MOCVD-Anlage

Abstract: Es wurde eine CVD Anlage (primär zur Herstellung von Kohlenstoffnanoröhren) von einem vollständig manuellen Betrieb auf Vollautomation umgestellt. In der Gesamtanlage können mehrere Prozesse in unterschiedlichen Rezipienten zur gleichen Zeit betrieben werden. Im Vollausbau enthält sie sechs Reaktoren/ Öfen und ist in der Lage die Temperatur von vier Reaktionsgefäßen zu regeln, enthält die Steuerung von einem HFGenerator, eine Ultraschallvernebler, 16 MFC und der gesamten Vakuumtechnik.  

Aufgabenstellung: Gegeben war die CVD Anlage in Form von zwei gasdurchströmten, beheizten Reaktoren, zwei beheizten Reaktoren ohne Gasregelung, einem Reaktoren mit Vernebleraufbau und einem Reaktor mit der Möglichkeit zur induktiven Plasmaerzeugung. Die Gasversorgung bestand aus zwölf analogen MFC mit Steuergerät und einem Systemteil zur Vakuumerzeugung über zwei Drehschieberpumpen. Sämtliche Ventile und Schieber waren manuell zu betätigen, die Generatoren zur Ultraschallverneblung und Plasmaerzeugung waren ebenfalls nur für den manuellen Betrieb vorgesehen. Die Aufgabe bestand in der vollständigen Automatisierung der Gesamtanlage inklusiver Gasversorgung und Vakuumerzeugung. Sicherheitskritische Funktionen und gefährliche Zustände sollten logisch verriegelt werden. Es sollten für jeden Prozess eine multifunktionale Prozessschrittsteuerung implementiert werden.  

Lösungsbeschreibung:   Um alle Komponenten zentral steuern zu können wurden alle Komponenten, soweit möglich, mit einem industriellen Bus ausgestattet. Dazu wurden sämtliche analoge MFC gegen busfähige Systeme ausgetauscht die nicht von einem separaten Controller abhängen sondern ebenfalls einzeln angesprochen werden können. Alle Ventile und Schieber wurden gegen zentral digital steuerbare Komponenten ausgetauscht. Alle Temperaturregler sind als Busteilnehmer ausgeführt worden und damit auch von der industriellen Steuerung zugänglich. Die Steuerung selber besteht aus einer industriellen SPS die als Benutzerinterface einem entsprechenden berührungsempfindlichen Monitor mit eigenem busfähigem Betriebssystem verwendet. Die Software ist auf alle Betriebsarten programmiert und ermöglich auch die manuelle Steuerung jeder einzelnen Komponenten unter Einhaltung der Sicherheitskriterien, wie gefährliche Gaskombinationen und Temperaturen.
Insgesamt kontrolliert die Steuerung damit:
- zwei Reaktoren mit 16 Gaszuführungen und zwei Temperaturreglern und Evakuierungskomponenten
- zwei Öfen mit jeweils einem Temperaturregler
- einem Reaktoren mit 16 Gaszuführungen, Temperaturregler und Ultraschallverdampfer
- einem Reaktor mit HF-Generator und induktiver Energieeinkopplung und fünffacher Gaszuführung