CZ150直拉单晶炉—热场控制系统的研究
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摘要
本论文介绍了一种基于PLC的模块化直拉单晶炉热场温度控制系统，它具有可扩展性强、灵活性好、易于维护等特点，只要做很少的模块扩展与软件修改工作，就可以满足各类直拉单晶炉控制系统的要求。
本论文鉴于现在直拉单晶炉热场温度控制的现状，提出了模糊变系数PID控制算法，通过现场试验，实验曲线数据分析表明：论文给出的模糊变系数PID控制算法能够满足设计要求，能够达到对于直拉单晶炉热场温度控制的目的，控制精度在允许的控制范围内，误差比较合理，使作业控制更加有效和准确。
论文总共分为七章：
第一章介绍了论文的研究背景以及国内外在直拉单晶炉研究现状及发展，并对热场及其控制以及CZ150直拉单晶炉进行了介绍，并由此引出了论文的研究内容和方法。
第二章主要进行的工作是研究了晶体的热动力、热传输，在此基础上对热场建模。
第三章详细叙述了直拉单晶炉热场模糊变系数PID温度控制，首先对直拉单晶炉热场的特性进行测试研究，然后用模糊变系数PID控制算法进行控制，用经验知识对模糊变系数PID算法中的参数进行修正，达到理想的控制效果。
第四章详细叙述了以基于PLC的模块化直拉单晶炉热场温度控制系统的硬件实现，首先提出了直拉单晶炉热场对控制系统的硬件要求，然后对本系统的硬件设计进行了详细说明。
第五章详细叙述了以基于PLC的模块化直拉单晶炉热场温度控制系统的软件实现，首先对软件系统的整体框架进行了介绍，然后对软件系统的各个程序模块逐个分析。
第六章介绍了论文的现场试验，给出了系统试验的曲线、数据分析和最终结论。
第七章总结了本论文研究的内容，并对课题中需要进一步研究、完善的重点进行了一定的探讨、分析和展望。
A modularization-control system of Silicon Crystal Furnace based PLC is discussed in detail. Because of its modularization-structure, it has strong expansibility, good flexibility and good maintainability.with changing a few hardware modulars and modifying software, it can meet the requirements of most control systems of Silicon Crystal Growing Furnace.
Aiming at the actuality in the thermal field of the control system of Cz-Silicon Crystal Furnace, the PID and fuzzy control is raised and realized. This newly constructed system is tested by practical experiment on its control effect and the result shows that our design can meet the design guideline and work effectively.
This thesis consists of seven sections:
Chapter 1 shows the research background, analyzes the present research development on the field of the CZ150 Silicon Crystal Furnace and finally gives the research content and method of my paper.
Chapter 2 researches on thermodynamics and heat-exchange of the Crystal, after that the thermal field model is upbuilded.
Chapter 3 detailedly depicts the PID and fuzzy control. Firstly its characteristic is tested and studied.Later, PID and fuzzy control arithmetic are used for controlling, experiment data are analysed and studied, with that the resusts are presented. Laatly parameter of the PID and fuzzy control is corrected subjectively so that the perfect effect is achieved.
Chapter 4 detailedly depicts the implement of hardware about the control system of Silicon Crystal Furnace with PLC based. Firstly the hardware condition is mentioned. Later, each module interface and function is introduced.
Chapter 5 detailedly depicts the implement of software about the control system of Silicon Crystal Furnace with PLC based .Firstly the integered frame of software system is discussed. Later, each programmable module is analysed step and step.
Chapter 6 explains the system experiments that are carried out to test this system design. After experimental curve and data analysis, the result shows that our design can meet the demand of this project and can work effectively.
Chapter 7 is a summary of the whole research work.The main achievements of this thesis are menthioned and the conceit of the further developing work is pointed out.
