本科畢業(yè)論文-真空鍍膜機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)真空鍍膜機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2-PAGEI真空鍍膜機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要本文所研究的真空鍍膜機(jī)是一種蒸發(fā)式卷繞系統(tǒng)的鍍膜機(jī)，主要應(yīng)用于PET、OPP、BOPP等塑料薄膜上蒸鍍金屬膜，也可應(yīng)用于生產(chǎn)鍍鋁、鍍鋅鋁或鍍銀鋅鋁電容膜。其總體結(jié)構(gòu)主要由真空系統(tǒng)、卷繞系統(tǒng)、蒸鍍系統(tǒng)及電控系統(tǒng)組成，通過(guò)PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)真空系統(tǒng)的各種泵、閥門等開關(guān)量的控制，通過(guò)三菱觸摸屏實(shí)現(xiàn)后臺(tái)管理、各種工藝參數(shù)的設(shè)定及控制功能，自動(dòng)化程度較高，有利于生產(chǎn)效率的提高。該電氣控制系統(tǒng)主控單元是采用三菱PLC的FX系列的通過(guò)三菱觸摸屏設(shè)置對(duì)紙張力、電機(jī)速度、蒸發(fā)舟的狀態(tài)和蒸發(fā)量等工藝要求參數(shù)的控制，同時(shí)具有故障報(bào)警、保護(hù)路線的功能，由RS232/485串行接口、A/D轉(zhuǎn)換模塊和控制器等實(shí)現(xiàn)各種參數(shù)的傳輸、信息處理、檢測(cè)控制功能。文中首先對(duì)鍍膜機(jī)的真空系統(tǒng)和整個(gè)蒸鍍工藝過(guò)程進(jìn)行了分析；并建立了卷繞系統(tǒng)中放卷、收卷的張力控制模型，找出影響張力的相關(guān)因素，并采用了模糊自適應(yīng)整定PID控制算法作為卷繞系統(tǒng)張力控制策略，結(jié)果顯示比傳統(tǒng)的PID控制效果好，適應(yīng)性強(qiáng)；同時(shí)完成了控制系統(tǒng)軟、硬件結(jié)構(gòu)的論證分析和設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過(guò)程中采用三菱PLC仿真軟件對(duì)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了模擬仿真，并實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與PLC的通訊功能，仿真結(jié)果顯示，該真空鍍膜機(jī)自動(dòng)化程度高，模擬蒸鍍效果好，保證了鍍膜質(zhì)量。關(guān)鍵詞：真空鍍膜機(jī)；可編程控制器；張力控制；人機(jī)界面；AutoCAD2007

ABSTRACTInthispaper,Vacuumcoatingmachine,whichisdevelopedbythispaperisanevaporation-typewindingcoatingmachine,mainlyusedinPET,OPP,BOPPandotherplasticfilmevaporatedmetallicfilm,alsocanbeusedintheproductionofaluminum,galvanizedaluminumorsilverplatedzincaluminumcapacitorfilm.Thecompositionofitsoverallstructureismainlycomposedofavacuumsystem,windingsystem,evaporationsystemandelectriccontrolsystem;Ontheonehand,throughthePLCtocontrolpumpofthevacuumsystem,valveswitchandsoon,ontheotherhand,throughMitsubishitouchscreentoconductback-stagemanagementandcontrolandsetallkindsofProcessparameters,thiswillimprovethedegreeofautomationandIsconducivetotheimprovementofproductionefficiency.TheelectriccontrolsystemofmaincontrolunitiscontrolledbyMitsubishiFXseries,throughMitsubishitouchscreentosetandcontrolevaporationprocessonpapertension,motorspeed,evaporationboatrequiredparameters,besidesfaultalarm,protectionroutefunction.ByRS232/485serialinterfaceandA/Dconversionmodulecontrollertoachievevariousparameterstransmission,informationprocessing,detectionandcontrolfunction.Firstly,thevacuumsystemforcoatingmachineandtheevaporationprocessareanalyzedinthispaper;andthewindingsystemofrollandtherolltensioncontrolmodelisestablished,thenfindingouttherelevantfactorsthataffecttension,andadoptthefuzzyadaptivetuningPIDcontrolalgorithmasthewindingtensioncontrolsystem,theresultsshowedthatcomparedwiththetraditionalPIDcontroleffect,thefuzzyadaptivetuningPIDcontrolalgorithmisbetterandhavestrongadaptability;atthesametimecompletingtheproofanalysisanddesignofthecontrolsystemofsoft,hardwarestructure,thedesignprocessofelectricalcontrolsystemissimulatedbyusingPLCsimulationsoftwareandMitsubishi,realizethecommunicationbetweenhostcomputerandPLCfunction,thesimulationresultsshowthatthevacuumcoatingmachinehavehighdegreeofautomation,simulationevaporationeffectisgoodandensurethecoatingquality.Keywords:vacuumcoatingmachine;programmablecontroller;tensioncontrol;man-machineinterface;AutoCAD2007目錄摘要 IABSTRACT II目錄 III1前言 -1-1.1課題研究背景 -1-1.2真空鍍膜機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) -1-1.3研究目的 -2-1.4研究?jī)?nèi)容 -2-1.4.1電氣控制系統(tǒng) -2-1.4.2工藝參數(shù)的控制 -3-2真空鍍膜機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) -5-2.1鍍膜工藝流程 -5-2.1.1順序控制 -6-2.1.2抽真空裝置 -7-2.1.3工藝參數(shù)的輸入與顯示 -7-2.2真空鍍膜機(jī)電氣控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) -8-2.2.1控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) -8-2.2.2控制系統(tǒng)整體方案論證 -9-3真空鍍膜機(jī)的控制系統(tǒng)硬件 -11-3.1.可編程控制器PLC簡(jiǎn)介 -11-3.1.1可編程控制器的定義 -11-3.1.2可編程控制器的工作原理 -11-3.1.3可編程控制器的主要特點(diǎn) -12-3.2.硬件設(shè)計(jì)方案與論證 -13-3.2.1硬件設(shè)計(jì)的技術(shù)要求 -13-3.2.2PLC型號(hào)選擇方案與論證 -13-3.2.3PLC主機(jī)選擇方案與論證 -14-3.2.4模擬量輸入/輸出的選擇方案與論證 -15-3.2.5PLC控制單元的設(shè)計(jì)方案 -16-3.2.6PLC接口電路設(shè)計(jì) -16-3.3.觸摸屏簡(jiǎn)介 -18-3.3.1觸摸屏的技術(shù)簡(jiǎn)介 -18-3.3.2觸摸屏與PLC的連接 -18-3.4卷繞系統(tǒng)設(shè)計(jì) -19-3.4.1卷繞系統(tǒng)介紹 -20-3.4.2收放卷張力控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) -21-3.4.3張力控制方法 -21-3.4.4張力執(zhí)行元件 -22-3.4.5送絲系統(tǒng)簡(jiǎn)介 -23-4PLC程序設(shè)計(jì) -25-4.1.PLC編程思想 -25-4.1.PLC程序調(diào)試 -26-結(jié)論 -28-參考文獻(xiàn) -29-致謝 -31-42-1前言1.1課題研究背景我國(guó)真空鍍膜的設(shè)備研究是開始于20世紀(jì)50年代,當(dāng)時(shí)我國(guó)研制了各種蒸發(fā)式真空鍍膜設(shè)備,滿足了光學(xué)事業(yè)發(fā)展的需要，進(jìn)入上世紀(jì)70年代,由于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各種領(lǐng)域的需要,各種真空鍍膜設(shè)備開始長(zhǎng)足的發(fā)展。真空鍍膜技術(shù)，膜的厚度均勻，比如在有效沉積區(qū)域內(nèi)，膜層厚度均勻性可以小于5%，且不會(huì)出現(xiàn)污染生態(tài)環(huán)境的廢水，另外可以把材料鍍?cè)诮饘俨牧媳砻娴姆墙饘俨牧媳砻嫔稀Ｋ员砻驽兡ぜ夹g(shù)將會(huì)在工業(yè)的領(lǐng)域?qū)?huì)起到非常大的作用。把材料鍍?cè)诮饘俨牧媳砻婊蚍墙饘俨牧媳砻嫔匣蛘咂渌矬w表面上，這種技術(shù)被稱為真空鍍膜技術(shù)，沉積的方法也有很多種，如蒸發(fā)式、濺射式等，環(huán)境是在真空條件下，這樣的蒸鍍效果會(huì)很好。這種技術(shù)有很多優(yōu)越功能，如使固體表面具有耐高溫、耐磨損、耐腐蝕的特點(diǎn)，同時(shí)也具有抗氧化、絕緣和裝飾等優(yōu)勢(shì),提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源以及延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命是眾多優(yōu)點(diǎn)中的突出特點(diǎn)。