鋼帶真空連續(xù)鍍膜控制系統(tǒng)設計

李鑒平++王強

【摘 要】鋼帶真空連續(xù)鍍膜具有較高的環(huán)保性，所以，其又被稱為“綠色”鍍膜，受到了廣泛的關注和應用。作為一種新型的鍍膜工藝技術，鋼帶真空連續(xù)鍍膜的鍍膜效果是毋庸置疑的。所以，加大對鋼帶真空連續(xù)鍍膜控制系統(tǒng)的研發(fā)也是非常必要的。本文從鋼帶真空連續(xù)鍍膜控制系統(tǒng)的技術要求、生產線工藝流程、結構與功能設計三方面進行了論述。

【關鍵詞】鋼帶 真空連續(xù)鍍膜 控制

隨著工業(yè)化進程的加快，我國汽車行業(yè)、電纜行業(yè)、電器行業(yè)、建筑行業(yè)以及食品行業(yè)都需要大量的鍍膜鋼帶。作為一種成本低且環(huán)保性高的鍍膜技術，鋼帶真空連續(xù)鍍膜需要設計多重控制系統(tǒng)，只有進行精準的控制才能確保連續(xù)鍍膜的穩(wěn)定性。

1 鋼帶真空連續(xù)鍍膜控制系統(tǒng)的技術要求

鋼帶真空連續(xù)鍍膜主要采用二極濺射法，為了能夠對工藝進行有效控制，就需要設計好靶裝置的相關參數(shù)，同時靶材要實現(xiàn)自動化控制，電流值一般控制在30A較為合適。鋼帶真空連續(xù)鍍膜一般要滿足手動和自動等多種操控方式，具體的抽真空控制可以根據(jù)工藝指標要求制定。此外，鋼帶真空連續(xù)鍍膜需要具備較強的抗電磁干擾能力，并且盡量降低系統(tǒng)控制的難度，以便于操作。

2 鋼帶真空連續(xù)鍍膜控制系統(tǒng)的生產線工藝流程

2.1 生產流程

鋼帶真空連續(xù)鍍膜生產線工藝主要由主機系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)構成。主機系統(tǒng)包括鍍膜設備、升溫控制設備以及壓差控制設備等，其中鍍膜設備最為關鍵，整個工藝流程可以采取羅茨泵、真空泵等多種設備來提供真空度。輔助系統(tǒng)包括鋼帶傳輸設備、剪切設備、入口與出口套、收卷機等。輔助系統(tǒng)的主要功能在于滿足生產的動力供給和流程監(jiān)控，同時還能夠清洗除塵，保障鍍膜的清潔度。

2.2 生產線工作過程

進口段：鋼帶真空連續(xù)鍍膜需要進行連續(xù)化生產，一般需要安裝兩臺鋼帶放卷機，將鋼帶用S輥固定，放卷機的端口與剪切機相連。預處理段：在進口段完成對鋼帶的加固連接后，預處理階段主要就是通過酸洗或脫脂工序對鋼帶進行清洗處理，防止過多的雜質對后續(xù)的鍍膜產生影響。工藝段：這個階段是整個控制系統(tǒng)的核心階段，鋼帶清洗完畢后就可以將鋼帶送入真空預處理室進行升溫處理，進而加強鋼帶與鍍膜的貼合力，完成預熱后就可以將高溫氣化后的分子狀態(tài)下的鍍膜材料貼合在剛帶上。后處理段：完成鍍膜后就需要對鍍膜鋼帶進行冷卻處理，防止出現(xiàn)鍍膜鋼帶表面氧化現(xiàn)象。一出口段：鋼帶完成所用的鍍膜加工后需要進行質量檢測。所以，出口段主要由鋼帶質量檢測設備、剪切設備以及收卷設備組成，最終形成鍍膜鋼帶產品。

2.3 系統(tǒng)參數(shù)指標的設置

溫度設置主要是對靶回水穩(wěn)定的控制；真空度設置主要是對工藝層以及真空室的壓力進行控制；速度設置主要是對鋼帶運轉速度和靶旋轉速度進行控制；靶電流值設置主要是對各個層次的靶電流轉化進行合理控制。

