Разработка автоматизированной системы контроля промывки полупроводниковых пластин

В данной работе представлена разработка автоматизированной системы управления контроля промывки. Подобраны средства контроля, управления, обработки результатов для автоматизации системы. В работу входит: Структурная схема установки, электрическая принципиальная схема установки, сборочный чертеж узла крепления одного из датчиков, пояснительная записка. Работа проверена на наличие ошибок ...

3. Оглавление
1. Техническое задание 2
Требования к системе в целом: 3
Требования к функциям 3
2. Аннотация 4
3. Оглавление 5
4. Введение 6
5. Описание объекта, технологии, конструкции 7
6. Анализ недостатков, уточненная постановка задачи 8
7. Выбор датчиков 11
7.1. Выбор реле 12
8. Описание конструкции и работы объекта проектирования 15
9. Анализ поведения и устойчивости 16
9.1. Погрешности, возникающие в СУ 16
10. Заключение 17
11. Список литературы 18
12. Приложения 19

 

Необходимо разработать систему автоматизированного контроля промывки для следующей установки: установка для химической обработки полупроводниковых пластин с последующей промывкой в деионизированной воде. Количество ванн полипропиленовых для отмывки в тёплой деионизованной воде: 1 шт. Объем ванны 10 литров.
Ванны отмывки в деионизованной воде - однокаскадные с постоянным контролем расхода подаваемой.
Контроль времени осуществляется микропроцессорным таймером обратного отсчёта. Таймер индицирует время до окончания процесса, а также позволяет задавать число циклов обработки от 1 до 9, время обработки, время подачи предварительного сигнала об окончании процесса.
Расход воды при промывке – 4 л/час ±15%. Давление воды на входе 0,5 атм.

