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肇慶市大力真空設備有限公司生產(chǎn)的DJW（L）系列臥式（立式）磁控濺射鍍膜生產(chǎn)線(xiàn)采用DC電源或中頻電源控制平面靶、圓柱旋轉靶或中頻孿生靶在工件上濺射成膜，廣泛應用于各種建筑玻璃、ITO透明導電玻璃、家電玻璃、高反射后視鏡及亞克力鍍膜等行業(yè)。 清華微電子推出高頻管分立器件裸片，已做到9G截止頻率該系列生產(chǎn)線(xiàn)在吸收歐洲同類(lèi)生產(chǎn)線(xiàn)的先進(jìn)技術(shù)和鍍膜工藝的同時(shí)，融合了獨特的操作人性化、使用簡(jiǎn)便化設計理念，在用戶(hù)群體中得到了充分的肯定。 在該系列磁控濺射鍍膜生產(chǎn)線(xiàn)中，一臺10.4寸pro-face彩色觸摸屏作為主要操作界面已經(jīng)成為標準配置，工作亦較穩定.由于鍍膜生產(chǎn)中需要控制的工藝參數較多，為了更大地提高工作效率和鍍膜工藝的可控性，我們設計了一套計算機監控系統來(lái)完成整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的監控和參數優(yōu)化，從而使鍍膜生產(chǎn)具有很好的工藝重復性，更適合工業(yè)化大批量生產(chǎn)的需要。 1 監控系統的功能設計 根據生產(chǎn)線(xiàn)工作狀況和生產(chǎn)要求，該計算機監控系統設計有以下功能。 （1） 模式選擇：為了滿(mǎn)足生產(chǎn)線(xiàn)的工作需要，該計算機監控系統設計了兩種運行模式一一 用于鍍膜生產(chǎn)的自動(dòng)監控模式和用于調試及檢修的手動(dòng)監控模式，兩種運行模式可自由切換。 （2） 工藝方案選擇：為了實(shí)現對多種工件的鍍膜自動(dòng)化，該監控系統設計了多種工藝方案供使用者選擇，設備運行前選擇要使用的方案，或自行設定新的方案，然后開(kāi)始鍍膜生產(chǎn)。 （3） 數據檢測記錄：為了方便用戶(hù)監控工藝過(guò)程，分析研究工藝參數的作用，及時(shí)調整工藝參數以獲得更好的鍍膜效果，該監控系統：1）實(shí)時(shí)顯示各磁控靶電源電壓、電流、各真空計數值、氣體流量等參數數值；2）定時(shí)記錄設備運行情況，每30分鐘記錄一次，或按要求隨時(shí)記錄；3）記錄重要工藝參數，并形成報表文件和歷史曲線(xiàn)。 （4） 故障報警記錄：1）在設備出現故障時(shí)監控系統自動(dòng)彈出報警畫(huà)面和文字提示，同時(shí)報警燈閃爍；2）記錄所有報警信息，以備檢修時(shí)查詢(xún)；3）根據故障的輕重緩急，可對報警信息進(jìn)行分類(lèi)。 （5） 自動(dòng)診斷保護：這是一種保護措施，減少因故障對設備造成的損害，主要表現在：1）當設備出現嚴重故障時(shí)，監控系統可自動(dòng)關(guān)機；2）磁控電源開(kāi)啟后，對其電壓和電流實(shí)行緩升，緩降以保護電源；3）可自行檢測上、下位機通信是否正常。 （6） 操作權限限定：利用該功能可以限制一般用戶(hù)的權限，防止誤操作，減少出錯幾率；同時(shí)還可以實(shí)現控制和監控的統一。 （7） 其它功能：該計算機監控系統還設置了系統時(shí)鐘、設備輸入輸出點(diǎn)監控界面、設備操作說(shuō)明界面等方便用戶(hù)查詢(xún)、使用的一些實(shí)用功能。 2 監控系統的構成 本計算機監控系統由上位機、下位機和通信協(xié)議三部分構成，系統硬件結構如圖1所示。 上位機用于監控生產(chǎn)運行狀況和生產(chǎn)工藝數據，完成對鍍膜生產(chǎn)的全部控制，并將獲取的歷史數據，作為鍍膜效果檢測分析的一項憑據。由于上位機所處的環(huán)境干擾較小，所以選用普通的PC機，操作系統采用通用性好、功能強的Microsoft WindowsXP。監控和數據采集軟件選用北京九思易自動(dòng)化軟件有限公司開(kāi)發(fā)的易控（INSPEC）E20通用組態(tài)監控系統軟件,它是全球首款基于Microsoft最新操作平臺.NET的同類(lèi)產(chǎn)品，具有監控功能強大、性能穩定、圖形精美、易學(xué)易用、開(kāi)發(fā)高效及擴展容易等一系列優(yōu)點(diǎn)，它采用高級語(yǔ)言C#作為用戶(hù)程序（腳本）語(yǔ)言，能很好地滿(mǎn)足控制的要求。