本论文鉴于现在直拉单晶炉热场温度控制的现状，提出了模糊变系数PID控制算法，通过现场试验，实验曲线数据分析表明：论文给出的模糊变系数PID控制算法能够满足设计要求，能够达到对于直拉单晶炉热场温度控制的目的，控制精度在允许的控制范围内，误差比较合理，使作业控制更加有效和准确。
论文总共分为七章：
第一章介绍了论文的研究背景以及国内外在直拉单晶炉研究现状及发展，并对热场及其控制以及CZ150直拉单晶炉进行了介绍，并由此引出了论文的研究内容和方法。
第二章主要进行的工作是研究了晶体的热动力、热传输，在此基础上对热场建模。
第三章详细叙述了直拉单晶炉热场模糊变系数PID温度控制，首先对直拉单晶炉热场的特性进行测试研究，然后用模糊变系数PID控制算法进行控制，用经验知识对模糊变系数PID算法中的参数进行修正，达到理想的控制效果。
第四章详细叙述了以基于PLC的模块化直拉单晶炉热场温度控制系统的硬件实现，首先提出了直拉单晶炉热场对控制系统的硬件要求，然后对本系统的硬件设计进行了详细说明。
第五章详细叙述了以基于PLC的模块化直拉单晶炉热场温度控制系统的软件实现，首先对软件系统的整体框架进行了介绍，然后对软件系统的各个程序模块逐个分析。
第六章介绍了论文的现场试验，给出了系统试验的曲线、数据分析和最终结论。
第七章总结了本论文研究的内容，并对课题中需要进一步研究、完善的重点进行了一定的探讨、分析和展望。
A modularization-control system of Silicon Crystal Furnace based PLC is discussed in detail. Because of its modularization-structure, it has strong expansibility, good flexibility and good maintainability.with changing a few hardware modulars and modifying software, it can meet the requirements of most control systems of Silicon Crystal Growing Furnace.
Aiming at the actuality in the thermal field of the control system of Cz-Silicon Crystal Furnace, the PID and fuzzy control is raised and realized. This newly constructed system is tested by practical experiment on its control effect and the result shows that our design can meet the design guideline and work effectively.
This thesis consists of seven sections:
Chapter 1 shows the research background, analyzes the present research development on the field of the CZ150 Silicon Crystal Furnace and finally gives the research content and method of my paper.
Chapter 2 researches on thermodynamics and heat-exchange of the Crystal, after that the thermal field model is upbuilded.
Chapter 3 detailedly depicts the PID and fuzzy control. Firstly its characteristic is tested and studied.Later, PID and fuzzy control arithmetic are used for controlling, experiment data are analysed and studied, with that the resusts are presented. Laatly parameter of the PID and fuzzy control is corrected subjectively so that the perfect effect is achieved.
Chapter 4 detailedly depicts the implement of hardware about the control system of Silicon Crystal Furnace with PLC based. Firstly the hardware condition is mentioned. Later, each module interface and function is introduced.
Chapter 5 detailedly depicts the implement of software about the control system of Silicon Crystal Furnace with PLC based .Firstly the integered frame of software system is discussed. Later, each programmable module is analysed step and step.
Chapter 6 explains the system experiments that are carried out to test this system design. After experimental curve and data analysis, the result shows that our design can meet the demand of this project and can work effectively.
Chapter 7 is a summary of the whole research work.The main achievements of this thesis are menthioned and the conceit of the further developing work is pointed out.
引文
[1] 许扬。提高单晶炉真空密闭性能的探讨[J]。人工晶体学报，2003，5：528-539
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[3] 达道安，李旺奎。真空设计手册[M]。北京：国防工业出版社，1991
[4] 李占国，毛桂盛。硅单晶生长工艺学[M]。北京：中国有色金属工业总公司，1986
[5] 任丙彦，郝秋艳，刘彩池，王海云，张颖怀。大直径CZSi单晶中微缺陷与间隙氧之间的关系半导体技术，2002，(3)：21～24
[6] S. Takasu, Wafer, in Microdevices, 88, McGraw-Hill, 1983
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[8] 张克丛，张乐漶。晶体生长。北京：科学出版社，1981
[9] [英]B．R．潘普林 主编；刘如水，沈德中，张红武，戚立昌译．晶体生长。中国建筑工业出版社，1981，381～393