真空卷繞系統(tǒng)的鍍膜技術(shù)是被當(dāng)作是21世紀(jì)最有發(fā)展前途的技術(shù)之一，因而其具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，基本上涉及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的各個(gè)領(lǐng)域中，如電子、信息、機(jī)械、航空、航天、軍事、石油、化工及環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。卷繞系統(tǒng)張力的控制是真空鍍膜設(shè)備的重要環(huán)節(jié)，原材料膜的適應(yīng)性及產(chǎn)品薄膜的質(zhì)量直接會(huì)受到卷繞張力控制的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性的影響，為了實(shí)現(xiàn)鍍層牢固、均勻、穩(wěn)定和連續(xù)性等性能,達(dá)到高生產(chǎn)率、高質(zhì)量、高產(chǎn)量的需求,必須保證設(shè)備的卷繞線速度恒定，提高卷繞系統(tǒng)過(guò)程和操作的自動(dòng)化控制己成為必然發(fā)展趨勢(shì)。1.2真空鍍膜機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)目前鍍膜行業(yè)的制作方式主要化學(xué)鍍膜、真空鍍膜兩種，一種方法是把含有能夠構(gòu)成薄膜的氣態(tài)或液態(tài)反應(yīng)劑，讓他們?cè)谝r底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這樣生成薄膜的過(guò)程被稱為是化學(xué)鍍膜。但是化學(xué)鍍膜的缺點(diǎn)很多，比如說(shuō)，化學(xué)鍍膜的反應(yīng)溫度很高，要在1000℃左右，很多基體材料承受不住如此的高溫，雖然有些材料可以經(jīng)受住高溫，比如硬質(zhì)合金，但在高溫的環(huán)境下也會(huì)出現(xiàn)晶粒粗大的現(xiàn)象，另外，在化學(xué)薄膜的過(guò)程中，容易產(chǎn)生對(duì)環(huán)境污染的溶液，導(dǎo)致鍍層表面雜質(zhì)多，這樣會(huì)嚴(yán)重影響蒸鍍效果。真空鍍膜是在高真空環(huán)境下，利用氣體放電的原理，使被鍍材料蒸發(fā)，利用電場(chǎng)的加速作用，使被蒸發(fā)物質(zhì)沉積在被鍍材料的表面真空鍍膜機(jī)的出現(xiàn)，化學(xué)鍍膜產(chǎn)生的大部分問(wèn)題都可以解決。鍍層材料都是在真空環(huán)境下通過(guò)等離子體沉積在工件表面，解決了化學(xué)鍍膜中污染環(huán)境問(wèn)題，不會(huì)產(chǎn)生污染環(huán)境的物質(zhì)，而且膜層硬度也很高，具有良好的耐磨性和耐腐蝕性，性能更加優(yōu)秀。真空鍍膜工藝的溫度控制在150℃~500℃之間，能夠鍍制豐富多樣的膜層，且適用于多種基體材料，若鍍制硬質(zhì)合金刀具的話，她的壽命真空鍍膜技術(shù)是鍍膜行業(yè)發(fā)展領(lǐng)域的必然趨勢(shì)，其應(yīng)用已經(jīng)涉及到了各個(gè)行業(yè)，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，符合現(xiàn)代綠色環(huán)保的發(fā)展要求，這必然引起世界各國(guó)制造業(yè)的高度重視，從二十世紀(jì)50年代開始，真空鍍膜能夠完全的取代化學(xué)鍍膜。1.3研究目的本課題研究的是真空蒸發(fā)式卷繞鍍膜機(jī)，工藝過(guò)程主要分為真空系統(tǒng)、鍍膜系統(tǒng)、卷繞系統(tǒng)，分別對(duì)這幾個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析，本文的重點(diǎn)是研究采用PLC裝置實(shí)現(xiàn)鍍膜的自動(dòng)控制及卷繞系統(tǒng)的張力控制。首先在蒸鍍前要保持好真空度，以獲得優(yōu)越的蒸鍍效果，采用前級(jí)泵及油擴(kuò)散泵，必要時(shí)采用羅茨泵來(lái)達(dá)到高真空，同時(shí)課題所采用鍍膜材料為純鋁，在蒸發(fā)鍍膜時(shí)，為保持良好的蒸鍍效果，膜的厚度適中，要對(duì)膜的厚度進(jìn)行在線測(cè)量并調(diào)整，同時(shí)在卷繞過(guò)程中,極易發(fā)生斷裂的情況，因此在卷繞過(guò)程中保持每點(diǎn)受力均勻是課題首要目的。由于純鋁在真空蒸發(fā)鍍膜過(guò)程中對(duì)真空度、鍍膜厚度以及卷繞鍍膜張力控制要求嚴(yán)格，提高整體控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是本課題最終目的。1.4研究?jī)?nèi)容本課題研究的鍍膜機(jī)是真空蒸發(fā)式卷繞系統(tǒng)的鍍膜機(jī)，并對(duì)其工藝流程進(jìn)行具體分析，從抽真空到蒸鍍，都是通過(guò)PLC來(lái)進(jìn)行控制，并通過(guò)上位機(jī)設(shè)定各種工藝參數(shù)，主要研究工作如下所示。1.4.1電氣控制系統(tǒng)電氣系統(tǒng)包括真空抽氣機(jī)組控制、蒸發(fā)控制、真空測(cè)量控制、卷繞張力控制等部分組成。在沒(méi)有出現(xiàn)PLC之前，是采用單片機(jī)設(shè)計(jì)的,但是一旦環(huán)境發(fā)生變化就會(huì)直接影響到單片機(jī)的工作性能，特別是在比較惡劣的情況下，比如電磁干擾，其可靠性大大降低，工作性能也會(huì)變得不穩(wěn)定，因而,現(xiàn)在的真空鍍膜機(jī)都采用PLC來(lái)設(shè)計(jì)，操作人員可以選擇自動(dòng)或者手動(dòng)模式來(lái)進(jìn)行操作，這樣不但提高工作性能的穩(wěn)定性，而且不會(huì)受環(huán)境的影響，同時(shí)PLC的操作靈活方便,可靠性高，PLC會(huì)逐步地取代單片機(jī)。人機(jī)界面采用的是easyview觸摸屏，可以直接對(duì)流程進(jìn)行后臺(tái)管理,智能化實(shí)現(xiàn)功能，體現(xiàn)了以人為本的設(shè)計(jì)思想。PLC電氣控制系統(tǒng)具有很多其他工控機(jī)沒(méi)有的優(yōu)越性能，比如可靠性高、設(shè)計(jì)靈活方便，開發(fā)周期相對(duì)來(lái)說(shuō)較短，抗干擾能力強(qiáng)，移植性，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，因此采用其來(lái)設(shè)計(jì)真空鍍膜機(jī)的控制系統(tǒng)是較理想的選擇,其性價(jià)也比較高。1.4.2工藝參數(shù)的控制（1）真空度的控制本設(shè)計(jì)采用的是熱偶規(guī)管和電離規(guī)管組成的復(fù)合真空計(jì)，其負(fù)責(zé)測(cè)量鍍膜室真空度，將測(cè)量到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)首先會(huì)傳到PLC的數(shù)字/模擬量轉(zhuǎn)換模塊，通過(guò)與PLC中內(nèi)部存儲(chǔ)的實(shí)際所設(shè)定的壓強(qiáng)數(shù)據(jù)做差，自動(dòng)進(jìn)行PID控制，使其達(dá)到特定的值，當(dāng)你設(shè)定好真空度后，當(dāng)測(cè)到的真空度小于設(shè)定的真空度時(shí)，給PLC信號(hào)，真空泵就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)抽真空。當(dāng)真空度高于設(shè)定的真空度時(shí)，給PLC信號(hào)，真空泵就會(huì)自動(dòng)停止抽真空。（2）鍍膜厚度的控制蒸發(fā)量及蒸發(fā)狀態(tài)的控制可以轉(zhuǎn)化為鍍膜厚度的控制，而鍍膜厚度控制可以選用真空鍍膜在線測(cè)厚儀,此設(shè)備由三部分組成，分別是探測(cè)系統(tǒng)、人機(jī)設(shè)備、電腦實(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，探測(cè)系統(tǒng)部分主要包括光源、接收器和控制器，各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的透過(guò)率和光密度數(shù)據(jù)由人機(jī)交互界面來(lái)顯示，此設(shè)備可以和RS485通訊，方便和PLC、人機(jī)界面通訊。而且真空鍍膜能夠讀取此設(shè)備的光密度數(shù)據(jù)，然后實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。（3）張力控制因?yàn)镻ID控制具有實(shí)施簡(jiǎn)單、魯棒性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn),在工業(yè)控制場(chǎng)合的應(yīng)用越來(lái)越多。因?yàn)閺埩哂泻芏喾蔷€性的因素，比如不確定因素、多干擾因素、強(qiáng)耦合因素，這些特征強(qiáng)化的時(shí)候，傳統(tǒng)的PID控制可能無(wú)法起到作用。因此在傳統(tǒng)的PID控制用于張力控制領(lǐng)的時(shí)候，但是傳統(tǒng)的PID控制會(huì)因?yàn)槟承┮蛩氐膹?qiáng)化失去作用，因此在面對(duì)這樣的狀況的時(shí)候,我們就會(huì)先對(duì)傳統(tǒng)的PID進(jìn)行改造，比如積分分離的PID可以降低超調(diào)以及減小積累誤差，前饋補(bǔ)償?shù)募尤肟梢砸种聘蓴_，并能提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，三菱的張力控制器正是利用這種改造過(guò)的PID來(lái)控制張力并實(shí)現(xiàn)張力的恒定，過(guò)程如下：由現(xiàn)場(chǎng)的張力傳感器測(cè)到的張力經(jīng)過(guò)張力控制器經(jīng)過(guò)放大，然后通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊和電平轉(zhuǎn)換模塊傳送至PLC,根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的張力控制要求，即PLC可編程控制器中的參數(shù)設(shè)定值,PLC下達(dá)控制命令，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)張力的恒定。