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毕业设计方案题目真空镀膜机电气控制系统学院自动化与电气工程专业电气工程及其自动化班级电传1002班学生黄瑶妹学号20100321072指导教师李聪二〇一四年三月三十一日毕业设计方案济南大学-1-学院自动化与电气工程学院专业电气工程及其自动化学生黄瑶妹学号20100321072设计题目真空镀膜机电气控制系统一、选题背景与意义1.近几年来,随着工控技术的发展，可编程控制器(ProgrammableLogicController,简称PLC)综合计算计控制技术和自动化控制技术和通讯技术的一种新型的通用的自动控制装置，它具有功能强、可靠性高、使用灵活方便、易于编程及适用工业环境下应用等一系列优点,在控制领域发挥了巨大的作用,广泛的应用于国民生产的各个领域［９］。2.在国内,北京仪器厂与清华大学共同开发了ZZST一480型超高真空镀膜机,是超高真空中技术较好的产品。兰州铁道学院以德国最先进技术为标准研制成功了ZDL一2050型真空镀膜机，是集机械、电气、控制、计算机技术于一体,技术在国内达到领先水平。这一项目的成功研制对发展我国汽车工业，促进汽车工业进步,促进我国真空镀膜设备技术水平向国际先进水平看齐都具有重要意义。SCS一8502三靶镀膜机显得尤为重要。真空镀膜机也在不断发展中,由原来的SCS一7002型逐步发展,到SCS一750型、SCS一850,型、到目前的新型真空镀膜机SCS一8502型，主要的技术革新体现在电气控制系统之上。此外，工艺流程的更科学性、合理性以及性能的不断提高，使得真空镀膜机的镀膜效果更好、质量更高［９］。二、设计内容2.1蒸发真空镀膜原理需要镀膜的被称为基片,镀的材料被称为靶材，基片与靶材同在真空腔中，蒸发镀膜是将靶材加热致使表面组分以离子或原子团形式被蒸发出来沉降在基片表面,通过散点一岛状结构一迷走结构一层状生长等成膜过程形成薄膜［６］［７］。2.2设计内容本文研究的是采用蒸发法对表面进行镀膜的真空镀膜机，是自动控制技术和真空镀膜技术在制镜镀膜机械设备高技术产业化中的应用,该机是目前国内先进的制镜镀膜设备,用抽气机对真空室抽气，抽气部分采用较大的抽气机组,高效率的KT型扩散泵，从而使抽气时间较短，在蒸镀生产过程通过控制系统可以对薄膜的张力、运行速度、蒸发舟的状态和蒸发量、进行调整和控制。其电气控制系统主要由台达PLC和人机界面力控软件构成，人机界面力控软件完成智能化的后台管理、各种参数设定及监视等功能，由CPU模块CPU224和模出模块RS232等组成的PLC主要完成系统中上述各种参数的检测、信息处理和各种阀门和泵的控制等功能[3]。2.3以张力为主要控制因素张力控制系统的好坏直接影响镀膜质量,材料张力小,则材料和辊轴间摩擦力小,容易发生滑动,毕业设计方案济南大学-2-且材料可能会产生皱纹;张力大,则材料会在拉伸的状态下镀膜。无论是在有皱纹的情况下镀膜,还是在拉伸的状态下镀膜都会影响镀膜质量,若材料张力不合适且经常变动的话那么镀膜精度会大大降低［８］［１０］。因此张力控制的目的:l)保证材料行走的稳定性:防止横向滑动、防止辊轴间的滑动,防止起伏。2)防止变形:如皱纹和伸缩。3)确保尺寸精度:如厚度、宽度等。4)确保收卷质量:不产生皱纹、不错位、不产生间隙、确保紧密度和收卷直径。2.4预期研究效果1、PLC能与上位机进行通信，接受上位机参数的设置；2、进行机械联动及电机转速检测控制；3、进行张力的自动控制；4、对蒸发舟的状态检测和控制；5、具有对变频控制器输入控制。三、设计方案利用电阻加热器加热蒸发的镀膜设备构造简单、造价便宜、使用可靠,可用于熔点不太高的材料的蒸发镀膜,由于电容金属化膜所采用的镀膜材料一般为铝和锌,两者的熔点都不高,因此,在此次设计中我们采用的蒸镀方法为电阻蒸发源蒸镀法。它的整体工艺过程包括薄膜从放膜辊放出,经过张力辊、展平辊和其它一些过渡辊,在主辊上完成蒸镀,最后经过展平辊和张力辊回到收膜辊上。3.1真空镀膜机系统设计方案（1）控制与监测系统需求张力控制需要采集被控对象的张力状态和开卷伺服电机的转速及位置信号,输出电机的转速值和张力设定值等。另外,为了便于在调试阶段优化控制策略,全面评价张力控制器的性能,还应采集过程数据,记录伺服电机的输出转矩、张力一时间曲线等一系列参数。