Необходимость поддержания уровня жидкости в сравнительно узком промежутке (8 мм).Ограничения по габаритам и выбору схемы монтажа устройства.Выбор системы управленияТак как простота разрабатываемой установки не подразумевает использование нескольких устройств формирования сигналов управления, тем более их объединения, следовательно, используем систему с прямым управлением.В используемых датчиках выходной информативный сигнал является дискретным, его подключение производится на дискретный вход управляющего устройства, т.о. используемая система является дискретной.Система является замкнутой, так как управляющее воздействие подается на клапан, и имеется обратная связь по уровню жидкости.При выборе управляющего устройства рассматривались варианты управления с помощью микроконтроллеров или релейно-контактной схемы.При выборе системы управления рассматривались следующие варианты устройств индикации уровня:Поплавковый датчик уровня: не подходит из-за крупных габаритных размеров.Радарный уровнемер: не подходит из-за крупных габаритных размеров, недостаточной точности измерения и высокой цены.Сигнализатор уровня контактный: не подходит из-за слишком большой величины порога срабатывания и высокой цены для модификаций предназначенных для работы в агрессивных средах.Магнитный сигнализатор уровня: не подходит из-за крупных габаритов, большой величины порога срабатывания.Выбор УФСУПри выборе УФСУ возможны несколько вариантов:- управление с помощью релейно-контактной схемы-использование микроконтроллераПостроение релейно-контактной схемыПосле того как пластины помещены в ванну. Срабатывает датчик Д1. Он включает таймер КТ1. Срабатывает электромагнитный клапан и вода начинает набираться в ванну. При достижении максимального уровня воды срабатывает датчик Д2, он включает таймер КТ2, который в свою очередь открывает электромагнитный клапан. При размыкании таймера, закрывается клапан и вода снова начинает набираться в ванну. Так будет продолжаться пока не закончится время цикла промывки и не разомкнется таймер КТ1. В итоге получается технологический процесс промывки в енсколько циклов, так использованная вода постоянно вытекает через эжектор, и постоянно поступает чистая вода.Рис.2 Релейно контактная схемаВыбор датчиковОбщие требования для всех типов датчиков: Зона чувствительности не меньше 10 ммПростота монтажа и использованияПогрешность срабатывания не более 2ммНизкая ценаБыли рассмотрены:Индуктивные датчики ВБИ-М30-34С-1111 и LM30-3010NAЕмкостные бесконтактные датчики ВБЕ-М30-73Р-1111-СА и CR30-15DN2Оптические датчики Kobold OPT-RТаблица 1. Сравнение характеристик датчиковНаименованияХарактеристикиВБИ-М30-34С-1111LM30-3010NAВБЕ-М30-73Р-1111-САCR30-15DN2Kobold OPT-RЗона чувствительности1015101510Погрешность срабатывания23330,5Наличие вспомогательных элементов----+Цена750р700р1632р1250р2840р Исходя из сравнения, приведенных в таблице 1, наиболее подходящие датчики по общим требованиям ВБИ-М30-34С-1111 Выбор электромагнитного клапанаОбщие требования:Электромагнитный клапан должен работать в агрессивной средеНизкая цена Таблица 2. Сравнение характеристик электромагнитных клапановНаименования характеристикBurkert 5563ЭМКГ-8-10-2,5-220-а303Материал корпусаЛатуньЛатуньЦена4000р2500-3000рИсходя из сравнения, приведенных в таблице 2, наиболее подходящий клапан по общим требованиям ЭМКГ-8-10-2,5-220-а303. Выбор релеПреимущества твердотельных реле от других:Обеспечивают высокую надежность, обусловленную отсутствием механических контактов, и, как следствие, высокую наработку на отказ: число переключений составляет не менее 10 млрд., что в 1000 раз превышает тот же показатель для лучших образцов электромагнитных реле;неизменное контактное сопротивление в течение всего срока службы;отсутствие дребезга контактов, что снижает внутрисхемный уровень помех в аппаратуре и обеспечивает стабильность ее работы;отсутствие акустического шума от работы механических контактов; отсутствие индуктивности — причины возникновения нежелательных выбросов напряжения при переключении электромагнитных реле; необходимость низкоуровневых сигналов управления, что существенно упрощает схему управления твердотельным реле в отличие от электромагнитного, для управления работой которого, как правило, необходим электронный ключ с диодной защитой от выбросов напряжения;высокую виброустойчивость и ударостойкость, обусловленную отсутствием подвижных механических контактов;отличные характеристики изоляционных свойств как между входом и выходом реле, так и высокое сопротивление изоляции корпуса;высокое быстродействие; малое энергопотребление: твердотельные реле потребляют электроэнергии на 95% меньше, чем электромагнитные реле;Относительно системы выбираем твердотельное реле, по следующим критериям:Ток срабатывания реле , не должно превышать 400мА(т.к. номинальный ток датчиков 400мА) Входное напряжение – 24 В DCНизкая ценаПо этим критериям выбираем реле - KSD203DC2.Выбор устройства управленияДанная автоматизированная система осуществляет слежение за двумя дискретными величинами (наличие либо отсутствие жидкости на max допустимом уровне и наличие либо отсутствие жидкости на min допустимом уровне). Для решения этой задачи нецелесообразно использовать контроллер. Управление уровнем жидкости в данной автоматизированной системе осуществляется с помощью релейно-контактной схемы.Рис.5 Релейно-контактная схемаВыбор датчика расхода водыПри выборе Расходометра решающим параметром была возможность подключения расходометра к ПК для вывода информации оператору на экран. Самый удобный и практичный оказался расходометр US-800. Удобство монтажа, практичность и главное, не нужно докупать дополнительных комплектующих для подключения к ПК так, как все, что необходимо входит в комплект.Таблица 3. Сравнение характеристик расходомеровНаименования характеристикUS-800ЭМИС- ВихрьИзмеряемая средажидкость Жидкость(газ)Максимальное давление25 МПа6,3 МПаДиапазон рабочих температур-40…+200 °С-40…+460°СВозможность подключения к ПК+-Исходя из сравнительных данных в таблице, выбираем Расходомер US-800Выбор датчика давленияТаблица 4. Сравнение характеристик датчиков давленияНаименования характеристикZET 7012ЭМКГ-8-10-2,5-220-а303Погрешности±0,1 %±0,5 %Диапазон измеряемых давлений0-6 МПа0,1-100 МПаДиапазон рабочих температур-40...+110 °С-40…+80°СВозможность подключения к ПК+-Исходя из сравнений, приведенных в таблице, выбираем датчик ZET 7012Описание конструкции и работы объекта проектирования После того как пластины помещены в ванну. Срабатывает датчик Д1. Он включает таймер КТ1. Срабатывает электромагнитный клапан и вода начинает набираться в ванну. При достижении максимального уровня воды срабатывает датчик Д2, он включает таймер КТ2, который в свою очередь открывает электромагнитный клапан. При размыкании таймера, закрывается клапан и вода снова начинает набираться в ванну. Так будет продолжаться пока не закончится время цикла промывки и не разомкнется таймер КТ1. В итоге получается технологический процесс промывки в несколько циклов, так использованная вода постоянно вытекает через эжектор, и постоянно поступает чистая вода.Анализ поведения и устойчивостиПогрешности, возникающие в СУНаличие температурного расширения жидкости и элементов управления.Высокая влажность средыТочность установки датчиковСкорость обработки данных Таблица 5 Погрешности системыТип погрешностиПараметр погрешностиОбнаружение объекта 1ммВремя срабатывания 2 мсВремя срабатывания электромагнитного клапана2 мксДанная система является устойчивой, за счёт отрицательной обратной связи (датчики уровня).ЗаключениеВ ходе данной расчетно-графической работы мною были изучены различные варианты применения датчиков уровня; была разобрана релейно-контактная схема подключения данных устройств. На основе этих данных была спроектирована система управления измерением количества воды.В ходе разработки данной системы управления было рассмотрено несколько вариантов системы, подобраны оптимальные решения, объединенные в основной вариант, описанный в данной расчетно-графической работе.Список литературыСТП УПИ-96 Общие требования и правила оформления дипломных и курсовых проектов.Официальный сайт ОАО “Энергопромавтоматика”. http://kipia.ru/catalog/detail [электронный ресурс](02.05.12).Официальный сайт «УКРМЕТАВТОМАТИКА»http://www.urma.com.ua/content/tako/ind3_4.pdf [электронный ресурс] (02.05.12).Каталог продукции ОАО «ТЕКО».