钢带真空连续镀膜控制系统设计

李鉴平++王强

【摘 要】钢带真空连续镀膜具有较高的环保性，所以，其又被称为“绿色”镀膜，受到了广泛的关注和应用。作为一种新型的镀膜工艺技术，钢带真空连续镀膜的镀膜效果是毋庸置疑的。所以，加大对钢带真空连续镀膜控制系统的研发也是非常必要的。本文从钢带真空连续镀膜控制系统的技术要求、生产线工艺流程、结构与功能设计三方面进行了论述。

【关键词】钢带 真空连续镀膜 控制

随着工业化进程的加快，我国汽车行业、电缆行业、电器行业、建筑行业以及食品行业都需要大量的镀膜钢带。作为一种成本低且环保性高的镀膜技术，钢带真空连续镀膜需要设计多重控制系统，只有进行精准的控制才能确保连续镀膜的稳定性。

1 钢带真空连续镀膜控制系统的技术要求

钢带真空连续镀膜主要采用二极溅射法，为了能够对工艺进行有效控制，就需要设计好靶装置的相关参数，同时靶材要实现自动化控制，电流值一般控制在30A较为合适。钢带真空连续镀膜一般要满足手动和自动等多种操控方式，具体的抽真空控制可以根据工艺指标要求制定。此外，钢带真空连续镀膜需要具备较强的抗电磁干扰能力，并且尽量降低系统控制的难度，以便于操作。

2 钢带真空连续镀膜控制系统的生产线工艺流程

2.1 生产流程

钢带真空连续镀膜生产线工艺主要由主机系统和辅助系统构成。主机系统包括镀膜设备、升温控制设备以及压差控制设备等，其中镀膜设备最为关键，整个工艺流程可以采取罗茨泵、真空泵等多种设备来提供真空度。辅助系统包括钢带传输设备、剪切设备、入口与出口套、收卷机等。辅助系统的主要功能在于满足生产的动力供给和流程监控，同时还能够清洗除尘，保障镀膜的清洁度。

2.2 生产线工作过程

进口段：钢带真空连续镀膜需要进行连续化生产，一般需要安装两台钢带放卷机，将钢带用S辊固定，放卷机的端口与剪切机相连。预处理段：在进口段完成对钢带的加固连接后，预处理阶段主要就是通过酸洗或脱脂工序对钢带进行清洗处理，防止过多的杂质对后续的镀膜产生影响。工艺段：这个阶段是整个控制系统的核心阶段，钢带清洗完毕后就可以将钢带送入真空预处理室进行升温处理，进而加强钢带与镀膜的贴合力，完成预热后就可以将高温气化后的分子状态下的镀膜材料贴合在刚带上。后处理段：完成镀膜后就需要对镀膜钢带进行冷却处理，防止出现镀膜钢带表面氧化现象。一出口段：钢带完成所用的镀膜加工后需要进行质量检测。所以，出口段主要由钢带质量检测设备、剪切设备以及收卷设备组成，最终形成镀膜钢带产品。

2.3 系统参数指标的设置

温度设置主要是对靶回水稳定的控制；真空度设置主要是对工艺层以及真空室的压力进行控制；速度设置主要是对钢带运转速度和靶旋转速度进行控制；靶电流值设置主要是对各个层次的靶电流转化进行合理控制。

2.4 保护与报警

钢带真空连续镀膜控制系统对于真空度有着严格的要求，如果系统获得的真空度达不到9.9Pa，就会及时发出报警提示，如果系统随后的真空度还达不到标准，就会再次报警提示。当靶回水温度在40℃以下时，控制系统会自动终止加工进程并且还会做出相应的提示。当某个设备出现故障或者在加工进程中某些参数设置不符合标准，控制系统也会自动终止加工程序并且给与错误提示。

3 钢带真空连续镀膜电气控制系统的结构与功能设计

钢带真空连续镀膜电气控制系统需要由多个控制单元组成，主要包括PLC 控制单元、检测单元与触摸屏、靶电源的模糊 PID 控制以及网络通信控制等，其中PLC是整个控制系统的关键单元，能够实现对靶回水温度和氮气流量的准确控制和调节，并通过触屏显现出来，方便工作人员操作。

3.1 PLC控制单元设计

PLC控制单元的作用对象是整个系统中的设有不同靶材的镀膜设备，PLC控制单元通常都设有手动控制与自动控制功能，能够实现加工工艺流程的可切换化管理。同时，PLC控制单元能够实现对溅射工艺的调节和分成管理，从而对各个靶电源、气体流量、靶回水温度等参数进行准确调控。PLC控制单元还要设计抗电磁干扰的功能和设备故障提升功能，确保系统的稳定性。在PLC 控制单元的选型方面，必须满足功能完善、I/O 功能强大、具备较强的数据存储能力、适合多种辅助设备和系统参数特点。在实际设计中，要考虑将PLC与继电器结合运用，避免出现功率负载过大，导致PLC以及其它设备出现损坏故障。在设计PLC编程时，通常选用CX- Progammer软件工具，其能够支持PLC及其相关的网络设备，具备多种类型接口，适合于计算机串行通信端口。

3.2 检测单元与触摸屏的设计

檢测单元的主要功能是对系统中的参数进行实施监测，确定靶回水温度、气体流量、系统真空度等参数值是否在标准范围，同时将控制单元的所有参数通过触摸屏显示出来，方便工作人员进行查询、监控和调节。

3.3 靶电源的模糊PID控制设计

镀膜机采用二极溅射法，即靶电源为直流电源。钢带真空连续镀膜的靶电流一般控制在 20A到50A之间，电流的允许误差不能超过1A，靶电源功率为30KW，靶电压为400到600V，控制对象为三种不同靶材，三个靶材的电流都可以作为溅射工艺参数，方便工作人员进行调整。由于当前技术有限，三个靶材不可能同时工作，需要单独设计多个相同的直流电源。在运行溅射工艺过程中，为了保证靶材的纯度，防止出现局部放电情况，可以将靶电源的电路设置成电流负反馈。此外，为了获得高质量的反应溅射沉积，一般采用高频脉冲的大功率电源，确保沉积的稳定性。

3.4 网络通信控制

为了实现整个控制系统的网络通信控制，可以采用现场总线通讯技术，使用DeviceNet协议和以太网来构成钢带真空连续镀膜的网络通信控制。在PLC控制单元与现场设备之间使用DeviceNet协议，能够连接变频设备、开关、报警与保护装置、I/O 以及人机界面等，每个设备都可以实时连接或者断开，使用非常方便，适合系统的扩充和改型，符合钢带真空连续镀膜控制设备繁杂、分散的特点，从而实现对系统的高效保护。

4 结语

钢带真空连续镀膜控制系统能够很大程度上提高材料表面的光滑度，提升材质的耐磨性，利用镀膜加热气化能够确保钢带表面镀膜均匀整洁，从而取得良好的镀膜效果。

参考文献：

[1]黄鸿宏，黄洪填，黄剑彬，陈锦珍，王兆勤.真空镀膜综述[J].现代涂料与涂装，2011（06）.

[2]欧阳琛.Q系列PLC在真空镀膜行业的应用[J].国内外机电一体化技术，2013（05）.