程限位保护功能,而下降时没有行程限位功能。
考虑到钢丝绳绕轮的工作状态(水平移动)在提拉头内部装有极限限位开关,当绕轮向左或向右运动到极限限位时,将送出一个信号去PCC,系统将停止电机运行。
此时,可以在引晶装置上或控制柜面板上操作,改变电机的运行方向,使其朝反方向运动,脱离极限限位。
另外,在重锤上升至最高行程时,停止提拉运动并停止晶体旋转,这样做的目的是防止限位时因卡滞而损坏钢丝绳。
2.晶升速度调试
先将晶升显示系数设置为:
1.000
1)脉宽调速器Copley412上有两个小型开关S1和S2,S1置ON位置(低电平禁止有效),S2置OFF位置(调速器为速度模式)。
2)顺时针旋转HX-SEED-DB15引晶装置上的给定电位器,给出任意一个速度,调节HX-SLD702板右侧第三个增益电位器LOOP,调节电机是否有劲,调节方法是顺时针拧此电位器到晶升电机震动时(可用手触摸电机外壳)再慢慢逆时针拧此电位器到电机正好不震动状态。
一般调整好后,此项再不做调整。
3)顺时针旋转HX-SEED-DB15手操器的电位器一圈,对应表头显示变化量应为增加0.80~1.00mm,手操器的电位器拧到头表头显示在8.00mm左右,如显示数值偏大或偏小,应调节HX-SLD702板右侧第5个比值(满度)电位器,使表头显示在8.00mm左右。
4)顺时针旋转HX-SEED-DB15手操器的给定电位器3圈左右,给出任意一个速度,在“速度系统F4”画面中,“晶升晶转系统”的“参数设定”里的“晶升平均拉速”将会有显示值,以此值为标准,调节“HX-SLD702板”中左侧第二个(顺序为由上至下递增)即“SLDIS”电位器,校正HX-SEED-DB15手操器的表头显示值。
(校正3个值:
0.50mm,1.00mm,4.00mm)
5)触摸屏中速度显示值调试:
顺时针旋转HX-SEED-DB15的给定电位器,使晶升速度为8.00mm/min,此时调节“HX-SLD702板”中左侧第四个即“FSL(A/D)”电位器(晶升速度测量满度电位器),使触摸屏中的“晶升速度(mm/min)”也为8.00mm。
旋HX-SEED-DB15的给定电位器,使晶升速度为0.20mm/min,此时调节“HX-SLD702板”中左侧第三个即“ZSL(A/D)”电位器(晶升速度测量零点电位器),使触摸屏中的“晶升速度(mm/min)”也为0.20mm。
反复调零点及满度电位器直到晶升速度显示值与实际值在误差范围为止。
6)速度给定值调试:
调整“晶升速度(mm/m)”与“晶升给定SP(mm/m)”相等或者“晶升速度(mm/m)”与“控速输出(mm/min)”相等。
“晶升给定SP(mm/m)”给出晶升给定8.00mm/m,此时调节“HX-SLD702板”中左侧第6个即“FSL(SP)”电位器(晶升速度给定满度电位器),使“晶升速度(mm/m)”显示也为8.00mm/m。
“晶升给定SP(mm/m)”给出晶升给定0.20mm/m,此时调节“HX-SLD702板”中左侧第5个即“ZSL(SP)”电位器(晶升速度给定零点电位器),使“晶升速度(mm/m)”显示也为0.20mm/m。
反复调零点及满度电位器直到晶升速度显示值与给定值在误差范围为止。
注:
调节3)、4)、5)、6)步骤1~4次,调节完后应是HX-SEED-DB15上的显示、“晶升速度(mm/m)”、“晶升给定SP(mm/m)”、“晶升平均拉速”四个数值相等。
HX-SEED-DB15的电位器顺时针拧一圈其值增加0.80~1.00mm左右,拧到头为8.00mm左右。
7)调节晶升电流保护(失速保护):
顺时针旋转HX-SEED-DB15的给定电位器到头,使晶升速度为8.00mm/min,逆时针调节HX-SLD702板左侧第一个SLPRO电位器,拧到HX-SLD702板上的SLPRO保护灯亮电机停止转动,再顺时针将SLPRO电位器反拧4圈即可。
电机发生保护后,应将给定电位器逆时针旋到头,使给定降为零,然后按一下“HX-SLD702板”中的复位按键RESET,电机恢复运行。
3.晶升快速调试:
将HX-SEED-DB15引晶装置的拨动开关打到允许位置,或将面板上的“使能/禁止”开关打到使能位置,按下HX-SEED-DB15上的或面板上的晶快速按钮,晶即快速升降。
二、埚升速度系统的调试
埚升速度系统采用双电机结构,埚升速度系统的慢速电机选用日本三洋公司生产的M818T-012伺服电动机带测速机组,速度控制器选用Copley412型脉宽调速器,其控制由HX-CLD702埚升驱动板完成,它安装在HX-DRF-0701控制单机内。
HX-CLD702埚升驱动板上的指示灯及电位器的功能如下表所列:
序号
名称
功能
1
HVLED
埚升电机驱动电源指示灯
2
POWLED
埚升电源指示灯
3
CLUPLED
埚升快升运行指示灯
4
CLDOWNLED
埚升快降运行指示灯
5
PROLED
电机失速保护指示灯(停止时亮)
6
ALARMLED
驱动器故障指示灯
7
REARM
保护后恢复电机运行复位按键
8
●FCLPRO
电机失速保护值调整电位器
9
●Z(CLA/D)
●F(CLA/D)
埚升速度显示零点电位器
埚升速度显示满度电位器
10
●Z(CLSP)
●F(CLSP)
埚升速度给定零点电位器
埚升速度给定满度电位器
11
●BALANCE调零
电机驱动器速度零点调整电位器
12
●INTEG积分
电机驱动器积分时间调整电位器
13
●LOOP增益
电机驱动器增益调整电位器
14
●TACH测速电压反馈
电机驱动器测速电压调整电位器
15
●REF比值
电机驱动器速度满度调整电位器
埚升速度系统的电源开关,速度给定操作及参数显示均由控制柜上的液晶触摸屏完成。
埚升速度系统的快速操作由HX-SEED-DB15引晶装置或控制柜上的埚快速升降按键完成。
1.埚升机械传动装置
减速比:
1:
3900丝杠螺距:
5mm
2.埚升技术指标
1)埚升速度范围:
0.020mm~1.000mm/min
埚升速度由晶升控制,两者为随动跟踪关系,跟踪速度可调。
2)埚升快速:
>100mm/min
3)限位保护
埚升上限位时,停止上升操作。
埚升下限位时,停止下降操作。
3.埚升速度调试
埚先将埚升显示系数设置为:
3.100
1)脉宽调速器Copley412上有两个小型开关S1和S2,S1置ON位置(低电平禁止有效),S2置OFF位置(调速器为速度模式)。
2)用“埚升给定SP(mm/m)”给出埚升任意一个速度,调节HX-CLD702板右侧第三个增益电位器LOOP,调节电机是否有劲,调节方法是顺时针拧到埚升电机震动时(可用手触摸电机外壳)再慢慢逆时针拧到电机正好不震动状态。
(一般调整好
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