毕业设计真空镀膜机电气控制系统

毕业设计题目真空镀膜机电气控制系统学院自动化与电气工程专业电气工程及其自动化班级电传1002班学生黄瑶妹学号20100321072指导教师李聪二一四年六月四日济南大学毕业设计I摘要本文所研究的真空镀膜机是一种蒸发式卷绕系统的镀膜机，主要应用于PET、OPP、BOPP等塑料薄膜上蒸镀金属膜，也可应用于生产镀铝、镀锌铝或镀银锌铝电容膜。其总体结构主要由真空系统、卷绕系统、蒸镀系统及电控系统组成，通过PLC来实现对真空系统的各种泵、阀门等开关量的控制，通过三菱触摸屏实现后台管理、各种工艺参数的设定及控制功能，自动化程度较高，有利于生产效率的提高。该电气控制系统主控单元是采用三菱PLC的FX系列的通过三菱触摸屏设置对纸张力、电机速度、蒸发舟的状态和蒸发量等工艺要求参数的控制，同时具有故障报警、保护路线的功能，由RS232/485串行接口、A/D转换模块和控制器等实现各种参数的传输、信息处理、检测控制功能。文中首先对镀膜机的真空系统和整个蒸镀工艺过程进行了分析；并建立了卷绕系统中放卷、收卷的张力控制模型，找出影响张力的相关因素，并采用了模糊自适应整定PID控制算法作为卷绕系统张力控制策略，结果显示比传统的PID控制效果好，适应性强；同时完成了控制系统软、硬件结构的论证分析和设计，设计过程中采用三菱PLC仿真软件对电气控制系统进行了模拟仿真，并实现上位机与PLC的通讯功能，仿真结果显示，该真空镀膜机自动化程度高，模拟蒸镀效果好，保证了镀膜质量，整个设计图由AutoCAD2007画出。关键词：真空镀膜机；可编程控制器；张力控制；人机界面；AutoCAD2007济南大学毕业设计IIABSTRACTInthispaper,Vacuumcoatingmachine,whichisdevelopedbythispaperisanevaporation-typewindingcoatingmachine,mainlyusedinPET,OPP,BOPPandotherplasticfilmevaporatedmetallicfilm,alsocanbeusedintheproductionofaluminum,galvanizedaluminumorsilverplatedzincaluminumcapacitorfilm.Thecompositionofitsoverallstructureismainlycomposedofavacuumsystem,windingsystem,evaporationsystemandelectriccontrolsystem;Ontheonehand,throughthePLCtocontrolpumpofthevacuumsystem,valveswitchandsoon,ontheotherhand,throughMitsubishitouchscreentoconductback-stagemanagementandcontrolandsetallkindsofProcessparameters,thiswillimprovethedegreeofautomationandIsconducivetotheimprovementofproductionefficiency.TheelectriccontrolsystemofmaincontrolunitiscontrolledbyMitsubishiFXseries,throughMitsubishitouchscreentosetandcontrolevaporationprocessonpapertension,motorspeed,evaporationboatrequiredparameters,besidesfaultalarm,protectionroutefunction.ByRS232/485serialinterfaceandA/Dconversionmodulecontrollertoachievevariousparameterstransmission,informationprocessing,detectionandcontrolfunction.Firstly,thevacuumsystemforcoatingmachineandtheevaporationprocessareanalyzedinthispaper;andthewindingsystemofrollandtherolltensioncontrolmodelisestablished,thenfindingouttherelevantfactorsthataffecttension,andadoptthefuzzyadaptivetuningPIDcontrolalgorithmasthewindingtensioncontrolsystem,theresultsshowedthatcomparedwiththetraditionalPIDcontroleffect,thefuzzyadaptivetuningPIDcontrolalgorithmisbetterandhavestrongadaptability;atthesametimecompletingtheproofanalysisanddesignofthecontrolsystemofsoft,hardwarestructure,thedesignprocessofelectricalcontrolsystemissimulatedbyusingPLCsimulationsoftwareandMitsubishi,realizethecommunicationbetweenhostcomputerandPLCfunction,thesimulationresultsshowthatthevacuumcoatingmachinehavehighdegreeofautomation,simulationevaporationeffectisgoodandensurethecoatingquality.Keywords:vacuumcoatingmachine;programmablecontroller;tensioncontrol;man-machineinterface;AutoCAD2007济南大学毕业设计III目录摘要.IABSTRACT.II目录.III1前言.11.1课题研究背景.11.2真空镀膜机的发展趋势.11.3研究目的.21.4研究内容.21.4.1电气控制系统.21.4.2工艺参数的控制.32真空镀膜机的系统结构.52.1镀膜工艺流程.52.1.1顺序控制.62.1.2抽真空装置.72.1.3工艺参数的输入与显示.82.2真空镀膜机电气控制系统方案设计.82.2.1控制系统整体方案设计.82.2.2控制系统整体方案论证.93真空镀膜机的控制系统硬件.113.1可编程控制器PLC简介.113.1.1可编程控制器的定义.113.1.2可编程控制器的工作原理.113.1.3可编程控制器的主要特点.123.2硬件设计方案与论证.133.2.1硬件设计的技术要求.133.2.2PLC型号选择方案与论证.133.2.2.1PLC选型原则.133.2.2.2PLC的选型与论证.143.2.3PLC主机选择方案与论证.143.2.3.1PLC输出方式的选择.143.2.3.2主机的选择.153.2.4模拟量输入/输出的选择方案与论证.153.2.4.1模拟量输入/输出模块选择方案.153.2.5PLC控制单元的设计方案.163.2.6PLC接口电路设计.173.3触摸屏简介.183.3.1触摸屏的技术简介.183.3.2触摸屏与PLC的连接.193.4卷绕系统设计.203.4.1卷绕系统介绍.213.4.2收放卷张力控制系统结构.22济南大学毕业设计IV3.4.3张力控制方法.223.4.4张力执行元件.233.4.5送丝系统简介.244PLC程序设计.254.1PLC编程思想.254.1PLC程序调试.26结论.28参考文献.29致谢.30附录.31济南大学毕业设计-1-1前言1.1课题研究背景如今我国对真空镀膜设备的研究已经有50年的历史了，在50年代时，我国蒸发式真空镀膜机的种类就已经很多了，进入上世纪70年代,由于国民经济各种领域的需要,各种真空镀膜设备开始长足的发展。