CN112126910B - 一种基于plc在金刚石生长***中的控制方法 - Google Patents

一种基于plc在金刚石生长***中的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于PLC在金刚石生长***中的控制方法，包括：PLC控制器根据流程启动信号控制和真空***中元件的反馈信号对真空***进行抽气控制流程；PLC控制器根据真空***中元件的反馈信号对真空***进行工艺控制流程以进入金刚石生长流程；在金刚石生长流程中，PLC控制器根据从上位机获取的生长信息配方表，利用真空***进行真空压力控制、利用耔晶载物盘***进行生长位置控制、利用辉光***进行辉光控制，同时利用工艺气体***进行工艺气体控制；PLC控制器根据工艺停止信号和真空***中元件的反馈信号对真空***进行排气控制流程，使真空腔体内的压力恢复至常压。该方法在PLC的协同下实现了更安全更智能化的金刚石生长控制。

Description

一种基于PLC在金刚石生长***中的控制方法
技术领域
本发明属于自动控制技术领域，具体涉及一种基于PLC在金刚石生长***中的控制方法。
背景技术
目前，在采用CVD方式进行金刚石生长的过程中，需要对真空环境、等离子体产生、生长位置以及生长条件进行调节控制，金刚石生长结果的好坏受以上几点因素综合影响。
现有的金刚石生长***中以上各个因素采用独立控制方式，需要人工进行统筹操作。人工统筹操作存在很多缺点，其一，在生长的过程中，真空压力控制、辉光控制与生长位置独立运行，需要操作者根据经验进行人工统筹操作；其二，对生产过程中对元器件提供冷却保护的冷却水、风扇没有进行自动监控，需要人为检查冷却***运行是否正常；其三，由于金刚石CVD生长工艺的特殊性，例如生长时间长、工艺参数需要根据生长阶段进行调整，调整频率也不固定，导致操作员要长时间在现场值守，人员成本高；其四，金刚石CVD生长工艺需要采用易燃易爆气体为工艺气体，所以操作流程需要严格把控，对人员要求极高。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于PLC在金刚石生长***中的控制方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明实施例提供了一种基于PLC在金刚石生长***中的控制方法，所述金刚石生长***包括PLC控制器、上位机、路由器、真空腔体、真空***、耔晶载物盘***、辉光***、工艺气体***和冷却***，其中，所述真空***、所述耔晶载物盘***、所述辉光***、所述工艺气体***和所述冷却***均与所述PLC控制器电连接，所述PLC控制器通过所述路由器与所述上位机电连接，所述真空***和所述工艺气体***与所述真空腔体连接，所述耔晶载物盘***设置在所述真空腔体的底部且贯穿所述真空腔体，所述辉光***中的射频电源发生器设置在所述真空腔体的上方，所述冷却***与所述真空腔体和所述真空***连接；
所述控制方法包括步骤：
S1、所述PLC控制器根据流程启动信号控制和所述真空***中元件的反馈信号对所述真空***进行抽气控制流程，直至所述真空腔体内的压力达到目标压力；
S2、所述PLC控制器根据所述真空***中元件的反馈信号对所述真空***进行工艺控制流程以进入金刚石生长流程；
S3、在所述金刚石生长流程中，所述PLC控制器根据从所述上位机获取的生长信息配方表，利用所述真空***进行真空压力控制、利用所述耔晶载物盘***进行生长位置控制、利用所述辉光***进行辉光控制，同时利用所述工艺气体***进行工艺气体控制；
S4、所述PLC控制器根据工艺停止信号和所述真空***中元件的反馈信号对所述真空***进行排气控制流程，使所述真空腔体内的压力恢复至常压。
在本发明的一个实施例中，步骤S1包括：
S11、所述PLC控制器根据所述流程启动信号控制所述真空***中的干泵运行；
S12、所述PLC控制器根据所述干泵反馈的干泵运行信号控制所述真空***中的分子泵角阀打开以对分子泵出口抽真空；
S13、所述PLC控制器根据所述干泵运行信号和所述分子泵角阀反馈的分子泵角阀开启状态信号控制所述真空***中的分子泵运行；
S14、所述PLC控制器根据所述干泵运行信号和所述分子泵反馈的分子泵转速模拟量信号控制所述分子泵角阀关闭以保持所述分子泵出口的压力；
S15、所述PLC控制器根据所述干泵运行信号和所述分子泵角阀反馈的分子泵角阀关闭状态信号控制所述真空***中的直通角阀打开，以对所述真空腔体抽真空；
S16、所述PLC控制器根据所述干泵运行信号和真空计压力模拟量信号控制所述直通角阀关闭以使所述真空腔体保持压力；
S17、所述PLC控制器根据所述干泵运行信号、所述直通角阀反馈的直通角阀关闭信号和所述真空计压力模拟量信号控制所述分子泵角阀打开以对所述分子泵出口抽真空；
S18、所述PLC控制器根据所述干泵运行信号、所述分子泵角阀反馈的分子泵角阀开启状态信号、所述直通角阀关闭信号和所述真空计压力模拟量信号控制所述真空***中的插板阀打开以对所述真空腔体进行真空净化，使所述真空腔体内的压力达到目标压力。
在本发明的一个实施例中，步骤S2包括：
S21、所述PLC控制器接收到工艺流程启动信号后，根据所述干泵运行信号、所述插板阀反馈的插板阀开启状态信号和所述真空计压力模拟量信号判断是否已执行完所述抽气控制流程，若否，则继续进行所述抽气控制流程，若是，则进入步骤S22；
S22、所述PLC控制器控制所述插板阀关闭，同时控制射频电源启动；
S23、所述PLC控制器根据所述插板阀反馈的插板阀关闭状态信号控制所述分子泵停止运行；
S24、所述PLC控制器根据所述分子泵反馈的分子泵停止运行信号和所述插板阀关闭状态信号控制所述分子泵角阀关闭；
S25、所述PLC控制器根据所述分子泵停止运行信号、所述插板阀关闭状态信号和所述分子泵角阀反馈的分子泵角阀关闭状态信号控制比例阀角阀打开，保证真空***中的比例阀与所述干泵之间管路通畅。
在本发明的一个实施例中，步骤S4包括：
S41、所述PLC控制器所述工艺停止信号、所述干泵运行信号、所述插板阀开启状态信号和所述真空计压力模拟量信号判断是否已执行完所述抽气控制流程，若否，则继续进行所述抽气控制流程，若是，则进行排气控制流程；
S42、所述PLC控制器根据所述工艺停止信号控制所述插板阀关闭；
S43、所述PLC控制器根据插板阀关闭状态信号控制排气阀打开，使所述真空腔体内的压力恢复至常压。
在本发明的一个实施例中，所述真空压力控制包括：
所述PLC控制器从所述上位机获取所述生长信息配方表；
所述PLC控制器根据所述生长信息配方表中的工艺气体种类和气体流量控制所述工艺气体***中相应的隔膜阀和质量流量计工作；
所述PLC控制器获取所述真空***中电容规反馈的所述真空腔体内的实时压力；
所述PLC控制器将所述实时压力与所述目标压力进行比较；当所述实时压力大于所述目标压力时，控制所述真空***中的比例阀的开度增大直至所述实时压力等于所述目标压力；当所述实时压力等于所述目标压力时，控制所述比例阀的开度保持不变；当所述实时压力小于所述目标压力时，控制所述真空***中的比例阀的开度减小直至所述实时压力等于所述目标压力。
