磁控溅射镀膜上位机控制系统设计-合肥工业大学机械设计及其自动化毕业论文

1、目录中文摘要1abstract 21 绪论41. 1磁控溅射镀膜的现状与发展趋势41.2磁控溅射镀膜的原理 41.3设计的主要内容41.3. 1 plc自动化程序控制41.3.2上位机组态52控制系统整体设计方案及硕件选型62. 1控制系统整体设计62. 2硬件选型83 plc与上位机控制系统设计 123. 1 plc控制系统设计123. 1. 1 plc硬件组态的选择方案123. 1.2 plc程序的设计143.2±位机控制系统的设计 143.2. 1上位机组态软件概述143.2.2上位机组态软件的通讯方案163.2.3 ±位机组态软件变量设置与画面组态 17结论22谢辞

2、23参考文献24附录24摘要：磁控溅射镀膜是工业镀膜生产中主要的技术之一，尤其适合于大面积镀膜生产，具有沉积速度快、镀件温升低等优点。本次设计主要是以四门 子s7-300和w1ncc为软件开发平台。根据系统的工作原理和工艺流程， 通过s7-300程序设计实现对整个磁控溅射镀膜过程的电气自动控制o运 用上位机w1ncc siemens系统对其过程进行远程实时监控。实现了上位 机动态显示开关量动作、模拟量数据实时采集、远程保护和故障报警等 功能。文中对控制系统软、硕件进行详细的选择和配置。并利用四门子 plc和w1ncc软件内部提供的仿真模块对程序和组态进行了仿真分析与 系统调试，完成了对磁控溅射

3、镀膜上位机控制系统的动态演示。关键字：镀膜机控制系统；plc； winccabstract：magnetron sputtering is one of the main technology in coating industrial,especially for large area deposition,with high deposition rate, low temperature rise.this design is mainly to siemens s7-300 and wincc as the software developing platform. according

4、 to the working principle and process system,we realize electrical automatic control on the magnetron sputtering coating process through the s7-300 program design.using the computer wincc siemens system for remote real-time monitoring of the process.realize the function of dynamic computer display,

5、alarm switch action of analog data real-time collection, remote protection and fault etc.in this paper we make a selection and configuration of hardware and software of he control system. and use the simulation module of siemens plc and wincc software to analyze the program and system. it achieved t

6、he dynamic demo of control system of upper monitorkey words：coating machine ； control system ； plc； wincc1绪论1.1磁控溅射镀膜的现状与发展趋势磁控溅射镀膜技术是当前广泛运用的沉积镀膜技术。由于其沉积速度快、基 材温度低、对膜层损伤小、获得的薄膜纯度高、溅射工艺可重复性好等优点，在 微电子、光学、材料等领域得到了广泛的应用。目前，电气控制系统在工业生产中的地位日益凸显，磁控溅射镀膜与电气自 动化的进一步联系是发展必然的趋势。1.2磁控溅射镀膜的原理磁控溅射镀膜的工作原理是指电子在电场的作用

7、下，在飞向基片过程中与氮 原子发生碰撞，产生a"离子和二次电子；二次电子飞向基片，ar+离子在电场 作用下加速飞向阴极靶，使靶材发生溅射。中性的靶原子或分子沉积在基片上形 成薄膜，而产生的二次电子会受到电场和磁场作用它们的运动路径不仅很长，而 且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内，并且在该区域中电离出大量的ar+ 来轰击靶材，从而实现了高的沉积速率，随着碰撞次数的增加，最后沉积电子的 能量很低，传递给基片的能量很小，致使基片温升较低。磁控溅射是入射粒子和 靶的碰撞过程。入射粒子在靶中经历复杂的散射过程，和靶原子碰撞，把部分动 量传给靶原子，此靶原子又和其他靶原子碰撞，形成级联过程。在

8、这种级联过程 中某些表面附近的靶原子获得向外运动的足够动量，离开靶被溅射出来。1.3设计的主要内容1.3.1plc自动化程序控制在镀膜工艺中，plc系统设计正逐步取代最初的单片机设计。基于plc系统 的性价比较高，我们选择plc来设计磁控溅射镀膜控制系统。其优势如下：系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的p1d 回路控制；能与上位机构成复杂的控制系统使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需 计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改 变控制方案而不拆动硕件。（3）能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强

9、，远高于其他各种机 型。1.3.2上位机组态上位机的概念展丁计算机集散控制系统的概念。在计算机集散控制系统中， 计算机分为各个级别，与现场设备发生直接关系的计算机属于下位机，用来控制 下位机，或给下位机下达新任务的计算机是下位机的“上位机”。若集散控制系 统较大，计算机的级别可能不止两级，此时上位机述可能有级别更高的上位机对 其进行控制或指派任务。组态是多种工具模块的组合，它的含义是实用工具软件对计算机和软件的各 种资源进行配置，是计算机或软件按照预先设置的命令，自动执行任务，满足设 计者的要求。组态软件在目前的工业环境的实际运用中扮演着越来越重要的角 色。组态软件从硕件设计到软件开发都具有组