（4）卷繞轉(zhuǎn)速控制一般來(lái)說(shuō)，要控制放膜輥、收膜輥的張力，主要包括以下兩個(gè)部分：張力控制和速度控制，當(dāng)電容膜收卷時(shí)，若收卷輥的電機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變，隨著母卷徑的增大，由于鍍膜主輥即冷卻輥電機(jī)轉(zhuǎn)速不發(fā)生變化，所以電容膜被送入的速度也是不會(huì)變，這樣一來(lái)，就必然引起收卷張力的增大，鍍好的膜會(huì)出現(xiàn)內(nèi)松外緊的現(xiàn)象，然而里層膜會(huì)因外層電膜被壓皺，而且增加分切時(shí)的復(fù)卷難度，會(huì)使分切質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，因此，要求收卷輥的收卷轉(zhuǎn)速和電容膜的母卷徑成反比例關(guān)系，也就是說(shuō)當(dāng)電容膜母卷徑增大時(shí)，收卷輥的轉(zhuǎn)速必須減小，反過(guò)來(lái)也是一樣，當(dāng)電容膜母卷徑減小時(shí)，放膜輥的轉(zhuǎn)速必須增大。因此轉(zhuǎn)速控制和張力控制往往是同時(shí)進(jìn)行控制的。2真空鍍膜機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.1鍍膜工藝流程真空鍍膜機(jī)主要由以下幾部分組成：鍍膜部分、真空部分、卷繞部分、電控部分及輔助部分，簡(jiǎn)圖如圖2.1所示，鍍膜部分是用于完成基材鍍膜的地方，真空系統(tǒng)主要是為鍍膜部分制造一個(gè)高真空的條件，為了得到良好的蒸鍍效果，電氣控制系統(tǒng)主要來(lái)控制真空室中機(jī)械泵、擴(kuò)散泵等的啟停、相應(yīng)閥門的開關(guān)以及相應(yīng)泵的指示燈和故障告警等，它是真空鍍膜機(jī)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，卷繞系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)放膜、鍍膜、收膜，工作過(guò)程主要分成以下幾個(gè)階段：抽真空前準(zhǔn)備階段：保證放氣閥是關(guān)閉狀態(tài)；保證循環(huán)水的暢通；檢查水、電、氣路都處于暢通狀態(tài)，保證機(jī)械泵、油擴(kuò)散泵等能正常使用接通總電源。抽真空階段：在初始狀態(tài)下，所有閥門處于關(guān)狀態(tài)，鍍膜室門處于關(guān)狀態(tài)。按啟動(dòng)鍵，啟動(dòng)維持泵，并同時(shí)啟動(dòng)機(jī)械泵，并打開旁路閥和預(yù)抽閥，等機(jī)械泵和維持泵聲音平靜后，延時(shí)二十秒后接通加熱器給擴(kuò)散泵加熱，約90分鐘后擴(kuò)散泵能正常工作，此時(shí)熱偶規(guī)管真空計(jì)監(jiān)測(cè)真空室的真空度，當(dāng)氣壓降至4Pa時(shí)，開啟油擴(kuò)散泵對(duì)真空室抽真空，并開啟水冷卻系統(tǒng)使擴(kuò)散泵降溫，這時(shí)真空計(jì)轉(zhuǎn)換為電離規(guī)管測(cè)量真空度；當(dāng)抽真空使鍍膜室壓力達(dá)到9.9Pa后，關(guān)閉旁路閥，啟動(dòng)羅茨泵，開始對(duì)鍍膜室抽高真空，當(dāng)鍍膜室真空壓力達(dá)到4Pa以下關(guān)預(yù)抽閥門，開前級(jí)閥門，開高壓閥門，此時(shí)擴(kuò)散泵的加熱時(shí)間已經(jīng)充足，開始可以通過(guò)擴(kuò)散泵抽高真空，開復(fù)合計(jì)開始高真空的測(cè)量。這個(gè)階段就是控制真空室內(nèi)機(jī)械泵、油擴(kuò)散泵和相應(yīng)閥門的順序通斷，使鍍膜室達(dá)到高真空。鍍膜階段：當(dāng)鍍膜室壓力達(dá)到0.01Pa時(shí)，啟動(dòng)卷繞系統(tǒng)，同時(shí)啟動(dòng)送絲步進(jìn)電機(jī)，啟動(dòng)加熱器使鋁蒸發(fā)，開始鍍膜，鍍膜過(guò)程中，通過(guò)張力傳感器將張力信號(hào)傳達(dá)至張力控制器，使張力恒定。蒸鍍完畢后，停卷繞系統(tǒng)，停步進(jìn)電機(jī)，同時(shí)關(guān)高真空計(jì)測(cè)量。關(guān)前級(jí)閥門，關(guān)高壓閥門，開啟充氣閥門，向鍍膜室內(nèi)充入干燥氣體，20s后關(guān)斷，而后打開鍍膜室門取出被鍍工件。當(dāng)全部停止工作時(shí)，關(guān)閉擴(kuò)散泵，開啟機(jī)械泵和開預(yù)抽閥，對(duì)真空室抽低真空。然后關(guān)閉機(jī)械泵和預(yù)抽閥，待擴(kuò)散泵完全冷卻后，關(guān)復(fù)合計(jì)低真空測(cè)量和維持泵。故障告警：鍍膜機(jī)中真空泵出現(xiàn)突發(fā)情況以及水、氣、電出現(xiàn)異常，PLC都能及時(shí)告警，并立即啟動(dòng)保護(hù)。檢測(cè)部分：為了保證氣路的正確，一般會(huì)采用霍爾元件來(lái)檢測(cè)閥門的關(guān)閉情況，也就是說(shuō)閥門關(guān)到位了程序才會(huì)進(jìn)行，沒(méi)有關(guān)到位，它會(huì)給PLC信號(hào)，待關(guān)閉好后程序運(yùn)行。圖2.1真空鍍膜機(jī)外觀圖控制部分可采用可編程控制器即PLC進(jìn)行自動(dòng)/手動(dòng)控制，按自動(dòng)啟動(dòng)按鈕時(shí)，工藝流程自動(dòng)完成鍍膜，手動(dòng)過(guò)程需按照順序操作。2.1.1順序控制根據(jù)上述工作過(guò)程,真空簡(jiǎn)圖如圖2.2所示，真空鍍膜機(jī)順序部分的工藝流程為如下所示：(l)按啟動(dòng)鍵，打開預(yù)抽閥和旁路閥，啟動(dòng)機(jī)械泵和維持泵，并給擴(kuò)散泵加熱；(2)真空達(dá)9.9Pa給PLC一路信號(hào)(點(diǎn)信號(hào))，啟動(dòng)羅茨泵，并啟動(dòng)真空計(jì)測(cè)真空；(3真空達(dá)4Pa給PLC一路信號(hào)(3秒抗干擾信號(hào)),關(guān)預(yù)抽閥、旁路閥、羅茨泵，開高閥，對(duì)真空室和鍍膜室抽真空；(4)真空達(dá)0.001Pa給PLC一路信號(hào)(3秒抗干擾信號(hào))，開蒸發(fā)模擬工作同時(shí)真空計(jì)關(guān)；(5)蒸發(fā)結(jié)束,關(guān)蒸發(fā)和高閥,高閥關(guān)到位給PLC一路信號(hào)，延時(shí)10秒開充氣閥，門開后給PLC一信號(hào)，關(guān)氣閥。圖2.2真空系統(tǒng)簡(jiǎn)圖2.1.2抽真空裝置該鍍膜機(jī)的抽氣部分采用較大的抽氣機(jī)組，鍍膜機(jī)預(yù)抽時(shí)采用了一臺(tái)維持泵和兩臺(tái)機(jī)械泵，高真空時(shí)采用了一臺(tái)油擴(kuò)散泵和一臺(tái)羅茨泵，可以達(dá)到良好的真空環(huán)境，工作室設(shè)計(jì)合理，抽氣時(shí)間短，這樣的抽真空效果會(huì)比較好，蒸鍍效果相對(duì)會(huì)比較好，其真空系統(tǒng)硬件選型如下表2.1所示：真空計(jì)由熱偶規(guī)管和電離規(guī)管組成，熱偶規(guī)制成的原理是利用在低壓強(qiáng)環(huán)境中氣體承擔(dān)的熱傳導(dǎo)與壓強(qiáng)成正比例關(guān)系，而電離規(guī)管的原理是在低壓強(qiáng)條件中氣體電離生成的正離子數(shù)與壓強(qiáng)成正比例關(guān)系，低真空時(shí)由熱偶規(guī)管真空計(jì)測(cè)量真空度，當(dāng)達(dá)到高真空時(shí)，才能接通電離真空計(jì)測(cè)量真空度，否則電離真空計(jì)容易損壞。當(dāng)真空室內(nèi)部真空度達(dá)到鍍膜要求準(zhǔn)備鍍膜時(shí)，要關(guān)閉電離真空計(jì)。當(dāng)鍍膜完成后結(jié)束全部工作時(shí),關(guān)復(fù)合真空計(jì)開關(guān)，關(guān)油擴(kuò)散泵，開機(jī)械泵，必須有循環(huán)水工作，油擴(kuò)散泵的溫度降下來(lái)后，這樣實(shí)驗(yàn)才算結(jié)束，而后關(guān)閉機(jī)械泵、循環(huán)水及總電源。2.1.3工藝參數(shù)的輸入與顯示參數(shù)輸入包括以下幾個(gè)：（1）真空度的設(shè)定，包括前級(jí)真空度，真空室真空度（2）膜的厚度設(shè)定，即蒸發(fā)量的設(shè)定；（3）電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定，包括步進(jìn)電機(jī)，卷繞電機(jī)。（4）張力設(shè)定；參數(shù)顯示包括以下幾個(gè)：（1）真空度的顯示；（2）速度顯示，包括步進(jìn)電機(jī)，卷繞電機(jī)；（3）工藝層數(shù)顯示；（4）張力顯示。2.2真空鍍膜機(jī)電氣控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.2.1控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)根據(jù)電氣系統(tǒng)常見(jiàn)的控制模式，提出了如圖2.3所示的三種方案，分別是以PLC、單片機(jī)和工控機(jī)為核心的控制系統(tǒng)。單片機(jī)單片機(jī)模擬量擴(kuò)展模塊通訊模塊模擬量擴(kuò)展模塊張力控制與調(diào)整真空度鍍膜厚度（蒸發(fā)量）三菱觸摸屏電源電機(jī)轉(zhuǎn)速a.以單片機(jī)為核心的控制原理圖工控機(jī)工控機(jī)模擬量擴(kuò)展模塊通訊模塊模擬量擴(kuò)展模塊張力控制與調(diào)整真空度鍍膜厚度（蒸發(fā)量）電源電機(jī)轉(zhuǎn)速b.以工控機(jī)為核心的控制原理圖模擬量擴(kuò)展模塊模擬量擴(kuò)展模塊通訊模塊模擬量擴(kuò)展模塊PLC張力控制與調(diào)整真空度鍍膜厚度（蒸發(fā)量）三菱觸摸屏電源電機(jī)轉(zhuǎn)速c.以PLC為核心的控制原理圖圖2.3電氣系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)原理圖2.2.2控制系統(tǒng)整體方案論證由圖2.3所示,圖a以PLC為核心的控制系統(tǒng),利用模塊實(shí)現(xiàn)模擬量的采集與輸出控制,利用觸摸屏實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的設(shè)定和顯示,程序編寫時(shí)修改方便,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，圖b以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)，因?yàn)閱纹瑱C(jī)本身的接口有限,依據(jù)12位的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，對(duì)18路的A/D、D/A轉(zhuǎn)換電路，模擬量擴(kuò)展端子就要超過(guò)200個(gè)，這樣一來(lái)接線就比較復(fù)雜，圖c以工控機(jī)為核心的控制系統(tǒng)，雖然實(shí)時(shí)性強(qiáng)，但模擬量轉(zhuǎn)換電路較多，采用純粹面板安裝開關(guān)的方法要解決27個(gè)輸入量，將會(huì)導(dǎo)致操作誤動(dòng)作頻繁，接線復(fù)雜，三種控制方案的比較如表2.1所示通過(guò)表2.1可知，PLC控制系統(tǒng)具有功能豐富、使用方便、可靠性強(qiáng)、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)勢(shì)，滿足設(shè)計(jì)要求，因此，圖2.3，相比較方案b、c方案而言，方案a更加合理，所以我們將以PLC為核心的電氣控制系統(tǒng)為最終選擇的方案。3真空鍍膜機(jī)的控制系統(tǒng)硬件真空鍍膜機(jī)的控制部分主要由三菱PLC和EasyView觸摸屏構(gòu)成，人機(jī)界面-EasyView觸摸屏可以對(duì)各種狀態(tài)進(jìn)行后臺(tái)控制，設(shè)定、監(jiān)視各種工藝參數(shù)的值或狀態(tài)，下位機(jī)-可編程控制器主要由FX2N系列模塊、模擬量輸入/輸出轉(zhuǎn)換模塊等組成，上位機(jī)-EasyView觸摸屏主要完成系統(tǒng)中各種信號(hào)、參數(shù)的檢測(cè)以及信息處理和輸出控制等功能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2.5所示。AOAODODI圖3.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖三菱觸摸屏CPURS232/485I/O接口真空蒸發(fā)鍍膜機(jī)三菱PLC人機(jī)界面3.1可編程控制器PLC簡(jiǎn)介1969年，世界上第一臺(tái)可編程控制器PLC是由美國(guó)DCE公司研究出來(lái)的。從70年代初到現(xiàn)在，PLC在工業(yè)控制的應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)著主導(dǎo)地位，如今PLC已經(jīng)發(fā)展成一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)，美國(guó)PLC和歐洲PLC是在互相隔離的情況下形成的，他們獨(dú)自的研究開發(fā)了PLC，美國(guó)的PLC和歐洲的PLC產(chǎn)品充分表現(xiàn)出明顯的差異性，而日本是從美國(guó)引進(jìn)的的PLC技術(shù)，因而日本的PLC產(chǎn)品對(duì)美國(guó)的PLC產(chǎn)品有一定的繼承性，日本的主要產(chǎn)品是定位在小型PLC上，亞洲占據(jù)著主要市場(chǎng)。3.1.1可編程控制器的定義可編程控制器的核心是微處理器，采用存儲(chǔ)器，用其在內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、時(shí)序控制、計(jì)數(shù)和定時(shí)等操作，并帶有數(shù)字式和模擬式的輸入/輸出來(lái)控制生產(chǎn)過(guò)程，可編程控制器及相關(guān)設(shè)備都具有易于與工業(yè)控制系統(tǒng)集成、容易擴(kuò)展功能等優(yōu)點(diǎn)。3.1.2可編程控制器的工作原理采用“循環(huán)掃描”的方式是可編程控制器的系統(tǒng)工作的獨(dú)特之處?？删幊炭刂破髟谶\(yùn)行時(shí)，其內(nèi)部要進(jìn)行一系列操作，大致包括6個(gè)方面的內(nèi)容，其執(zhí)行順序和過(guò)程如圖3.1所示。通信與外設(shè)服務(wù)通信與外設(shè)服務(wù)輸入采樣執(zhí)行用戶程序輸出刷新初始化處理系統(tǒng)自診斷圖3.2PLC工作過(guò)程PLC上電瞬間可編程控制器的存儲(chǔ)器一般有下面兩種類型：EEPROM-只讀存儲(chǔ)器、RAM-可讀寫隨機(jī)存儲(chǔ)器，CPU大多集成多個(gè)存儲(chǔ)器，并且可以選擇是否支持EEPROM存儲(chǔ)器。3.1.3可編程控制器的主要特點(diǎn)如今，可編程控制器的出現(xiàn)，使控制領(lǐng)域中困擾人們的抗干擾、可靠、安全、方便、靈活及經(jīng)濟(jì)等都有了很好的解決，同樣也使得可編程控制器迅速發(fā)展，它具備了許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，可編程控制器的主要特點(diǎn)如下：（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)I/O接口電路為實(shí)現(xiàn)電氣隔離使用繼電器、光電耦合器，降低接地干擾和其他的干擾，加上其他的軟件、硬件噪音對(duì)策措施，可編程控制器的可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。高可靠性是可編程控制器的最顯著的優(yōu)勢(shì)。可編程控制器連續(xù)工作數(shù)十萬(wàn)個(gè)小時(shí)，幾乎沒(méi)有故障，1年的連續(xù)使用時(shí)間是8765小時(shí)，幾十年也無(wú)故障。通常是35年以上，可以說(shuō)是無(wú)故障設(shè)備。可編程控制器上抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，因?yàn)樗趷毫拥沫h(huán)境中也能使用。（2）編程簡(jiǎn)單，易于使用由于程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、易于使用的特點(diǎn)，使得可編程控制器迅速普及。PLC梯形圖編程語(yǔ)言和繼電器控制電路可以說(shuō)是非常相似的，而且不需要專業(yè)的計(jì)算機(jī)知識(shí)，只要學(xué)會(huì)一定的電工知識(shí)就可以很快學(xué)會(huì)。（3）網(wǎng)絡(luò)的便利，溝通能力

可編程控制器有多種通信接口和模塊，可編程控制器可以連接到智能儀表并可以進(jìn)行相應(yīng)的操作。PLC網(wǎng)絡(luò)和其他工業(yè)LAN相比，雖然沒(méi)有什么特別的地方，但它具有較高的性價(jià)比，這必然是可編程控制器的優(yōu)勢(shì)之處。3.2硬件設(shè)計(jì)方案與論證3.2.1硬件設(shè)計(jì)的技術(shù)要求依據(jù)真空鍍膜機(jī)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求和技術(shù)指標(biāo),可以得知控制單元的技術(shù)要求如下:（1）控制對(duì)象為蒸發(fā)式卷繞系統(tǒng)真空鍍膜機(jī)；（2）既滿足手動(dòng)工藝運(yùn)行流程，也能滿足自動(dòng)工藝運(yùn)行流程，在需要時(shí)，手動(dòng)和自動(dòng)模式能夠切換；（3）PLC和觸摸屏完成實(shí)時(shí)通信，設(shè)置和手動(dòng)調(diào)整各種工藝參數(shù)，動(dòng)態(tài)顯示開關(guān)的工作狀態(tài)、模擬量的在線監(jiān)測(cè)、卷繞鍍膜系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)等內(nèi)容（4）由熱偶計(jì)和電離計(jì)構(gòu)成的復(fù)合真空計(jì)完成前級(jí)真空度的測(cè)量，當(dāng)真空度達(dá)到了某一個(gè)設(shè)定的值會(huì)給PLC一個(gè)信號(hào)，然后由PLC來(lái)啟動(dòng)真空泵的開關(guān)。

（5）真空蒸鍍薄膜的厚度采用在線測(cè)厚儀來(lái)測(cè)量，測(cè)試出來(lái)的數(shù)據(jù)傳送至到PLC，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊，與存儲(chǔ)在PLC內(nèi)部設(shè)定的數(shù)據(jù)相比較，經(jīng)過(guò)閉環(huán)控制后，再經(jīng)過(guò)PLC的D/A模塊輸出的模擬信號(hào)作為鍍膜機(jī)直接讀取的光密度數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸發(fā)量的控制。（6）張力控制器完成對(duì)張力的自動(dòng)控制，將張力傳感器測(cè)到的信號(hào)傳到張力控制器，然后進(jìn)行閉環(huán)控制。（7）控制系統(tǒng)的工作方式為連續(xù)式：抗干擾能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，接線簡(jiǎn)單，操作靈活，可靠性高，維修量?。唬?）綜合考慮電氣控制系統(tǒng)的成本；（9）保護(hù)與報(bào)警功能。3.2.2PLC型號(hào)選擇方案與論證3.2.2.1PLC選型原則PLC選型是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié),要按照滿足控制系統(tǒng)的功能需要、兼顧維修和備件的通用性的基本原則來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在PLC選型時(shí)，主要考慮以下幾個(gè)方面：（1）功能要適當(dāng)；（2）選擇程序存儲(chǔ)器容量；（3）I/O點(diǎn)數(shù)的準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)；（4）考慮輸入輸出信號(hào)的性質(zhì)；（5）性能價(jià)格比；（6）編程器與外圍設(shè)備的選擇；（7）估算系統(tǒng)對(duì)PLC響應(yīng)時(shí)間的要求。3.2.2.2PLC的選型與論證現(xiàn)在有數(shù)百家生產(chǎn)PLC產(chǎn)品的廠家，大小廠家的產(chǎn)品又分為很多種類的系列，要對(duì)各種型號(hào)的PLC進(jìn)行詳細(xì)的比較幾乎不大現(xiàn)實(shí)，根據(jù)相關(guān)分析了解到該電氣控制系統(tǒng)是小型控制系統(tǒng)，表3.1列出的是占據(jù)我國(guó)主要市場(chǎng)的兩個(gè)公司的小型PLC，分別列舉他們兩家的功能和價(jià)格，價(jià)格采用網(wǎng)上詢價(jià)和自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)報(bào)價(jià)相結(jié)合的方法得到，比實(shí)際價(jià)格偏高一些。由表3.1可知，三菱FX2N系列的小型PLC性價(jià)比較高，在中國(guó)占據(jù)著大部分市場(chǎng)，因此將日本三菱電機(jī)FX2N系列的PLC作為最終的選擇。3.2.3PLC主機(jī)選擇方案與論證3.2.3.1PLC輸出方式的選擇PLC常用的開關(guān)量輸出接口按輸出開關(guān)器件不同有三種類型：繼電器輸出、晶體管輸出和雙向晶閘管輸出。繼電器輸出是采用繼電器觸點(diǎn)和外部線圈將PLC的內(nèi)部電路和的負(fù)載電路實(shí)現(xiàn)電氣隔離，使用壽命短，響應(yīng)時(shí)間晚，觸電斷開時(shí)容易出現(xiàn)電弧。容易產(chǎn)生干擾。晶體管輸出是采用光電耦合控器控制外部負(fù)荷，光電耦合器會(huì)使晶體管截止或?qū)ǎ缓笸ㄟ^(guò)PLC的內(nèi)部電路和晶體管輸出電路實(shí)現(xiàn)電氣隔離，這樣會(huì)使壽命變長(zhǎng)，頻率響應(yīng)速度很快，常用高速響應(yīng)的場(chǎng)合，例如電器、直流電動(dòng)機(jī)以及電磁閥。雙向晶閘管輸出接口的響應(yīng)速度快，工作頻率高，但是缺點(diǎn)很多，它的負(fù)載能力差，只可以驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載，價(jià)格比前兩個(gè)都高。