在本发明的一个实施例中，所述生长位置控制包括步骤：
所述PLC控制器从所述上位机获取所述生长信息配方表，所述生长信息配方表包括金刚石生长所需的生长初始位置、生长阶段位置和生长温度信息；
所述PLC控制器根据所述生长初始位置、所述生长阶段位置控制所述耔晶载物盘***中的步进电机移动所述真空腔体中的耔晶载物盘至生长初始位置；
所述PLC控制器获取所述耔晶载物盘***中编码器采集的耔晶载物盘位置，同时获取所述真空腔体中的测温仪采集的实时真空腔体温度值；
所述PLC控制器将所述实时真空腔体温度值与所述生长温度信息进行比较；当所述实时真空腔体温度值与所述生长温度信息相等时，在所述生长信息配方表中查找到与所述生长温度信息对应的所述生长阶段位置，并使所述步进电机控制所述耔晶载物盘移动直至所述编码器采集的耔晶载物盘位置与所述生长阶段位置相等，使所述耔晶载物盘位置按照所述生长信息配方表中的关系随所述实时真空腔体温度值进行定位。
在本发明的一个实施例中，所述辉光控制包括步骤：
所述PLC控制器从所述上位机获取反射功率上限和所述生长信息配方表，所述生长信息配方表包括开始阶段辉光功率与真空压力的配方、结束阶段辉光功率与真空压力的配方；
所述PLC控制器根据开始辉光功率控制所述辉光***中的射频电源开始辉光放电，并获取所述真空腔体内的实时压力、实时辉光功率和实时反射功率；
所述PLC控制器将所述实时反射功率与所述反射功率上限进行比较，当所述反射功率上限小于或等于所述实时反射功率时，控制所述射频电源停止辉光放电，当所述反射功率上限大于所述实时反射功率时，控制所述射频电源继续辉光放电；同时，在金刚石的生长准备阶段和生长结束阶段，所述PLC控制器将所述实时压力与所述生长信息配方表中的真空压力进行比较，当所述实时压力与所述真空压力相等时，在所述生长信息配方表中查找到与所述真空压力对应的标准辉光功率并控制所述射频电源使所述实时辉光功率与所述标准辉光功率相等。
在本发明的一个实施例中，所述工艺气体控制包括步骤：
所述PLC控制器从所述上位机获取金刚石生长过程中所述真空腔体中的安全压力和所述生长信息配方表；
所述PLC控制器根据所述生长信息配方表中的工艺气体种类和气体流量控制所述工艺气体***中相应的隔膜阀和质量流量计工作；
所述PLC控制器获取所述真空腔体内的实时压力，并获取金刚石生长保持阶段中第一工艺气体对应的第一气体流量和第二工艺气体对应的第二气体流量；
所述PLC控制器将所述实时压力与所述安全压力进行比较，当所述实时压力大于或等于所述安全压力时，控制每种工艺气体相应的所述隔膜阀的运行状态均为锁死，当所述实时压力小于所述安全压力时，控制每种工艺气体相应的所述隔膜阀均继续运行；同时，在金刚石的生长保持阶段，所述PLC控制器将所述第一气体流量和所述第二气体流量进行比较，当所述第一气体流量与所述第二气体流量的比值大于或等于第一目标值时，控制所述第一工艺气体相应的所述隔膜阀的运行状态和所述第二工艺气体相应的所述隔膜阀的运行状态均为锁死，当所述第一气体流量与所述第二气体流量的比值小于第一目标值时，控制所述第一工艺气体相应的所述隔膜阀的运行状态和所述第二工艺气体相应的所述隔膜阀的运行状态均继续运行。
在本发明的一个实施例中，在所述PLC控制器根据所述生长信息配方表中的工艺气体种类和气体流量控制所述工艺气体***中相应的隔膜阀和质量流量计工作之后，还包括步骤：
在金刚石的生长保持阶段，所述PLC控制器获取目标气体流量；
所述PLC控制器将所述目标气体流量和所述生长信息配方表中与目标气体对应的预设气体流量进行比较，当所述目标气体流量与所述预设气体流量的差值大于等于第二目标值时，控制所述目标气体相应的所述隔膜阀的运行状态为锁死，当所述目标气体流量与所述预设气体流量的差值小于第二目标值时，控制所述目标气体相应的所述隔膜阀均继续运行。
在本发明的一个实施例中，还包括步骤：
所述PLC控制器获取冷却启动信号、冷却水的目标温度和冷却水的目标流量；
所述PLC控制器根据所述冷却启动信号控制所述冷却***运行；
所述PLC控制器获取所述冷却水的回流温度和所述冷却水的实时流量；
所述PLC控制器将所述回流温度与所述目标温度进行比较，当所述回流温度大于所述目标温度时，控制所述金刚石生长***停止运行，当所述回流温度小于或等于所述目标温度时，控制所述金刚石生长***继续运行；同时，所述PLC控制器将所述实时流量与所述目标流量进行比较，当所述实时流量小于所述目标流量时，控制所述金刚石生长***停止运行，当所述实时流量大于或等于所述目标流量时，控制所述金刚石生长***继续运行。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本实施例在PLC控制器的基础上将真空***、耔晶载物盘***、辉光***、工艺气体***和冷却***融为一体，集成了各个***的优点，将各个***之间的信息进行交互，实现在以PLC控制器为控制核心对金刚石的抽气、生长、排气进行控制的同时实现真空压力控制、生长位置控制、辉光控制和工艺气体控制，填补了需要人工协同的空白，提升了安全等级，减少人员操作的时间，最终在PLC的协同下实现了更安全更智能化的金刚石生长控制。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种金刚石生长***的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种真空***的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种耔晶载物盘***的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种工艺气体***的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种冷却***的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种基于PLC在金刚石生长***中的控制方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种金刚石生长***的结构示意图，该金刚石生长***包括：PLC控制器11、上位机12、路由器13、真空腔体14、真空***15、耔晶载物盘***16、辉光***17、工艺气体***18和冷却***19。其中，真空***15、耔晶载物盘***16、辉光***17、工艺气体***18和冷却***19均与PLC控制器11电连接，PLC控制器11通过路由器13与上位机12电连接，真空***15和工艺气体***18与真空腔体14连接，耔晶载物盘***16贯穿真空腔体14的底部，辉光***17中的射频电源发生器设置在真空腔体14的上方，冷却***19与真空腔体14和真空***15分别连接。进一步的，该金刚石生长***还包括模拟量输入输出模块20，模拟量输入输出模块20连接在PLC控制器11和各***中的部分元件之间，用于传输各***中的一部分元件所采集的模拟量信号。