10、态性，使得系统更可靠、开发速度 更快、开发难度却降低。较大规模的控制系统，基本上都采用了这种组态系统。 组态软件的一般步骤：2（1）建模：根据要求，建立数学模型（2）设计图形界面：利用软件提供的图库，适用对应的图形对象模拟实际控制 系统（3）变量管理：创建数据库，创建变量表示控制对象的各种展性（4）建立动态链接：组态变量和图形间的连接，模拟控制系统的实际运行（5）运行与调试组态软件的特点：（1）实时多任务、接口开放、使用灵活（2）节约硕件开发时间，提高系统可靠性（3）缩短软件开发时间（4）便于生产的组织和管理上位机组态可以实现对现场工作流程的实时监控，直观了解。2控制系统整体设计方案及硬件选型

11、2.1控制系统整体设计镀膜工艺流程一程序设计流程对应于plc编程的逻辑顺序和条件控制:图2.1程序设计方框图工艺步骤：（1）开启水电开关，检查水电安全（2）启动镀膜按钮（3）开机械泵、旁抽阀粗抽真空，满足前级真空度要求时。关闭旁抽阀准备精 抽（4）打开分子泵和闸板阀，精抽真空室。达到真空度要求时，打开通气阀门， 准备炼靶并镀膜。（5）镀膜完成后先关闭闸板阀、分子泵、电磁阀，然后关闭机械泵。（6）关闭水泵和总电源。开充气阀，通入气体，开门取工件。磁控溅射镀膜工艺过程的要求如下：1. 控制系统上位机以w1ncc为平台，完成对镀膜机的plc的远程控制，实现对 真空度（真空室的工作压强为10. 001

12、 pa,前级工作压强为100ipa。）、各靶 电源电压、电流（工作电流20a50a;工作电压400600v）、水温（080°c）、气rsi 体流量等模拟量的采集，实现对靶电源、流量控制计等执行元件的自动控制。2. 利用上位机动态显示开关量的动作状态、模拟量的实时采集数据、溅射工艺 运行的进展情况等内容。3. 加入远程的控制保护功能，故障报警等功能。根据镀膜工艺流程确定控制系统对象分析如下：数字量输入15个:总电源开关、水泵开关、镀膜启停开关、plc模块极性信 号、机械泵、旁抽阀、电磁阀、分子泵、闸板阀、靶电源、截止阀、氧气阀、氮 气阀、充气阀、门开关数字量输岀13个:水温报警、气体质

13、量流量报警、机械泵、旁抽阀、电磁阀、 分子泵、闸板阀、靶电源、截止阀、氧气阀、氮气阀、充气阀、门开关模拟量输入7个：前级真空度、真空度、回水温度、氧气质量流量、氮气 质量流量、靶电源电压、靶电源电流模拟量输出7个：前级真空度、真空度、回水温度、氧气质量流量、氮气质 量流量、靶电源电压、靶电源电流2. 2硬件选型控制方案的选择:控制方案 比较项r单片机工控机plc可靠性最不稳定不稳定稳定可扩展性开发成本高、周期长开发成本高、周期长开发成本高、周期长维护困难困难简单（自诊断）抗干扰性专门设计专门设计无需专门设计功能用户可以实现各种 复杂控制、功能较强用户可以实现各种 复杂控制、功能较强用户可以实现

14、各种 复杂功能特点不可靠、便宜可靠性改善、便宜可靠、略贵操作人机对话不友善类似通用计算机触摸式操作终端表2.1控制方案的比较单片机系统就是采用目前市场上的单片机cpu及其外围芯片，根据不同系统 设计的电路板，最终设计成为一台建议的计算机系统，然后编辑程序完成所需要 的控制要求。所谓工控机就是工业控制计算机系统，在此基础上设计程序达到控制要求。 plc即可编程控制器，是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电 子装置。在其基础上，设计程序达到控制要求。这种形式在目前的工业现场应用 最广泛。在自动控制中，plc、单片机、工控机承担着重要角色，是实现控制功能的 重要载体，三者在功能上即有交叉

15、又有不同，这样在应用上三者就会出现相同与 不同之处，不同的方案就会有不同的最佳选用方法。木次设计，根据上表选用可4靠、稳定、性价比较高的plc。plc类型的选择:品牌 比较项目三菱西门子日本德国编程直观易懂、指令多比较抽象、指令较少优势在于离散控制和运动控 制、有专用的定位指令、 可实现某些复杂控制在于过程控制和通信控 制、模拟量模块便宜且程 序简单不足模拟量模块昂贵且复杂、 通讯功能相对薄弱无专用指令、程序复杂、 控制精度不高适用侧重于动作控制和某些有 伺服或步进要进行定位控 制的设备等温度、电流等较多模拟量 需要处理的设备、现场有 很多仪表的数据要用通信 进行采集的设备等表2. 2三菱与西

