李鵬達(dá)河南省義馬煤炭高級(jí)技工學(xué)校

全方位沉積復(fù)合鍍膜技術(shù)控制系統(tǒng)的研究

李鵬達(dá)
河南省義馬煤炭高級(jí)技工學(xué)校

全方位注入沉積復(fù)合鍍膜技術(shù)是一種新穎的材料加工的新技術(shù)。它針對(duì)現(xiàn)有薄膜制備技術(shù)的不足,提供了一種薄膜復(fù)合制備方法與裝置,它利用磁控濺射、真空陰極弧光蒸發(fā)等方法,為全方位注入沉積復(fù)合鍍膜表面改性提供了所需的離子體,從而解決了采用永久磁條切磁壁的方式約束等離子體造成真空腔體造價(jià)昂貴的缺點(diǎn),降低了生產(chǎn)成本,簡(jiǎn)化了磁結(jié)構(gòu).

全方位沉積復(fù)合鍍膜技術(shù)；真空鍍膜；PLC；控制系統(tǒng)；分布式監(jiān)控系統(tǒng)；組態(tài)軟件

全方位注入沉積復(fù)合鍍膜技術(shù)是一種新穎的材料加工的新技術(shù).它針對(duì)現(xiàn)有薄膜制備技術(shù)的不足,提供了一種薄膜復(fù)合制備方法與裝置,它利用磁控濺射、真空陰極弧光蒸發(fā)等方法,為全方位注入沉積復(fù)合鍍膜表面改性提供了所需的離子體,從而解決了采用永久磁條切磁壁的方式約束等離子體造成真空腔體造價(jià)昂貴的缺點(diǎn),降低了生產(chǎn)成本,簡(jiǎn)化了磁結(jié)構(gòu).全方位注入沉積復(fù)合鍍膜技術(shù)是表面工程技術(shù)領(lǐng)域的重要組成部分，它是利用物理、化學(xué)手段使物體表面獲得所需的膜體，因而其表面具有耐腐蝕、耐高溫、耐磨損、抗氧化、防輻射、導(dǎo)電、導(dǎo)磁、絕緣和裝飾等許多優(yōu)于材料本身的性能。因此，這種鍍膜技術(shù)被稱為最具發(fā)展前途的技術(shù)之一，并已在高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展中展現(xiàn)出誘人的前景。

一、真空鍍膜機(jī)工藝流程

真空鍍膜機(jī)的整體工作過程是：抽真空-----加熱----表面轟擊清洗----表面改性------關(guān)機(jī)等幾個(gè)過程。

二、真空鍍膜機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)要求

1、控制可以手動(dòng)，也可以自動(dòng)，手動(dòng)操作應(yīng)有防止誤操作的電路聯(lián)鎖和保護(hù)功能。

2、手動(dòng)操作過程能夠被紀(jì)錄，并行成自動(dòng)操作程序。在下一次操作的時(shí)候，能夠依據(jù)該紀(jì)錄完成自動(dòng)操作。

3、計(jì)算機(jī)界面要求有流程效果，可以顯示操作的進(jìn)度；要求有打印的功能。

4、在錯(cuò)誤操作時(shí)要求有提示和報(bào)警的功能。

5、旋片泵---羅次泵----分子泵的打開順序?yàn)椋合却蜷_旋片泵抽氣，在真空室真空度達(dá)到一工藝點(diǎn)時(shí)，才能打開羅次泵進(jìn)行抽氣；只有打開了羅次泵才能打開分子泵。

6、抽真空時(shí)要先判斷真空室門是否關(guān)閉，是，進(jìn)行下一步；否：要報(bào)警。

7、真空度達(dá)不到工藝要求；各冷卻水沒有打開；真空室門沒有關(guān)好的情況下不能打開加熱系統(tǒng)進(jìn)行加熱。

8、鍍膜后先關(guān)閉1號(hào)主伐，1號(hào)分子泵，判斷1號(hào)分子泵的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速至0時(shí)才能關(guān)閉1號(hào)旋片泵泵口閥，關(guān)閉1號(hào)旋片泵。

9、真空室門只能手動(dòng)打開，門打開后放氣閥自動(dòng)關(guān)閉。

10、在自動(dòng)的情況下，對(duì)需要調(diào)整的電壓、電流、脈寬等量具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。

11、高壓高頻電源的控制要準(zhǔn)確，變化幅度不能太大，一個(gè)基本變化量不能大于一定值（20V），超高變化和超高電壓時(shí)要有保護(hù)措施；按照工藝要求要有安全策略，硬件及軟件要有互鎖和保護(hù)措施；一旦發(fā)生故障時(shí)整個(gè)系統(tǒng)處于安全保險(xiǎn)狀態(tài)，自動(dòng)切斷執(zhí)行設(shè)備，避免造成重大事故。

