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1、太阳能光电工程学院光伏材料制造设备原理与控制课程设计报告书题 目：光伏材料制造设备的控制系统 姓 名： 姚寒聪 专 业： 10级光伏材料应用技术 班 级： 10级光伏材料应用技术自考3+1本科班准考证号： 014409300599 设计成绩： 指导教师： 摘 要单晶硅太阳电池是当前开发得最快的一种太阳电池，它的构和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。这种太阳电池以高纯的单晶硅棒为原料，纯度要求99.999。为了降低生产成本，现在地面应用的太阳电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳电池专用的单晶硅棒。将单晶硅
2、棒切成片，一般片厚约0.3毫米。硅片经过形、抛磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。加工太阳电池片，首先要在硅片上掺杂和扩散，一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等。扩散是在石英管制成的高温扩散炉中进行。这样就硅片上形成P?/FONTN结。然后采用丝网印刷法，精配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂覆减反射源，以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉。因此，单晶硅太阳电池的单体片就制成了。单体片经过抽查检验，即可按所需要的规格组装成太阳电池组件（太阳电池板），用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流。最后用框架和装材料进行封装。用户根据系统设计，可将太阳电池组件组成各种
3、大小不同的太阳电池方阵，亦称太阳电池阵列。目前单晶硅太阳电池的光电转换效率为18左右，实验室成果也有24以上的。关键词 控制系统 参数设置目 录目 录2绪 言3第一章 生长主界面（CCD F1）4第二章 生长控制器界面（CGC F2）6第三章 生长速度系统界面（速度系统 F3）9第四章 生长温度系统界面（温度系统F4）12第五章 生长CCD系统界面（CCD F5）13第六章 数据记录界面（数据记录 F6）14第七章 系统界面（EXIT F7）16第八章 结束语16绪 言晶体生长过程的参数设置、操作过程控制显示及系统参数由HX-ADC晶体生长控制系统柜上工业式计算机实现。计算机HMI（人机界面）
4、采用15液晶触摸屏，可直观显示拉晶全过程，操作简单明了。通过显示画面的切换及相关操作来完成操作过程，控制系统的参数以曲线及文本方式进行显示和保存。操作人员通过操作界面来控制炉体各单元及晶体生长的过程。系统通电运行后自动进入晶体生长主界面 F1 其余界面可通过触摸屏幕下方的相应按键调出，也可通过键盘上 F2-F7 调出。第一章 生长主界面（CCD F1）晶体生长控制系统的主界面。可直观显示晶体生长过程中单晶生长系统主要运行参数及设备的运行状态，其操作画面如下图所示。（注：在每次系统上电后系统自动进入晶体生长主界面。也可在其它界面下通过触摸屏幕下方的【主画面 F1】键调出主界面.）界面说明：上标题
5、栏从左至右分别是：晶体位置（mm）信号，坩埚位置(mm)信号， 件版本号及系统当前时间等信息。下标题栏从左至右分别为：F1-F7界面切换按键。界面中间部分为系统的运行参数及状态：左侧是系统主要运行参数，由上至下分别是晶升速度，晶转速度，埚升度，埚转速度，当前加热功率及温度信号，MFC（质量流量计）开度控制及流量显示，主室泵开度控制及显示，主炉室当前真空信号及系统报警提示栏。主画面中为设备当前运行状态的直观显示，晶升上下限位，埚升上下限位，液压系统S1、S2限位，MFC V1、V2、V3充气阀开关，水路状态及当前水压，晶体直径显示及晶体重量显示（根据直径估算），主室阀电源开关，副室阀电源开关。注
6、：a.MFC、主泵电动球阀、副室电动球阀、水流量显示等功能适用于95炉高配版本。B.主室阀与副室阀电源需在球阀完全关闭的状态下关闭，以免在炉室内真空的状态下造成倒吸。右侧是过程控制状态及操作按键界面说明：该界面为投入自动控制界面，选择当前所需要的控制过程然后投入相应的自动控制程序。控制程序有以下步骤：真空测试，加热，人工操作1，引细颈，放肩，收肩，等径，收尾，人工操作2，冷却，人工操作3。“系统参数设置”是晶体生长控制系统的控制参数设置界面。注： 全自动拉晶过程，需要配置CCD智能相机，如选用IRON控径仪，只能实现自动等径，收尾等过程。第二章 生长控制器界面（CGC F2）按【CGC F2】
7、键进入晶体生长控制器界面。该界面显示晶体生长过程中的晶体生长控制器参数及控制器操作界面。【CGC F2】根据不同的操作过程有四个不同的操作界面，分别是细颈，放肩，收肩，等径。界面说明：界面的中间是系统的运行参数，共三列，其功能分别是：左 列：从上到下分别是系统报警，晶转速度SR（rpm），埚转速度CR（rpm），晶升速度SL(mm/min)，埚升速度CL(mm/min)，埚跟比CL/SL及使能开关，起始长度。统报警”为晶体生长系统运行过程中的所有报警显示。报警时红色状态指示灯亮。“埚跟比CL/SL”：晶升速度和埚升速度的比例系数。当进入自动控制后埚升速度随着晶升速度变化而变化，以保证炉内液面位