由于真空鍍膜機(jī)中電磁閥頻繁開關(guān)次數(shù)較多，故選擇晶體管PLC。3.2.3.2主機(jī)的選擇FX2N系列主機(jī)具有很多種不同輸入、輸出點(diǎn)的主機(jī),并且還可以靈活地?cái)U(kuò)展單元,對(duì)它進(jìn)行16-256點(diǎn)的輸入、輸出組合，如表3.2所示在控制系統(tǒng)中,有13個(gè)輸入信號(hào)，15個(gè)輸出信號(hào)，依據(jù)留有10%-20%余量的選擇原則，計(jì)算如下：開關(guān)量輸入信號(hào)：13*(1+15%)=14.95(取15點(diǎn))開關(guān)量輸出信號(hào)：15*(l+15%)=17.25(取18點(diǎn))根據(jù)計(jì)算出來(lái)的1/0點(diǎn)數(shù)和表3.2的數(shù)據(jù)，定出以下兩種方案：方案(1)選擇一臺(tái)FX2N-32MT：16入/16出，晶體管輸出,4400.00元，另選擇一臺(tái)FX2N-8EYT：8出，晶體管輸出，1320.00(共計(jì):5720.00元)。方案(2)選擇一臺(tái)FX2N-48MT：24入/24出，晶體管輸出，4660.00元；顯而易見(jiàn)，方案(2)可靠性較好，價(jià)格較低，能滿足電磁閥高速頻繁開關(guān)的需要，因此選用方案(2)。3.2.4模擬量輸入/輸出的選擇方案與論證3.2.4.1模擬量輸入/輸出模塊選擇方案（1）模擬量輸入模塊FX2N-2AD：該模塊為2路電壓輸入（0～10VDC，0～5VDC）或電流輸入（4～20mADC），轉(zhuǎn)換的速度為2.5ms/通道。（2）模擬量輸入模塊FX2N-4AD：該模塊有4個(gè)輸入通道，轉(zhuǎn)換的速度最高位6ms/通道。FX2N-4AD占用8個(gè)I/O點(diǎn)。（3）模擬量輸入模塊FX2N-8AD：該模塊有8個(gè)輸入通道，轉(zhuǎn)換的速度最高位12ms/通道。FX2N-8AD占用8個(gè)I/O點(diǎn)。（4）模擬量輸出模塊FX2N-2DA該模塊用于將12位的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成2點(diǎn)模擬輸出。輸出的形式可為電壓，也可為電流。本模塊需占用8個(gè)I/O點(diǎn)。適用于FX1N、FX2N、FX2N子系列。（5）模擬量輸出模塊FX2N-4DA：該模塊有4個(gè)輸出通道。并且提供了12位分辨率的數(shù)字輸入。他們的價(jià)格分別如表3.2所示：在控制系統(tǒng)中,有4個(gè)檢測(cè)信號(hào)，2個(gè)模擬輸出信號(hào),依據(jù)留有10%~20%余量的選擇原則,計(jì)算如下：模擬量檢測(cè)信號(hào)：4*(l+10%)=4.6(取5點(diǎn))模擬量輸出信號(hào)：2*(l+10%)=2.3(取3點(diǎn))根據(jù)上述模擬量數(shù)量和表3.2的價(jià)格，定出以下兩種方案:方案(1)：1個(gè)FX2N-4AD，1個(gè)FX2N-2AD，1個(gè)FX2N-4DA，7760元方案(2)：2個(gè)FX2N-4AD，1個(gè)FX2N-4DA，7180元很明顯，方案中的模擬模塊都沒(méi)有超出FX2N-32MT的擴(kuò)展模塊數(shù)，方案(2)價(jià)格優(yōu)惠，且都預(yù)留了一個(gè)通道，綜合來(lái)看，方案(2)比方案(1)更加合理，因此選擇方案(2)。3.2.5PLCPLC主機(jī)與模擬模塊的連接如圖3.1所示，A/D模塊的編號(hào)分別為O號(hào)和1號(hào)，D/A模塊的編號(hào)為2號(hào)，PLC和三菱觸摸屏之間需要的是雙向?qū)崟r(shí)通訊，因此選用FX2N-485ADP通信模塊，F(xiàn)X2N系列模擬模塊如圖3.3所示。FX2N-48MTFX2N-48MTFX2N-4ADFX2N-4ADFX2N-4DAFX2N-485ADP#0#1#2圖3.3PLC主機(jī)與模擬模塊的連接圖3.2.6PLC接口電路設(shè)計(jì)晶體管型PLC帶負(fù)載能力較小，在工程上PLC一般不直接連接接觸器和電磁閥，有時(shí)候要加其他東西來(lái)帶動(dòng)大負(fù)載，如繼電器、固態(tài)繼電器等，因此我們通過(guò)中間繼電器(KA)去控制接觸器、電磁閥的開關(guān)量和模擬量的輸入/輸出接口電路，如圖3.3所示。圖3.3PLC接口電路3.3觸摸屏簡(jiǎn)介隨著多媒體信息查詢方式的與日俱增，人們?cè)絹?lái)越多會(huì)接觸到觸摸屏，因?yàn)橛|摸屏作為一種新興的電腦輸入設(shè)備，賦予了人們最簡(jiǎn)單、方便、自然的輸入方式，觸摸屏的優(yōu)點(diǎn)也有很多，它堅(jiān)固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間。利用這種技術(shù)，只要用手指輕輕地觸摸計(jì)算機(jī)顯示屏上的圖符或菜單選項(xiàng)就能實(shí)現(xiàn)你想要的操作，體現(xiàn)了人機(jī)交互的人性化思想，這種技術(shù)極大方便了那些不懂電腦操作的用戶，它賦予了多媒體簡(jiǎn)捷、方便的信息查詢方式，是極有吸引力的全新多媒體人機(jī)交互設(shè)備。3.3.1觸摸屏的技術(shù)簡(jiǎn)介因?yàn)椴捎檬髽?biāo)或鍵盤來(lái)輸入或控制信息，使操作變得很不方便，于是人們開始研究觸摸屏。觸摸屏主要由兩部分組成，分別是觸摸檢測(cè)部件和觸摸屏控制器，按照觸摸屏的工作原理和傳輸信息的介質(zhì)，可將其分為四種：為電阻式、紅外線式、電容感應(yīng)式以及表面聲波式。我們平時(shí)可以看到，觸摸屏是裝在顯示器屏幕前面，檢測(cè)部件就在觸摸屏內(nèi)，可以用來(lái)對(duì)用戶觸摸位置的檢測(cè)，當(dāng)你觸摸顯示屏上的圖標(biāo)時(shí)，檢測(cè)部件會(huì)接受到信號(hào)后將其傳送至觸摸屏控制器，其功能是從觸摸點(diǎn)位置接收信號(hào)，然后轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)，再傳給CPU處理，觸摸屏檢測(cè)器同時(shí)也能接收CPU發(fā)來(lái)的命令。在工作的時(shí)候，我們用手指觸摸觸摸屏上的選項(xiàng)，然后觸摸屏檢測(cè)部件自動(dòng)根據(jù)手指觸摸的圖標(biāo)來(lái)確定信息輸入。在本次設(shè)計(jì)中，我們采用的是EasyView500系列中的MT510S型觸摸屏，它可以兼容幾乎所有的主流PLC和某些品牌的運(yùn)動(dòng)控制器，Easyviwe觸摸屏采用的是高品質(zhì)、高亮度的液晶面板，功能豐富，可以多個(gè)窗口同時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。它在畫面刷新速度上處于領(lǐng)先地位。3.3.2觸摸屏與PLC的連接PLC和觸摸屏連接通信口類型選用FX-485ADP通信模塊，觸摸屏與PLC的連接方式，如圖3.4所示。圖3.5觸摸屏與PLC的連接參數(shù)設(shè)置可點(diǎn)擊主菜單中的“編輯”下的“系統(tǒng)參數(shù)”在PLC設(shè)置一欄中設(shè)置如下：PLC類型：ModBusRTU、人機(jī)類型：你所使用的類型、通訊口類型：RS-4852W、波特率：19200，數(shù)據(jù)位：8位、校驗(yàn)位：偶校驗(yàn)、停止位：1、PLC站號(hào)：1、其余為缺省值。設(shè)置結(jié)果畫面如圖3.5：圖3.5操作界面和參數(shù)設(shè)置3.4卷繞系統(tǒng)設(shè)計(jì)卷繞控制系統(tǒng)是比較常見(jiàn)的控制系統(tǒng)之一，常用于塑料收卷、包裝、印刷、造紙、鋼鐵等工業(yè)領(lǐng)域中。引入線帶或線材的收放卷張力在產(chǎn)品的質(zhì)量中是一個(gè)相當(dāng)重要的角色。鍍膜的質(zhì)量好壞直接會(huì)受到張力控制系統(tǒng)的影響，材料的張力一旦小了，輥軸和材料之間的摩擦力小，容易出現(xiàn)滑動(dòng)的現(xiàn)象，材料還可能會(huì)出現(xiàn)皺紋。張力一旦大了，材料處于拉伸的情況下，這樣鍍膜出來(lái)效果不好，因此不管是有皺紋或者拉伸的情況下鍍膜，這兩種情況都會(huì)影響鍍膜的質(zhì)量，也就說(shuō)，張力要在一個(gè)合適的值，如果經(jīng)常變化，對(duì)鍍膜質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響，所以張力控制的目的有：(l)保證材料行走的穩(wěn)定性：防止橫向移動(dòng)，輥軸間要固定，以免發(fā)生松動(dòng)；(2)防止變形：如皺紋和伸縮；(3)確保尺寸精度：如厚度、寬度等；(4)確保收卷質(zhì)量：不產(chǎn)生間隙、不產(chǎn)生皺紋、不錯(cuò)位、確保緊密度和卷徑。3.4.1卷繞系統(tǒng)介紹整個(gè)卷繞張力系統(tǒng)由收卷輥、放卷輥、張力檢測(cè)輥、彈簧輥、導(dǎo)輥、壓輥、冷卻輥(主輥)、收卷跟蹤機(jī)構(gòu)等組成。卷繞系統(tǒng)各導(dǎo)輥的布置詳見(jiàn)圖3.6。圖3.6真空鍍膜機(jī)卷繞系統(tǒng)示意圖圖3.6中，整體的鍍膜速度直接受冷卻輥8的速度的約束，因此，要保證鍍膜精度，冷卻輥的速度應(yīng)該保持在一個(gè)恒定值，為此，可以采用伺服電機(jī)并結(jié)合變頻器來(lái)控制冷卻輥的速度，其實(shí)該速度與張力無(wú)關(guān)，但是在張力比較大的時(shí)候，電機(jī)的輸出功率會(huì)變大。整個(gè)鍍膜過(guò)程描述如下：收卷輥、冷卻輥都是由交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，制動(dòng)器控制放卷輥，變頻調(diào)速器控制交流電動(dòng)機(jī)，鍍材由放卷輥放出，鋁絲由送絲機(jī)構(gòu)送出，鍍材經(jīng)過(guò)冷卻輥，鋁絲經(jīng)過(guò)蒸發(fā)薄膜沉積在鍍材上，然后由收卷輥將鍍好的薄膜送出。鍍材在放卷輥放出以及收卷輥收卷的過(guò)程中，要求薄膜上的張力是一個(gè)恒定值。由放卷輥放出的原膜經(jīng)過(guò)導(dǎo)輥、彈簧輥、展平輥、張力檢測(cè)輥，在中間輥上進(jìn)行處理，經(jīng)收側(cè)導(dǎo)輥、彈簧輥、展平輥、張力檢測(cè)輥，由收卷輥收卷。3.4.2收放卷張力控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.7放膜卷張力控制框圖圖3.7是放膜卷張力控制框圖，在放膜過(guò)程中，我們要將進(jìn)入冷卻輥鍍膜的張力維持在一個(gè)恒定值，采用三菱LE-40MTB-E型的張力控制器對(duì)張力進(jìn)行閉環(huán)控制可以達(dá)到很好的效果。由于電容膜收卷質(zhì)量，鍍膜產(chǎn)品的質(zhì)量，均會(huì)因收卷張力的好壞而受到影響，所以在收膜過(guò)程中，采用LE-40MD型卷徑計(jì)算工具與LE-40MTB-E型的張力控制器相結(jié)合的方式，使用外部錐度控制可實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確度的張力控制?？刂瓶驁D如圖3.8所示圖3.8收膜卷張力控制框圖3.4.3張力控制方法張力的控制方法按照不同的工藝要求,可以分為兩種類型，分別為直接張力控制、間接接張力控制。