[10] R. F. Doolittle. Determining the crystal structure of fibrinogen. Journal of Thrombosis and Haemostasis Volume 2, Issue 5, Page 683-689, May 2004
[11] B. Facon, T. Facon-Bollengier. Chronological age and crystallized intelligence of people with intellectual disability Journal of Intellectual Disability ResearchVolume 43, Issue 6, Page 489-496, Dec 1999
[12] Hexiong Yang, Jurgen Konzett. Crystal chemistry of a high-pressure C2/c clinopyroxene with six-coordinated silicon. The American Mineralogist. Washington: Jul 2005.Vol. 90, Iss. 7; p. 1223
[13] R. F. Doolittle. Determining the crystal structure of fibrinogen.Journal of Thrombosis and HaemostasisVolume 2, Issue 5, Page 683-689, May 2004
[14] Gregory S. Rohrer, C. Lane Rohrer, William W. Mullins. Coarsening of Faceted Crystals. Journal of the American Ceramic Society. Volume 85, Issue 3, Page 675-682, Mar 2002
[15] Mahua Ghosh, Sibdas Bandyopadhyay. Studies on the Crystal Growth of Rice Bran Wax in a Hexane Medium. JAOCS, Journal of the American Oil Chemists' Society. Champaign: Apr 2005. Vol. 82. Iss. 4; p. 229 (3 pages)
[16] P.l (?)e. Production Evaluation of KLA-IneoreS30 EbeamInspection System [C].Presented at SEM1CON West YieldManagement Seminar, San Francisco, CA, 2003, July, 15
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[18] 阙端麟 主编，陈修治 副主编。硅材料科学与技术。浙江大学出版社，2000
[19] 仲维卓，华素坤 著。晶体生长形态学。科学出版社，1999，120～126
[20] 常国威，王建中 著。金属凝固过程中的晶体生长与控制。冶金工业出版社，2002
[21] 姚连增 主编。晶体生长基础。中国科学大学出版社，1995
[22] 杨树人，王宗昌，王兢编著。半导体材料(第2版)。北京：科学出版社，2004：58—60
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[37] 章宏甲，黄谊，王积伟主编。《液压与气压传动》。北京：机械工业出版社，2000年5月
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[39] 刘豹主编。《现代控制理论(第2版)》。北京：机械工业出版社。2000年5月
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[47] 王幸之。单片机应用系统抗干扰技术。北京：北京航空航天大学出版社，1999
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[49] 于海生，潘松峰，于培仁，等。微型计算机控制技术．北京：清华大学出版社，1999，35-36。
[50] 秦曾煌。电工学上册—电工技术(第五版)。北京：高等教育出版社，2001
[51] 秦曾煌。电工学下册—电子技术(第五版)。北京：高等教育出版社，2001
[52] 卢文祥，杜润生。机械工程测试·信息·信号分析[M]。武汉：华中理工大学出版社，1999，第二版：52-119
[53] 程昱等编著。精通Protel DXP电路设计[M]。北京：清华大学出版社．2004，第一版
[54] 童诗白，华成英主编。模拟电子技术基础(第三版)。北京：高等教育出版社，2004
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[56] 杨华勇。机电系统控制[M]。杭州：浙江大学出版社．2002
[57] 路甬祥，胡大纥。电液比例控制技术[M]。北京：机械工业出版社，1988，第一版：26-95
[58] 康华光主编。电子技术基础：模拟部分(第四版)。北京：高等教育出版社，2000
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[60] 邓汉馨，郑家龙主编。模拟集成电子技术教程。北京：高等教育出版社，1999
[61] 郑家龙，王小海，章安元主编。集成电子技术基础教程。北京：高等教育出版社，2002
[62] 弭洪涛。PLC应用技术。北京：中国电力出版社，2004
[63] 郭宗仁，吴亦锋，郭永著。可编程序控制器应用系统设计及通信网络技术。北京：人民邮电出版社，2002
[64] 可编程操作手册，OMRON．NS系列可编程终端
[65] 范逸之，陈立元。Visual Basic与RS-232串行通讯控制(最新版)北京：清华大学出版社，2002
[66] 范逸之。Visual Basic与分布式监控系统一—RS-232／485串行通信 北京：清华大学出版社，2002
[67] Curtis Smith Michael Amundsen，陈海标译。Visual Basic 6.0数据库编程。北京：清华大学出版社，1999
[68] 王晟，凌宇欣编．Visual Basic 6.0中文版范例入门与提高。北京：清华大学出版社，2004
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[70] 周霭如，官士鸿，林伟健。Visual Basic程序设计。电子工业出版社，2003
[71] 杜春雷，顾颖彦等著。如何使用Visual Basic 6.0中文版。机械工业出版社，1999。
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[73] Stanley B．Lippman，josee Lajoie，潘爱民，张丽译。C++Primer中文版(第三版)。北京：中国电力出版社，2004
[74] 杨乐平，李海涛等著。Labview程序设计与应用(第2版)。北京：电子工业出版社，2005
[75] David J．Kruglinski，Scot wingo，George Shepherd著，希望图书创作室译
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