苗 岱，杜虎明，張 峰

(中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原 030024)

目前在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的玻璃鍍膜工藝相當(dāng)成熟，轉(zhuǎn)換效率也比較高，但僅限于在小尺寸玻璃基板上的鍍膜，不適用工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)。大尺寸玻璃刻蝕設(shè)備則面向大尺寸玻璃襯底上面制備薄膜的工藝，從而實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)，為了兼顧系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)方便，節(jié)省成本，節(jié)省人力等相關(guān)因素，控制系統(tǒng)采用三菱FXIN型PLC作為控制核心，EVIEW觸摸屏為人機(jī)界面的構(gòu)建方式。

1 系統(tǒng)及工藝要求

該設(shè)備的工藝流程如圖1所示，操作者將待刻蝕玻璃置于上料模塊后啟動(dòng)設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行功能，大尺寸玻璃在鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)方式的協(xié)助下，依次通過刻蝕，清洗，及干燥模塊，并實(shí)現(xiàn)相對應(yīng)的工藝流程，最后刻蝕后的干燥玻璃停止在下料模塊。設(shè)備運(yùn)行過程中要求根據(jù)刻蝕模塊中刻蝕液與玻璃反應(yīng)后的濃度變化自動(dòng)補(bǔ)償刻蝕液，使得刻蝕液維持在一個(gè)穩(wěn)定的范圍內(nèi)，保證刻蝕后玻璃表面的均勻性，同時(shí)要求玻璃在各個(gè)模塊中的傳輸速度可調(diào)。

圖1 設(shè)備工藝流程圖

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本控制系統(tǒng)由兩大部分組成，一為系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)搭建，包括相關(guān)元器件的選型，電路圖設(shè)計(jì)等，二是軟件編程，包括PLC元件編程和人機(jī)界面設(shè)計(jì)。

2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)由信號采集系統(tǒng)，PLC、玻璃搬運(yùn)系統(tǒng)、刻蝕控制系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)及人機(jī)界面組成。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

2.1.1 PLC

設(shè)備所有輸入信號在PLC中進(jìn)行交流轉(zhuǎn)換，PLC由此按照設(shè)計(jì)人員編寫的程序流程實(shí)現(xiàn)對相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制，使其最終滿足客戶的使用要求。PLC選用三菱FX1N型PLC，該系列PLC具有的特點(diǎn)：（1）作為日系PLC的中高端產(chǎn)品其可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；（2）CPU模塊支持高速計(jì)數(shù)、定時(shí)、標(biāo)準(zhǔn)RS232/485接口；（3）支持梯形圖、指令列表和功能塊圖等多種語言編寫；（4）體積小、質(zhì)量小、能耗低。

2.1.2 玻璃傳輸系統(tǒng)

玻璃與刻蝕液接觸的時(shí)間直接影響刻蝕后的效果，所以玻璃在設(shè)備各個(gè)模塊中（尤其是刻蝕模塊）的運(yùn)行速度必須可以按照刻蝕工藝要求，隨著配方的改變而進(jìn)行調(diào)整。因此選用步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力輸出元件來實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)功能。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度通過PLC給出的脈沖信號進(jìn)行精密控制，并且此脈沖信號的數(shù)值可以由設(shè)備操作者進(jìn)行讀寫修改。

2.1.3 刻蝕控制系統(tǒng)

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

此系統(tǒng)主要用來實(shí)現(xiàn)玻璃刻蝕時(shí)對刻蝕液溫度及濃度的控制。由溫控儀、加熱管及溫度傳感器組成溫度控制系統(tǒng)，溫控儀根據(jù)溫度傳感器檢測到的刻蝕液實(shí)時(shí)溫度通過控制加熱管的啟動(dòng)與停止，將刻蝕液的溫度穩(wěn)定在設(shè)定溫度范圍內(nèi)。濃度控制主要由濃度計(jì)及補(bǔ)液泵組成。當(dāng)刻蝕液濃度低于設(shè)定的數(shù)值時(shí)補(bǔ)液泵啟動(dòng)，將酸液槽中的刻蝕液補(bǔ)充到刻蝕模塊中，補(bǔ)充刻蝕過程中損失的刻蝕液；當(dāng)刻蝕液濃度值偏高時(shí)，補(bǔ)液泵則向刻蝕模塊中增加去離子水，防止?jié)舛冗^高導(dǎo)致的過量刻蝕。

