基于光纖通訊的真空鍍膜控制系統(tǒng)

　　本文針對(duì)鍍膜的特殊要求，通過(guò)分析傳統(tǒng)控制方式的不足，提出了新型的控制方式，即光纖通訊。以成都普斯特真空鍍膜控制系統(tǒng)為例，介紹了該系統(tǒng)的軟硬件配置，工作原理，主要控制功能，應(yīng)用效果以及光纖通訊在該系統(tǒng)中的應(yīng)用。

　　隨著時(shí)代的進(jìn)步，從民品到軍品，從商界到科界，真空鍍膜已無(wú)處不在。如何簡(jiǎn)潔、方便、有效的進(jìn)行鍍膜已成為不可忽略的方面。當(dāng)前使用最多的控制方式是模擬式控制，但由于精度低、操作復(fù)雜、適用性不強(qiáng)，所以將其改進(jìn)為數(shù)字式控制。

　　數(shù)字式控制主要采用485 通訊。由于這種通訊方式的通訊線一般為電纜線或屏蔽雙絞線等，且為電信號(hào)傳輸，帶來(lái)了三種弊端：（1）當(dāng)傳輸距離較遠(yuǎn)時(shí)，電信號(hào)傳輸有能量損耗；（2）當(dāng)傳輸過(guò)程中受到較多外界干擾源的影響，抗干擾能力下降。（3）布線繁瑣，占用空間面積大。為克服以上缺點(diǎn)，本系統(tǒng)采用一種新型通訊方式：光纖通訊。

1、光纖通訊原理

　　首先，要在發(fā)送端把傳輸?shù)男畔�發(fā)送到激光束上，使光的強(qiáng)度隨電信號(hào)的幅變?yōu)殡娦盘?hào)；然后，調(diào)制到激光器發(fā)出度（頻率）變化，并通過(guò)光纖發(fā)送出去；最后，在接收端，檢測(cè)器收到光信號(hào)后把其變換成電信號(hào)，經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)原信息。具體如圖1 所示。

圖1 光纖通訊原理圖

　　光纖通訊的優(yōu)點(diǎn)為：

　　容許頻帶很寬，傳輸容量大；
　　損耗小，中繼距離很長(zhǎng)且誤碼率很小；
　　重量輕，體積�。�
　　抗電磁干擾性能好；
　　泄露小，保密性好；
　　節(jié)約金屬材料，有利于資源合理利用。

2、方案設(shè)計(jì)

2.1、系統(tǒng)構(gòu)成

　　根據(jù)真空鍍膜工藝的要求，建立控制系統(tǒng)如圖2 所示。

圖2 真空鍍膜控制系統(tǒng)圖

　　在本系統(tǒng)中，上位機(jī)采用維綸MT8150X 觸摸屏；PLC 采用三菱FX3U- 80M；PLC 擴(kuò)展模塊采用FX3U- 485- ADP； 溫控儀采用臺(tái)達(dá)DTA4896型；變頻器采用臺(tái)達(dá)VFD007E43A 型；真空計(jì)采用清華SKY- 90 型；流量計(jì)采用PC- 540 型；所有電源和光纖集線器均由普斯特電氣責(zé)任有限公司研發(fā)。

2.2、系統(tǒng)功能與通訊實(shí)現(xiàn)

　　上位機(jī)（觸摸屏）為操作站，可下達(dá)命令并顯示系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)，所以作為主站，其分別與3 個(gè)站進(jìn)行通訊。其中，與0 號(hào)站觸摸屏采用RS232的信號(hào)通訊；與1、2 號(hào)站即溫控儀、變頻器采用RS485 的信號(hào)通訊。

　　PLC 主要為上位機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，并將上位機(jī)的命令分配給其負(fù)載。同時(shí)，PLC 的485 擴(kuò)展模塊與光纖集線器采用RS485 通訊，以完成發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的功能。

　　光纖集線器的作用是將RS485 信號(hào)轉(zhuǎn)為光信號(hào)，保證每個(gè)負(fù)載能夠通過(guò)2 路光纖與其正常通訊。

　　真空計(jì)控制盒完成將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為RS232信號(hào)，并與真空計(jì)通訊的功能。流量計(jì)控制盒完成將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為RS485信號(hào)，并與流量計(jì)通訊的功能。

2.3、軟件實(shí)現(xiàn)

　　本系統(tǒng)上位機(jī)采用維綸公司推出MT8150 系列專用軟件：EB8000。下位機(jī)采用三菱PLC 的梯形圖，具有直觀、可讀性強(qiáng)等特點(diǎn)。

2.3.1、功能介紹

　　由于不同的設(shè)備或不同材質(zhì)，其鍍膜的特性不同，所以，在每臺(tái)設(shè)備未進(jìn)入正式鍍膜之前，均需一段時(shí)間進(jìn)行調(diào)試工藝。針對(duì)這種情況，將系統(tǒng)設(shè)計(jì)為手動(dòng)、半自動(dòng)和全自動(dòng)三種工藝模式，以適合鍍膜的不同階段的需要。

