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半导体设备控制系统的优化设计与实现

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摘要

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.1.1 国内半导体产业的发展趋势

1.1.2 半导体设备国产化的需求现状

1.1.3 研究意义

1.2 伺服电机系统概述

1.2.1 伺服系统的构成要素

1.2.2 伺服的性能评价

1.2.3 伺服电机的国内外发展与现状

1.3 PLC梯形图编程概述

1.3.1 PLC梯形图的基本概念

1.3.2 安川PLC梯形图的简介

1.4 论文主要内容和结构安排

第2章 控制程序设计的改进

2.2 分选机控制系统简介

2.3 程序框架的搭建

2.3.1 结构层次化设计

2.3.2 控制模块化设计

2.4 运动模型的设计

2.4.1 基于“动作标记”的顺序模型

2.4.2 基于“移位判断”的选择模型

2.4.3 基于“缓冲处理”的并行模型

2.5 本章小结

第三章 系统运动性能的优化

3.1 引言

3.2 伺服参数的调整

3.2.1 PID控制原理

3.2.2 手动调整伺服参数

3.3 精度控制

3.3.1 电子齿轮比设定

3.3.2 制振控制

3.3.3 齿隙误差补偿

3.4 速度控制

3.4.1 电机运行速度的优化处理

3.4.2 时序控制对运行速度的影响

3.4 本章小结

第四章 系统控制功能的升级

4.1 引言

4.2 运动轨迹的实时可控

4.3 运行安全保护机制

4.3.1 安全保护

4.3.2 故障检测与异常处理

4.4 本章小结

第五章 多通道通信接口的设计

5.1 引言

5.2 安川MP系列控制器为从站时的两种通信方式

5.2.1 使用自动接收功能通信

5.2.2 使用自编MSG-RCV函数的梯形图程序通信

5.3 多通道通信实现的基础与方法

5.3.1 多传送缓冲器通道机制

5.3.2 以MSG-RCV函数为控制核心的设计方法

5.4 接口程序的设计与实现

5.4.1 PLC通信模块的配置

5.4.2 上位机通信接口设计

5.4.3 下位机通信接口设计

5.5 通信速度的分析

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

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摘要

面对海外设备厂商的市场垄断和技术封锁,自主研发半导体设备既是国内半导体设备市场的迫切需求,也是国家意志的体现。本文从控制程序设计、运动性能优化、控制功能升级以及通信机制建立四个方面提出了半导体设备控制系统的优化设计方案,以半导体智能分选机下位控制系统的开发为项目背景,详细阐述了各项优化内容的设计思想和实现过程。
  针对传统PLC梯形图程序非结构化设计的弊端,借鉴软件工程模块化的设计思想,构建层次化的梯形图模块结构,提出了时序模块和运动模块“低耦合、高内聚”的设计方案。基于三种基本控制结构(顺序、选择和并行),设计出简单、高效以及通用的运动模型,以满足各种常见自动化控制的设计要求。
  伺服电机特征参数的调整以及运行精度、速度的控制决定了系统运动性能的优劣。基于PID控制原理,提出“响应优先”和“稳定优先”两种手动调节伺服参数的具体方法。以电子齿轮比设定、制振控制、齿隙误差补偿以及S型加减速控制为主体内容,介绍了提高系统运行精度、速度的实现途径。
  针对自主研发的半导体设备自动化程度低、异常处理机制不可靠等功能开发问题,提出了以提升设备智能数控能力和完善运行安全保护机制为核心内容的系统控制功能升级方案,以开发分选机“运动轨迹实时可控”应用功能和自动报警功能为实例展开阐述了其具体设计过程。
  以分选机工业通信网络设计为例,提出了PLC与PC上位机建立“一对多”通信连接的实现方法。详细介绍了多传送缓冲器通道机制通信的基本原理和通信函数MSG-RCV的执行时序,对通信效率与PLC高速扫描周期之间的内在关系进行了分析。
  半导体设备控制系统的优化设计是一个综合复杂的工程问题,多方面、多角度地分析和解决最优控制问题是设计过程中的关键与核心。

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