2.1.4 清洗系統(tǒng)

主要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為磁力泵，當(dāng)玻璃運(yùn)行進(jìn)入到清洗模塊時(shí)，PLC控制噴淋泵依次啟動(dòng)，將去離子水噴灑到玻璃表面，從而去除殘留的刻蝕液或雜質(zhì)。磁力泵選型時(shí)應(yīng)保證潔凈度高，不會(huì)污染去離子水。

2.1.5 干燥系統(tǒng)

構(gòu)建此系統(tǒng)時(shí)應(yīng)滿足干燥速度快且不會(huì)造成二次污染，為此我們選用加熱風(fēng)切的方式。玻璃進(jìn)入干燥模塊后，啟動(dòng)待過濾器的風(fēng)機(jī)進(jìn)行去水功能，隨后啟動(dòng)待加熱器的風(fēng)機(jī)將殘留水漬烘干，最后玻璃通過離子風(fēng)槍將表面靜電消除。

2.1.6 人機(jī)界面

選用國內(nèi)使用范圍廣泛的EVIEW10英寸彩屏，與同類型觸摸屏相比其具有用戶組態(tài)存儲(chǔ)空間大（最低4M）、采用高速32位RISC CPU、宏指令與標(biāo)準(zhǔn)C語言兼容、具有雙串口，可同時(shí)連接不同的PLC、變頻器及伺服驅(qū)動(dòng)器等且支持打印機(jī)。

2.2 軟件編程

三菱FX1N型PLC是系統(tǒng)的核心控制器件，它是設(shè)備控制軟件編寫及運(yùn)行的物理載體。而設(shè)備控制程序是在三菱專用GX developer程序開發(fā)環(huán)境下，采用常用的梯形圖語言進(jìn)行編寫的。為了方便設(shè)備的調(diào)試及以后可能出現(xiàn)的維護(hù)問題，在進(jìn)行PLC軟件編寫時(shí)，應(yīng)首先將程序分成如表1所示的程序模塊分別進(jìn)行編寫，待各個(gè)模塊編寫調(diào)試完成后再統(tǒng)一進(jìn)行聯(lián)調(diào)。

表1 程序模塊列表

從上表可以得出，公共程序相當(dāng)于整個(gè)程序體的外套，將剩下的5個(gè)模塊裝在其中形成一個(gè)整體。其中自動(dòng)控制模塊和手動(dòng)控制模塊分別處理設(shè)備在自動(dòng)運(yùn)行和人工手動(dòng)控制下的運(yùn)行方式。當(dāng)設(shè)備進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，自動(dòng)控制模塊根據(jù)各個(gè)輸入信號的狀態(tài)，實(shí)時(shí)調(diào)用工藝控制和運(yùn)動(dòng)控制模塊，保證設(shè)備實(shí)現(xiàn)圖1所示的工藝流程，見圖3。當(dāng)操作者需要對設(shè)備手動(dòng)實(shí)施操作時(shí)，手動(dòng)控制模塊則代替自動(dòng)控制模塊對工藝控制和運(yùn)動(dòng)控制模塊進(jìn)行調(diào)用，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)功能。系統(tǒng)報(bào)警模塊則獨(dú)立于自動(dòng)及手動(dòng)控制模塊之外，隨時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)狀態(tài)。當(dāng)出現(xiàn)異常狀態(tài)時(shí)，實(shí)時(shí)給出報(bào)警信號，防止危機(jī)設(shè)備及人身安全。下面只列出了自動(dòng)控制模塊的程序流程，別的程序模塊在此不再贅述。