真空镀膜技术，膜的厚度均匀，比如在有效沉积区域内，膜层厚度均匀性可以小于5%，且不会出现污染生态环境的废水，另外可以把材料镀在金属材料表面的非金属材料表面上。所以表面镀膜技术将会在工业生产过程中将会起到非常大的作用。把材料镀在金属材料表面或非金属材料表面上或者其他物体表面上，这种技术被称为真空镀膜技术，沉积的方法也有很多种，如蒸发式、溅射式等，环境是在真空条件下，这样的蒸镀效果会很好。这种技术有很多优越功能，如使固体表面具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀的特点，同时也具有抗氧化、绝缘和装饰等优势,提高产品质量、节约能源以及延长产品寿命是众多优点中的突出特点。真空卷绕系统的镀膜技术是被当作是21世纪最有发展前途的技术之一，因而其具有广泛的应用领域，基本上涉及到国民经济中的各个领域中，如电子、信息、机械、航空、航天、军事、石油、化工及环境保护等领域。卷绕系统张力的控制是真空镀膜设备的重要环节，原材料膜的适应性及产品薄膜的质量直接会受到卷绕张力控制的准确度和稳定性的影响，为了实现镀层牢固、均匀、稳定和连续性等性能，达到高生产率、高质量、高产量的需求，要确保设备的卷绕张力值不发生变化，提高卷绕系统张力的检测精度和操作的自动化控制己成为必然发展趋势Error!Referencesourcenotfound.Error!Referencesourcenotfound.Error!Referencesourcenotfound.Error!Referencesourcenotfound.。1.2真空镀膜机的发展趋势目前镀膜行业的制作方式主要化学镀膜、真空镀膜两种，一种方法是把含有能够构成薄膜的反应剂，让他们在衬底表面和气体发生化学反应，这样生成薄膜的方式被称为是化学镀膜。但是化学镀膜的缺点很多，比如说，化学镀膜的反应温度很高，要在1000左右，很多基体材料承受不住如此的高温，虽然有些材料可以经受住高温，比如硬质合金，但在高温的环境下也会出现晶粒粗大的现象，另外，在化学薄膜的过程中，容易产生对环境污染的物质，导致镀层表面杂质多，这样会严重影响蒸镀效果。真空镀膜是在高真空环境下，利用气体放电的原理，使被镀材料蒸发，利用电场的加速作用，使被蒸发物质沉积济南大学毕业设计-2-在被镀材料的表面上。真空镀膜机的出现，化学镀膜产生的大部分问题都可以解决。镀层材料都是在真空环境下通过等离子体沉积在未镀膜的薄膜表面，很大程度上避免了化学镀膜中污染环境的问题，而且膜层硬度也很高，具有良好的耐磨性和耐腐蚀性，性能更加优秀。真空镀膜工艺的温度控制在150500之间，能够镀制丰富多样的膜层，且适用于多种基体材料，若镀制硬质合金刀具的话，她的寿命能够提高210倍。利用真空镀膜的技术能够很好地避免化学镀膜带来的问题，那么真空镀膜方式在镀膜行业里的迅速普及是必然趋势，它对环境不造成影响，符合当代绿色发展的要求，这也会引起全球制造业的高度反响，从二十世纪50年代开始，真空镀膜能够完全的取代化学镀膜。1.3研究目的本课题研究的是真空蒸发式卷绕镀膜机，工艺过程主要分为真空系统、镀膜系统、卷绕系统，分别对这几个系统进行设计和分析，本文的重点是研究采用PLC装置实现镀膜的自动控制及卷绕系统的张力控制。首先在蒸镀前要保持好真空度，以获得优越的蒸镀效果，采用前级泵及油扩散泵，必要时采用罗茨泵来达到高真空，同时课题所采用镀膜材料为纯铝，在蒸发镀膜时，为保持良好的蒸镀效果，膜的厚度适中，要对膜的厚度进行在线测量并调整，同时在卷绕过程中,极易发生断裂的情况，因此在卷绕过程中保持每点受力均匀是课题首要目的。由于纯铝在真空蒸发镀膜过程中对真空度、镀膜厚度以及卷绕镀膜张力控制要求严格，提高整体控制系统的稳定性是本课题最终目的。1.4研究内容该研究项目主要分析设计的是是真空蒸发式卷绕系统的镀膜机，并对其工艺流程进行具体分析，从抽真空到蒸镀，都是通过PLC来进行控制，并通过上位机设定各种工艺参数，主要研究工作如下所示。