　　手動(dòng)模式可實(shí)現(xiàn)對(duì)所有泵組、閥體、電源和溫控儀、變頻器的單獨(dú)操作。并且，系統(tǒng)已嵌入所有保護(hù)功能，有效防止誤操作。

　　半自動(dòng)模式主要為鍍膜的測(cè)試階段所設(shè)計(jì)。其中包含的功能模塊有：粗抽、細(xì)抽、清洗、沉積四大部分。每個(gè)部分可根據(jù)用戶的要求來(lái)完成，具有靈活和可用性強(qiáng)的特點(diǎn)。

　　全自動(dòng)模式主要為實(shí)現(xiàn)鍍膜批量生產(chǎn)所設(shè)計(jì)，將成熟的工藝流程在工藝界面設(shè)定完成后，點(diǎn)擊鍍膜鍵即可由系統(tǒng)自動(dòng)完成鍍膜的所有操作。另外，為防止意外、特殊情況出現(xiàn)，系統(tǒng)中還設(shè)置了三個(gè)功能按鍵：停機(jī)、充氣、待機(jī)。停機(jī)是將分子泵等所有負(fù)載全部按順序關(guān)閉；充氣是在產(chǎn)品鍍膜時(shí)發(fā)現(xiàn)問題或產(chǎn)品鍍膜結(jié)束，需打開爐體時(shí)使用；待機(jī)是設(shè)備需進(jìn)行小型維修，但不影響分子泵正常運(yùn)行的情況下使用。

2.3.2、界面介紹

　　整套軟件包含多個(gè)界面，其相應(yīng)功能如下：主界面集成了手動(dòng)、半自動(dòng)、自動(dòng)的所有按鍵，并將所有的負(fù)載的狀態(tài)表現(xiàn)出來(lái)，可以直觀有效地監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)。

　　系統(tǒng)設(shè)定界面起到3 種作用。（1）“屏蔽”作用。當(dāng)負(fù)載（即：電源、流量計(jì)、屏蔽罩）出現(xiàn)故障或使用者不希望使用某設(shè)備時(shí)，可點(diǎn)擊“屏蔽”，此時(shí)無(wú)論是手動(dòng)、半自動(dòng)還是全自動(dòng)狀態(tài)均不會(huì)對(duì)該設(shè)備進(jìn)行操作。該措施有利于提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。（2）記錄負(fù)載使用時(shí)間。此處負(fù)載指靶材和所有泵組。因?yàn)樨?fù)載在使用一定時(shí)間后均需維護(hù)、保養(yǎng)或檢修，記錄使用時(shí)間可提醒操作員當(dāng)前是否該對(duì)此類負(fù)載進(jìn)行保養(yǎng)，該措施可增加設(shè)備的使用壽命。（3）運(yùn)行選擇功能。是對(duì)高分子泵和閥的選擇。在清洗和沉積的過(guò)程中可選擇是否打開分子泵和高閥，該功能可保證在一臺(tái)分子泵出現(xiàn)問題的情況下也不會(huì)影響當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行和鍍膜的完成。

　　工藝設(shè)定界面：分為清洗設(shè)定和鍍膜設(shè)定，實(shí)現(xiàn)對(duì)清洗過(guò)程和沉積過(guò)程的區(qū)分管理。數(shù)據(jù)監(jiān)控界面：分為實(shí)時(shí)監(jiān)控和歷史記錄。它們都有趨勢(shì)圖和數(shù)據(jù)報(bào)表兩種顯示方式。趨勢(shì)圖按顏色、粗細(xì)、線形對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)分。數(shù)據(jù)報(bào)表的數(shù)據(jù)會(huì)自屏后面的U 盤中，同時(shí)也可選擇用打印機(jī)打印。

　　報(bào)警界面:當(dāng)缺少水、電、氣時(shí)，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)聲光報(bào)警且報(bào)警界面自動(dòng)彈出，直到處理完畢后才可將該界面關(guān)閉，而對(duì)于電源、流量計(jì)等出現(xiàn)未按照設(shè)定的參數(shù)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)彈出報(bào)警界面，可選擇忽略或處理。具體如圖3 所示。

圖3 界面流程圖

3、結(jié)論

　　本文針對(duì)鍍膜特有的應(yīng)用需求，基于使用光纖通訊真空鍍膜控制系統(tǒng)，通過(guò)測(cè)試與使用，可以穩(wěn)定正常地運(yùn)行。其具體的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為：（1）可以有效的遏制電源開啟時(shí)對(duì)真空計(jì)、流量計(jì)等負(fù)載的干擾（2）系統(tǒng)控制精度高。（3）系統(tǒng)可操作性強(qiáng)，使用方便，系統(tǒng)可根據(jù)用戶的不同需要來(lái)完成鍍膜的各項(xiàng)功能。（4）系統(tǒng)可記錄鍍膜工藝中的各種數(shù)據(jù)，用戶可通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析，來(lái)更好的選擇和完善鍍膜工藝。其具體的應(yīng)用體現(xiàn)在上海某鍍膜設(shè)備廠的設(shè)備上，如圖4 和圖5 所示。

圖4 主控制柜圖5 電源柜

參考文獻(xiàn)

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