HCD离子镀生产过程自动控制系统的设计与开发

论文摘要

空心阴极（HCD）离子镀是基于材料表面处理的一种镀膜技术。其生产工艺过程复杂,要求控制的参数众多,同时被控对象存在耦合、非线性和时变特性,无法建立精确的数学模型,难以通过常规控制方法实现生产过程稳定化控制。据此,将先进控制理论、计算机与网络通讯技术应用到HCD离子镀生产过程,实现生产过程综合自动化,对提高产品的质量和生产效率有着极其重要的意义。同时也为其他离子镀设备计算机开发提供宝贵经验。论文详细介绍了HCD离子镀生产过程计算机控制系统的研究和设计的方法。在分析HCD离子镀机理的基础上,探讨了温度、气体（N2、Ar）流量以及真空度对离子镀质量的影响,分析了影响离子镀温度、气体（N2、Ar）流量和真空度的主要因素。以对离子镀温度有直接影响的基体偏压为被控对象,引入一种改进的模糊控制算法;以气体（N2、Ar）流量为控制对象,引入变比值双闭环控制系统;以罗茨泵为控制对象,利用变频器,通过调节罗茨泵的转速实现炉子真空度的控制。针对HCD离子镀特点设计了其生产过程计算机控制系统的总体结构和网络结构。利用WinCC组态软件,开发了离子镀生产过程的监控系统。经过调试,系统已投入使用,现场运行结果表明系统稳定性好,可靠性高,达到了设计目标要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景与意义
• 1.2 离子镀国内外研究现状
• 1.3 研究内容及论文结构
• 第二章 HCD离子镀工艺分析
• 2.1 离子镀工作原理、工艺及主要配置
• 2.1.1 空心阴极（HCD）离子镀工作原理
• 2.1.2 空心阴极离子镀膜工艺及设备主要配置
• 2.2 影响镀层性能的主要参数
• 2.3 小结
• 第三章 基体温度控制
• 3.1 温控对象的数学模型分析
• 3.1.1 使基体温度升高的因素
• 3.1.2 使基体温度降低的因素
• 3.1.3 基体沉积温度变化的计算
• 3.1.4 控制方案
• 3.2 模糊自校正PID控制策略
• 3.2.1 模糊控制原理
• 3.2.2 模糊自校正PID控制器设计
• 3.3 温度信号取样
• 3.4 工艺运行曲线
• 3.5 小结
• 第四章 离子镀氮气和氩气流量控制
• 4.1 比值因子计算
• 4.2 控制方法及控制原理
• 4.2.1 控制方法
• 4.2.2 控制系统原理
• 4.3 控制算法
• 4.3.1 数字PI调节器
• 4.3.2数字PID调节器
• 2.Ar控制系统流程图'>4.4 N₂.Ar控制系统流程图
• 4.5 系统运行曲线
• 4.6 小结
• 第五章 离子镀真空控制
• 5.1 真空室真空度的计算
• 5.2 真空系统
• 5.2.1 控制系统要求
• 5.2.2 真空仪表及真空度测量
• 5.2.3 抽真空系统—真空机组
• 5.3 控制方法
• 5.3.1 变频调速原理
• 5.3.2 MM430和MM440系列变频器
• 5.4 控制算法
• 5.4.1 影响炉子真空度的主要参数
• 5.4.2 增量式PID控制算法及控制流程
• 5.5 工艺运行曲线
• 5.6 小结
• 第六章 系统软硬件设计与实现
• 6.1 系统需求分析
• 6.2 系统总体结构
• 6.2.1 系统网络结构
• 6.2.2 PLC控制系统结构
• 6.3 系统中断模块设计
• 6.3.1 循环中断组织块
• 6.3.2 硬件中断
• 6.4 系统软件开发与实现
• 6.5 系统运行框图及工艺运行效果
• 6.6 小结
• 第七章 结论及展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 发表学术论文