1.4.1电气控制系统电气系统包括真空抽气机组控制、蒸发控制、真空测量控制、卷绕张力控制几个阶段构成。在没有出现PLC之前，是采用单片机设计的,但是一旦环境发生变化就会直接影响到单片机的工作性能，特别是在比较恶劣的情况下，比如电磁干扰，其可靠性大大降低，工作性能也会变得不稳定，因而,现在的真空镀膜机都采用PLC来设计，操作人员可以选择自动或者手动模式来进行操作，这样不但提高工作性能的稳定性，而且不会受环境的影响，同时PLC的操作灵活济南大学毕业设计-3-方便,可靠性高，PLC会逐步地取代单片机。人机界面采用的是easyview触摸屏，可以直接对流程进行后台管理,智能化实现功能，体现了以人为本的设计思想。PLC电气控制系统具有很多其他工控机没有的优越性能，比如可靠性高、设计灵活方便，开发周期相对来说较短，抗干扰能力强，移植性，操作简单，维护方便，因此采用其来设计真空镀膜机的控制系统是较理想的选择,其性价也比较高。1.4.2工艺参数的控制（1）真空度的控制本设计采用的是热偶规管和电离规管组成的复合真空计，其负责测量镀膜室真空度，将测量到的实时数据首先会传到PLC的数字/模拟量转换模块，通过与PLC中内部存储的实际所设定的压强数据做差，自动进行PID控制，使其达到特定的值，当你设定好真空度后，当测到的真空度小于设定的真空度时，给PLC一路信号，真空泵就会自动启动抽真空。当测到真空度高于设定的真空度时，给PLC一路信号，真空泵就会自动停止抽真空。（2）镀膜厚度的控制蒸发量及蒸发状态的控制可以转化为镀膜厚度的控制，而镀膜厚度控制可以选用真空镀膜在线测厚仪，此设备由三部分组成，分别是探测系统、人机设备、后台检测系统，探测系统部分主要由光源、接收器和控制器构成，人机界面是用来显示各个测试点的透过率和光密度数据，此设备可以和RS485通讯，方便和PLC、人机界面通讯。而且真空镀膜能够读取此设备的光密度数据，然后实现闭环控制。（3）张力控制因为PID控制具有实施简单、鲁棒性强等诸多优点,在工业控制场合的应用越来越多。因为张力具有很多非线性的因素，比如不确定因素、多干扰因素、强耦合因素，这些特征强化的时候，传统的PID控制可能无法起到作用。因此在传统的PID控制用于张力控制领的时候，但是传统的PID控制会因为某些因素的强化失去作用，因此在面对这样的状况的时候,我们就会先对传统的PID进行改造，比如通常对PID采用积分分离，可以降低超调以及减小积累误差，为提高动态稳定性，可以加入前馈补偿，三菱的张力控制器正是利用这种改造过的PID来控制张力并实现张力的恒定，过程如下：由现场的张力传感器测到的张力经过张力控制器经过放大，然后通过A/D转换模块和电平转换模块传送至PLC,根据生产现场的张力控制要求，即PLC可编程控制器中的参数设定值,PLC下达控制命令，进而实现张力的恒定。（4）卷绕转速控制济南大学毕业设计-4-一般来说，对卷绕薄膜的张力的控制主要包括以下两个部分：张力控制和速度控制，当电容膜收卷时，若收卷辊的电机转速保持不变，随着母卷径的增大，由于镀膜主辊即冷却辊电机转速不发生变化，所以电容膜被送入的速度也是不会变，这样一来，就必然引起收卷张力的增大，镀好的膜会出现内松外紧的现象，然而里层膜会因外层电膜被压皱，而且增加分切时的复卷难度，会使分切质量受到严重影响，因此，要求收卷辊的收卷转速和电容膜的母卷径成反比例关系，也就是说当电容膜母卷径增大时，收卷辊的转速必须减小，反过来也是一样，当电容膜母卷径减小时，放膜辊的转速必须增大。因此转速控制和张力控制往往是同时进行控制的Error!Referencesourcenotfound.。济南大学毕业设计-5-2真空镀膜机的系统结构2.1镀膜工艺流程真空镀膜机主要由以下几部分组成：镀膜部分、真空部分、卷绕部分、电控部分及辅助部分，简图如图2.1所示，镀膜部分是用于完成基材镀膜的地方，真空系统主要是为镀膜部分制造一个高真空的条件，为了得到良好的蒸镀效果，电气控制系统主要来控制真空室中机械泵、扩散泵等的启停、相应阀门的开关以及相应泵的指示灯和故障告警等，它是真空镀膜机的一个重要环节，卷绕系统主要负责放膜、镀膜、收膜，工作过程主要分成以下几个阶段：抽真空前准备阶段：确保放气阀门关闭；确保循环水能够正常流通；检查水、电、气路都处于畅通状态，保证机械泵、油扩散泵等能正常使用，然后接通总电源。