8、置的相对恒定。（埚升速度=晶升速度*埚跟比CL/SL）通过操作SW可改变指示灯状态：SW指示灯亮，埚跟比CL/SL进入使能状态，熄灭则退出使能状态。“起始长度”：若2次或2次以上成晶，需要设置起始长度为已成晶晶体总长度，此时CL/SL、温校速率、晶升速率等随起始长度的增加随参数设置变化。“起始长度”：若2次或2次以上成晶，需要设置起始长度为已成晶晶体总长度，此时CL/SL、温校速率、晶升速率等随起始长度的增加随参数设置变化。中间列：晶体生长控制器参数及操作画面和控制器实时曲线。细颈：该界面用于描述控制器自动细颈控制状态。 放肩：该界面用于描述控制器自动放肩控制状态。收肩：该界面用于描述控制器自
9、动收肩控制状态。等径：该界面用于描述控制器自动控制状态：直径控制器，温度控制器，控制器实时曲线。“直径偏差和晶升偏差”表示自动控制状态下晶体直径的当前偏差值。“直径”表示自动控制状态下的当前直径。“直径SP”为自动控制状态下的目标直径给定值。“晶升SP（mm/min）和SL控制（mm/min）”为自动控制状态下的晶升目标给定值和当前晶升速度。“温校控制mV”表示该控制器投入等径自动控制后的温校速率变化总和。“控制器实时曲线”中可观察直径偏差，晶升偏差，温校速率的状态。控制器实时曲线横坐标为时间，纵坐标为显示比例。各曲线与字体颜色一致。右 列：由上至下分别是系统运行状态，氩气阀门开度，主室阀门开
10、度，主室副室真空指示，加热电压，加热电流，加热功率。界面中的绿色状态指示灯表示系统进入自动状态后，该操作也处于自动控制状态。注：界面中的黄色字体内容均为系统各状态的计算机显示，不可改动。第三章 生长速度系统界面（速度系统 F3）按【速度系统 F3】键进入晶体生长速度系统界面。该界面可设置晶体生长过程中的晶升、晶转、埚升、埚转速度系统的参数显示及参数设置，并完成对速度系统的供电、速度给定等操作过程。界面说明：u 界面的中间部分为速度系统参数显示、参数设置及操作按键。u 该界面主要用于描述系统速度状态：晶升晶转系统，埚升埚转系统，速度系统实时曲线。u “晶升晶转系统和埚升埚转系统”包括：电源开启状
11、态，速度给定显示状态，旋转方向状态，上下限位状态，快速升降状态和设置参数。状态指示灯亮表示开启该状态。以上各个状态均可通过该操作按键改变。u “速度系统实时曲线”可观察晶升速度，埚升速度，晶转速度，埚转速度的状态。速度系统实时曲线横坐标为时间，纵坐标为显示比例。各曲线与字体颜色一致。点击晶升晶转系统的“参数设置”进入如下界面：界面说明：u 该界面为晶升晶转系统的“设置参数”界面。在此界面中，需要设置晶升显示系数，晶转显示系数，晶升快速比例。u 晶升晶转参数自上到下分别为晶升显示系数，晶转显示系数，晶转自测反馈，晶升平均速度，晶升快速比例。 u “晶升系数”为晶升速度计算机显示的比例系数，设置值
12、为1.000。u “晶转显示系数”为晶转速度计算机显示的比例系数，设置值为1.000。u 注：晶升系数，晶转显示系数默认值为出厂设置，不需改动。u “晶升快速”为晶升快速电机快升快降的控制输出比例，可根据使用需要设定，建议设置为80%且不能为零。“晶转自测反馈和晶升平均速度”为实际速度自测反馈显示，不可更改（黄色字体）击埚升埚转系统的“参数设置”进入如下界面：界面说明：u 该界面为埚升埚转系统的“设置参数”界面，在此界面中，需要设置埚升显示系数，埚转显示系数，埚升快速比例。u 埚升埚转参数自上到下分别为埚升显示系数，埚转显示系数，埚升自测反馈，埚转自测反馈，埚升平均速度，埚升快速比例。 u “
13、埚升系数”为埚升速度计算机显示的比例系数，设置值为3.100。u “埚转显示系数”为埚转速度计算机显示的比例系数，设置值为0.440。u 注：埚升系数，埚转显示系数默认值为出厂设置，不需改动。u “埚升快速”为埚升快速电机快升快降的控制输出比例，可根据使用需要设定，建议设置为80%且不能为零。u “埚升、埚转自测反馈和埚升平均速度”为实际速度自测反馈显示，不可更改（黄色字体）。第四章 生长温度系统界面（温度系统F4）按【温度系统 F4】键进入晶体生长温度系统界面。该界面完成晶体生长过程中的加热及参数设置，并显示与加热温度有关的报警参数。界面说明：界面的中间部分为温度系统参数显示、参数设置及操作
14、按键。该界面主要用于加热电源柜（又称功率柜）的控制输出及相关报警和参数设置。温度控制器，加热系统报警，加热器电阻和温度系统实时曲线。“温度控制器”的功能：1. 系统进入自动状态前，控制电源柜的功率输出。（通过“+，-”键调节，或直接键入数字键盘调节）。2. 系统进入自动状态后，调节炉内晶体生长温度。（通过“+，-”键调节，或直接键入数字键盘调节）。3. 温度控制器的显示分为：OP加热温度控制输出，SP温度给定信号，SV温度反馈信号。u “AUTO”为温度控制器的手动/自动切换操作，绿色指示灯亮为自动温度控制状态，熄灭为手动控制状态。u “+，-”操作作用：1. 投入自动控制前，调节OP加热温度控制输出。2. 投入自动控制后，调节SP温度给定信号。u “SV”为实际温度信号显示值，不可改变。u 加热启动前，应确定两点，否则会导致“加热系统故障报警”。1. 炉体水压超过水压上限位，水压触点1指示灯亮。2. 电源柜内控制电源供电正常，触发板启动正常。 u “加热器电阻R”为加热器当前实际电阻，建议设置当前电阻的+/-0.006为加热器限位范围，超出范围自动报警。1. 如果加热器电阻低于下限位MIN，可能由于打火造成。2. 如果加热器电阻高于上限位MAX，可能由于加热器材质
