鋼帶真空連續鍍膜控制系統設計

李鑒平++王強

【摘 要】鋼帶真空連續鍍膜具有較高的環保性，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，鋼帶真空連續鍍膜的鍍膜效果是毋庸置疑的。所以，加大對鋼帶真空連續鍍膜控制系統的研發也是非常必要的。本文從鋼帶真空連續鍍膜控制系統的技術要求、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 真空連續鍍膜 控制

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

1 鋼帶真空連續鍍膜控制系統的技術要求

鋼帶真空連續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，同時靶材要實現自動化控制，電流值一般控制在30A較為合適。鋼帶真空連續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工藝指標要求制定。此外，鋼帶真空連續鍍膜需要具備較強的抗電磁干擾能力，并且盡量降低系統控制的難度，以便于操作。

2 鋼帶真空連續鍍膜控制系統的生產線工藝流程

2.1 生產流程

鋼帶真空連續鍍膜生產線工藝主要由主機系統和輔助系統構成。主機系統包括鍍膜設備、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。輔助系統的主要功能在于滿足生產的動力供給和流程監控，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：鋼帶真空連續鍍膜需要進行連續化生產，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的鍍膜產生影響。工藝段：這個階段是整個控制系統的核心階段，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，防止出現鍍膜鋼帶表面氧化現象。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 系統參數指標的設置

溫度設置主要是對靶回水穩定的控制；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

鋼帶真空連續鍍膜控制系統對于真空度有著嚴格的要求，如果系統獲得的真空度達不到9.9Pa，就會及時發出報警提示，如果系統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。當某個設備出現故障或者在加工進程中某些參數設置不符合標準，控制系統也會自動終止加工程序并且給與錯誤提示。

3 鋼帶真空連續鍍膜電氣控制系統的結構與功能設計

鋼帶真空連續鍍膜電氣控制系統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 控制以及網絡通信控制等，其中PLC是整個控制系統的關鍵單元，能夠實現對靶回水溫度和氮氣流量的準確控制和調節，并通過觸屏顯現出來，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，能夠實現加工工藝流程的可切換化管理。同時，PLC控制單元能夠實現對濺射工藝的調節和分成管理，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，確保系統的穩定性。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、具備較強的數據存儲能力、適合多種輔助設備和系統參數特點。在實際設計中，要考慮將PLC與繼電器結合運用，避免出現功率負載過大，導致PLC以及其它設備出現損壞故障。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中的參數進行實施監測，確定靶回水溫度、氣體流量、系統真空度等參數值是否在標準范圍，同時將控制單元的所有參數通過觸摸屏顯示出來，方便工作人員進行查詢、監控和調節。

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，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，確保沉積的穩定性。

3.4 網絡通信控制

為了實現整個控制系統的網絡通信控制，可以采用現場總線通訊技術，使用DeviceNet協議和以太網來構成鋼帶真空連續鍍膜的網絡通信控制。在PLC控制單元與現場設備之間使用DeviceNet協議，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，適合系統的擴充和改型，符合鋼帶真空連續鍍膜控制設備繁雜、分散的特點，從而實現對系統的高效保護。

4 結語

鋼帶真空連續鍍膜控制系統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。

參考文獻：

[1]黃鴻宏，黃洪填，黃劍彬，陳錦珍，王兆勤.真空鍍膜綜述[J].現代涂料與涂裝，2011（06）.

[2]歐陽琛.Q系列PLC在真空鍍膜行業的應用[J].國內外機電一體化技術，2013（05）.