抽真空阶段：在初始状态下，所有阀门处于关状态，镀膜室门处于关状态。按启动键，启动维持泵，并同时启动机械泵，并打开旁路阀和预抽阀，等机械泵和维持泵声音平静后，延时二十秒后接通加热器给扩散泵加热，约90分钟后扩散泵能正常工作，此时热偶规管真空计监测真空室的真空度，当气压降至4Pa时，开启油扩散泵对真空室抽真空，并开启水冷却系统使扩散泵降温，这时真空计转换为电离规管测量真空度；当抽真空使镀膜室压力达到9.9Pa后，关闭旁路阀，启动罗茨泵，开始对镀膜室抽高真空，当镀膜室真空压力达到4Pa以下关预抽阀门，开前级阀门，开高压阀门，此时扩散泵的加热时间已经充足，开始可以通过扩散泵抽高真空，开复合计开始高真空的测量。这个阶段就是控制真空室内机械泵、油扩散泵和相应阀门的顺序通断，使镀膜室达到高真空。镀膜阶段：当镀膜室压力达到0.01Pa时，启动卷绕系统，同时启动送丝步进电机，启动加热器使铝蒸发，开始镀膜，镀膜过程中，通过张力传感器将张力信号传达至张力控制器，使张力恒定。蒸镀完毕后，停卷绕系统，停步进电机，同时关高真空计测量。关前级阀门，关高压阀门，开启充气阀门，向镀膜室内充入干燥气体，20s后关断，而后打开镀膜室门取出被镀工件。当全部停止工作时，关闭扩散泵，开启机械泵和开预抽阀，对真空室抽低真空。然后关闭机械泵和预抽阀，待扩散泵完全冷却后，关复合计低真空测量和维持泵。故障告警：镀膜机中真空泵出现突发情况以及水、气、电出现异常，PLC都能及时告警，并立即启动保护。检测部分：为了保证气路的正确，一般会采用霍尔元件来检测阀门的关闭情况，也就是说阀门关到位了程序才会进行，没有关到位，它会给PLC信号，待关闭好后程序运行。济南大学毕业设计-6-图2.1真空镀膜机外观图控制部分可采用可编程控制器即PLC进行自动/手动控制，按自动启动按钮时，工艺流程自动完成镀膜，手动过程需按照顺序操作。2.1.1顺序控制根据上述工作过程,真空简图如图2.2所示，真空镀膜机顺序部分的工艺流程为如下所示：(1)按启动键，打开预抽阀和旁路阀，启动机械泵和维持泵，并给扩散泵加热；(2)真空达9.9Pa给PLC一路信号(点信号)，启动罗茨泵，并启动真空计测真空；(3)真空达4Pa给PLC一路信号(3秒抗干扰信号),关预抽阀、旁路阀、罗茨泵，开高阀，对真空室和镀膜室抽真空；(4)真空达0.001Pa给PLC一路信号(3秒抗干扰信号)，开蒸发模拟工作同时真空计关；(5)蒸发结束,关蒸发和高阀,高阀关到位给PLC一路信号，延时10秒开充气阀，门开后给PLC一信号，关气阀。济南大学毕业设计-7-图2.2真空系统简图2.1.2抽真空装置该镀膜机的抽气部分采用较大的抽气机组，镀膜机预抽时采用了一台维持泵和两台机械泵，高真空时采用了一台油扩散泵和一台罗茨泵，可以达到良好的真空环境，工作室设计合理，抽气时间短，这样的抽真空效果会比较好，蒸镀效果相对会比较好，其真空系统硬件选型如下表2.1所示：表2.1真空系统硬件选型表名称机械泵1机械泵2罗茨泵扩散泵维持泵型号2X-70A2X-70AZJP-600K-8002X-15功率5.5KW5.5KW7.5KM8.4KM2.2KM真空计由热偶规管和电离规管组成，热偶规制成的原理是利用在低压强环境中气体承担的热传导与压强成正比例关系，而电离规管的原理是在低压强条件中气体电离生成的正离子数与压强成正比例关系，低真空时由热偶规管真空计测量真空度，当达到高真空时，才能接通电离真空计测量真空度，否则电离真空计容易损坏。当真空室内部真空度达到镀膜要求准备镀膜时，要关闭电离真空计。当镀膜完成后结束全部工作时,关复合真空计开关，关油扩散泵，开机械泵，必须有循环水工作，油扩散泵的温度降下来后，这样实验才算结束，而后关闭机械泵、循环水及总电源Error!Referencesourcenotfound.。济南大学毕业设计-8-2.1.3工艺参数的输入与显示参数输入包括以下几个：（1）真空度的设定，包括前级真空度，真空室真空度（2）膜的厚度设定，即蒸发量的设定；（3）电机转速设定，包括步进电机，卷绕电机。