2.4 保護與報警

鋼帶真空連續(xù)鍍膜控制系統(tǒng)對于真空度有著嚴格的要求，如果系統(tǒng)獲得的真空度達不到9.9Pa，就會及時發(fā)出報警提示，如果系統(tǒng)隨后的真空度還達不到標準，就會再次報警提示。當靶回水溫度在40℃以下時，控制系統(tǒng)會自動終止加工進程并且還會做出相應的提示。當某個設備出現(xiàn)故障或者在加工進程中某些參數(shù)設置不符合標準，控制系統(tǒng)也會自動終止加工程序并且給與錯誤提示。

3 鋼帶真空連續(xù)鍍膜電氣控制系統(tǒng)的結構與功能設計

鋼帶真空連續(xù)鍍膜電氣控制系統(tǒng)需要由多個控制單元組成，主要包括PLC 控制單元、檢測單元與觸摸屏、靶電源的模糊 PID 控制以及網(wǎng)絡通信控制等，其中PLC是整個控制系統(tǒng)的關鍵單元，能夠實現(xiàn)對靶回水溫度和氮氣流量的準確控制和調節(jié)，并通過觸屏顯現(xiàn)出來，方便工作人員操作。

3.1 PLC控制單元設計

PLC控制單元的作用對象是整個系統(tǒng)中的設有不同靶材的鍍膜設備，PLC控制單元通常都設有手動控制與自動控制功能，能夠實現(xiàn)加工工藝流程的可切換化管理。同時，PLC控制單元能夠實現(xiàn)對濺射工藝的調節(jié)和分成管理，從而對各個靶電源、氣體流量、靶回水溫度等參數(shù)進行準確調控。PLC控制單元還要設計抗電磁干擾的功能和設備故障提升功能，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在PLC 控制單元的選型方面，必須滿足功能完善、I/O 功能強大、具備較強的數(shù)據(jù)存儲能力、適合多種輔助設備和系統(tǒng)參數(shù)特點。在實際設計中，要考慮將PLC與繼電器結合運用，避免出現(xiàn)功率負載過大，導致PLC以及其它設備出現(xiàn)損壞故障。在設計PLC編程時，通常選用CX- Progammer軟件工具，其能夠支持PLC及其相關的網(wǎng)絡設備，具備多種類型接口，適合于計算機串行通信端口。

3.2 檢測單元與觸摸屏的設計

檢測單元的主要功能是對系統(tǒng)中的參數(shù)進行實施監(jiān)測，確定靶回水溫度、氣體流量、系統(tǒng)真空度等參數(shù)值是否在標準范圍，同時將控制單元的所有參數(shù)通過觸摸屏顯示出來，方便工作人員進行查詢、監(jiān)控和調節(jié)。

3.3 靶電源的模糊PID控制設計

鍍膜機采用二極濺射法，即靶電源為直流電源。鋼帶真空連續(xù)鍍膜的靶電流一般控制在 20A到50A之間，電流的允許誤差不能超過1A，靶電源功率為30KW，靶電壓為400到600V，控制對象為三種不同靶材，三個靶材的電流都可以作為濺射工藝參數(shù)，方便工作人員進行調整。由于當前技術有限，三個靶材不可能同時工作，需要單獨設計多個相同的直流電源。在運行濺射工藝過程中，為了保證靶材的純度，防止出現(xiàn)局部放電情況，可以將靶電源的電路設置成電流負反饋。此外，為了獲得高質量的反應濺射沉積，一般采用高頻脈沖的大功率電源，確保沉積的穩(wěn)定性。

3.4 網(wǎng)絡通信控制

為了實現(xiàn)整個控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡通信控制，可以采用現(xiàn)場總線通訊技術，使用DeviceNet協(xié)議和以太網(wǎng)來構成鋼帶真空連續(xù)鍍膜的網(wǎng)絡通信控制。在PLC控制單元與現(xiàn)場設備之間使用DeviceNet協(xié)議，能夠連接變頻設備、開關、報警與保護裝置、I/O 以及人機界面等，每個設備都可以實時連接或者斷開，使用非常方便，適合系統(tǒng)的擴充和改型，符合鋼帶真空連續(xù)鍍膜控制設備繁雜、分散的特點，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的高效保護。

4 結語

鋼帶真空連續(xù)鍍膜控制系統(tǒng)能夠很大程度上提高材料表面的光滑度，提升材質的耐磨性，利用鍍膜加熱氣化能夠確保鋼帶表面鍍膜均勻整潔，從而取得良好的鍍膜效果。

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