采用張力傳感器形成的張力閉環(huán)控制是直接張力控制系統(tǒng)，直接張力控制就是使用浮輥?zhàn)鳛閺埩鞲衅?，然后使用機(jī)械電位器確定位置，并與給定的位置做差，將差值傳至位置調(diào)節(jié)器，實(shí)現(xiàn)電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)的三環(huán)的張力控制，張力控制的微處理器作為控制核心，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)的復(fù)雜的控制算法，對(duì)張力傳感器的硬件檢測(cè)，在以張力反饋實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)高精度的張力控制。速度調(diào)節(jié)器可以維持張力恒定，通過(guò)控制其輸出幅值可以達(dá)到張力的恒定的控制是間接張力控制，通常情況下，使用最大力矩的控制或恒功率的控制的方式，能實(shí)現(xiàn)要求較低的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。在這個(gè)研究項(xiàng)目中，因?yàn)橐诰砝@時(shí)，要求薄膜的張力隨著薄膜的運(yùn)動(dòng)時(shí)不發(fā)生變化，因此，張力的控制不僅要求在動(dòng)態(tài)的時(shí)候不發(fā)生變化，而且要在加、減速時(shí)保證張力不發(fā)生變化，這樣的張力控制系統(tǒng)需要補(bǔ)償動(dòng)態(tài)力矩，尤其是補(bǔ)償因加、減速或者摩擦引起的力矩。故本研究的項(xiàng)目采用的是屬于直接張力控制的反饋式張力控制來(lái)維持張力的恒定。需要說(shuō)明的是，張力檢測(cè)不需要另外加上，它已經(jīng)在直接張力控制里面，系統(tǒng)的簡(jiǎn)約圖如圖3.9所示，因?yàn)閺埩這個(gè)性能指標(biāo)直接由檢測(cè)量反映了出來(lái)，因此相比較間接控制而言，該控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，它對(duì)張力傳感器的精度、靈敏度及可靠性依賴比較大，成本相對(duì)較高。3.4.4張力執(zhí)行元件在薄膜在運(yùn)行的過(guò)程中，會(huì)因?yàn)橥獠课锢砘蚧瘜W(xué)元素的影響和薄膜材質(zhì)的變化，張力會(huì)發(fā)生變化，且變化的幅度和頻率都很大，因此，要求必須檢測(cè)系統(tǒng)張力的瞬間變化，且能及時(shí)跟蹤張力使其不變，所以在選擇系統(tǒng)的張力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上，不僅需要和控制算法匹配，被控對(duì)象的實(shí)際情況也要考慮進(jìn)去。所以要滿足：(1)要具有線性度良好的機(jī)械特性、調(diào)節(jié)特性，特性硬；(2)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、啟動(dòng)性能好、并具有較小的機(jī)電時(shí)間常數(shù)；(3)系統(tǒng)響應(yīng)速度快，且電機(jī)能在堵轉(zhuǎn)和低速下運(yùn)行,對(duì)速度和位置的控制有較高的精度、穩(wěn)定性及可靠性好；以下是恒張力控制方法的比較：(1)力矩電機(jī)及驅(qū)動(dòng)控制器力矩電機(jī)是通過(guò)特殊改造的交流籠型電機(jī)，是隨著轉(zhuǎn)速的上升，輸出轉(zhuǎn)矩減少的反相關(guān)特性，卷徑比（最大卷徑/最小卷徑）小，而且對(duì)一定的速度移動(dòng)卷取機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，有著能使用滑動(dòng)式等簡(jiǎn)單電壓調(diào)整器任意實(shí)現(xiàn)收卷的優(yōu)勢(shì)。a.性能：張力控制穩(wěn)定型弱，線性度較差；b.對(duì)張力的精度要求不高，如：電線、電纜。(2)磁粉制動(dòng)器張力控制a.精度差：線性不夠好，卷徑的可控制范圍較小；b.磁粉制動(dòng)器的可靠性差，維護(hù)費(fèi)用高(經(jīng)常要更換磁粉)，故障率高，發(fā)熱嚴(yán)重且功率大的還需要水冷設(shè)備。c.性能：相比力矩電機(jī)來(lái)說(shuō)，張力穩(wěn)定性較高，使用范圍光，具有張力速度可隨時(shí)修改的性能，。(3)舞蹈棍控制器a.性能：張力控制穩(wěn)定性好,有張力儲(chǔ)能的作用，但張力控制起來(lái)不方便；b.調(diào)速單元必須是響應(yīng)的速度快，機(jī)械設(shè)備較繁瑣，適用范圍只在線材中使用，不能在片材中使用，如：光纖光纜。c.無(wú)法在較大型的張力控制適用。(4)直接張力閉環(huán)控制通常情況下，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇我們是采取伺服電機(jī)、矢量變頻器。a.性能:張力控制的穩(wěn)定性較好，調(diào)速單元必須響應(yīng)速度快,并顯示張力，系統(tǒng)易發(fā)生振蕩；b.電氣設(shè)備繁瑣，要求有張力控制器和張力傳感器。張力控制系統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)形式主要有四種類型，分別是直流調(diào)速驅(qū)動(dòng)、交流調(diào)速驅(qū)動(dòng)，力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)及交流變頻驅(qū)動(dòng)，交流調(diào)速電機(jī)具有運(yùn)行可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，維護(hù)方便等優(yōu)勢(shì)，而直流電動(dòng)機(jī)具有堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大和調(diào)速及啟動(dòng)特性好的優(yōu)點(diǎn)，但是電機(jī)的電刷和換向器之間形成滑動(dòng)機(jī)械接觸的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致電機(jī)精度的下降以及可靠性變差，換向器電刷裝置還會(huì)導(dǎo)致電機(jī)結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，噪音變得很大，維護(hù)起來(lái)麻煩，因此目前使用最廣泛的還是交流變頻調(diào)速。3.4.5送絲系統(tǒng)簡(jiǎn)介步進(jìn)電機(jī)在本研究中是用來(lái)驅(qū)動(dòng)送鋁絲機(jī)構(gòu)的。本次設(shè)計(jì)采用的被鍍材料是鋁絲。整個(gè)過(guò)程描述如下：將鋁絲通過(guò)步進(jìn)電機(jī)送到蒸發(fā)舟上，鋁絲到達(dá)蒸發(fā)舟后，因真空條件及坩堝的溫度較高，鋁絲很快就會(huì)融化、蒸發(fā)，沉積到被冷卻輥冷卻的原膜上，得到一定厚度的薄膜。送絲系統(tǒng)分為5個(gè)部分，人機(jī)界面、三菱PLC控制器FX2N-48MT、三菱脈沖功能模塊FX2N-1PG、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器LE4-40和2相步進(jìn)電機(jī)組成的。蒸發(fā)舟的控制是通過(guò)晶閘管交流調(diào)壓器，送鋁絲的速度會(huì)因原膜的速度及鍍好了的膜層厚度而發(fā)生變化，這樣整個(gè)過(guò)程可以得到控制。直流步進(jìn)電機(jī)由LE4-40步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，F(xiàn)X2N-1PG脈沖模塊發(fā)出的正向脈沖信號(hào)會(huì)由LE4-40接受，LE4-40向FX2N-48MT反饋驅(qū)動(dòng)報(bào)警信號(hào)，F(xiàn)X2N-1PG和FX2N-48MT之間通過(guò)數(shù)據(jù)線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，按鍵輸入速度數(shù)據(jù)，具體系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖3.8所示：圖3.8送絲系統(tǒng)構(gòu)成框圖4PLC程序設(shè)計(jì)在鍍膜機(jī)的PLC控制軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，程序被分為三個(gè)部分，分別是自動(dòng)運(yùn)行程序、手動(dòng)調(diào)試以及工藝運(yùn)行程序，這不僅使程序簡(jiǎn)單化了，而且還增加了程序的可讀性，在調(diào)試控制電路的時(shí)候，用戶只需要修改在觸摸屏上的工藝參數(shù)，就可以完成鍍膜過(guò)程，操作簡(jiǎn)單、方便。自動(dòng)工藝流程圖如圖3.9所示4.1PLC編程思想（1）自動(dòng)運(yùn)行程序要采集的工藝參數(shù)包括真空度、張力、電機(jī)轉(zhuǎn)速等，然后通過(guò)PLC的A/D擴(kuò)展模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后經(jīng)過(guò)當(dāng)量處理，為了使程序在掃描過(guò)程中方便調(diào)用和處理，將程序存儲(chǔ)于在PLC的數(shù)據(jù)地址中。根據(jù)工藝運(yùn)行的實(shí)際情況，為了方便地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，在設(shè)計(jì)時(shí)，預(yù)留計(jì)時(shí)器和寄存器等元件。在設(shè)備運(yùn)行正常后，操作人員只需選擇自動(dòng)或手動(dòng)模式，然后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地開真空室門，取工件，裝工件，關(guān)上門，按下運(yùn)行鍵，可以看到觸摸屏上的參數(shù)在變化，鍍膜機(jī)自動(dòng)地完成工件的加工，自動(dòng)運(yùn)行程序流程采用的是步進(jìn)指令SET、RST，時(shí)間繼電器控制是來(lái)控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移的。（2）程序手動(dòng)調(diào)試手動(dòng)調(diào)試是在設(shè)備調(diào)試和確定系統(tǒng)參數(shù)過(guò)程中必不可少的操作步驟，手動(dòng)調(diào)試有很多方便之處，程序可以單步執(zhí)行，改變掃描周期等好處，因?yàn)樗斜煤碗姶砰y的開關(guān)都要實(shí)現(xiàn)定義好順序，并且要嚴(yán)格按照順序執(zhí)行。所以如果按照手動(dòng)流程圖執(zhí)行手動(dòng)操作，利用單步指令可以調(diào)試真空鍍膜機(jī)使其在正常工作狀態(tài)下轉(zhuǎn)成自動(dòng)狀態(tài)。