PLC与触摸屏在磁控溅射镀膜机中的应用

引言

影响全玻璃真空太阳集热管集热性能的主要因素之一在于其玻璃内管管壁上吸附的黑色膜层性能的好坏,因此研究开发多种材质的太阳能吸热膜层有利于提高全玻璃真空太阳集热管的集热性能。磁控溅射镀膜机作为加工生产全玻璃真空太阳集热管吸热膜层的重要设备之一,其性能好坏将直接影响全玻璃真空太阳集热管吸热膜层性能的好坏。

最初的磁控溅射镀膜机控制系统采用继电器控制,模拟线路板及单片机等电路组成实现控制功能,因线路繁杂以及电子元器件的不稳定造成设备性能不稳定,并给维修工作带来很大困难,另外操作界面不直观,误操作现象时有发生。基于以上不足之处,本文提出了采用PLC控制系统,触摸屏人机交互界面操作,可方便设定参数,由控制系统按镀膜工艺流程全自动运行工作,大大降低了对员工操作的依赖性。同时在操作界面上添加了安全互锁功能以及故障提示、信息报警等功能,大大降低了工人因误操作而造成的设备故障率。利用PLC通信功能,与触摸屏进行实时通信,实现对真空镀膜机工艺流程的全程监控,以便工艺工程师及时发现并处理故障信息,实时修改工艺参数等,极大地方便了生产过程的质量控制及管理。

1磁控溅射镀膜工艺与设备组成

1.1磁控溅射镀膜工艺流程

磁控溅射镀膜技术是一种目前广泛使用的沉积镀膜方法。由于其具备有效降低工作压强和工作电压,提高溅射速率和沉积速率,降低基片温度,减小等离子体对膜层的破坏等优点,特别适用于大面积镀膜生产,广泛应用于光学、材料、半导体、电子等领域。磁控溅射镀膜机作为全玻璃真空太阳集热管吸热膜层加工生产的重要设备,广泛应用于太阳能行业,其具体的生产加工工艺流程如图1所示。

1.2磁控溅射镀膜机的设备组成

磁控溅射镀膜机主要由真空镀膜室、磁控溅射靶材、磁控溅射电源、基材转架系统、抽真空系统、水冷系统、气路系统及电气控制系统等组成。

2电气控制系统

PLC(ProgrammableLogicController)即可编程逻辑控制器,是一种专门应用于工业环境下设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器,在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作指令,并通过数字式或模拟式输入和输出控制各种类型的机械或生产过程。

在工业控制领域,相比于单片机控制系统,PLC控制系统具有如下优势:

(1)编程简单,逻辑性强,操作便捷:

(2)抗干扰能力较强,可以直接运用于工业场合,对环境的适应性更强:

(3)PLC为模块化系统,比单片机更容易维修、更换硬件,后续扩展能力强。

基于以上原因,本文采用PLC控制系统完成整个磁控溅射镀膜工艺过程的控制,其具体硬件系统框图如图2所示。

本文在对各硬件选型时,综合考虑控制系统的实际Io点数与模拟量输入输出路数、未来可扩展性原则以及经济实用性原则,选择的硬件配置如下:触摸屏:北京昆仑通态自动化软件科技有限公司TPC1062K:PLC:欧姆龙CJ2M-CPU13:Io模块:欧姆龙CJ1w-ID231、CJ1w-oD231:A/D模块:欧姆龙CJ1w-AD081:D/A模块:欧姆龙CJ1w-DA08V:温度巡检仪:xJY-80。其中Io模块主要完成对各种泵的启停控制、各种阀门的启停控制、阀门气缸前后限位反馈以及各路水流开发反馈信号等:A/D、D/A模块主要采集与控制溅射电源电流与电压参数、气体质量流量控制器、镀膜室内实时真空值等:温度巡检仪主要完成各靶内循环水温度的测量:电机控制器主要完成对基片转架系统的旋转速度控制。

为了使系统在实际使用过程中满足稳定、可靠、安全等要求,在系统设计时,对接地系统做了几点设计,其中包括信号屏蔽接地、工作接地以及安全接地等。

图3为老式单片机控制系统柜,其操作界面复杂,不便于员工操作。

图4为本文设计制造的PLC与触摸屏控制系统柜,控制界面直观明了。

3结语

在磁控溅射镀膜机设备控制上,相比于采用单片机控制系统,采用触摸屏与PLC相结合的控制方式,使其在操作界面上更加直观明了,并且通过触摸屏人机交互界面实现了对真空镀膜机工艺流程的全程监控、故障实时报警、工艺参数记录与查询、实时更改工艺参数等功能。整个控制系统运行可靠、稳定,操作方便,控制精度高,值得在磁控溅射镀膜机中大力推广应用。