请参见图2，图2为本发明实施例提供的一种真空***的结构示意图。真空***15用于对真空腔体14进行抽气和排气，以对真空腔体14内的真空压力进行控制。真空***15包括干泵151、分子泵角阀152、分子泵153、插板阀154、比例阀155、比例阀角阀156、直通角阀157、电容规158、排气阀159。其中，干泵151、分子泵角阀152、分子泵153、插板阀154依次连接至真空腔体14，且干泵151、分子泵角阀152、分子泵153、插板阀154均与PLC控制器50电连接，同时，分子泵153还通过模拟量输入输出模块20、路由器13与PLC控制器11连接；比例阀155连接比例阀角阀156，且比例阀155的一端连接在干泵151和分子泵角阀152之间，比例阀角阀156的一端连接至真空腔体14；直通角阀157的一端连接在干泵151和分子泵角阀152之间，另一端连接至真空腔体14。真空腔体14上设置有电容规158，电容规158通过模拟量输入输出模块20、路由器13与PLC控制器11连接，排气阀159设置在真空腔体14上且与PLC控制器11连接。另外，在图2中，辉光***17中的射频电源发生器171设置在真空腔体14的上方，且通过模拟量输入输出模块20、路由器13与PLC控制器11连接。
请参见图3，图3为本发明实施例提供的一种耔晶载物盘***的结构示意图。耔晶载物盘***16用于对真空腔体14底部的耔晶载物盘进行控制，以实现耔晶载物盘的升降和旋转。耔晶载物盘***16包括升降电机161、旋转电机162、旋转升降机构163、耔晶载物盘164、第一传感器165、第二传感器166、第一编码器167、第二编码器168、测温仪169；其中，PLC控制器11电连接至升降电机161以控制升降电机161的驱动，并且PLC控制器11电连接至旋转电机162以控制旋转电机162的驱动；升降电机161与旋转升降机构163中的升降件连接，旋转电机162均与旋转升降机构163中的旋转件连接，耔晶载物盘164水平设置在旋转升降机构163上并且位于真空腔体14中，耔晶载物盘164随旋转升降机构163的旋转和升降而进行旋转和升降，第一传感器165设置在旋转升降机构163中的升降导轨上的第一位置处并且电连接至PLC控制器11，第二传感器166设置在升降导轨的第二位置处并且电连接至PLC控制器11，升降件可沿升降导轨1633在第一位置和第二位置之间进行移动，第一编码器167连接旋转电机162和耔晶载物盘164且电连接PLC控制器11，第二编码器168连接升降电机161和耔晶载物盘164且电连接PLC控制器11。
请参见图4，图4为本发明实施例提供的一种工艺气体***的结构示意图。工艺气体***18用于向真空腔体14提供金刚石生长用的气体。本实施例中工艺气体***18包括H2管路181、CH4管路182、O2管路183、N2管路184和皮拉尼计185；沿进气方向，在H2管路181上设置有第二质量流量计1812、第一质量流量计1811、第一隔膜阀1813，在CH4管路182上设置有第三质量流量计1821、第二隔膜阀1822，在O2管路183上设置有第五质量流量计1832、第四质量流量计1831、第三隔膜阀1833，在N2管路184上设置有第六质量流量计1841、第六隔膜阀1842；其中，上述隔膜阀均与PLC控制器11电连接，质量流量计均通过模拟量输入输出模块20与PLC控制器11电连接。
请参见图5，图5为本发明实施例提供的一种冷却***的结构示意图。冷却***19用于对真空腔体14和真空***15提供冷却。以向真空腔体14提供冷却为例，冷却***19包括水冷机191、4路进水管路192、4路回水管路193、4个水流计194、4个进水阀门195、4个回水阀门196、4个水温计197、冷却风扇198、真空计199；其中，水冷机191的出水口连接4路进水管路192中每路进水管路的进水端；4路进水管路192的出水端分别连接中轴的冷却水入口、底板的冷却水入口、腔体的冷却水入口、天线的冷却水入口；中轴的冷却水出口、底板的冷却水出口、腔体的冷却水出口、天线的冷却水出口分别连接4路回水管路193的进水端；4路回水管路193的出水端均连接水冷机191的入水口；4个水流计194分别设置在4路进水管路192上；4个进水阀门195分别设置在4路进水管路192上，并且设置在水冷机191和水流计194之间；4个回水阀门196分别设置在4路回水管路193上；4个水温计197分别设置在4路回水管路193上，并且沿冷却水回流方向，设置在回水阀门196之前；冷却风扇198设置在真空腔体14的正上方，真空计199设置在真空腔体14上；PLC控制器11与水冷机191双向电连接；PLC控制器11电连接至4个进水阀门195、4个回水阀门196和冷却风扇198；并且4个水流计194、4个水温计197和真空计199电连接至PLC控制器11。
请参见图6，图6为本发明实施例提供的一种基于PLC在金刚石生长***中的控制方法的流程示意图。该控制方法包括步骤：
S1、PLC控制器根据流程启动信号控制和真空***中元件的反馈信号对真空***进行抽气控制流程，直至真空腔体内的压力达到目标压力。具体包括：
S11、PLC控制器根据流程启动信号控制真空***中的干泵运行。
具体地，根据流程启动信号，PLC控制器11输出触点将干泵继电器线包上电，使干泵继电器常开触点闭合；干泵继电器常开触点闭合会导致干泵运行信号保持高电平，由此干泵151运行启动。
S12、PLC控制器根据干泵反馈的干泵运行信号控制真空***中的分子泵角阀打开以对分子泵出口抽真空。
具体地，干泵151运行时，其运行状态显示触点会闭合，从而使PLC控制器11输入信号保持高电平。当PLC控制器11收到此信号后，认为满足分子泵角阀152打开条件，随后PLC控制器11输出触点将分子泵角阀继电器线包上电，使分子泵角阀继电器常开触点闭合，从而使分子泵角阀152通电，分子泵角阀152打开，实现对分子泵153出口抽真空工作。
S13、PLC控制器根据干泵运行信号和分子泵角阀反馈的分子泵角阀开启状态信号控制真空***中的分子泵运行。
干泵151运行时，PLC控制器11输入信号保持高电平。分子泵角阀152打开后其常开触点会闭合，从而使PLC输入信号保持高电平(该高电平即为分子泵角阀开启状态信号)。当PLC控制器11收到以上两个信号后，认为满足分子泵153运行条件；随后PLC控制器11输出触点将分子泵继电器线包上电，使分子泵继电器常开触点闭合，触点闭合会导致分子泵运行启动信号保持高电平，由此分子泵153运行启动。
S14、PLC控制器根据干泵运行信号和分子泵反馈的分子泵转速模拟量信号控制分子泵角阀关闭以保持分子泵出口的压力。
干泵151运行时，PLC控制器11输入信号保持高电平。分子泵153运行时，其分子泵转速模拟量信号为一电压信号，电压信号的范围为0~10V；PLC控制器11接收该电压信号，并且根据该电压信号得出分子泵转速，其中，电压信号范围0~10V对应分子泵0~100%转速，例如，PLC控制器11通过接收到的5V电压信号，得出分子泵转速达到50%。当PLC控制器11收到以上两个信号后，认为满足分子泵角阀152条件；随后PLC控制器11输出触点将分子泵角阀继电器线包断电，使分子泵角阀继电器常开触点断开，从而使分子泵角阀152关闭，从而保持分子泵153出口压力低于标准大气压。
