專利名稱：一種真空多弧離子鍍膜機(jī)智能一體化控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種真空離子鍍膜機(jī)智能控制器，尤其是一種真空多弧離 子鍍膜機(jī)的智能一體化控制器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的產(chǎn)品未見有單片機(jī)用于真空多弧離子鍍膜機(jī)真空壓強(qiáng)、電弧源 電流、工件溫度、工件負(fù)偏壓以及充氣流量進(jìn)行一體化控制的智能控制器。 目前國內(nèi)使用較多的真空多弧離子鍍膜機(jī)控制方案是真空壓強(qiáng)、電弧源電 流、工件溫度、工件負(fù)偏壓以及充氣流量各自獨(dú)立采用控制器控制或手動(dòng) 控制，例如用溫控器控制鍍膜室及工件溫度，用壓強(qiáng)儀控制鍍膜室真空壓 強(qiáng)，而電弧源電流、工件負(fù)偏壓、充氣流量以及各級(jí)真空泵的啟停、閥門 開和關(guān)則采用手動(dòng)控制。部分真空多弧離子鍍膜機(jī)也采用工控機(jī)和組態(tài)軟
件通過可編程控制器進(jìn)行自動(dòng)控制，當(dāng)模擬量采集使用A/D或D/A卡時(shí)抗 干擾性能相對(duì)較差，而采用多個(gè)PLC擴(kuò)展模擬量模塊則成本髙，可編程控 制器運(yùn)算工作量大，其控制實(shí)時(shí)性受到影響。
真空離子鍍膜室工作氣體和反應(yīng)氣體的總氣壓是決定和維持穩(wěn)定放電 的條件，它影響沉積速率，還會(huì)影響鍍層的均勻性，合適的反應(yīng)氣體氣壓 則可以使荷能原子獲得較高的能量，提高鍍膜質(zhì)量。基體溫度是影響離子 鍍膜組織結(jié)構(gòu)的重要因素，不同的基體溫度可以生長(zhǎng)出晶粒形狀、大小、 結(jié)構(gòu)完全不同的薄膜涂層，基體溫度的提高會(huì)提高膜層與基體的結(jié)合力， 改善膜層組織結(jié)構(gòu)及性能，但溫度過髙會(huì)使沉積速率下降，甚至?xí)鼓?組織粗大，性能變壞。此外，薄膜涂層的密度隨工件負(fù)壓值升高而增加， 鍍層厚度則與陽極一陰極間距和放電電流相關(guān)。因此，在鍍膜過程中，真
空鍍膜室壓強(qiáng)、電弧源電流、工件負(fù)偏壓、真空鍍膜室溫度、充入氣體的 流量和比例都需要準(zhǔn)確設(shè)定及控制，才能得到較高的鍍膜質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種以單片機(jī)為核心的真空多弧離子鍍膜機(jī)智能 一體化控制器。該控制器可由現(xiàn)場(chǎng)操作者通過觸摸顯示屏輸入制定的生產(chǎn) 工藝，控制器按照工藝曲線，通過控制真空多弧離子鍍膜機(jī)的真空壓強(qiáng)、 電弧源電流、鍍膜室溫度、工件負(fù)偏壓、充氣流量以及真空泵、電磁閥門 等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)真空多弧離子鍍膜機(jī)的智能一體化控制，使鍍膜工藝得到穩(wěn) 定，保證產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備安全。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是——
一種真空多弧離子鍍膜機(jī)智能一體化控制器，它包括單片機(jī)、觸摸顯
示單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、D/A轉(zhuǎn)換單元、放大器單元、驅(qū)動(dòng)單元、繼電器 單元和開關(guān)量輸入單元，其特征所述單片機(jī)通過I/0接口與觸摸顯示單 元連接，用于人機(jī)信息交換；所述單片機(jī)通過I/0接口與A/D轉(zhuǎn)換單元連 接，控制A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)時(shí)采集真空多弧離子鍍膜機(jī)的鍍膜室溫度、鍍膜室 真空壓強(qiáng)、充氣流量、工件負(fù)偏壓、電弧源電流、電弧源電壓的模擬量信 息；所述單片機(jī)通過I/0接口與D/A轉(zhuǎn)換單元連接，將控制量轉(zhuǎn)換成電壓 信號(hào)，再由放大器單元進(jìn)行電壓、功率放大，控制真空多弧離子鍍膜機(jī)的 鍍膜室溫度、鍍膜室真空壓強(qiáng)、充氣流量、工件負(fù)偏壓、電弧源電流及電 弧源電壓；所述單片機(jī)通過1/0接口輸出開關(guān)信號(hào)實(shí)現(xiàn)引弧控制、真空泵 啟?？刂啤⒄婵展苈冯姶砰y門控制、充氣閥門控制、工件旋轉(zhuǎn)控制、電源 控制及報(bào)警輸出；所述單片機(jī)還通過I/O接口輸入開關(guān)信號(hào)實(shí)現(xiàn)冷卻水壓 力檢測(cè)、關(guān)鍵真空壓強(qiáng)點(diǎn)檢測(cè)及緊急控制開關(guān)信號(hào)的輸入。
