引言

影響全玻璃真空太陽集熱管集熱性能的主要因素之一在于其玻璃內(nèi)管管壁上吸附的黑色膜層性能的好壞,因此研究開發(fā)多種材質(zhì)的太陽能吸熱膜層有利于提高全玻璃真空太陽集熱管的集熱性能。磁控濺射鍍膜機(jī)作為加工生產(chǎn)全玻璃真空太陽集熱管吸熱膜層的重要設(shè)備之一,其性能好壞將直接影響全玻璃真空太陽集熱管吸熱膜層性能的好壞。

最初的磁控濺射鍍膜機(jī)控制系統(tǒng)采用繼電器控制,模擬線路板及單片機(jī)等電路組成實(shí)現(xiàn)控制功能,因線路繁雜以及電子元器件的不穩(wěn)定造成設(shè)備性能不穩(wěn)定,并給維修工作帶來很大困難,另外操作界面不直觀,誤操作現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生?；谝陨喜蛔阒?本文提出了采用PLC控制系統(tǒng),觸摸屏人機(jī)交互界面操作,可方便設(shè)定參數(shù),由控制系統(tǒng)按鍍膜工藝流程全自動(dòng)運(yùn)行工作,大大降低了對員工操作的依賴性。同時(shí)在操作界面上添加了安全互鎖功能以及故障提示、信息報(bào)警等功能,大大降低了工人因誤操作而造成的設(shè)備故障率。利用PLC通信功能,與觸摸屏進(jìn)行實(shí)時(shí)通信,實(shí)現(xiàn)對真空鍍膜機(jī)工藝流程的全程監(jiān)控,以便工藝工程師及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理故障信息,實(shí)時(shí)修改工藝參數(shù)等,極大地方便了生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制及管理。

1磁控濺射鍍膜工藝與設(shè)備組成

1.1磁控濺射鍍膜工藝流程

磁控濺射鍍膜技術(shù)是一種目前廣泛使用的沉積鍍膜方法。由于其具備有效降低工作壓強(qiáng)和工作電壓,提高濺射速率和沉積速率,降低基片溫度,減小等離子體對膜層的破壞等優(yōu)點(diǎn),特別適用于大面積鍍膜生產(chǎn),廣泛應(yīng)用于光學(xué)、材料、半導(dǎo)體、電子等領(lǐng)域。磁控濺射鍍膜機(jī)作為全玻璃真空太陽集熱管吸熱膜層加工生產(chǎn)的重要設(shè)備,廣泛應(yīng)用于太陽能行業(yè),其具體的生產(chǎn)加工工藝流程如圖1所示。

1.2磁控濺射鍍膜機(jī)的設(shè)備組成

磁控濺射鍍膜機(jī)主要由真空鍍膜室、磁控濺射靶材、磁控濺射電源、基材轉(zhuǎn)架系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)等組成。

2電氣控制系統(tǒng)

PLC(ProgrammableLogicController)即可編程邏輯控制器,是一種專門應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境下設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器,在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令,并通過數(shù)字式或模擬式輸入和輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。

在工業(yè)控制領(lǐng)域,相比于單片機(jī)控制系統(tǒng),PLC控制系統(tǒng)具有如下優(yōu)勢:

(1)編程簡單,邏輯性強(qiáng),操作便捷:

(2)抗干擾能力較強(qiáng),可以直接運(yùn)用于工業(yè)場合,對環(huán)境的適應(yīng)性更強(qiáng):

(3)PLC為模塊化系統(tǒng),比單片機(jī)更容易維修、更換硬件,后續(xù)擴(kuò)展能力強(qiáng)。

基于以上原因,本文采用PLC控制系統(tǒng)完成整個(gè)磁控濺射鍍膜工藝過程的控制,其具體硬件系統(tǒng)框圖如圖2所示。

本文在對各硬件選型時(shí),綜合考慮控制系統(tǒng)的實(shí)際Io點(diǎn)數(shù)與模擬量輸入輸出路數(shù)、未來可擴(kuò)展性原則以及經(jīng)濟(jì)實(shí)用性原則,選擇的硬件配置如下:觸摸屏:北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司TPC1062K:PLC:歐姆龍CJ2M-CPU13:Io模塊:歐姆龍CJ1w-ID231、CJ1w-oD231:A/D模塊:歐姆龍CJ1w-AD081:D/A模塊:歐姆龍CJ1w-DA08V:溫度巡檢儀:xJY-80。其中Io模塊主要完成對各種泵的啟?？刂?、各種閥門的啟停控制、閥門氣缸前后限位反饋以及各路水流開發(fā)反饋信號(hào)等:A/D、D/A模塊主要采集與控制濺射電源電流與電壓參數(shù)、氣體質(zhì)量流量控制器、鍍膜室內(nèi)實(shí)時(shí)真空值等:溫度巡檢儀主要完成各靶內(nèi)循環(huán)水溫度的測量:電機(jī)控制器主要完成對基片轉(zhuǎn)架系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)速度控制。

為了使系統(tǒng)在實(shí)際使用過程中滿足穩(wěn)定、可靠、安全等要求,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),對接地系統(tǒng)做了幾點(diǎn)設(shè)計(jì),其中包括信號(hào)屏蔽接地、工作接地以及安全接地等。

圖3為老式單片機(jī)控制系統(tǒng)柜,其操作界面復(fù)雜,不便于員工操作。

圖4為本文設(shè)計(jì)制造的PLC與觸摸屏控制系統(tǒng)柜,控制界面直觀明了。

3結(jié)語

在磁控濺射鍍膜機(jī)設(shè)備控制上,相比于采用單片機(jī)控制系統(tǒng),采用觸摸屏與PLC相結(jié)合的控制方式,使其在操作界面上更加直觀明了,并且通過觸摸屏人機(jī)交互界面實(shí)現(xiàn)了對真空鍍膜機(jī)工藝流程的全程監(jiān)控、故障實(shí)時(shí)報(bào)警、工藝參數(shù)記錄與查詢、實(shí)時(shí)更改工藝參數(shù)等功能。整個(gè)控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠、穩(wěn)定,操作方便,控制精度高,值得在磁控濺射鍍膜機(jī)中大力推廣應(yīng)用。