电弧源控制系统的设计

发布时间：2017-08-20 12:04

  本文关键词：电弧源控制系统的设计

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【摘要】：近年来,光学薄膜在工业领域的应用越来越广,而电弧离子镀膜技术因为其独特的优点,在薄膜制备领域崭露头角,成为一种重要技术。电弧离子镀膜技术相比于其它几种薄膜制备技术具有：沉积速率快、离子能量高、靶材离化率大等优势,因此广泛应用于工业生产领域,涉及硬质刀具、灯具、家居装饰、模具、不锈钢板材等工业生产制造行业。通过电弧离子镀膜技术生产出来的薄膜均匀度好、硬度大、耐磨性强,可以使镀件的使用寿命大大延长,经济效益颇高,给人们的生产和生活带来了极大的便利,因此电弧离子镀膜技术具有较好的发展前景和研发价值。然而,目前传统的电弧离子镀膜设备存在两个主要问题：其一,电弧源控制系统易受到周围环境的电磁干扰,稳定性不高；其二,靶源离子溅射定向性不好,导致所镀薄膜均匀性不好。本课题主要针对以上两点问题,对现有的传统手动型电弧源控制系统进行改造,增强其抗干扰能力,改善所镀薄膜均匀度不好的缺点,为电弧镀膜技术的进一步推广和应用提供了一定的理论依据和实践基础。本文经过反复实践,最终确定了一套以PLC为控制核心,A/D变换器和上位机为辅的硬件结构,配以相应的软件功能,完成对传统镀膜设备的优化升级。首先阐明应用情况,然后分析了电弧离子镀膜技术,并且介绍了电弧离子镀技术的优点与应用。在原电弧离子源结构的基础上,为电弧镀膜设备设计了一套新的引弧装置与水冷系统,可以克服原引弧靶材紧固方式不灵活、易产生靶材液滴、弧斑灼烧靶源等缺点,最后将整个离子源结构通过CAD制图软件绘制出来。在系统的控制硬件设计部分,选定三菱FX2N系列,48MT型号的PLC作为本次硬件控制系统的控制器件,并且以它为基础,搭建了高压脉冲电源,为设备起弧提供高压脉冲信号,并且设计了锯齿波发生装置,优化靶源磁场控制信号,使所镀薄膜更加均匀。软件设计部分针对整个镀膜工艺流程设计了控制梯形图,通过模拟仿真软件验证了梯形图的正确性。此外,还设计了上位机与PLC之间的通讯程序,为实时监控设计了监控界面,掌握设备运行状态,便于及时发现设备异常,降低损失。采用这样一种硬件和软件相结合的弧源控制方式,可以大大提高传统手动型电弧离子镀膜机控制系统的自动化程度、增强控制系统的抗干扰能力、提高镀膜精度和镀膜效率,为其满足更多的工艺要求提供了条件。另外,也使传统电弧镀膜设备操作简洁化,降低工作人员的工作量和劳动强度,提高镀膜效率。
【关键词】：电弧离子镀 控制系统 PLC 抗干扰 稳定性
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要2-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-12
• 1.1 选题的背景及意义8
• 1.2 研究的主要目的及内容8-10
• 1.2.1 研究目的8-9
• 1.2.2 主要内容9-10
• 1.3 国内外关于离子镀控制系统的研究现状10-12
• 2 电弧离子源镀膜技术12-19
• 2.1 电弧与电弧放电12-13
• 2.1.1 电弧12-13
• 2.1.2 电弧放电13
• 2.2 电弧源与电弧离子镀13-15
• 2.2.1 电弧源13-14
• 2.2.2 电弧离子镀14-15
• 2.3 电弧离子镀膜技术15-19
• 2.3.1 电弧离子镀膜技术的优点16
• 2.3.2 电弧离子镀膜技术的应用16-19
• 3 直流电弧离子源结构的设计与优化19-26
• 3.1 电弧离子源的主要参数设定19
• 3.2 电弧离子源引弧结构的优化19-22
• 3.2.1 原引弧结构介绍19-21
• 3.2.2 引弧结构的优化处理21-22
• 3.3 电弧离子源水冷系统的优化22-23
• 3.4 电弧离子源的整体结构的优化23-24
• 3.5 电弧源零部件材料的选取24-25
• 3.6 小结25-26
• 4 基于PLC电弧源控制系统的硬件设计26-43
• 4.1 PLC技术简介26-27
• 4.2 控制方案的选取27-28
• 4.2.1 PLC控制系统的优点27-28
• 4.2.2 PLC控制系统相对于继电器控制电路的优点28
• 4.2.3 PLC控制系统相对于单片机控制电路的优点28
• 4.2.4 小结28
• 4.3 PLC型号的选择28-30
• 4.3.1 选型原则29
• 4.3.2 PLC型号选取论证29-30
• 4.4 控制系统整体硬件设计框图30-31
• 4.5 高压脉冲电源的搭建31-39
• 4.5.1 电压幅值调节32
• 4.5.2 电压输出和监测32-33
• 4.5.3 高压脉冲形成电路的设计33-34
• 4.5.4 比较环节电路设计34-35
• 4.5.5 电路仿真35-38
• 4.5.6 PCB板的成品检测38-39
• 4.5.7 抗干扰设计39
• 4.6 偏转磁场控制信号优化装置的设计39-41
• 4.6.1 锯齿波的产生原理40-41
• 4.6.2 锯齿波发生装置的设计过程41
• 4.6.3 PLC控制电路设计41
• 4.7 小结41-43
• 5 电弧源控制系统的软件设计43-56
• 5.1 电弧离子镀膜技术工艺流程43-44
• 5.2 上位机与PLC的通讯程序设计44-49
• 5.3 监控界面设计49-50
• 5.4 PLC程序编写50-53
• 5.4.1 镀膜工艺程序的编写50-52
• 5.4.2 梯形图程序仿真52-53
• 5.5 程序调试53-56
• 5.5.1 锯齿波波形调试53-54
• 5.5.2 锯齿波的幅值和周期的调试54-56
• 6 结论56-58
• 参考文献58-61
• 致谢61-63

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