（3）工藝運(yùn)行程序工藝運(yùn)行程序是這個(gè)控制系統(tǒng)的重要組成部分，在這個(gè)程序任務(wù)中需要采集薄膜厚度信息、張力大小、轉(zhuǎn)速大小等信息，并且將數(shù)據(jù)處理后實(shí)時(shí)顯示在顯示器件上如觸摸屏，通過(guò)觸摸屏能夠改變工藝參數(shù)，完成對(duì)工件鍍層的控制。這個(gè)程序有以下幾部分組成：模擬量的讀寫指令、傳輸指令、基本指令等組成。將程序模塊化，這樣減少了程序的復(fù)雜性。圖3.9自動(dòng)工藝運(yùn)行程序N告警圖3.9自動(dòng)工藝運(yùn)行程序N告警NY告警告警NNY檢查接通水、電、氣正常，無(wú)報(bào)警觸摸屏與控制面板均選擇手動(dòng)手動(dòng)開維持泵和機(jī)械泵，開旁路閥，開預(yù)抽閥給擴(kuò)散爐加熱40分鐘前級(jí)真空度≤9.9Pa關(guān)旁路閥，開羅茨泵，繼續(xù)抽真空前級(jí)真空度≤4PaY關(guān)預(yù)抽閥，開前級(jí)泵，開高閥通過(guò)擴(kuò)散泵抽真空前級(jí)真空度≤0.01PaY啟動(dòng)卷繞系統(tǒng)啟動(dòng)送絲系統(tǒng)開強(qiáng)電流使鋁絲蒸發(fā)，對(duì)工件鍍膜蒸鍍完Y停卷繞系統(tǒng)停卷繞系統(tǒng)停步進(jìn)電機(jī)關(guān)前級(jí)閥，關(guān)高閥，開充氣閥關(guān)擴(kuò)散泵和鍍膜室門，開啟機(jī)械泵和預(yù)抽閥對(duì)鍍膜室抽低真空關(guān)機(jī)械泵和預(yù)抽閥，待擴(kuò)散泵冷卻，關(guān)復(fù)合計(jì)和維持泵。新一輪鍍膜工藝開始4.1PLC程序調(diào)試根據(jù)真空鍍膜機(jī)中要實(shí)現(xiàn)的功能來(lái)說(shuō)，對(duì)工藝流程進(jìn)行編程我們打算采用三菱公司提供的軟件，該編程軟件能夠在Windows95/98/NT下運(yùn)行，兼容fxgpwni軟件，能夠方便的下載程序和在線調(diào)試程序，同樣也方便了梯形圖與指令表之間的轉(zhuǎn)換，軟件監(jiān)控與仿真系統(tǒng)等功能成為一個(gè)現(xiàn)實(shí)，可以在線和離線調(diào)試功能包括組件的測(cè)試和外部I/O設(shè)備的模擬操作等，由于梯形圖邏輯測(cè)試允許在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行編程和調(diào)試，使得檢查一個(gè)的程序?qū)⒆兊每焖偾胰菀总浖僮鹘缑娴木幊?，如圖3.10所示。圖3.10編程軟件操作界面從調(diào)試程序的經(jīng)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，就是先手動(dòng)后自動(dòng)，意思就是說(shuō)是指先調(diào)試手動(dòng)部分的程序,再調(diào)試自動(dòng)部分程序，因?yàn)樽詣?dòng)運(yùn)行的基礎(chǔ)是手動(dòng)運(yùn)行，各種工藝參數(shù)的確定是要靠慢慢調(diào)試修改以及經(jīng)驗(yàn)值來(lái)做到的，仿真與在線調(diào)試的結(jié)合同樣也是調(diào)試修改程序的一部分，也就是說(shuō)利用仿真軟件的同時(shí)還要兼顧著離線調(diào)試PLC程序，觀察輸出開關(guān)量間的聯(lián)動(dòng)與互鎖，觀測(cè)程序是否滿足工藝運(yùn)行過(guò)程,發(fā)現(xiàn)PLC參數(shù)誤差等等，最大限度的減少在線調(diào)試的工作量:在線調(diào)試程序是基于離線調(diào)試和硬件獨(dú)立的程序以及適當(dāng)?shù)男薷脑偌由霞夹g(shù)人員的幫助下，慢慢完成工藝運(yùn)行的整個(gè)過(guò)程，相應(yīng)地對(duì)模擬量轉(zhuǎn)換當(dāng)量進(jìn)行合理的調(diào)整，進(jìn)一步完善使軟件程序能夠得到完善，進(jìn)而滿足整個(gè)控制系統(tǒng)的需求。程序測(cè)試的過(guò)程是非常艱苦的，調(diào)試者應(yīng)該具有科學(xué)、求知的態(tài)度，在整個(gè)軟件程序中，將主程序分成了四大部分，這樣具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、布局合理、思路清晰的優(yōu)點(diǎn)，利用的跳轉(zhuǎn)指令能夠有效地減小程序掃描周期，加強(qiáng)了控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。結(jié)論根據(jù)真空鍍膜機(jī)的電氣控制系統(tǒng)的需要，研究了PLC控制單元、觸摸屏的設(shè)計(jì)、卷繞張力控制系統(tǒng)以及變頻調(diào)速等幾個(gè)部分，取得了一些創(chuàng)新性的成果，根據(jù)真空鍍膜機(jī)控制系統(tǒng)的工藝參數(shù)和工藝設(shè)計(jì)的需求，將分別以單片機(jī)、工控機(jī)、PLC核心的控制系統(tǒng)相比較，最后確定主要由PLC控制單元作為控制部分，整個(gè)PLC控制單元分為真空單元、檢測(cè)單元、張力控制單元等幾部分組成，控制系統(tǒng)采用手動(dòng)控制和自動(dòng)控制的設(shè)計(jì)相結(jié)合的方式，以PLC為核心，通過(guò)對(duì)真空度、薄膜的厚度、張力的模擬量采集以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的自動(dòng)控制和電磁閥門開關(guān)的執(zhí)行，利用PLC和觸摸屏的實(shí)時(shí)通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝參數(shù)、真空泵的開關(guān)狀態(tài)以及蒸發(fā)量的狀態(tài)的檢測(cè)，通過(guò)分析PLC的CPU模塊和擴(kuò)展模塊模擬數(shù)字輸入輸出的選擇，最后確定13路的數(shù)字輸入、15路的數(shù)字輸入以及3路的模擬輸入、3路的模擬輸出，為了采用性價(jià)比較高的產(chǎn)品，我們對(duì)價(jià)格也進(jìn)行了比較，最后確定選用三菱PLC主機(jī)FX2N-48MT，模擬量擴(kuò)展模塊2個(gè)FX2N-4DA，1個(gè)FX2N-4AD，采用FX-485ADP觸摸屏通信模塊，又因?yàn)檎麄€(gè)電氣控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行會(huì)直接受到PLC接口電路的影響，而PLC接口電路決定了I/O的地址分配的和A/D、D/A擴(kuò)展模塊相關(guān)的通道，做好這些才是PLC軟件編程的基礎(chǔ)，所以我們考慮變址查詢方便的設(shè)計(jì)地址配置，工藝操作程序梯形圖由仿真軟件編寫，從調(diào)試程序的經(jīng)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，就是先手動(dòng)后自動(dòng)，意思就是說(shuō)是指先調(diào)試手動(dòng)部分的程序,再調(diào)試自動(dòng)部分程序，因?yàn)樽詣?dòng)運(yùn)行的基礎(chǔ)是手動(dòng)運(yùn)行，各種工藝參數(shù)的確定是要靠慢慢調(diào)試修改以及經(jīng)驗(yàn)值來(lái)做到的，仿真與在線調(diào)試的結(jié)合同樣也是調(diào)試修改程序的一部分，逐漸調(diào)整后基本上能滿足真空鍍膜機(jī)的電氣控制系統(tǒng)的要求。參考文獻(xiàn)［1］丁雪成，馮震宇，吳麗穎等.現(xiàn)代真空鍍膜機(jī)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［Ｊ］.電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2008，增刊：322-325［2］劉進(jìn)志，郝長(zhǎng)生，劉希太．基于PLC的真空濺射鍍膜機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［Ｊ］.煤礦機(jī)械，2008，29(1)，179-181［3］蔣群．智能雙室真空鍍膜機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［Ｄ］．安徽：安徽理工大學(xué)，2010［4］宋曉峰.高精度卷繞真空鍍膜設(shè)備張力控制技術(shù)研究［Ｄ］.上海：上海大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院，2007［5］王兆義．小型可編程控制器實(shí)用技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1996.［6］徐祖華．三靶磁濺式真空鍍膜機(jī)電氣控制系統(tǒng)的研究［Ｄ］．湖南：湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，2004［7］陳敏，王存華．真空鍍膜機(jī)的原理及故障分析［J］．光電子技術(shù)，2002，22(2)：114-118［8］周志文．卷繞式鍍膜中的張力控制［J］．機(jī)械研究與應(yīng)用，2003，16(1)：48-49．［9］宋永良.淺析真空鍍膜技術(shù)[J].甘肅科技,2004,20(7):59-60.［10］邵文韞,王陽(yáng)明.真空鍍膜機(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畢業(yè)設(shè)計(jì)外文資料翻譯真空電弧鍍膜工具的潛力和應(yīng)用摘要：空陰極電弧蒸發(fā)是廣泛用于沉積硬質(zhì)耐磨涂層的工具和零件。這篇文章綜述了不同硬質(zhì)涂層的發(fā)展前景，比如MeN,(Me1,M%)N,Me(N,C)形成的單層或多層形式以及在混合形式涂層。鑒于不同鍍膜工具的應(yīng)用，我們?cè)谶@里討論所選定的鍍膜特性。關(guān)鍵詞：陰極真空電??；涂層結(jié)構(gòu)；粒徑；涂料選擇；混合涂料1.真空電弧鍍膜的發(fā)展真空陰極電弧蒸發(fā)的發(fā)展始于20世紀(jì)60年代和而到了70年代，繼續(xù)對(duì)硬質(zhì)涂層[1-4]展開研究，真空陰極電弧蒸發(fā)系統(tǒng)在上世紀(jì)80年代和90年代[5-7]加速發(fā)展，多年來(lái)，幾乎所有類型的工具可以通過(guò)真空陰極電弧蒸發(fā)可成功地涂覆。本文綜述了為硬質(zhì)涂層的真空陰極電弧蒸發(fā)沉積的可能性。選定的結(jié)果表明潛在的涂層的沉積方法。2.鍍膜單元設(shè)計(jì)圖1顯示了在高真空容器組件的布置安裝。主要部件有電源供應(yīng)器蒸發(fā)器，襯底支架電源，和進(jìn)氣系統(tǒng)。除了主要組成部分，還要安裝更多的設(shè)備；這些包括輻射加熱器，供電弧增強(qiáng)輝光放電的附加電極，在蒸發(fā)器和磁系統(tǒng)前面的來(lái)激發(fā)電弧運(yùn)動(dòng)或修改等離子體，以及特殊的系統(tǒng)通過(guò)電子碰撞加熱來(lái)加熱襯底[6,8]。通過(guò)電弧增強(qiáng)輝光放電的過(guò)程或使用那種在[8]的描述過(guò)的方法可以執(zhí)行等離子體輔助化學(xué)熱處理，比如在硬涂層沉積之前，進(jìn)行滲氮。