S15、PLC控制器根据干泵运行信号和分子泵角阀反馈的分子泵角阀关闭状态信号控制真空***中的直通角阀打开，以对真空腔体抽真空。
干泵151运行时， PLC控制器11输入信号保持高电平。分子泵角阀152关闭后其常开触点会断开，从而使PLC控制器11输入信号保持低电平(该低电平即分子泵角阀关闭状态信号)。当PLC控制器11收到以上两个信号后，认为满足对直通角阀157打开条件；随后PLC控制器11输出触点将直通角阀继电器线包上电，使直通角阀继电器常开触点闭合，从而使直通角阀157通电，直通角阀157打开，对真空腔体14开始抽真空。
S16、PLC控制器根据干泵运行信号和真空计压力模拟量信号控制直通角阀关闭以使真空腔体保持压力。
干泵151运行时， PLC控制器11输入信号保持高电平。电容规158实时采集真空腔体14内的压力值，通过模拟量信号发送给PLC控制器11，PLC控制器11接收该真空计压力模拟量信号，该真空计压力模拟量信号为一电压信号；PLC控制器11根据该电压信号得出真空腔体14内的压力，其中，电压信号范围0~10V对应压力值0~1333mbar，例如，PLC控制器11根据接收到6.38V电压信号，得出真空腔体11内压力达到200mbar。当PLC控制器11收到以上两个信号后，认为满足直通角阀157关闭条件；随后PLC控制器11输出触点将直通角阀继电器线包断电，使直通角阀继电器常开触点断开，从而使直通角阀157断电，直通角阀157关闭，停止对真空腔体14抽真空。
S17、PLC控制器根据干泵运行信号、直通角阀反馈的直通角阀关闭信号和真空计压力模拟量信号控制分子泵角阀打开以对分子泵出口抽真空。
干泵151运行时，PLC控制器11输入信号保持高电平。直通角阀157关闭后其常开触点会断开，从而使PLC控制器11输入信号保持低电平(该低电平即直通角阀关闭信号)；电容规158实时采集真空腔体14内的压力值，通过模拟量信号发送给PLC控制器11，PLC控制器11接收该真空计压力模拟量信号，该真空计压力模拟量信号为一电压信号；PLC控制器11根据该电压信号得出真空腔体20内的压力，其中，电压信号范围0~10V对应压力值0~1333mbar，例如，PLC控制器11根据接收到6.38V电压信号，得出真空腔体20内压力达到200mbar。当PLC控制器11收到以上三个信号后，认为满足分子泵角阀152打开条件。随后PLC控制器11输出触点将分子泵角阀继电器线包上电，使分子泵角阀继电器常开触点闭合，从而使分子泵角阀152上电，分子泵角阀152打开，继续对分子泵153抽真空。
S18、PLC控制器根据干泵运行信号、分子泵角阀反馈的分子泵角阀开启状态信号、直通角阀关闭信号和真空计压力模拟量信号控制真空***中的插板阀打开以对真空腔体进行真空净化。
干泵151运行时， PLC控制器11输入信号保持高电平；分子泵角阀152打开后其常开触点会闭合，从而使PLC输入信号保持高电平；直通角阀157关闭后其常开触点会断开，从而使PLC控制器11输入信号保持低电平(该低电平即直通角阀关闭信号)；电容规158实时采集真空腔体14内的压力值，通过模拟量信号发送给PLC控制器11，PLC控制器11接收该真空计压力模拟量信号；PLC控制器11根据该真空计压力模拟量信号对应的电压信号得出真空腔体14内的压力，其中，电压信号范围0~10V对应压力值0~1333mbar，例如，PLC控制器11根据接收到6.38V电压信号，得出真空腔体14内压力达到200mbar。当PLC控制器11收到以上四个信号后，认为满足插板阀154打开条件。随后PLC控制器11输出触点将插板阀继电器线包上电，使插板阀继电器常开触点闭合，从而使插板阀154上电，插板阀154打开，腔体进行高真空净化。
至此抽气结束，PLC控制器11控制流程中各个元件保持最后的状态，形成一个安全、稳定且洁净的生长环境，为后续金刚石生长提供必要环境支持；另外，此流程可以闭锁工艺气体通入隔膜阀，能避免人为误操作导致的危险事故发生，并且在***出现紧急情况时，运行此流程能够将生长需要的危险气体与大气环境进行隔绝，防止危险发生。
S2、PLC控制器根据真空***中元件的反馈信号对真空***进行工艺控制流程以进入金刚石生长流程。具体包括：
S21、PLC控制器接收到工艺流程启动信号后，根据干泵运行信号、插板阀反馈的插板阀开启状态信号和真空计压力模拟量信号判断是否已执行完抽气控制流程，若否，则继续进行抽气控制流程，若是，则进入步骤S22。
干泵151运行时， PLC控制器11输入信号保持高电平；插板阀154打开后其常开触点会闭合，从而使PLC控制器11输入信号保持高电平(该高电平即为插板阀开启状态信号)；直通角阀157关闭后其常开触点会断开，从而使PLC控制器11输入信号保持低电平；电容规158实时采集真空腔体14内的压力值，通过模拟量信号发送给PLC控制器11，PLC控制器11接收真空计压力模拟量信号，该真空计压力模拟量信号为一电压信号；PLC控制器11根据该电压信号得出真空腔体20内的压力，其中，电压信号范围0~10V对应压力值0~1333mbar，例如，PLC控制器11接收到小于6.38V电压信号，得出真空腔体20内压力小于200 mbar。当PLC控制器11收到以上三个信号后，认为***已经执行完抽气流程，PLC控制器11程序进行工艺流程控制。如果以上三个信号有任意一个不满足，PLC控制器11认为***没有执行抽气流程，程序自动跳出工艺流程控制，随后自动触发抽气流程运行信号，开始执行抽气流程，进入步骤S22；当抽气流程执行结束后，自动进入工艺流程控制并执行步骤S21，再次执行条件判断。如果三个信号仍然没有满足则结束工艺流程控制，并发出报警信号，提示操作者检查***状态。
S22、PLC控制器控制插板阀关闭，同时控制射频电源启动。
PLC控制器11输出触点将插板阀继电器线包断电，使插板阀继电器常开触点断开，从而使插板阀154断电，插板阀154关闭；同时PLC控制器11另一输出触点将射频电源继电器线包上电，使射频电源继电器常开触点闭合，触点闭合会导致辉光***17中射频电源控制器预热启动信号保持高电平，由此射频电源开始进行预热。PLC同时完成以上两个控制，为后续辉光放电做准备。
S23、PLC控制器根据插板阀反馈的插板阀关闭状态信号控制分子泵停止运行。
插板阀154闭合后其常开触点会断开，从而使PLC控制器11输入信号保持低电平。当PLC控制器11收到此信号后，认为***满足分子泵153停止运行条件；随后PLC控制器11输出触点将分子泵继电器线包断电，使分子泵继电器常开触点断开，触点断开会导致分子泵153运行启动信号保持低电平，由此分子泵153停止启动。
S24、PLC控制器根据分子泵反馈的分子泵停止运行信号和插板阀关闭状态信号控制分子泵角阀关闭。
分子泵153停止时，其运行状态显示触点会断开，从而使PLC控制器11输入信号保持低电平。插板阀154关闭后其常开触点会断开，从而使PLC控制器11输入信号保持低电平。当PLC控制器11收到以上两个信号后，认为***满足分子泵角阀152关闭条件；随后PLC控制器11输出触点将分子泵角阀继电器线包断电，使分子泵角阀继电器常开触点断开，从而使分子泵角阀152断电，分子泵角阀152关闭，由此腔体停止高真空净化。