（4）张力设定；参数显示包括以下几个：（1）真空度的显示；（2）速度显示，包括步进电机，卷绕电机；（3）工艺层数显示；（4）张力显示。2.2真空镀膜机电气控制系统方案设计2.2.1控制系统整体方案设计根据电气系统常见的控制模式，提出了如图2.3所示的三种方案，分别是以PLC、单片机和工控机为核心的控制系统。单片机模拟量扩展模块通讯模块模拟量扩展模块张力控制与调整真空度镀膜厚度(蒸发量)三菱触摸屏电源电机转速a.以单片机为核心的控制原理图济南大学毕业设计-9-工控机模拟量扩展模块通讯模块模拟量扩展模块张力控制与调整真空度镀膜厚度(蒸发量)电源电机转速b.以工控机为核心的控制原理图模拟量扩展模块通讯模块模拟量扩展模块PLC张力控制与调整真空度镀膜厚度(蒸发量)三菱触摸屏电源电机转速c.以PLC为核心的控制原理图图2.3电气系统方案设计原理图2.2.2控制系统整体方案论证由图2.3所示，图a以PLC为核心的控制系统,利用模块实现模拟量的采集与输出控制，利用触摸屏实现工艺参数的设定和显示,程序编写时修改方便，结构简单，图b以单片机为核心的控制系统，因为单片机本身的接口有限,依据12位的数据存储，对18路的A/D、D/A转换电路，模拟量扩展端子就要超过200个，这样一来接线就比较繁琐，图b以工控机为核心的控制系统，虽然实时性强，但模拟量转换电路较多，采用纯粹面板安装开关的方法要解决27个输入量，容易出现误操作，接线繁琐，三种控制方案的比较如表2.1所示济南大学毕业设计-10-表2.1三种控制方案的比较控制方案单片机控制系统统工控机控制系统PLC控制系统功能用程序可以实现各种复杂控制、功能较强用程序可以实现各种复杂控制、功能最强用程序可以实现各种复杂控制环境适应性环境差，且会降低可靠性和寿命需要的良好的环境适应性很强可靠性比PLC差最差最高抗干扰能力由于易受干扰，要专门设计抗干扰措施由于易受干扰，要专门设计抗干扰措施一般不需要专门考虑抗干扰问题接线较复杂最复杂简单接口部分接口要专门设计接口要专门设计直接与生产设备连接维护技术难度较高技术难度最高现场维护，方便简单改变控制内容技术难度较大技术难度最大修改程序简单系统开发系统设计较复杂系统设计较复杂，且需要专门计算机知识设计简单，安装方便，调试周期短工作方式顺序控制，中断处理中断处理，响应最快顺序扫描硬件成本高于工控机比PLC低比单片机高通过表2.1可知，PLC控制系统具有功能丰富、使用方便、可靠性强、设计简单等诸多优势，满足设计要求，因此，图2.3，相比较方案b、c方案而言，方案a更加合理，所以我们最后确定选用以PLC为核心的电气控制系统。济南大学毕业设计-11-3真空镀膜机的控制系统硬件真空镀膜机的控制部分主要由三菱PLC和EasyView触摸屏构成，人机界面-EasyView触摸屏可以对各种状态进行后台控制，设定、监视各种工艺参数的值或状态，下位机-可编程控制器主要由FX2N系列模块、模拟量输入/输出转换模块等组成，上位机-EasyView触摸屏主要完成系统中各种信号、参数的检测以及信息处理和输出控制等功能，系统结构如图2.5所示。AODODI图3.1控制系统结构图三菱触摸屏CPURS232/485I/O接口真空蒸发镀膜机三菱PLC人机界面3.1可编程控制器PLC简介1969年，世界上第一台可编程控制器PLC是由美国DCE公司研究出来的。从70年代初到现在，PLC在工业控制的应用领域占据着主导地位，如今PLC已经发展成一个巨大的产业，美国和欧洲是在相互独立的情况下各自研制出了PLC，因此他们PLC的产品在很多方面都不相同，而日本的PLC技术是从美国那里学来然后加以改进的，因而日本的PLC产品和美国的产品有一点相似之处，它们的小型PLC是市场上的主推产品Error!Referencesourcenotfound.。3.1.1可编程控制器的定义可编程控制器的核心是微处理器，采用存储器，用其在内部存储执行逻辑运算、算术运算、时序控制、计数和定时等操作，并带有数字式和模拟式的输入/输出来控制生产过程，可编程控制器及相关设备都具有易于与工业控制系统集成、容易扩展功能等优点Error!Referencesourcenotfound.。