采集和數據顯示的功能也比較完善，只要安裝好設備的驅動(dòng)程序就能與各種PLC、智能儀表、板卡及變頻器等設備進(jìn)行通信，還可以與其它計算機相連，組成一個(gè)企業(yè)的分布式生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò )。 應用易控（INSPEC）通用組態(tài)式監控系統軟件開(kāi)發(fā)自動(dòng)化控制的畫(huà)面，通過(guò)上位機畫(huà)面可以對鍍膜生產(chǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，并將重要數據記到文件保存下來(lái)。當生產(chǎn)發(fā)生異常時(shí)，進(jìn)行越限或故障聲音報警及文字提示，同時(shí)彈出有關(guān)畫(huà)面，便于操作人員快速分析、處理，以便在最短的時(shí)間內恢復生產(chǎn)。 下位機由三菱PLC加上各種模塊構成，包括：一臺FX2N-128MR主機，一個(gè)FX2N-16EYR輸出擴展模塊，四個(gè)FX2N-4DA模擬輸出模塊，兩個(gè)FX2N-4AD模擬輸入模塊一個(gè)FX2N-232-BD通信板。 易控（INSPEC）通用組態(tài)式監控系統支持OPC服務(wù)器，可連接第三方的軟件：由于三菱PLC有專(zhuān)門(mén)的通信驅動(dòng)程序，上位機和下位機之間采用串口RS-232屏蔽電纜進(jìn)行數據交換。上位機與下位機之間以問(wèn)答方式進(jìn)行數據通信，采用由上位機向下位機發(fā)送通信命令（下行命令），上位機在接收下位機發(fā)回的相應回答命令（上行命令）后，繼續發(fā)送下行命令的通信形式。根據監控系統功能的要求，通信協(xié)議采用周期命令方式進(jìn)行發(fā)送，數據傳送采用事件驅動(dòng)的通信方式。對于接收的數據通信，通信協(xié)議在進(jìn)行幀長(cháng)度校驗、字符校驗和超時(shí)校驗后發(fā)送給上位機。若校驗時(shí)發(fā)現錯誤，則應用重發(fā)機制對錯誤幀進(jìn)行重發(fā)，直至正確接收。 所有控制工作都由下位機完成，上位機只負責提供人機交互界面，進(jìn)行指令接收和發(fā)送、自動(dòng)化進(jìn)程控制、數據顯示存儲、參數設定、報表打印和數據處理等。在系統運行過(guò)程中，上位機一直和下位機實(shí)時(shí)通信，從而保證界面上顯示的數據和實(shí)際數據相一致；操作人員在上位機上發(fā)出的操作命令和設定的參數也都可以實(shí)時(shí)的送到下位機上執行。由于配備觸摸作為冗余操作設備，生產(chǎn)線(xiàn)可隨時(shí)脫離計算機監控系統轉換到觸摸屏操作模式，而不影響生產(chǎn)，便于設備維護，增進(jìn)了系統的可靠性。 3 系統工藝流程的設計的控制過(guò)程實(shí)現 依據磁控濺射鍍膜生產(chǎn)線(xiàn)的工藝要求，鍍膜生產(chǎn)控制可設計成四個(gè)分時(shí)動(dòng)作過(guò)程。第一個(gè)過(guò)程是真空獲得，為保證鍍膜的質(zhì)量，系統要求必須具備一定的基礎真空； 第二個(gè)過(guò)程是離子轟擊，為了提高膜層的附著(zhù)力，采用高能離子轟擊清洗工件表面，以去除表面雜物及臟物； 第三個(gè)過(guò)程是磁控濺射鍍膜，從陰極發(fā)身出來(lái)的電子，在磁場(chǎng)和電場(chǎng)中受到洛侖茲力的作用，沿著(zhù)磁場(chǎng)的方向作擺線(xiàn)動(dòng)力前進(jìn)，沉積到工件表面開(kāi)成薄膜； 第四個(gè)過(guò)程是系統開(kāi)關(guān)機，這是鍍膜前后對整個(gè)設備的處理操作。 3．1 真空獲得過(guò)程的自動(dòng)化控制設計 磁控鍍膜生產(chǎn)線(xiàn)真空系統采用滑閥真空泵一羅茨真空泵一高真空油擴散泵機組來(lái)獲取低真空和高真空，采用微機型數顯真空計來(lái)檢測真空度，該過(guò)程的自動(dòng)化控制包括：①機械泵、擴散泵、真空計、水泵的啟�？