圖3 程序流程圖

編程界面如下圖4所示。

圖4 PLC編程界面

本控制系統(tǒng)采用EVIEW觸摸屏為基礎(chǔ)繪制人機(jī)界面，主要包括：主界面，手動(dòng)操作界面，參數(shù)設(shè)定界面，I/O監(jiān)控界面，動(dòng)作狀態(tài)界面，報(bào)警記錄界面，卡片復(fù)位界面等。畫面分為兩層：設(shè)備操作者可以操作系統(tǒng)運(yùn)行主界面，手動(dòng)操作界面，報(bào)警記錄界面，I/O監(jiān)控界面，動(dòng)作狀態(tài)界面，卡片復(fù)位界面；只有經(jīng)過授權(quán)擁有密碼的更高級使用者如工藝或維護(hù)人員才可以進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置界面，對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行管理。在各個(gè)畫面設(shè)計(jì)過程中遵循了人機(jī)界面設(shè)計(jì)的普遍原則：反饋性、狀態(tài)顯示、可脫離性、默認(rèn)值、復(fù)原性和一致性。圖5是人機(jī)界面層次結(jié)構(gòu)圖。

主界面作為最常使用的畫面，顯示了設(shè)備的名稱，時(shí)間日期，設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)（運(yùn)行、待機(jī)或報(bào)警）。在此界面設(shè)備操作者可以對設(shè)備執(zhí)行啟動(dòng)、停止、復(fù)位及急停操作。并且通過組界面上的按鈕，可以將畫面切換到手動(dòng)操作界面，參數(shù)設(shè)定界面，I/O監(jiān)控界面，動(dòng)作狀態(tài)界面，報(bào)警記錄界面，見圖6。

圖5 人機(jī)界面層次結(jié)構(gòu)圖

圖6 人機(jī)界面繪制圖

手動(dòng)操作界面可以向操作者提供設(shè)備各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的獨(dú)立控制功能。包括5個(gè)工藝模塊的玻璃傳送電機(jī)的啟動(dòng)停止，刻蝕液加熱啟動(dòng)停止，補(bǔ)液泵是否進(jìn)行補(bǔ)液，每個(gè)風(fēng)切風(fēng)機(jī)的運(yùn)行停止，各個(gè)清洗泵的運(yùn)行停止等。

參數(shù)設(shè)定界面用來設(shè)置玻璃傳送電機(jī)的速度，方便刻蝕工藝的調(diào)整。此界面只有經(jīng)過授權(quán)且擁有密碼的操作者方能對此界面上的參數(shù)進(jìn)行修改。

I/O監(jiān)控界面將PLC中所有輸入輸出信號采用指示燈的方式在屏幕上顯示出來，方便調(diào)試維護(hù)人員及操作者了解系統(tǒng)狀態(tài)。

動(dòng)作狀態(tài)界面顯示出設(shè)備目前的運(yùn)行狀態(tài)。操作者在此界面下就可以了解清楚設(shè)備正在運(yùn)行的工藝，以及玻璃已經(jīng)運(yùn)行到哪個(gè)模塊，每個(gè)模塊中是否有玻璃正在處理。

報(bào)警記錄界面主要保存了設(shè)備的各種報(bào)警記錄，包括報(bào)警名稱，時(shí)間，是否復(fù)位等信息，根據(jù)需要可以打印出完成報(bào)表。

3 結(jié)束語

本控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng)以PLC為主控制器，觸摸屏為人機(jī)交互界面，采用步進(jìn)電機(jī)控制玻璃傳輸，解決了大尺寸玻璃進(jìn)出刻蝕液的問題；刻蝕液的溫度及濃度依托溫度控制儀及濃度計(jì)進(jìn)行實(shí)施監(jiān)控，通過加熱管和補(bǔ)液泵分別對溫度及濃度變化進(jìn)行控制。按照以本文所闡述的PLC為核心的控制系統(tǒng)的大尺寸玻璃刻蝕設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入了調(diào)試生產(chǎn)階段，在尺寸為1 100 mm×1 300 mm且厚度在3～6 mm的薄膜玻璃刻蝕生產(chǎn)線中得到了良好的應(yīng)用。此設(shè)備作為一種面向大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的鏈?zhǔn)讲ＡЭ涛g設(shè)備，對于我國平板顯示器行業(yè)及薄膜太陽能行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化及國產(chǎn)化都有重要意義。

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