3.1.2可编程控制器的工作原理济南大学毕业设计-12-采用“循环扫描”的方式是可编程控制器的系统工作的独特之处。可编程控制器在运行时，其内部要进行一系列操作，大致包括6个方面的内容，其执行顺序和过程如图3.1所示。通信与外设服务输入采样执行用户程序输出刷新初始化处理系统自诊断图3.2PLC工作过程PLC上电瞬间可编程控制器的存储器一般有下面两种类型：EEPROM-只读存储器、RAM-可读写随机存储器，CPU大多集成多个存储器，并且可以选择是否支持EEPROM存储器。3.1.3可编程控制器的主要特点如今，可编程控制器的出现，使控制领域中困扰人们的抗干扰、可靠、安全、方便、灵活及经济等都有了很好的解决，同样也使得可编程控制器迅速发展，它具备了许多独特的优点，可编程控制器的主要特点如下：（1）可靠性高，抗干扰能力强I/O接口电路为实现电气隔离使用继电器、光电耦合器，降低接地干扰和其他的干扰，加上其他的软件、硬件噪音对策措施，可编程控制器的可靠性高，抗干扰能力强。高可靠性是可编程控制器的最显著的优势。可编程控制器连续工作数十万个小时，几乎没有故障，1年的连续使用时间是8765小时，几十年也无故障。通常是35年以上，可以说是无故障设备。可编程控制器上抗干扰能力强，可靠性高，因为它在恶劣的环境中也能使用。（2）编程简单，易于使用由于程序设计简单、易于使用的特点，使得可编程控制器迅速普及。PLC济南大学毕业设计-13-梯形图编程语言和继电器控制电路可以说是非常相似的，而且不需要专业的计算机知识，只要学会一定的电工知识就可以很快学会。（3）网络的便利，沟通能力可编程控制器有多种通信接口和模块，可编程控制器可以连接到智能仪表并可以进行相应的操作。PLC网络和其他工业LAN相比，虽然没有什么特别的地方，但它具有较高的性价比，这必然是可编程控制器的优势之处。3.2硬件设计方案与论证3.2.1硬件设计的技术要求依据真空镀膜机电气控制系统的设计需求和技术指标,可以得知控制单元的技术要求如下Error!Referencesourcenotfound.Error!Referencesourcenotfound.:（1）控制对象为蒸发式卷绕系统真空镀膜机；（2）既满足手动工艺运行流程，也能满足自动工艺运行流程，在需要时，手动和自动模式能够切换；（3）PLC和触摸屏完成实时通信，设置和手动调整各种工艺参数，动态显示开关的工作状态、模拟量的在线监测、卷绕镀膜系统的运行状态等内容（4）由热偶计和电离计构成的复合真空计完成前级真空度的测量，当真空度达到了某一个设定的值会给PLC一个信号，然后由PLC来启动真空泵的开关。（5）真空蒸镀薄膜的厚度采用在线测厚仪来测量，测试出来的数据传送至到PLC，经过A/D转换模块，与存储在PLC内部设定的数据相比较，经过闭环控制后，再经过PLC的D/A模块输出的模拟信号作为镀膜机直接读取的光密度数据。实现对蒸发量的控制。（6）张力控制器完成对张力的自动控制，将张力传感器测到的信号传到张力控制器，然后进行闭环控制。（7）控制系统的工作方式为连续式：抗干扰能力强，结构简单，接线简单，操作灵活，可靠性高，维修量小；（8）综合考虑电气控制系统的成本；（9）保护与报警功能。3.2.2PLC型号选择方案与论证3.2.2.1PLC选型原则PLC选型是系统设计的一个关键环节,要按照满足控制系统的功能需要、兼顾维修和备件的通用性的基本原则来进行设计，在PLC选型时，主要考虑以下几个方面：济南大学毕业设计-14-（1）功能要适当；（2）选择程序存储器容量；（3）I/O点数的准确统计；（4）考虑输入输出信号的性质；（5）性能价格比；（6）编程器与外围设备的选择；（7）估算系统对PLC响应时间的要求。3.2.2.2PLC的选型与论证现在有数百家生产PLC产品的厂家，大小厂家的产品又分为很多种类的系列，要对各种型号的PLC进行详细的比较几乎不大现实，根据相关分析了解到该电气控制系统是小型控制系统，表3.1列出的是占据我国主要市场的两个公司的小型PLC，分别列举他们两家的功能和价格，价格采用网上询价和自动化的网络的自动报价相结合的方法得到，比实际价格偏高一些。