真空镀膜机控制系统的PLC改造

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1、第31卷第3期韩山师范学院学报Vb1．31NO．32010年6月JournalofHanshanNormalUniversityJun．2010真空镀膜机控制系统的PLC改造刘秋武(韩山师范学院物理与电子工程系，广东潮州521041)摘要：分析了ZD450型真空镀膜机的扩散油容易失效和真空计的电离规管容易损环的原因，设计了应用PLC对控制系统进行改造的方案．针对扩散油失效的原因是在关机前没有将真空室里的空气抽净，使扩散油高温氧化所致，增加了关机前的抽空冷却程序．针对电离规管灯丝烧断是由真空室里的压强未小于

2、1×10Pa时通电所致，增加了灯丝启动保护环节，并P~(FX2N-4AD)~A／D转换器作为真空测量机构代替真空计，提高了系统的自动化程度．关键词：真空；镀膜；PLC；A／D转换中图分类号：TM273．1文献标识码：A文章编号：1007-6883(2010)03—0048—05真空镀膜是在高真空状态下，通过在光学元件的光学表面镀上一层或多层薄膜，使光线经过该表面的反射光特性或透射光特性发生变化，或在机床的刀具表面通过沉积一层致密的硬镀层而使其得以硬化，延长使用寿命，提高切削效率，从而改善被加工部件的精度和

3、光洁度．ZD450型真空镀膜机由于其沉积速率高、镀膜速度快和价格相对便宜，在与真空有关的教学科研实验设备中普遍使用．但该机采用交流继电器控制，操作复杂造成镀膜质量不稳定、设备故障率高、对操作人员要求较高等缺点，需对它进行系统改造，才能够有效地提高其性能．1原系统的构成及缺点真空镀膜机由真空系统、真空测量系统、蒸发系统、膜厚测量系统、真空室(钟罩)升降系统和水冷却系统组成．工作过程如下：将被镀元件洗净烘干后置于真空室用的镀件支架上，然后用真空机械泵抽去真空室的空气，真空计用热偶规管实时监测真空室的真空度，当

4、气压降至1×1OPa时，改用油扩散泵对真空室抽真空，启动水冷却系统冷却扩散泵，真空计改为电离规管测量．当气压降到1×10一Pa时，用强电流加热电炉丝使靶材蒸发对元件镀膜，并启动膜厚测量系统监测镀层厚度至预定值，关断加热电源和真空机械泵，钟罩充气至与外面大气压平衡，升起钟罩取出镀件后，降下钟罩启动真空机械泵工作，待扩散泵里的油冷却后，关断所有的电磁阀f-J~u电源．工作流程各环节都由人工操作，对操作员有较高要求．对不熟悉操作规程的人员(如做真空镀膜实验的学生)来说，由于操作不当，该真空镀膜经常出现如下问题：

5、收稿日期：2009—11—10作者简介：刘秋武(1975一)，男，广东潮州人，韩山师范学院物理与电子工程系实验师48遵化市富森钛金设备有限公司提供优质的真空镀膜设备北京迪通恒业科技有限公司提供真空镀膜加工服务(1)扩散油失效．在镀膜结束后应将钟罩再次抽真空，用冷水继续冷却扩散泵使扩散油的温度降至室温，通常需要14,时．该机不带定时装置，没有相应的关机程序，很多学生在镀完膜后就关机离开，扩散泵里的扩散油在高温下接触氧气容易热分解，使扩散油失效．(2)损环真空计的电离规管．电离规管在工作时其灯丝是处于红热状态

6、，对被测气体的真空度有一定的要求，即在压强小于1X10Pa时才能开启，否则管子的灯丝极易氧化烧断．常见的复合真空计不具备电离规管保护电路．经常有学生在压强没有到达该范围时便启动电离规管，或在镀膜结束后打开钟罩前没有关断，这样很容易损坏电离规管．此外，原机还存在扩散泵启动时间按难以确定和被镀元件对位不准确等问题，在保留原有膜厚原测装置的基础上，选用PLC对原机进行改造，增加元件对位功能，改用A／D转换模块替换真空计，实现真空的测量及控制．2新控制系统的构成新的控制系统要求，钟罩升降电机通过丝杆将钟罩升起，把

7、镀层材料(如铝、铜)挂在电阻加热丝上，元件置于旋转架上，钟罩下降到下限位置并与平台构密闭的工作室．141．钟罩2．扩散泵3．机械泵4．预抽电磁阀5．出口电磁阀6．主阀电磁阀7．旋转架电机8．旋转架9．蒸发电热丝10．热偶规管11．电离规管12．热偶规管变送器13．电离规管变送器14．钟罩升限行程开关SQ115．钟罩降限行程开关SQ2图1系统的构成图机械泵启动，打开与钟罩联接的电磁阀(称预抽阀)对钟罩抽气，A／D转换模块通过热偶规管测量钟罩里真空度．根据实验经验，在机械泵启动10min后启动扩散泵使扩散油开

8、始加热．当压强小于时1X10Pa时，打开扩散泵冷却水泵和接水龙头的电磁阀对扩散泵的外壁冷却；同时打开扩散泵与机械泵连接的电磁阀(称出口阀)，打开钟罩与扩散泵连接的电磁阀(称主阀)使扩散泵对钟罩抽真空．当压强小于时1×10Pa时，改用电离规管测量钟罩里真空度．当压强小于时1X10_4Pa时，启动旋转架电机使被镀元件对位于靶材上方，接通电热丝加热镀材蒸发镀膜，10s后断开，当前元件镀膜完毕．关闭主阀、出口阀和扩散泵和机械泵，打开充