具體實(shí)施時(shí)，所述的單片機(jī)選用以高速8051微控制器為內(nèi)核的 C8051F020混合信號(hào)微控制器，觸摸顯示單元選用MT500觸摸屏，A/D轉(zhuǎn) 換單元由2片分辨率12位、多模擬量輸入通道的TLC2543組成，D/A轉(zhuǎn) 換單元由2片8位分辨率、多模擬量輸出通道的MAX521組成，放大器單 元由4片LM324通用運(yùn)放組成，驅(qū)動(dòng)單元由3片型號(hào)為ULN2003的驅(qū)動(dòng) 器組成，繼電器單元由19個(gè)型號(hào)為HK3FF-DC12V-SH的繼電器組成，而 開關(guān)量輸入單元由1片74HC244緩沖器組成。
本發(fā)明的有益效果是，該控制器可由現(xiàn)場(chǎng)操作者通過觸摸顯示屏輸入 制定的鍍膜生產(chǎn)工藝流程，主要為預(yù)抽真空壓強(qiáng)、工作真空壓強(qiáng)、濺射和 轟擊次數(shù)以及鍍膜時(shí)間、溫度、真空壓強(qiáng)、充氣流量、電弧源電流、工件 負(fù)偏壓等參數(shù)，控制器按照工藝流程，通過控制真空多弧離子鍍膜機(jī)的真 空系統(tǒng)設(shè)備、溫控系統(tǒng)設(shè)備、充氣系統(tǒng)設(shè)備、電弧源設(shè)備、負(fù)偏壓源設(shè)備， 實(shí)現(xiàn)真空多弧離子鍍膜機(jī)的智能一體化控制，有效地降低勞動(dòng)強(qiáng)度，使真 空鍍膜工藝得到穩(wěn)定，保證鍍膜質(zhì)量和設(shè)備安全。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖l是本發(fā)明的功能框圖。
圖2是本發(fā)明的實(shí)施例電路原理圖。
圖中Ul—單片機(jī)，U2—觸摸顯示單元，U3—A/D轉(zhuǎn)換單元，U4_D/A 轉(zhuǎn)換單元，U5—放大器單元，U6—驅(qū)動(dòng)單元，U7—繼電器單元，U8—開關(guān) 量輸入單元。
具體實(shí)施例方式
在圖2所示的典型實(shí)施例電路原理圖中，單片機(jī)Ul選擇采用高速8051
微控制器為內(nèi)核的C8051F020混合信號(hào)微控制器，其片上集成有64KB的 ISP Flash ROM和4352字節(jié)的SRAM,帶片內(nèi)JTAG調(diào)試、片內(nèi)可編程振蕩 器、片內(nèi)上電復(fù)位功能，有64位I/0口、 一個(gè)lt接口、 一個(gè)SPI接口和 二個(gè)UART串行接口；觸摸顯示單元U2選用MT500觸摸屏，觸摸屏通過 RS-485總線與單片機(jī)Ul進(jìn)行通信；A/D轉(zhuǎn)換單元U3由2片12位分辨率、 多模擬量輸入通道的TLC2543組成，共有22個(gè)模擬量輸入通道，TLC2543 的DATAI、 DATAO、 CLOCK并聯(lián)后接至單片機(jī)Ul的SPI串行口，各個(gè)CS、 EOC信號(hào)則分別與單片Ul的I/O 口連接，不同變送器送來的4 20mA電流 信號(hào)徑250 Q電阻轉(zhuǎn)換成1 5V電壓信號(hào)后，被分別輸入至TLC2543的各個(gè) 模擬量輸入通道，輸入的模擬信號(hào)包括1路鍍膜室溫度、2路鍍膜室真空 壓強(qiáng)、2路充氣流量、l路工件負(fù)偏壓、8路電弧源電流以及8路電弧源電 壓；D/A轉(zhuǎn)換單元U4選擇由2片8位分辯率、多模擬量輸出通道的MAX521 共同組成，共有16個(gè)模擬量輸出通道，2片MAX521的SCL、 SDA信號(hào)均與 單片機(jī)U1的I2C接口連接，實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)傳輸；D/A轉(zhuǎn)換單元U4輸出的電 壓送到4片LM324通用運(yùn)放組成的放大器單元U5進(jìn)行電壓和功率放大，分 別用于控制1路升溫功率、1路抽氣速率、2路充氣流量、1路工件負(fù)偏壓 以及8路電弧源電流；繼電器單元U7由19個(gè)HK3FF-DC12V-SH繼電器組成， 單片機(jī)Ul輸出的開關(guān)信號(hào)經(jīng)3片ULN2003組成的驅(qū)動(dòng)器U6放大后驅(qū)動(dòng)繼 電器線圈，19個(gè)繼電器的控制觸頭分別用于控制8路引弧控制、3路真空 泵控制、3路真空管路電磁閥門控制、2路充氣閥門控制、l路工件旋轉(zhuǎn)控 制、1路電源控制以及1路報(bào)警輸出；開關(guān)量輸入單元U8由1片74HC244 緩沖器組成，1路冷卻水壓開關(guān)、2路真空壓力開關(guān)、1路緊急控制開關(guān)經(jīng) 開關(guān)量輸入單元U8輸入至單片機(jī)Ul的輸入接口 。