S25、PLC控制器根据分子泵停止运行信号、插板阀关闭状态信号和分子泵角阀反馈的分子泵角阀关闭状态信号控制比例阀角阀打开，保证真空***中的比例阀与干泵之间管路通畅。
分子泵151停止运行时，其运行状态显示触点会断开，从而使PLC控制器11输入信号保持低电平；插板阀154关闭后其常开触点会断开，从而使PLC控制器11输入信号保持低电平；分子泵角阀152关闭后其常开触点会断开，从而使PLC控制器11输入信号保持低电平。当PLC控制器11收到以上三个信号后，认为***满足比例阀角阀156打开条件；随后PLC控制器11输出触点将比例阀角阀继电器线包上电，使比例阀角阀继电器常开触点闭合，从而使比例阀角阀156上电，比例阀角阀156打开，保证干泵151、比例阀155与真空腔体14之间管路通畅。
S3、在金刚石生长流程中，PLC控制器根据从上位机获取的生长信息配方表，利用真空***进行真空压力控制、利用耔晶载物盘***进行生长位置控制、利用辉光***进行辉光控制，同时利用工艺气体***进行工艺气体控制。
具体地，在进行金刚石生长时，PLC控制器11根据从上位机12处得到的生长信息配方表进行金刚石生长。生长信息配方表是多行六列矩阵结构，每一行的参数是固定的，包括时间、压力、流量、温度、功率以及位置参数；而列的数量根据生长工艺不同，可以人为调整。PLC控制器11从第一列开始读取参数，并将以上压力、流量、温度、功率以及位置参数与读取到的薄膜规压力模拟量信号(薄膜规即电容规)、工艺气体质量流量计流量模拟量信号、红外测温仪温度模量信号、射频电源当前功率模拟量信号以及步进电机编码器位置数字信号一一对应地进行比较，结合PLC控制器11内部计时器，在计时器设定时间内PLC控制器11分别发送以下信号：向比例阀发送开合度模拟量信号、向射频电源发送设定功率模拟量信号、向步进电机发送位置脉冲信号，从而实现真空压力控制、辉光控制以及生长位置控制，完成金刚石生长控制。第一列时间结束后，PLC控制器11读取下一列参数的时间，如果时间不为零，则PLC控制器11继续根据此类参数进行相应的生长控制。如果时间为零，则PLC控制器11认为生长控制已经完成，则流程停止。
至此工艺流程控制结束，流程中各个元件保持最后的状态，在该工艺流程中，流程外的元件闭锁，除抽气以及停止信号以外所有控制闭锁，能够避免人为误操作导致的危险事故发生。
在上述金刚石生长过程中，真空压力控制包括步骤：
步骤一、PLC控制器11从上位机12获取生长信息配方表。
步骤二、PLC控制器11根据生长信息配方表中的工艺气体种类和气体流量控制工艺气体***中相应的隔膜阀和质量流量计工作。工艺气体种类包括H2、CH4、O2和N2，其中，H2流量为100~1000L/min，CH4流量为2~125L/min(占气体总量的2%~10%)，O2流量为2~125L/min(占气体总量的2%~10%)，N2流量为0.002~0.125 L/min(占气体总量的10~100ppm)；进一步的，在金刚石生长准备阶段和生长结束阶段均只打开H2对应的隔膜阀和质量流量计，在金刚石生长保持阶段H2、CH4、O2和N2对应的质量流量计均打开。
步骤三、PLC控制器11获取真空***中电容规158反馈的真空腔体内的实时压力。
步骤四、PLC控制器11将实时压力与目标压力进行比较；当实时压力大于目标压力时，控制真空***15中的比例阀155的开度增大直至实时压力等于目标压力；当实时压力等于目标压力时，控制比例阀155的开度保持不变；当实时压力小于目标压力时，控制真空***15中的比例阀155的开度减小直至实时压力等于目标压力。具体地，当实时压力大于目标压力时，说明真空腔体14内的压力偏高，此时，PLC控制器通过模拟量输入输出模块20发送开合度模拟量信号，控制比例阀155的当前开度增大以减小真空腔体内的压力，直至实时压力等于目标压力；当实时压力等于目标压力时，此时控制比例阀155的当前开度保持不变；当实时压力小于目标压力时，说明真空腔体14内的压力偏低，此时，PLC控制器11通过模拟量输入输出模块20发送开合度模拟量信号，控制比例阀155的当前开度减小以增大真空腔体内的压力，直至实时压力等于目标压力。
生长位置控制包括步骤：
步骤一、PLC控制器11从上位机12获取生长信息配方表，生长信息配方表包括金刚石生长所需的生长初始位置、生长阶段位置和生长温度信息。
步骤二、PLC控制器11根据生长初始位置、生长阶段位置控制耔晶载物盘***16中的步进电机(升降电机161和旋转电机162)移动真空腔体中的耔晶载物盘至生长初始位置。其中，生长初始位置是指，金刚石生长过程中，金刚石表面始终位于基准平面，该基准平面即为生长初始位置；也就是说，随着金刚石的生长，PLC控制器11控制耔晶载物盘***，使得耔晶载物盘164逐渐下降，从而使得厚度增加的金刚石表面始终位于基准平面。
步骤三、PLC控制器11获取耔晶载物盘***中编码器采集的耔晶载物盘位置，同时获取真空腔体14中的测温仪169采集的实时真空腔体温度值。具体地，耔晶载物盘位置由升降电机161上设置的第二编码器168采集得到。
步骤四、PLC控制器11将实时真空腔体温度值与生长温度信息进行比较；当实时真空腔体温度值与生长温度信息相等时，在生长信息配方表中查找到与生长温度信息对应的生长阶段位置，并使步进电机控制耔晶载物盘移动直至编码器采集的耔晶载物盘位置与生长阶段位置相等，从而使耔晶载物盘位置按照生长信息配方表中的关系随实时真空腔体温度值进行定位。具体的，金刚石生长过程中，PLC控制器11控制升降电机161运行，升降电机161控制耔晶载物盘164移动，同时，与升降电机161和耔晶载物盘164连接的第二编码器168同时对耔晶载物盘的移动方向、移动速度和位置数值进行检测，并且PLC控制模块获取这些检测数值；当第二编码器168采集的耔晶载物盘位置与生长阶段位置相等时，说明耔晶载物盘164移动到了目标位置，此时，停止耔晶载物盘164的移动。
辉光控制包括步骤：
步骤一、PLC控制器11从上位机12获取反射功率上限和生长信息配方表，生长信息配方表包括开始阶段辉光功率与真空压力的配方、结束阶段辉光功率与真空压力的配方。
步骤二、PLC控制器11根据开始辉光功率控制辉光***中的射频电源开始辉光放电，并获取真空腔体14内的实时压力、实时辉光功率和实时反射功率。
步骤三、PLC控制器11将实时反射功率与反射功率上限进行比较，当反射功率上限小于或等于实时反射功率时，控制射频电源停止辉光放电，当反射功率上限大于实时反射功率时，控制射频电源继续辉光放电；同时，在金刚石的生长准备阶段和生长结束阶段，PLC控制器11将实时压力与生长信息配方表中的真空压力进行比较，当实时压力与真空压力相等时，在生长信息配方表中查找到与真空压力对应的标准辉光功率并控制射频电源使实时辉光功率与标准辉光功率相等。具体的，在整个金刚石生长过程中，PLC控制器11获取实时反馈功率后，将该实时反馈功率与反馈功率上限进行比较，以判断射频电源的运行状态；当反射功率上限小于或等于实时反射功率时，说明此时射频电源发生故障，PLC控制器11控制射频电源停止辉光放电；当反射功率上限大于实时反射功率时，说明射频电源运行正常，PLC控制器11不对射频电源进行操作，使射频电源持续辉光放电。而在金刚石生长准备阶段和生长结束阶段，对实时辉光功率进行控制，使实时辉光功率按照标准辉光功率的变化趋势而变化，保证真空腔体内的环境是稳定的、安全的。
