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基于光纖通訊的真空鍍膜控制系統(tǒng)論文
摘要:本文針對鍍膜的特殊要求，通過分析傳統(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，應用效果以及光纖通訊在該系統(tǒng)中的應用。
關鍵詞:光纖通訊;真空鍍膜控制系統(tǒng)
隨著時代的進步，從民品到軍品，從商界到科界，真空鍍膜已無處不在。如何簡潔、方便、有效的進行鍍膜已成為不可忽略的方面。當前使用最多的控制方式是模擬式控制，但由于精度低、操作復雜、適用性不強，所以將其改進為數(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，且為電信號傳輸，帶來了三種弊端：(1)當傳輸距離較遠時，電信號傳輸有能量損耗;(2)當傳輸過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，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l(fā)送到激光束上，使光的強度隨電信號的幅變?yōu)殡娦盘?然后，調制到激光器發(fā)出度(頻率)變化，并通過光纖發(fā)送出去;最后，在接收端，檢測器收到光信號后把其變換成電信號，經(jīng)解調后恢復原信息。具體如圖1所示。
圖1光纖通訊原理圖
Fig.1 Schematic of fiber-optic communication光纖通訊的優(yōu)點為：容許頻帶很寬，傳輸容量大;
損耗小，中繼距離很長且誤碼率很小;
重量輕，體積小;
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方案設計
2.1系統(tǒng)構成根據(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
Fig.2 The control system for vacuum coating在本系統(tǒng)中，上位機采用維綸MT8150X觸摸屏;PLC采用三菱FX3U-80M;PLC擴展模塊采用FX3U-485-ADP;溫控儀采用臺達DTA4896型;變頻器采用臺達VFD007E43A型;真空計采用清華SKY-90型;流量計采用PC-540型;所有電源和光纖集線器均由普斯特電氣責任有限公司研發(fā)。
2.2系統(tǒng)功能與通訊實現(xiàn)
上位機(觸摸屏)為操作站，可下達命令并顯示系統(tǒng)當前狀態(tài)，所以作為主站，其分別與3個站進行通訊。其中，與0號站觸摸屏采用RS232的信號通訊;與1、2號站即溫控儀、變頻器采用RS485的信號通訊。
PLC主要為上位機傳輸數(shù)據(jù)，并將上位機的命令分配給其負載。同時，PLC的485擴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信號轉為光信號，保證每個負載能夠通過2路光纖與其正常通訊。
真空計控制盒完成將光信號轉換為RS232信號，并與真空計通訊的功能。
流量計控制盒完成將光信號轉換為RS485信號，并與流量計通訊的功能。
2.3軟件實現(xiàn)
本系統(tǒng)上位機采用維綸公司推出MT8150系列專用軟件：EB8000。下位機采用三菱PLC的梯形圖，具有直觀、可讀性強等特點。
2.3.1功能介紹
由于不同的設備或不同材質，其鍍膜的特性不同，所以，在每臺設備未進入正式鍍膜之前，均需一段時間進行調試工藝。針對這種情況，將系統(tǒng)設計為手動、半自動和全自動三種工藝模式，以適合鍍膜的不同階段的需要。
手動模式可實現(xiàn)對所有泵組、閥體、電源和溫控儀、變頻器的單獨操作。并且，系統(tǒng)已嵌入所有保護功能，有效防止誤操作。
半自動模式主要為鍍膜的測試階段所設計。
其中包含的功能模塊有：粗抽、細抽、清洗、沉積四大部分。每個部分可根據(jù)用戶的要求來完成，具有靈活和可用性強的特點。
全自動模式主要為實現(xiàn)鍍膜批量生產所設計，將成熟的工藝流程在工藝界面設定完成后，點擊鍍膜鍵即可由系統(tǒng)自動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)中還設置了三個功能按鍵：停機、充氣、待機。停機是將分子泵等所有負載全部按順序關閉;充氣是在產品鍍膜時發(fā)現(xiàn)問題或產品鍍膜結束，需打開爐體時使用;待機是設備需進行小型維修，但不影響分子泵正常運行的情況下使用。
2.3.2界面介紹
整套軟件包含多個界面，其相應功能如下：主界面集成了手動、半自動、自動的所有按鍵，并將所有的負載的狀態(tài)表現(xiàn)出來，可以直觀有效地監(jiān)控系統(tǒng)當前運行狀態(tài)。
系統(tǒng)設定界面起到3種作用。(1)“屏蔽”作用。當負載(即：電源、流量計、屏蔽罩)出現(xiàn)故障或使用者不希望使用某設備時，可點擊“屏蔽”，此時無論是手動、半自動還是全自動狀態(tài)均不會對該設備進行操作。該措施有利于提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。(2)記錄負載使用時間。此處負載指靶材和所有泵組。因為負載在使用一定時間后均需維護、保養(yǎng)或檢修，記錄使用時間可提醒操作員當前是否該對此類負載進行保養(yǎng)，該措施可增加設備的使用壽命。(3)運行選擇功能。是對高分子泵和閥的選擇。在清洗和沉積的過程中可選擇是否打開分子泵和高閥，該功能可保證在一臺分子泵出現(xiàn)問題的情況下也不會影響當前系統(tǒng)的運行和鍍膜的完成。
工藝設定界面：分為清洗設定和鍍膜設定，實現(xiàn)對清洗過程和沉積過程的區(qū)分管理。
數(shù)據(jù)監(jiān)控界面：分為實時監(jiān)控和歷史記錄。
它們都有趨勢圖和數(shù)據(jù)報表兩種顯示方式。趨勢圖按顏色、粗細、線形來對數(shù)據(jù)進行區(qū)分。數(shù)據(jù)報表的數(shù)據(jù)會自屏后面的U盤中，同時也可選擇用打印機打印。
報警界面:當缺少水、電、氣時，系統(tǒng)會出現(xiàn)聲光報警且報警界面自動彈出，直到處理完畢后才可將該界面關閉，而對于電源、流量計等出現(xiàn)未按照設定的參數(shù)運行時，系統(tǒng)會自動彈出報警界面，可選擇忽略或處理。
具體如圖3所示。
圖3界面流程圖
Fig.3 Interface flow chart3結論本文針對鍍膜特有的應用需求，基于使用光纖通訊真空鍍膜控制系統(tǒng)，通過測試與使用，可以穩(wěn)定正常地運行。其具體的優(yōu)點表現(xiàn)為：(1)可以有效的遏制電源開啟時對真空計、流量計等負載的干擾(2)系統(tǒng)控制精度高。(3)系統(tǒng)可操作性強，使用方便，系統(tǒng)可根據(jù)用戶的不同需要來完成鍍膜的各項功能。(4)系統(tǒng)可記錄鍍膜工藝中的各種數(shù)據(jù)，用戶可通過對數(shù)據(jù)的分析，來更好的選擇和完善鍍膜工藝。其具體的應用體現(xiàn)在上海某鍍膜設備廠的設備上，如圖4和圖5所示。
參考文獻
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