權(quán)利要求
1.一種真空多弧離子鍍膜機(jī)智能一體化控制器，它包括單片機(jī)(U1)、觸摸顯示單元(U2)、A/D轉(zhuǎn)換單元(U3)、D/A轉(zhuǎn)換單元(U4)、放大器單元(U5)、驅(qū)動(dòng)單元(U6)、繼電器單元(U7)和開關(guān)量輸入單元(U8)，其特征在于所述單片機(jī)(U1)通過I/O接口與觸摸顯示單元(U2)連接，用于人機(jī)信息交換；所述單片機(jī)(U1)通過I/O接口與A/D轉(zhuǎn)換單元(U3)連接，控制A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)時(shí)采集真空多弧離子鍍膜機(jī)鍍膜室溫度、鍍膜室真空壓強(qiáng)、充氣流量、工件負(fù)偏壓、電弧源電流、電弧源電壓的模擬量信息；所述單片機(jī)(U1)通過I/O接口與D/A轉(zhuǎn)換單元(U4)連接，將控制量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再由放大器單元(U5)進(jìn)行電壓、功率放大，控制真空多弧離子鍍膜機(jī)鍍膜室溫度、鍍膜室真空壓強(qiáng)、充氣流量、工件負(fù)偏壓、電弧源電流及電弧源電壓；所述單片機(jī)(U1)通過I/O接口輸出開關(guān)信號(hào)實(shí)現(xiàn)引弧控制、真空泵啟?？刂?、真空管路電磁閥門控制、充氣閥門控制、工件旋轉(zhuǎn)控制、電源控制及報(bào)警輸出；所述單片機(jī)(U1)還通過I/O接口輸入開關(guān)信號(hào)實(shí)現(xiàn)冷卻水壓力檢測(cè)、關(guān)鍵真空壓強(qiáng)點(diǎn)檢測(cè)及緊急控制開關(guān)信號(hào)的輸入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空多弧離子鍍膜機(jī)智能一體化控制器，其特 征是所述的單片機(jī)(Ul)選用以高速8051微控制器為內(nèi)核的C8051F020混 合信號(hào)微控制器，所述的觸摸顯示單元(U2)選用MT500觸摸屏，所述的A/D 轉(zhuǎn)換單元(U3)由2片分辨率12位、多模擬量輸入通道的TLC2543組成，所 述的D/A轉(zhuǎn)換單元(U4)由2片8位分辨率、多模擬量輸出通道的MAX521組 成，所述的放大器單元(U5)由4片LM324通用運(yùn)放組成，所述的驅(qū)動(dòng)單元(U6)由3片型號(hào)為ULN2003的驅(qū)動(dòng)器組成，所述的繼電器單元(U7)由19個(gè)型號(hào) 為HK3FF-DC12V-SH的繼電器組成，而所述的開關(guān)量輸入單元(U8)由1片 74HC244緩沖器組成。
全文摘要
一種真空多弧離子鍍膜機(jī)智能一體化控制器，它包括單片機(jī)、觸摸顯示單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、D/A轉(zhuǎn)換單元、放大器單元、驅(qū)動(dòng)單元、繼電器單元和開關(guān)量輸入單元。該控制器可由現(xiàn)場(chǎng)操作者通過觸摸顯示屏輸入制定的鍍膜生產(chǎn)工藝，控制器按照工藝流程，通過控制真空多弧離子鍍膜機(jī)的真空壓強(qiáng)、電弧源電流、鍍膜室溫度、工件負(fù)偏壓、充氣流量以及真空泵、電磁閥門等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)鍍膜機(jī)的智能一體化控制，使真空鍍膜工藝得到穩(wěn)定，保證鍍膜質(zhì)量和設(shè)備安全。
文檔編號(hào)C23C16/52GK101182634SQ20071019263
公開日2008年5月21日 申請(qǐng)日期2007年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月18日
發(fā)明者云 凌, 黃浪塵 申請(qǐng)人:湖南冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院