根据上述分析,试验系统采用上、下位机结构:上位机主要用于完成智能算法的运算、传真和实验数据的监测、分析等功能;下位机主要完成张力控制等功能。上位机和下位机同步监视和记录试验过程数据。它们之间的数据交换通过串行通讯得到。（2）真空镀膜机设计图本次的真空镀膜机主要由镀膜室、真空系统、电控系统等几个部分组成,最初的真空镀膜机控制系统是采用单片机设计的,操作工人按照流程图切换手动开关完成工艺流程。由于单片机的工作性能受环境因素的影响较大,特别在电磁干扰比较恶劣的条件下工作,其可靠性不高、工作性能不稳定。因而,目前的真空镀膜机采用PLC来设计的控制系统,以其高可靠性、控制系统设计灵活方便等优点,在真空镀膜机的控制系统中逐步取代单片机。人机界面-力控软件可以直接进行人机对毕业设计方案济南大学-3-话,体现了以人为本的设计思想。基于PLC的高可靠性和良好的扩展性,应用其设计真空镀膜机的控制系统是较理想的选择,其性价比较高。真空镀膜机的控制部分主要由台达PLC和人机界面力控软件构成，人机界面完成智能化的后台管理、各种参数设定及监视等功能，由CPU模块CPU224和模拟量输出模块RS232等组成的下位机一可编程控制器主要完成系统中各种信号和参数的检测、信息处理和输出控制等功能。控制系统结构如下图：图1.控制系统结构图（3）PLC控制方案设计对PLC控制系统进行软件设计时,首先需对其进行系统任务分块,分块的目的就是把一个复杂的工程分解成多个比较简单的小任务。这样就把一个复杂的大问题化为多个简单的小问题,而编写程序的时候也比较方便。对每一个小的模块进行分析,掌握它所执行的功能,然后对其进行编程。最后将每一个模块之间的逻辑关系找到,将各个小的模块联系成一个有机的整体,这样程序执行时可以按所设计的逻辑顺序进行［２］［５］。根据题目要求，设计以PLC为核心的控制系统方案［５］，PLC控制原理图如下所示：AODODI三菱触摸屏CPURS232/485I/O接口真空蒸发镀膜机三菱PLC毕业设计方案济南大学-4-图2.PLC控制原理图最终确定的电气控制系统主要由PLC控制单元、真空测量单元、检测单元以及电机调速单元组成，根据要求,控制系统以PCL为核心,通过对张力、电机转速、蒸发舟的状态以及蒸发量等模拟量的采集,实现对镀膜机、电机和开关等执行元件的自动控制,利用力控软件实现可视化操作。四、参考文献［1］丁雪成，冯震宇，吴丽颖等.现代真空镀膜机电气控制系统的设计与实现［Ｊ］.电子测量与仪器学报，2008，增刊：322-325［2］刘进志，郝长生，刘希太．基于PLC的真空溅射镀膜机控制系统设计［Ｊ］.煤矿机械，2008，29(1)，179-181［3］蒋群．智能双室真空镀膜机的控制系统设计［Ｄ］．安徽：安徽理工大学，2010［4］宋晓峰.高精度卷绕真空镀膜设备张力控制技术研究［Ｄ］.上海：上海大学机械电子工程学院，2007［5］王兆义．小型可编程控制器实用技术[M]．北京：机械工业出版社,1996.［6］徐祖华．三靶磁溅式真空镀膜机电气控制系统的研究［Ｄ］．湖南：湖南大学电气与信息工程学院，2004［7］陈敏，王存华．真空镀膜机的原理及故障分析［J］．光电子技术，2002，22(2)：114一118［8］周志文．卷绕式镀膜中的张力控制［J］．机械研究与应用，2003，16(1)：48-49．［9］宋永良.浅析真空镀膜技术[J].甘肃科技,2004,20(7):59-60.［10］邵文韫,王阳明.真空镀膜机卷绕系统中张力控制的研究[J].机床与液压,2004,12(12):123-124.［11］徐祖华，王彦，雷运喜等．用PLC实现的磁溅式三靶真空镀膜机控制系统[J].南华大学学报(理工版)2003，17(3)：59-61.［12］徐祖华，盛义发，肖金凤．低功耗磁溅式真空镀膜机自动控制系统[J]．机电一体化，2003，模拟量扩展模块通讯模块模拟量扩展模块PLC张力控制与调整蒸发舟的状态蒸发量力控电源电机转速毕业设计方案济南大学-5-9(4)：57-58。［13］王银川．真空镀膜技术的现状及发展[J]．现代仪器,2000，6(6)：1-4。［14］邱英浩，曹晓明．真空镀膜技术的现状及进展[J]，天津冶金，2004,5(5)：45–48。［15］陈举强．卷绕式高真空镀铝膜蒸发舟及其使用工艺的探讨[J]．真空，002,39(3)：41-43。毕业设计方案济南大学-6-五、指导教师评语指导教师（签字）2014年4月6日六、审核意见系主任（签字）2014年4月10日