三、總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用手動(dòng)控制和自動(dòng)控制

1、手動(dòng)控制：手動(dòng)控制通過PLC和觸摸屏完成。觸摸屏顯示工藝流程、數(shù)據(jù)采集和故障報(bào)警等功能。

2、自動(dòng)控制：自動(dòng)控制采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，通過上位機(jī)與PLC進(jìn)行通訊連接，控制PLC，經(jīng)過數(shù)字/模擬量數(shù)據(jù)采集、輸入、輸出控制以及接口通訊卡與檢測(cè)元件和控制設(shè)備連接。工控機(jī)與觸摸屏同時(shí)顯示工作流程，參數(shù)設(shè)置，故障報(bào)警，并進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，打印等功能。

3、控制系統(tǒng)的軟、硬件

3.1 系統(tǒng)硬件配置

本系統(tǒng)共有控制點(diǎn)數(shù)：模擬量輸入30余點(diǎn)，數(shù)字量輸入10余點(diǎn)，模擬量輸出20余點(diǎn)，數(shù)字量輸出30余點(diǎn)，整個(gè)控制系統(tǒng)采用德國(guó)西門子公司S7-300的PLC系列。S7-300PLC為模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)構(gòu)成靈活，控制可靠。本系統(tǒng)由電源模塊、CPU模塊、接口模塊及信號(hào)模塊組成。上位機(jī)包括一臺(tái)工控機(jī)，其主要作用是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。用組態(tài)軟件對(duì)畫面進(jìn)行組態(tài)設(shè)計(jì)。通過多點(diǎn)接口與PLC通訊，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)操作。

3.2 控制程序流程圖

利用西門子STEP7V5.0編程軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì),按照模塊化的設(shè)計(jì)思想,根據(jù)工藝要求,編寫所需的指令。在設(shè)備調(diào)試、確定新的工藝參數(shù)或者故障處理時(shí)采用手動(dòng)運(yùn)行；自動(dòng)運(yùn)行程序段按照自動(dòng)流程圖編寫，設(shè)備正常時(shí)，處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)；工藝運(yùn)行程序是PLC控制系統(tǒng)的核心，需要采樣并控制靶電流、工藝時(shí)間、氮?dú)饬髁亢蜌鍤饬髁康饶M量，還需要和觸摸屏通訊，調(diào)用工藝各個(gè)參數(shù)，實(shí)時(shí)顯示工藝參數(shù)的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝鍍層的自動(dòng)控制。

程序一旦調(diào)試完畢，用戶只需在觸摸屏上修改工藝參數(shù)，或者直接調(diào)用相應(yīng)的數(shù)據(jù)文件，便可以完成不同的鍍膜工藝，操作過程簡(jiǎn)單、方便。

3.3 關(guān)鍵測(cè)控技術(shù)

根據(jù)真空鍍膜工藝的要求，將可編程控制器的控制軟件設(shè)計(jì)成模塊狀結(jié)構(gòu)。在軟件編寫、調(diào)試過程中，開發(fā)和應(yīng)用了梯形圖支持軟件作為軟件工具，直接在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行程序編寫、調(diào)試、方便、快捷，編制好的程序通過RS—232口傳給可編程控制器執(zhí)行。控制軟件所完成的功能敘述如下：

1）開關(guān)量輸入/輸出接口電路

開關(guān)量輸入接口的任務(wù)是把外界被控對(duì)象的開關(guān)狀態(tài)信號(hào)（或數(shù)字信號(hào)）送至計(jì)算機(jī)或微處理器。開關(guān)量輸出接口的任務(wù)是把計(jì)算機(jī)或微處理器送出的信號(hào)（或開關(guān)變量）傳送給開關(guān)器件，如指示燈、繼電器，控制它們的通斷、閉合或亮、滅等。

在新型鍍膜設(shè)備的控制系統(tǒng)中，由可編程控制器將各種按鈕、泵、閥、氣、水等開關(guān)量信息實(shí)時(shí)采集后送入發(fā)送緩沖區(qū)，再由通信模塊程序按1S間隔上傳給控制計(jì)算機(jī)。

為了保證真空鍍膜工藝過程自動(dòng)有效地運(yùn)行，可編程控制器實(shí)時(shí)接收控制計(jì)算機(jī)下發(fā)的各種控制命令，根據(jù)命令執(zhí)行1~12個(gè)過程模塊程序，控制相應(yīng)的設(shè)備開或關(guān)動(dòng)作。在有些工藝過程中，可編程控制器在收到過程開始命令后，自動(dòng)順序完成全過程的控制任務(wù)。

2）模擬量輸入/輸出接口電路

模擬量輸出接口是實(shí)現(xiàn)控制輸出的關(guān)鍵，它的功能是把計(jì)算機(jī)住輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流信號(hào)，以便控制調(diào)節(jié)閥或驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，達(dá)到計(jì)算機(jī)控制的目的。模擬量輸出接口一般由接口電路、控制電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換全方位注入沉積復(fù)合鍍膜技術(shù)作為一種先進(jìn)的鍍膜技術(shù)，其應(yīng)用具有很大的推廣空間。本文以全方位復(fù)合鍍膜機(jī)為研究對(duì)象，結(jié)合技術(shù)特點(diǎn)及系統(tǒng)控制要求，設(shè)計(jì)了一套靈活實(shí)用的分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)生產(chǎn)的自動(dòng)化檢測(cè)和控制。