不同類型的涂層系統(tǒng)在實(shí)踐中得以應(yīng)用：一個(gè)最大涂層區(qū)達(dá)3米的間歇鍍膜機(jī)以及一種在線的鍍膜機(jī)。圖1高真空容器組件的布置安裝1陰極，2高真空容器，3磁系統(tǒng)進(jìn)行了電弧的運(yùn)動(dòng)，4對(duì)等離子體改性的磁系統(tǒng)，5可移動(dòng)的快門在陰極的前面，6與氣體流量計(jì)和壓力控制裝置的進(jìn)氣系統(tǒng)，7可旋轉(zhuǎn)的基板保持器基板，8輻射加熱器，9用于電弧增強(qiáng)輝光放電電極，10電源（300個(gè)，100個(gè)V）的電子碰撞加熱連接到B或弧增強(qiáng)輝光放電連接到，11弧電源（300A，40V），12襯底電壓電源（1500V，30）。2.1蒸發(fā)器和陰極材料蒸發(fā)器的類型按它們的幾何特性和饋電點(diǎn)的圓弧運(yùn)動(dòng)控制的性質(zhì)分類。陰極的幾何安排可以包括圓形狀（直徑值60-100毫米），矩形狀（400-700毫米的尺寸在長(zhǎng)度和寬度100-200公厘）或圓柱狀（直徑20-180毫米長(zhǎng)度300-600毫米）活性表面[9]。利用陰極裝有電磁等離子體指南允許等離子體被國(guó)家環(huán)保總局評(píng)為從宏觀粒子流，因此只有等離子體粒子撞擊在襯底上[11]。電弧的運(yùn)動(dòng)可分為如下：隨機(jī)?。o(wú)外磁場(chǎng)域）；弱轉(zhuǎn)向?。ㄈ醯耐獠看艌?chǎng)用來(lái)保持運(yùn)動(dòng)的邊界）；轉(zhuǎn)向?。ň哂泻軓?qiáng)的外部磁場(chǎng)的磁場(chǎng)能顯著增加積分弧速度）；電控弧（由電氣條件一定的變化對(duì)電弧運(yùn)動(dòng)的刺激）[12]。蒸發(fā)器所投入使用的電弧運(yùn)動(dòng)大多數(shù)是隨機(jī)型和弱轉(zhuǎn)向弧型。陰極材料可分為以下方式：均勻的組成元素的陰極上，由基體材料與插入陰極(Ti+Zr合金等）和陰極（A1Ti等）。2.2特別領(lǐng)域的發(fā)展在蒸發(fā)器目前的開發(fā)工作正在向脈沖電弧源轉(zhuǎn)變，但廣泛的工業(yè)用途的倍增的問(wèn)題仍然是有待解決[13,14].為了在基板上的修改涂層生長(zhǎng)，脈沖電源的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。一個(gè)特殊的電源產(chǎn)生的脈沖電壓為10kV，可用于在較低的溫度下[15]的TiB2涂層。另一種方法是較高和較低的襯底電壓調(diào)制[16]。此外，我們能夠運(yùn)用非對(duì)稱交變磁場(chǎng)脈沖與在基板上的電位，使交流電子和離子電流撞擊基板。3.涂層的組成和結(jié)構(gòu)3.1化學(xué)成分在現(xiàn)代設(shè)計(jì)和硬涂層的應(yīng)用最重要的元素組合圖2所示，最經(jīng)常應(yīng)用的涂料是TiN和CrN，緊接著是Ti（N，C）和（Al，Ti）N，第三經(jīng)常用的是ZrN,Cr(C,N),(Ti,Zr)N和Me:CH，硬非晶C'H涂層可采用電弧增強(qiáng)輝光放電產(chǎn)生的等離子體，純碳涂層可以通過(guò)蒸發(fā)石墨陰極處理[17]。圖2.涂層的應(yīng)用發(fā)展最重要的元素循環(huán)。線的厚度顯示應(yīng)用中的重要性，虛線顯示的是研究和開發(fā)活動(dòng)。3.1結(jié)構(gòu)該涂層有著不同的體系結(jié)構(gòu)，圖3顯示了一個(gè)構(gòu)建原則的模型涂層結(jié)構(gòu)。兩種金屬，被認(rèn)為是氮和碳。涂層應(yīng)能創(chuàng)建一個(gè)兩相結(jié)構(gòu)。忽略紋理效果和缺陷，可以通過(guò)相、涂層的厚度和化學(xué)成分描述該涂層，該涂料可根據(jù)層的厚度t和晶粒尺寸D的比例對(duì)其進(jìn)行分類。圖3化學(xué)組合物模型，相和縱橫比：?jiǎn)螌雍穸瘸跃Я３叽?1)當(dāng)T/D>>1。經(jīng)典的多層膜可以通過(guò)化學(xué)成分和總厚度比在層的晶粒尺寸大得多的逐步變化進(jìn)行描述（例如TiN2μm/Ti(N,C)2μm)。(2)當(dāng)T/D≈1。在一定的層序列的厚度幾乎相等于晶粒尺寸。一個(gè)例子是多層HFC/WC（總厚度的20的杜松子酒，序列HFC100nm，WC30nm）[18]。(3)當(dāng)T/D<1。厚度小于晶粒尺寸。據(jù)報(bào)道，鈦沉積（N）/TiN涂層約10nm的厚度可以通過(guò)反應(yīng)氣體的壓力改變[19]。、應(yīng)該說(shuō)，通過(guò)在涂層不同的T/D比值，接口的數(shù)量將會(huì)改變，因此機(jī)械性能也會(huì)不同如裂紋傳播和硬度[18]。在解釋硬度為單層涂層的晶粒尺寸的函數(shù)（由峰展寬法測(cè)量）時(shí)，結(jié)構(gòu)效應(yīng)的重要性很明顯，圖4顯示的晶粒尺寸對(duì)硬度的影響（從[5,20-26]和我們自己的實(shí)驗(yàn)值）圖4.TiN，ZrN和CrN涂層的硬度關(guān)于晶粒尺寸的函數(shù)成分梯度涂層?；瘜W(xué)梯度涂層可以通過(guò)元素的內(nèi)容不斷變化的創(chuàng)建：Ti（N，C）隨碳含量的增加而變化，（Ti，Al）N隨著A1的含量增加或減少[27]。多相涂層，許多涂層可沉積具有不同的相位的內(nèi)容(例如Cr2N+CrN)[28],和(Ti,Cr)N+(Cr,Ti)=N[29]).結(jié)構(gòu)是尺寸幾個(gè)到幾十納米的納米晶。3.2紋理和壓力生長(zhǎng)織構(gòu)主要是（111）定位，但在一些情況下也有一個(gè)（220）的方向，例如CRN。當(dāng)有（220）定位，在法維爾磨損試驗(yàn)，這樣的CrN涂層表現(xiàn)出更好的性能[28]。應(yīng)當(dāng)指出的是，內(nèi)壓涂層的應(yīng)力可通過(guò)改變工藝參數(shù)改變，典型值是在范圍1-10GPA。明顯的應(yīng)力狀態(tài)與晶粒尺寸，增長(zhǎng)的紋理和缺陷密度都有關(guān)系，Lowerdepositiontemperaturesresultinastronger(111)texture,asmallergrainsizeandhigherstressstate.較低的沉積溫度可以形成一個(gè)更強(qiáng)大的（111）的紋理、較小的晶粒尺寸和更高的應(yīng)力狀態(tài)。3.4對(duì)于不同的體系結(jié)構(gòu)的沉積方法有許多方法中，通過(guò)涂層參數(shù)的選擇可以控制一層序列中的組合物：對(duì)陰極材料例如Ti75／125化學(xué)成分選擇的（Ti，Al）N涂層或175/25為（A1，Ti）N涂層（在原子百分之值）。兩個(gè)或兩個(gè)以上的蒸發(fā)器安裝不同材料的操作（如Ti和Cr）；不同氣體（氮?dú)?，氣態(tài)烴，氧，或它們的混合物）在反應(yīng)蒸發(fā)；采用不同的襯底的控制參數(shù)，如襯底偏置電壓，襯底溫度和沉積速率。4.工具和涂層荷載的選擇圖5顯示了載荷作用的三維場(chǎng)，六種不同類型的工具操作期間。值已被選定的1和6之間的負(fù)載的重要性的定性估計(jì)。很明顯，根據(jù)不同的工具的應(yīng)用，最嚴(yán)重的負(fù)荷，機(jī)械（應(yīng)力），熱（高溫）和腐蝕（物理攻擊），有很大的不同。所以可以這樣理解，不同的涂層性能要承受磨損，粘著磨損而產(chǎn)生不同的負(fù)載，分層和物理化學(xué)磨損（氧化，腐蝕，溶性）。涂料選擇總的原則應(yīng)該是基于在運(yùn)行溫度的以下屬性：硬度和脆性，氧化率，熱導(dǎo)率，電阻率，溶解度隨涂層刀具的對(duì)應(yīng)的承載能力，復(fù)合摩擦引發(fā)的在涂層表面的物理化學(xué)反應(yīng)。因?yàn)榇蠖鄶?shù)的上述的性質(zhì)是未知的，因?yàn)榇蠖鄶?shù)的上述性質(zhì)是未知的，關(guān)于涂料的選擇主要依據(jù)經(jīng)驗(yàn)。在下面，試圖在涂料的選擇提供一些方向。在下面的命令的耐氧化性增加：Ti(N,C)(450°C),TiN(550°C),ZrN(600°C),CrN(650°C),(A1,Ti)N(800°C)[31-33]。顯微硬度（HK1N,5μm對(duì)淬硬高速鋼涂層厚度）增加如下：CrN(2300±400),ZrN(2400±400,TiN(2500±400),(A1,Ti)N(2600±400),Ti(N,C)(2700±400).。不同的縮進(jìn)和彎曲方法呈現(xiàn)以下趨勢(shì)：氮化鉻，氮化鋯，錫的脆性，（Al，Ti）N，Ti（N，C）。圖5.為不同類型的工具，顯示不同的要求保護(hù)工具對(duì)磨損機(jī)制的不同負(fù)荷啟動(dòng)負(fù)載三維場(chǎng)。5.指導(dǎo)方針和特殊應(yīng)用5.1.錫，第一通用涂料在前蘇聯(lián)，許多不同的硬涂層、二元、三元及四元的組合物，是由陰極真空電弧蒸發(fā)，但在西方主要沉積TiN涂層已使用不同的PVD技術(shù)沉積（濺射，陰極真空電弧蒸發(fā)，低電壓的電弧，空心陰極?。?。因此，毫不奇怪的是，我們可以在所有應(yīng)用領(lǐng)域找到成功的TiN涂層。然而，對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用程序，我們也可以選擇另一個(gè)涂層的性能比錫類似或更好的（圖6）。有趣的是，報(bào)告結(jié)果縫紉針工具制造和縫紉針本身在200°C.取代硬鉻涂層與TiN可以顯著增加針的壽命。圖6.涂錫的齒輪滾刀后刀面磨損，Ti（N，C）和（Al，Ti）N，板材1.6511（36CrNiMo4），拉伸強(qiáng)度n.70-1250MPa，切割速度20米min-1，每齒進(jìn)給銑削寬度0.08毫米，20毫米，切削深度5mm5.2.CrN涂層，第二通用細(xì)粒度的涂層結(jié)合低的脆性和足夠的硬度和良好的抗氧化性能和耐腐蝕。工業(yè)的經(jīng)驗(yàn)表明，CrN涂層可以更好地在金屬成形比TiC/TiN涂層。圖7顯示，CrN涂層可以顯著降低金屬成形[34]的潤(rùn)滑要求。經(jīng)過(guò)10000沖程潤(rùn)滑的未涂覆的繪圖工具的失敗。CrN工具使用壽命的增加大于30的一個(gè)因素。這是決定用繪畫與乳液復(fù)合降低潤(rùn)滑油的數(shù)量。而不是90毫升復(fù)合每100份只有16毫升濃縮乳劑用于繪制（乳液85：15）。我們獲得了相同的工具的性能，與一個(gè)額外的積極影響減少洗滌之前。最后應(yīng)該指出的是，工作速度對(duì)涂層刀具的增加，從而提高生產(chǎn)力。CrN涂層也顯示了很好的效果，在制造銅材料在成型和切割和渦輪葉片材料時(shí)（Inconel）以及在玻璃形成。對(duì)于由彈性體零件模具，熱塑性塑料、酚醛塑料已涂多年的成功。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，CrN涂層提高模具的壽命拉刀在2-15倍范圍的壓鑄鋁。圖7.在金屬深運(yùn)用的CrN涂層沖頭潤(rùn)滑圖形成還原的例子，工件板材零件的幾何形狀，“帽子”（直徑40毫米，高度為30mm）。5.3.Ti（N，C）高耐磨涂料該涂層可沉積具有較高的硬度比TiN和CrN涂層的耐磨性要高，但是，與金屬的附著力比錫低一點(diǎn)。雖然大多數(shù)的T