刂�；②各真空計的高、低真空值輸出控制；③各真空閥門(mén)、翻板閥的開(kāi)閉控制。 整套設備采用循環(huán)水處理冷卻，所以系統在沒(méi)有接收到水壓指示前不能開(kāi)啟真空機組。翻板閥用來(lái)實(shí)現大氣與低真空室以及低真空室與高真空室之間的隔離；真空閥門(mén)用來(lái)控制真空抽氣通路的通斷。系統通過(guò)控制氣動(dòng)裝置來(lái)實(shí)現對閥門(mén)的打開(kāi)與關(guān)閉。 3．2 離子轟擊過(guò)程的自動(dòng)化控制設計 對于某些機型（如亞克力鍍膜生產(chǎn)線(xiàn)），為了提高薄膜的附著(zhù)力，本系統采用了高能離子轟擊作為鍍前處理工藝。在轟擊清洗過(guò)程中，控制指標是氬氣質(zhì)量流量、轟擊電壓、轟擊電流、轟擊時(shí)間和傳動(dòng)速度等；為了滿(mǎn)足鍍膜工藝的要求，可以選擇工件緩慢地通過(guò)轟擊室，一邊行進(jìn)一邊轟擊；也可以選擇工件停留在轟擊室，轟擊一段時(shí)間后再進(jìn)入緩沖室，這就實(shí)現了對工件的高能離子清洗。 3．3 鍍膜過(guò)程的自動(dòng)化控制系統設計 為了滿(mǎn)足鍍膜工藝的要求，鍍膜過(guò)程中需要控制氬氣質(zhì)量流量、反應氣體質(zhì)量流量、各靶濺射電壓、濺射電流和鍍膜傳動(dòng)速度等指標。當工件行進(jìn)至磁控靶前，靶電流由維持狀態(tài)自動(dòng)轉至工作狀態(tài)，對工件進(jìn)行鍍膜，直至工件離開(kāi)該靶后，回復至維持狀態(tài)，最大限度地節省靶材。 為有效地保護磁控靶及靶電源，系統設計了水壓、真空度控制和過(guò)流、過(guò)熱故障報警功能，以及靶電源電壓、電流的緩升降功能。 3．4 系統開(kāi)關(guān)機的自動(dòng)化控制設計 自動(dòng)開(kāi)機，是從擴散泵預熱開(kāi)始，真空抽氣系統自動(dòng)工作直至鍍膜室真空度達到后，磁控靶自動(dòng)啟動(dòng)，這一段過(guò)程的所有操作均由設備自動(dòng)完成。 自動(dòng)關(guān)機，是生產(chǎn)線(xiàn)鍍膜工作完成后，自動(dòng)關(guān)閉磁控靶，并逐步關(guān)閉真空抽氣系統，這一段過(guò)程的所有操作均由設備自動(dòng)完成。 4 算法控制 4．1反饋算法 在系統應用過(guò)程中，磁控電源的設定值與顯示值總存在一定的誤差，為使二者達到統一，我們應用軟件設計了一套反饋算法，用于電源數據設定與顯示上，效果非常理想。 設當前電源顯示數據（采集數據）為X n，經(jīng)過(guò)時(shí)間T后，顯示數據為X n+1,電源初始設定值為S1，修正設定值為S2，具體計算流程如圖2所示。 流程圖中的d、k、e、為選取的常數。︳X n+1-X n ︳ 4．2 量程轉換算法 整套監控系統量程轉換分為兩個(gè)部分，三個(gè)階段。 第一部分：數據顯示器： 1）電源量程轉換成0～10V輸出 2）0～10V輸出轉換成0～2000整型輸入到計算機 3）0～2000整型再轉換成電源量程進(jìn)行顯示 第二部分：數據設定 1）電源量程轉換成0～500整型輸出計算機 2）0～500整型轉換成0～10V輸入電源 3）0～10V輸入轉換成電源量程式進(jìn)行設定 每一階段的轉換都是一個(gè)線(xiàn)性模擬過(guò)程，只需要計算轉換斜率即可求出相應的轉換值，例如0～10V輸出轉換成0～2000整型，它的轉換斜率K=2000/10=200，則對于任意輸入X，其轉換值Y=KX=200X 5 結束語(yǔ) 本文介紹的磁控濺射鍍膜生產(chǎn)線(xiàn)計算機監控系統經(jīng)過(guò)運行使用，工作平穩、性能可靠，畫(huà)面逼真富于表現力，具有較好的監控效果，提升了用戶(hù)系統形象。作為一套成功的鍍膜生產(chǎn)線(xiàn)計算機監控系統，我們計劃作出相應改用到多種鍍膜設備上，因此具有極大的推廣價(jià)值和應用前景，從而促進(jìn)我國真空鍍膜設備計算機監控技術(shù)的發(fā)展。 |