工艺气体控制包括步骤：
步骤一、PLC控制器11从上位机12获取金刚石生长过程中真空腔体中的安全压力和生长信息配方表。
步骤二、PLC控制器11根据生长信息配方表中的工艺气体种类和气体流量控制工艺气体***中相应的隔膜阀和质量流量计工作。具体的，金刚石生长准备阶段的工艺气体种类包括H2，其流量为100~1000L/min，生长保持阶段的工艺气体种类包括H2、CH4、O2和N2，其流量分别为100~1000L/min、2~125L/min、2~125L/min、0.002~0.125 L/min，生长结束阶段的工艺气体种类包括H2，其流量为100~1000L/min，因此，在金刚石生长准备阶段控制H2对应的隔膜阀和质量流量计工作，进入生长保持阶段控制H2、CH4、O2和N2对应的隔膜阀和质量流量计工作，进入生长结束阶段控制CH4、O2和N2对应的隔膜阀和质量流量计关闭，保持H2对应的隔膜阀和质量流量计工作。
步骤三、PLC控制器11通过皮拉尼计获取真空腔体14内的实时压力，并获取生长保持阶段中第一工艺气体对应的第一气体流量和第二工艺气体对应的第二气体流量。具体的，第一气体流量和第二气体流量可以分别为H2流量和O2流量。
步骤四、PLC控制器11将实时压力与安全压力进行比较，当实时压力大于或等于安全压力时，控制每种工艺气体相应的隔膜阀的运行状态均为锁死，当实时压力小于安全压力时，控制每种工艺气体相应的隔膜阀均继续运行。具体的，当PLC控制器判断实时压力大于或等于安全压力时，说明此时真空腔体内的压力超过安全压力范围，存在安全风险，此时，PLC控制器控制每种工艺气体相应的隔膜阀的运行状态均为锁死，以停止工艺气体进入真空腔体内，防止真空腔体内的压力继续增大；例如，在生长准备阶段和生长结束阶段，控制H2对应的隔膜阀锁死；在生长保持阶段，控制H2、CH4、O2和N2对应的隔膜阀均锁死。当PLC控制器判断实时压力小于安全压力时，说明此时真空腔体内的压力在安全压力范围内，可以继续金刚石的生长，此时，控制相应的隔膜阀保持现有状态。
同时，在金刚石的生长保持阶段，PLC控制器将第一气体流量和第二气体流量进行比较，当第一气体流量与第二气体流量的比值大于或等于第一目标值时，控制第一工艺气体相应的隔膜阀的运行状态和第二工艺气体相应的隔膜阀的运行状态均为锁死，当第一气体流量与第二气体流量的比值小于第一目标值时，控制第一工艺气体相应的隔膜阀的运行状态和第二工艺气体相应的隔膜阀的运行状态均继续运行。具体的，当H2流量和O2流量比值大于等于1/20时，PLC控制器控制H2管路上的隔膜阀的运行状态为锁死，同时控制O2管路上的隔膜阀的运行状态为锁死，防止H2和O2进入真空腔体中；当H2流量和O2流量比值小于1/20时，PLC控制器控制H2管路上的隔膜阀的继续运行，同时控制O2管路上的隔膜阀继续运行，继续金刚石的生长。
在上述利用目标压力和气体流量比值对工艺气体进行控制的同时，还可以利用目标气体流量对工艺气体进行控制，具体包括步骤：
在金刚石的生长保持阶段，PLC控制器11获取目标气体流量；
PLC控制器11将目标气体流量和生长信息配方表中与目标气体对应的预设气体流量进行比较，当目标气体流量与预设气体流量的差值大于等于第二目标值时，控制目标气体相应的隔膜阀的运行状态为锁死，当目标气体流量与预设气体流量的差值小于第二目标值时，控制目标气体相应的隔膜阀均继续运行。具体的，目标气体流量包括H2流量或O2流量，以目标气体为H2、预设气体流量为100 L/min、第二目标值为10 L/min为例，在生长保持阶段，若H2气体流量小于等于90 L/min或者大于等于110 L/min，则说明H2的流量过小或者过大，不能保证金刚石的正常生长，此时，PLC控制器控制H2相应的隔膜阀锁死，停止H2继续进入真空腔体；若H2流量大于90 L/min且小于110 L/min，则控制保持现有状态，继续通入H2。
进一步地，在进行上述真空压力控制、生长位置控制、辉光控制、工艺气体控制的同时，还可以进行冷却控制，冷却控制具体包括步骤：
步骤一、PLC控制器11通过上位机12获取冷却启动信号、冷却水的目标温度和冷却水的目标流量。
步骤二、PLC控制器11根据冷却启动信号控制冷却***19运行。具体的，PLC控制器11根据冷却启动信号控制水冷机191、4个进水阀门195、4个回水阀门196工作。
步骤三、PLC控制器11获取冷却水的回流温度和冷却水的实时流量。具体的，PLC控制器11通过4个水温计197获取冷却水的回流温度，通过4个水流计194获取冷却水的实时流量。
步骤四、PLC控制器11将回流温度与目标温度进行比较，当回流温度大于目标温度时，控制金刚石生长***停止运行，当回流温度小于或等于目标温度时，控制金刚石生长***继续运行。具体的，当回流温度大于目标温度时，说明待冷却部件的温度过高，无法保证金刚石的正常生长，此时，PLC控制器控制金刚石生长***停止运行；当回流温度小于或等于目标温度时，说明待冷却部件的温度处于正常范围内，继续进行金刚石的生长。
同时，PLC控制器11将实时流量与目标流量进行比较，当实时流量小于目标流量时，控制金刚石生长***停止运行，当实时流量大于或等于目标流量时，控制金刚石生长***继续运行。具体的，当实时流量小于目标流量时，说明冷却水的进水异常，无法提供充足的冷却水以对待冷却部件进行有效降温，无法保证金刚石的正常生长，此时，控制刚石生长***停止运行；当实时流量大于或等于目标流量时，说明冷却水进水正常，能够提供充足的冷却水以对待冷却部件进行有效降温，此时继续金刚石的生长。
进一步地，在利用冷却水进行冷却控制的同时，还可以利用冷却风扇对真空腔体进行冷却控制，利用冷却风扇进行冷却控制具体包括步骤：
步骤一、PLC控制器11通过真空计199获取真空腔体14内的压力信号，并根据压力信号获取真空腔体14内的压力值。
步骤二、PLC控制器11判断压力值与目标压力的关系，当判断压力值大于或等于目标压力时，控制冷却风扇启动以对真空腔体进行冷却。具体的，当PLC控制器11判断真空腔体14内的压力值大于或等于目标压力时，说明真空腔体14内的温度达到风冷启动条件，此时，PLC控制器输出触点将冷却风扇继电器线包上电，使得冷却风扇继电器常开触点闭合，从而保持冷却风扇198运行信号保持高电平，由此冷却风扇198启动，将真空腔体14中的热气排出，将冷气送入真空腔体14，实现对真空腔体14的风冷，进而降低真空腔体14内的温度，保证金刚石的正常生长。
