Entwicklung CVD-Anlagensteuerung

Abstract: Eine bestehende CVD (Chemical Vapour Deposition) Anlage, bestehend aus einem Glasrohrezipienten, einer Heizung und einer Gasversorgung sowie einem Vakuumpumpstand sollte von einem rein manuellen Betrieb auf einen vollautomatischen Betrieb umgestellt werden.  

Keywords: CVD, Automatisierung, Carbonnanotubes  

Aufgabenstellung: Gegeben waren der Glasrohrrezipient inklusive eines elektrischer Widerstandsheizers, außerdem eine bestehenden Gasversorgung in Form eines analogen Mass Flow Controllers mit 4 Kanälen. Um alle Einrichtungen der Anlage steuern bzw. Zugriff auf alle Anlagenparameter von einer übergeordneten Steuerung beeinflussen zu können war es notwendig die bestehenden MFC durch eine digitale Version zu ersetzen. Die Anlage sollte sowohl im Unterdruck (Grobvakuum) wie auch im leichten Überdruckbereich (<1,1 ATM) betrieben werden können. Ein automatischer Prozessablauf sollte vollständig ohne manuelle Eingriffe möglich sein und  dabei mehrere programmierbare Prozessschritte (Druck / Temperatur / Purge) beinhalten. Einige Betriebsarten können Prozessdauern von mehreren Tagen erforderlich machen, auch dabei sollte der sichere Betrieb gewährleistet sein. Die Überwachung des Prozesses soll über einen PC erfolgen über den auch die Prozessdaten einlaufen sollen. Aufgrund der teilweise entzündlichen Prozessgase und der Möglichkeit zum Überdruckbetrieb müssen geeignete Sicherheitseinrichtungen vorgesehen werden.  

Lösungsbeschreibung: Um das Sicherheitskonzept der Anlage zu vervollständigen mussten kritische Prozessparameter (Druck, Temperatur) nicht nur von einer PC Steuerung überwacht, sondern auch autark gegen eine Havarie gesichert sein. Es kamen dabei rein mechanische Überdruckventile für die verschiedenen Druckbereiche zum Einsatz, alle kritischen Bereiche mit gefährlichem Temperaturbereich wurden gegen Berühren gesichert. Gase die zu einer explosiven / entzündlichen Mischung im Rezipienten führen können wurden softwareseitig gegeneinander verriegelt. Für die Steuerung auf der Hardwareseite kam eine industrielle Steuerung zum Einsatz die alle sicherheitskritischen Funktionen unabhängig von der Funktion der Software regelt. Diese kommuniziert wiederum mit der PC-Software (AgilentVEE), die für die komplette Anlagensteuerung programmiert wurde. Hardware und Software (PC) kontrollieren dabei gegenseitig ihre einwandfreie Funktion. Mit der Software ist der Betreiber in der Lage sämtliche gewünschte Betriebsmodi frei zu wählen. Es sind dabei bis zu 10 Prozessschritte mit unterschiedlichen Anlagenparametern möglich. Des Weiteren ist die Anlage bei Prozessabbruch oder Fertigstellung in der Lage selbstständig in einen sicheren Betriebsmodus zu fahren.