表3.1两种小型PLC性能价格的比较比较的内容西门子三菱电机典型型号S7系列FX2N系列开关量16点输入/16点输出48004400模拟量8点输入模块62005800模拟量8点输出模块69006800RS485通讯接口模块1030960小型PLC的性能好好在中国的市场占有率8%12%由表3.1可知，三菱FX2N系列的小型PLC性价比较高，在中国占据着大部分市场，因此将日本三菱电机FX2N系列的PLC作为最终的选择。3.2.3PLC主机选择方案与论证3.2.3.1PLC输出方式的选择一般情况下，视输出开关器件的相异，人们大部分使用这三种开关量输出接口：继电器输出、晶体管输出和双向晶闸管输出。继电器输出，主要是利用继电器触点和外部线圈相结合，使PLC的内部电路和的负载电路电气隔离，这种方式一般情况下的使用寿命短，它的响应时间晚，触电断开时容易出现电弧，容易济南大学毕业设计-15-产生干扰。晶体管输出是采用光电耦合控器控制外部负荷，光电耦合器会使晶体管截止或导通，然后通过PLC的内部电路和晶体管输出电路实现电气隔离，这样会使寿命变长，频率响应速度很快，常用高速响应的场合，例如电器、直流电动机以及电磁阀。双向晶闸管输出接口的响应速度快，工作频率高，但是缺点很多，它的负载能力差，只可以驱动交流负载，价格比前两个都高。由于真空镀膜机中电磁阀频繁开关次数较多，故选择晶体管PLCError!Referencesourcenotfound.。3.2.3.2主机的选择FX2N系列主机具有很多种不同输入、输出点的主机,并且还可以灵活地扩展单元,对它进行16-256点的输入、输出组合，如表3.2所示表3.2FX2N基本单元晶体管输出输入点数输出点数扩展模块可用点数FX2N-16MT882432FX2N-32MT16162432FX2N-48MT24244864FX2N-64MT32324864FX2N-80MT40404864FX2N-128MT64644864在控制系统中,有13个输入信号，15个输出信号，依据留有10%-20%余量的选择原则，计算如下：开关量输入信号：13*(1+15%)=14.95(取15点)开关量输出信号：15*(l+15%)=17.25(取18点)根据计算出来的1/0点数和表3.2的数据，定出以下两种方案：方案(1)选择一台FX2N-32MT：16入/16出，晶体管输出,4400.00元，另选择一台FX2N-8EYT：8出，晶体管输出，1320.00(共计:5720.00元)。方案(2)选择一台FX2N-48MT：24入/24出，晶体管输出，4660.00元；显而易见，方案(2)可靠性较好，价格较低，能满足电磁阀高速频繁开关的需要，因此选用方案(2)。济南大学毕业设计-16-3.2.4模拟量输入/输出的选择方案与论证3.2.4.1模拟量输入/输出模块选择方案（1）模拟量输入模块FX2N-2AD：该模块为2路电压输入（010VDC，05VDC）或电流输入（420mADC），转换的速度为2.5ms/通道。（2）模拟量输入模块FX2N-4AD：该模块有4个输入通道，转换的速度最高位6ms/通道。FX2N-4AD占用8个I/O点。（3）模拟量输入模块FX2N-8AD：该模块有8个输入通道，转换的速度最高位12ms/通道。FX2N-8AD占用8个I/O点。（4）模拟量输出模块FX2N-2DA该模块用于将12位的数字量转换成2点模拟输出。输出的形式可为电压，也可为电流。本模块需占用8个I/O点。适用于FX1N、FX2N、FX2N子系列。（5）模拟量输出模块FX2N-4DA：该模块有4个输出通道。并且提供了12位分辨率的数字输入。他们的价格分别如表3.2所示：表3.3各输入/输出模块模块FX2N-2DAFX2N-4DAFX2N-2ADFX2N-4ADFX2N-8AD价格（元）19403020161021305820在控制系统中,有4个检测信号，2个模拟输出信号,依据留有10%20%余量的选择原则,计算如下：模拟量检测信号：4*(l+10%)=4.6(取5点)模拟量输出信号：2*(l+10