步骤三、PLC控制器11接收冷却风扇运行信号并根据冷却风扇运行信号判断冷却风扇198的运行状态；当判断冷却风扇198的运行状态为正常时，控制金刚石生长***继续运行；当判断冷却风扇198的运行状态为异常时，控制金刚石生长***停止运行。具体的，冷却风扇198启动后，反馈其运行信号至PLC控制器11；冷却风扇198正常运行时，其电流继电器运行状态显示触点会闭合，从而使PLC控制器11输入信号保持高电平，此时PLC控制器11判断冷却风扇198的运行状态为正常，金刚石可以正常生长，因此，控制金刚石生长***继续运行；当冷却风扇发生故障时，其电流继电器发送该故障信号给PLC控制器11，PLC控制器11输入信号为低电平，此时，PLC控制器11判断冷却风扇的运行状态为故障，无法保证金刚石的正常生长，因此，控制金刚石生长***停止运行。
S4、PLC控制器11根据工艺停止信号和真空***15中元件的反馈信号对真空***进行排气控制流程，使真空腔体14内的压力恢复至常压。
工艺停止信号包括工艺流程中断信号或者生长流程完成信号。工艺流程中断信号是指操作者通过上位机下达的工艺流程停止信号，操作者可以在金刚石生长流程中的任意时刻下达该信号。生长流程完成信号是指***完成一次正常的金刚石生长流程。PLC控制器11接收到工艺流程中断信号、生长流程完成信号中的任一个信号时，工艺停止，启动排气流程控制。也就是说，排气流程控制并不限定于工艺流程控制结束之后，可以在金刚石生长流程中的任意时刻进行。
步骤S4具体包括：
S41、PLC控制器11工艺停止信号、干泵运行信号、插板阀开启状态信号和真空计压力模拟量信号判断是否已执行完抽气控制流程，若否，则继续进行抽气控制流程，若是，则进行排气控制流程；
干泵151运行时，PLC控制器11输入信号保持高电平；插板阀154打开后其常开触点会闭合，从而使PLC控制器11输入信号保持高电平；直通角阀157关闭后其常开触点会断开，从而使PLC控制器11输入信号保持低电平；电容规158实时采集腔体内的压力值，通过模拟量信号发送给PLC控制器11，PLC控制器11接收真空计压力模拟量信号，该真空计压力模拟量信号为一电压信号；PLC控制器11根据该电压信号得出真空腔体14内的压力，其中，电压信号范围0~10V对应压力值0~1333mbar，例如，PLC控制器11接收到小于6.38V电压信号，得出真空腔体14内压力小于200 mbar。当PLC控制器11收到以上三个信号后，并且接收到工艺停止信号，PLC控制器11认为***已经执行完抽气流程，则PLC控制器11进行排气流程控制。如果以上三个信号有任意一个不满足，并且PLC控制器11接收到工艺停止信号，PLC控制器11则认为***没有执行抽气流程，程序自动跳出排气流程控制，随后自动触发抽气流程启动信号，开始执行抽气流程，进入步骤S42。当抽气流程控制执行结束后，自动进入排气流程控制并执行步骤S41，再次执行条件判断。如果再次执行条件判断后，三个信号仍然没有满足则结束排气流程，并发出报警信号，提示操作者检查***状态。
S42、PLC控制器根据工艺停止信号控制插板阀关闭。
PLC控制器11输出触点将插板阀继电器线包断电，使插板阀继电器常开触点断开，从而使插板阀154断电，插板阀154关闭。
S43、PLC控制器根据插板阀关闭状态信号控制排气阀打开，使真空腔体内的压力恢复至常压。
插板阀154关闭后其常开触点会打开，从而使PLC控制器11输入信号保持低电平。当PLC控制器11收到以上信号后，认为***满足排气阀159打开条件；随后PLC控制器11输出触点将排气阀继电器线包上电，使排气阀继电器常开触点闭合，从而使排气阀159上电，排气阀159打开，使真空腔体14与大气连通，进而真空腔体14恢复正常大气压。
至此排气流程控制结束，排气流程中各个元件保持最后的状态，并且***处于待机运行状态；在此流程中除抽气流程启动信号以及工艺停止信外所有控制闭锁，能避免人为误操作导致的危险事故发生。
本实施例在PLC控制器的基础上将真空***、耔晶载物盘***、辉光***、工艺气体***和冷却***融为一体，集成了各个***的优点，将各个***之间的信息进行交互，实现在以PLC控制器为控制核心对金刚石的抽气、生长、排气进行控制的同时实现真空压力控制、生长位置控制、辉光控制、工艺气体控制以及冷却控制，填补了需要人工协同的空白，提升了安全等级，减少人员操作的时间，最终在PLC的协同下实现了更安全更智能化的金刚石生长控制。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于PLC在金刚石生长***中的控制方法，其特征在于，所述金刚石生长***包括PLC控制器、上位机、路由器、真空腔体、真空***、耔晶载物盘***、辉光***、工艺气体***和冷却***，其中，所述真空***、所述耔晶载物盘***、所述辉光***、所述工艺气体***和所述冷却***均与所述PLC控制器电连接，所述PLC控制器通过所述路由器与所述上位机电连接，所述真空***和所述工艺气体***与所述真空腔体连接，所述耔晶载物盘***设置在所述真空腔体的底部且贯穿所述真空腔体，所述辉光***中的射频电源发生器设置在所述真空腔体的上方，所述冷却***与所述真空腔体和所述真空***连接；所述耔晶载物盘***用于对真空腔体底部的耔晶载物盘进行控制，以实现耔晶载物盘的升降和旋转；
所述控制方法包括步骤：
S1、所述PLC控制器根据流程启动信号控制和所述真空***中元件的反馈信号对所述真空***进行抽气控制流程，直至所述真空腔体内的压力达到目标压力；
S2、所述PLC控制器根据所述真空***中元件的反馈信号对所述真空***进行工艺控制流程以进入金刚石生长流程；
S3、在所述金刚石生长流程中，所述PLC控制器根据从所述上位机获取的生长信息配方表，利用所述真空***进行真空压力控制、利用所述耔晶载物盘***进行生长位置控制、利用所述辉光***进行辉光控制，同时利用所述工艺气体***进行工艺气体控制；其中，所述生长位置控制包括步骤：
所述PLC控制器从所述上位机获取所述生长信息配方表，所述生长信息配方表包括金刚石生长所需的生长初始位置、生长阶段位置和生长温度信息；
所述PLC控制器根据所述生长初始位置、所述生长阶段位置控制所述耔晶载物盘***中的步进电机移动所述真空腔体中的耔晶载物盘至生长初始位置；
所述PLC控制器获取所述耔晶载物盘***中编码器采集的耔晶载物盘位置，同时获取所述真空腔体中的测温仪采集的实时真空腔体温度值；
所述PLC控制器将所述实时真空腔体温度值与所述生长温度信息进行比较；当所述实时真空腔体温度值与所述生长温度信息相等时，在所述生长信息配方表中查找到与所述生长温度信息对应的所述生长阶段位置，并使所述步进电机控制所述耔晶载物盘竖直向下移动直至所述编码器采集的耔晶载物盘位置与所述生长阶段位置相等，以保证位于所述耔晶载物盘上的金刚石表面位于基准平面，使所述耔晶载物盘位置按照所述生长信息配方表中的关系随所述实时真空腔体温度值进行定位；
S4、所述PLC控制器根据工艺停止信号和所述真空***中元件的反馈信号对所述真空***进行排气控制流程，使所述真空腔体内的压力恢复至常压。
2.如权利要求1所述的基于PLC在金刚石生长***中的控制方法，其特征在于，步骤S1包括：
S11、所述PLC控制器根据所述流程启动信号控制所述真空***中的干泵运行；
S12、所述PLC控制器根据所述干泵反馈的干泵运行信号控制所述真空***中的分子泵角阀打开以对分子泵出口抽真空；
S13、所述PLC控制器根据所述干泵运行信号和所述分子泵角阀反馈的分子泵角阀开启状态信号控制所述真空***中的分子泵运行；
