磁控溅射多层纳米节能窗膜镀膜生产线监控系统的研究

摘要

随着社会的发展，节能减排已经成为世界各国的共识。据有关部门统计，我国的建筑能耗约占全国总能耗的三分之一以上，而且这些建筑能耗中大约有一半以上通过玻璃门窗直接散失掉而没有被人们利用。本课题就是在提高建筑物能源利用率，降低其单位面积能量损耗的背景下，研究设计一套磁控溅射多层纳米节能窗膜镀膜生产线监控系统，用于生产一种具有保温隔热、节能省耗且适用于建筑物节能改造的玻璃贴膜。
　　 论文以磁控溅射多层纳米节能窗膜镀膜生产线为研究对象，在深入分析了节能窗膜的生产工艺以后，结合整个监控系统的技术要求，采用“工控机+工业以太网+PLC+PROFIBUS-DP+现场设备”的结构模式，设计了一个具有自动、手动、报警、显示等多种功能的镀膜生产监控系统。该监控系统可以分为管理单元、控制单元和现场单元三部分。其中现场单元中的仪表设备通过PROFIBUS-DP现场总线将现场采集的数据上传到控制单元(S7-300PLC)接受处理，同时执行控制单元(S7-300PLC)发出的控制命令;管理单元通过工业以太网与控制单元(S7-300PLC)相连，并利用力控Forcecontrol6.1组态软件来实现生产数据的显示、保存、打印以及异常数据的报警等功能。
　　 针对该镀膜生产线的复杂性和特殊性，文中采用模糊自适应PID控制算法和模型参考自适应控制策略来分别实现对溅射靶电源的恒电流控制和薄膜运行中的恒张力控制。同时，为了保证镀膜生产的高质、高效进行，文章对镀膜中的匀速控制和收卷过程中的纠偏控制也给出了相应的控制方案。
　　 文章最后，利用MATLAB分别对靶电源的恒电流控制和放卷段的薄膜张力控制进行了建模仿真，通过与其传统控制方法进行对比分析后，验证了采用的模糊自适应PID控制算法和模型参考自适应控制策略后的相应控制系统具有更好的动态性能及抗干扰能力。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景

1．2 国内外发展现状

1．3 本课题的研究意义

1．4 论文的主要内容

第2章 节能窗膜生产工艺及控制方案设计

2．1 真空镀膜技术简介

2．2 节能窗膜生产的工艺流程

2．3 影响镀膜质量的主要因素

2．4 节能窗膜镀膜生产线监控系统的要求

2．5 节能窗膜生产线的总体方案设计

2．5．1 管理单元

2．5．2 控制单元

2．5．3 现场单元

第3章 镀膜生产线监控系统的硬件设计及软件设计

3．1 镀膜生产线监控系统的硬件设计

3．1．1 通讯协议的介绍

3．1．2 PLC的选型及硬件组态

3．2 镀膜生产线监控系统的软件设计

3．2．1 程序编写的软件环境

3．2．2 镀膜控制系统中主要的PLC程序

3．2．3 镀膜生产线上位机组态画面的设计

第4章 靶电源模糊自适应PID控制设计

4．1 PID控制算法

4．1．1 PID控制器概述

4．1．2 PID控制参数的整定

4．1．3 PID控制的优缺点

4．2 模糊控制算法

4．3 模糊自适应PID控制算法

4．3．1 模糊自适应PID控制的结构及原理

4．3．2 模糊自适应PID控制器的设计思想

4．3．3 模糊自适应PID控制器的设计步骤

4．3．4 靶电源模糊自适应PID控制器的设计

4．3．5 模糊自适应PID控制软件流程设计

4．4 模糊控制自适应PID算法在PLC上具体实现

4．4．1 PID算法的实现

4．4．2 模糊算法的实现

第5章 薄膜张力控制系统设计

5．1 磁粉制动器的原理及选型

5．1．1 磁粉制动器的基本结构和工作原理

5．1．2 磁粉制动器的电气工作特性

5．1．3 磁粉制动器数学模型

5．1．4 磁粉制动器的选型

5．2 张力控制系统的动力学分析

5．2．1 张力产生的原因

5．2．2 放卷过程分析

5．3 模型参考自适应张力控制策略的设计

5．3．1 控制系统参考模型的建立

5．3．2 自适应规律的确定

5．4 恒线速度控制系统的设计

5．4．1 恒张力控制系统的软件设计

5．5 收卷纠偏系统设计

5．5．1 超声波纠偏原理

5．5．2 纠偏系统的执行机构

5．5．3 纠偏系统软件设计

第6章 系统仿真测试与分析

6．1 仿真工具介绍

6．2 靶电源恒电流输出的仿真

6．3 放卷段薄膜张力控制的仿真

第7章 总结与展望

7．1 论文总结

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况