S14、所述PLC控制器根据所述干泵运行信号和所述分子泵反馈的分子泵转速模拟量信号控制所述分子泵角阀关闭以保持所述分子泵出口的压力；
S15、所述PLC控制器根据所述干泵运行信号和所述分子泵角阀反馈的分子泵角阀关闭状态信号控制所述真空***中的直通角阀打开，以对所述真空腔体抽真空；
S16、所述PLC控制器根据所述干泵运行信号和真空计压力模拟量信号控制所述直通角阀关闭以使所述真空腔体保持压力；
S17、所述PLC控制器根据所述干泵运行信号、所述直通角阀反馈的直通角阀关闭信号和所述真空计压力模拟量信号控制所述分子泵角阀打开以对所述分子泵出口抽真空；
S18、所述PLC控制器根据所述干泵运行信号、所述分子泵角阀反馈的分子泵角阀开启状态信号、所述直通角阀关闭信号和所述真空计压力模拟量信号控制所述真空***中的插板阀打开以对所述真空腔体进行真空净化，使所述真空腔体内的压力达到目标压力。
3.如权利要求2所述的基于PLC在金刚石生长***中的控制方法，其特征在于，步骤S2包括：
S21、所述PLC控制器接收到工艺流程启动信号后，根据所述干泵运行信号、所述插板阀反馈的插板阀开启状态信号和所述真空计压力模拟量信号判断是否已执行完所述抽气控制流程，若否，则继续进行所述抽气控制流程，若是，则进入步骤S22；
S22、所述PLC控制器控制所述插板阀关闭，同时控制射频电源启动；
S23、所述PLC控制器根据所述插板阀反馈的插板阀关闭状态信号控制所述分子泵停止运行；
S24、所述PLC控制器根据所述分子泵反馈的分子泵停止运行信号和所述插板阀关闭状态信号控制所述分子泵角阀关闭；
S25、所述PLC控制器根据所述分子泵停止运行信号、所述插板阀关闭状态信号和所述分子泵角阀反馈的分子泵角阀关闭状态信号控制比例阀角阀打开，保证真空***中的比例阀与所述干泵之间管路通畅。
4.如权利要求2所述的基于PLC在金刚石生长***中的控制方法，其特征在于，步骤S4包括：
S41、所述PLC控制器所述工艺停止信号、所述干泵运行信号、所述插板阀开启状态信号和所述真空计压力模拟量信号判断是否已执行完所述抽气控制流程，若否，则继续进行所述抽气控制流程，若是，则进行排气控制流程；
S42、所述PLC控制器根据所述工艺停止信号控制所述插板阀关闭；
S43、所述PLC控制器根据插板阀关闭状态信号控制排气阀打开，使所述真空腔体内的压力恢复至常压。
5.如权利要求1所述的基于PLC在金刚石生长***中的控制方法，其特征在于，所述真空压力控制包括：
所述PLC控制器从所述上位机获取所述生长信息配方表；
所述PLC控制器根据所述生长信息配方表中的工艺气体种类和气体流量控制所述工艺气体***中相应的隔膜阀和质量流量计工作；
所述PLC控制器获取所述真空***中电容规反馈的所述真空腔体内的实时压力；
所述PLC控制器将所述实时压力与所述目标压力进行比较；当所述实时压力大于所述目标压力时，控制所述真空***中的比例阀的开度增大直至所述实时压力等于所述目标压力；当所述实时压力等于所述目标压力时，控制所述比例阀的开度保持不变；当所述实时压力小于所述目标压力时，控制所述真空***中的比例阀的开度减小直至所述实时压力等于所述目标压力。
6.如权利要求1所述的基于PLC在金刚石生长***中的控制方法，其特征在于，所述辉光控制包括步骤：
所述PLC控制器从所述上位机获取反射功率上限和所述生长信息配方表，所述生长信息配方表包括开始阶段辉光功率与真空压力的配方、结束阶段辉光功率与真空压力的配方；
所述PLC控制器根据开始辉光功率控制所述辉光***中的射频电源开始辉光放电，并获取所述真空腔体内的实时压力、实时辉光功率和实时反射功率；
所述PLC控制器将所述实时反射功率与所述反射功率上限进行比较，当所述反射功率上限小于或等于所述实时反射功率时，控制所述射频电源停止辉光放电，当所述反射功率上限大于所述实时反射功率时，控制所述射频电源继续辉光放电；同时，在金刚石的生长准备阶段和生长结束阶段，所述PLC控制器将所述实时压力与所述生长信息配方表中的真空压力进行比较，当所述实时压力与所述真空压力相等时，在所述生长信息配方表中查找到与所述真空压力对应的标准辉光功率并控制所述射频电源使所述实时辉光功率与所述标准辉光功率相等。
7.如权利要求1所述的基于PLC在金刚石生长***中的控制方法，其特征在于，所述工艺气体控制包括步骤：
所述PLC控制器从所述上位机获取金刚石生长过程中所述真空腔体中的安全压力和所述生长信息配方表；
所述PLC控制器根据所述生长信息配方表中的工艺气体种类和气体流量控制所述工艺气体***中相应的隔膜阀和质量流量计工作；
所述PLC控制器获取所述真空腔体内的实时压力，并获取金刚石生长保持阶段中第一工艺气体对应的第一气体流量和第二工艺气体对应的第二气体流量；
所述PLC控制器将所述实时压力与所述安全压力进行比较，当所述实时压力大于或等于所述安全压力时，控制每种工艺气体相应的所述隔膜阀的运行状态均为锁死，当所述实时压力小于所述安全压力时，控制每种工艺气体相应的所述隔膜阀均继续运行；同时，在金刚石的生长保持阶段，所述PLC控制器将所述第一气体流量和所述第二气体流量进行比较，当所述第一气体流量与所述第二气体流量的比值大于或等于第一目标值时，控制所述第一工艺气体相应的所述隔膜阀的运行状态和所述第二工艺气体相应的所述隔膜阀的运行状态均为锁死，当所述第一气体流量与所述第二气体流量的比值小于第一目标值时，控制所述第一工艺气体相应的所述隔膜阀的运行状态和所述第二工艺气体相应的所述隔膜阀的运行状态均继续运行。
8.如权利要求7所述的基于PLC在金刚石生长***中的控制方法，其特征在于，在所述PLC控制器根据所述生长信息配方表中的工艺气体种类和气体流量控制所述工艺气体***中相应的隔膜阀和质量流量计工作之后，还包括步骤：
在金刚石的生长保持阶段，所述PLC控制器获取目标气体流量；
所述PLC控制器将所述目标气体流量和所述生长信息配方表中与目标气体对应的预设气体流量进行比较，当所述目标气体流量与所述预设气体流量的差值大于等于第二目标值时，控制所述目标气体相应的所述隔膜阀的运行状态为锁死，当所述目标气体流量与所述预设气体流量的差值小于第二目标值时，控制所述目标气体相应的所述隔膜阀均继续运行。
9.如权利要求1所述的基于PLC在金刚石生长***中的控制方法，其特征在于，还包括步骤：
所述PLC控制器获取冷却启动信号、冷却水的目标温度和冷却水的目标流量；
所述PLC控制器根据所述冷却启动信号控制所述冷却***运行；
所述PLC控制器获取所述冷却水的回流温度和所述冷却水的实时流量；
所述PLC控制器将所述回流温度与所述目标温度进行比较，当所述回流温度大于所述目标温度时，控制所述金刚石生长***停止运行，当所述回流温度小于或等于所述目标温度时，控制所述金刚石生长***继续运行；同时，所述PLC控制器将所述实时流量与所述目标流量进行比较，当所述实时流量小于所述目标流量时，控制所述金刚石生长***停止运行，当所述实时流量大于或等于所述目标流量时，控制所述金刚石生长***继续运行。
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