16、门子plc比较从三十多年前plc研制成功到当前,其应用己在控制系统领域占据主导地位。 而且形成了一个巨大的市场。各种plc具有不同的特点，美国与欧洲的plc技术 差别性较大，fi本plc技术是从美国引进，对美国的plc技术具有一定的继承。 上表对国内市场占有率比较高的两种plc进行了比较，基于本次设计的控制工艺 流程中需要处理模拟量输入输出，因此选用西门子的s7-300系列plcplc通讯方式的选择通讯方式 比较项目mpiprofibus工业以太网拓扑结构总线型逻辑拓扑环星型、线型、环型应用场合通信速率：默认187.5kbps； 数据包w122字节dp：现场级pa：过程自动化fms：车间级监通

17、信速率:10.100mbps、数据量 为 8kb、 iso、 tcp控网通讯方式gd、无需组态链fms、 fdciso接、需组态链接dp、patcp网络结构单元级、现场级单元级、现场级单元级、管理级适用范围小范围、少数站点中等规模、中小量大量数据、长距离间通讯数据通讯通讯优势并行规模上可伸全球数字化通信、协议开放、通信速缩性很强分布式控制 传输速率较低、各率高、支持冗余不足效率低、不直观种此案长总线不实时性、可靠性较兼容差表2. 3三种通讯方式的比较s7-300的通信分三层网络结构。现场设备层（现场层）的功能是连接现场设 备。这一层主要使用as-1网络。车间监控层（单元层）的功能是用来完成车间

18、 主设备之间的连接，实现车间级设备的监控。工厂管理层（管理层）的功能是用 来汇集各车间管理子网，通过网桥或路由器等连接的厂区骨干网的信息于工管理 mp1是多点接口的简称，s7-300集成了 mp1通信协议和mp1物理层rs-485 接口。plc通过mp1可以同时连接step7编程器、计算机、人机界面和其他s7。 mp1可以完成车间设备之间的连接。是用于车间级监控和现场层的通信系统。s7-300/plc可以通过通信处理器或集成在cpu上的profibus-dp接口连 接到profibus-dp网上。带有profibus-dp主站/从站接口的cpu能实现高速和 使用方便的分布式1/0控制。prof

19、ibus的物理层是rs- 485接口。最大传输速 率为12mbit/s,最多可以与127个节点进行数据交换。pr0fibus通信网络可以 用来完成车间主设备和现场层之间的连接工业以态网用于工厂管理层和单元层的通信系统。用于对时间要求不太严格，需要传送大量数据的场合。四门子的工业以态网的传输速率为10m/100mbit/s,最多可以达到1024个网络节点，网络的最大范围为150kmo鉴于对于实时性和可靠性的考虑，在这里我们选用现场总线。 上位机组态软件的选择：软件比较项目intouchwincccimptcity图形及组态方案美观性较差 粘贴位图繁琐控件不健全图库有限 不支持autocad图形格

20、式 易于扩展功能功能最强大 图库丰富 支持画面到画面的 颜色渐变数据点管理数据型较少数据类型相对较多数据类型较少网络功能基于工程基于工程基于工程通信功能拥有几乎所有的硬件接口支持的硬件有限支持的硬件有限表2. 4组态软件比较所谓组态软件，是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们基于自动控 制系统监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式提供良好的 用户开发界面和简捷的使用方法。其预设置的各种软件模块可以非常容易地实现 和完成监控层的各项功能。组态软件支持各种工控设备和常见的通信协议，并且7提供分布式数据管理和网络功能。冃前世界上不少专业厂商包括专业软件公司和硬件/系统厂商生产和提

21、供各 种组态软件产品。上位机组态软件的选择有很多种，其中以国外产品占主导地位。 上表选用了国外三种上位机组态软件进行了比较，基于软件的功能性差异不明显 和与plc间的配套问题，本次设计选择西门子公司的wincc组态软件。3 plc与上位机控制系统设计3.1 plc控制系统设计3.1.1 plc硬件组态的选择方案数字量输入输出模块选型：数字量输入信号4个:总电源开关、水泵开关、镀膜启停开关、plc模块极 性信号数字量输出信号13个:水温报警、气体质量流量报警、机械泵、旁 抽 阀、电磁阀、分子泵、闸板阀、靶电源、截止阀、氧气阀、氮气阀、充气阀、门 开关在控制系统中有4个数字量输入信号、13个数字量

22、输出信号，保留10%20% 的余量。数字量输入信号：4x(1 + 15%) = 4.6(取16点)数字量输出信号:13x(1 + 15%) = 14.95(取16点)选择：数字量输入模块：1个6es7 321-1bh00-0aa0数字量输出模块：1个6es7 322-8bhoo-oabo模拟量输入输出模块选型模拟量输入6个：前级真空度、真空度、冋水温度、气体质量流量、靶电源 电压、电流模拟量输出4个：前级真空度、真空度、冋水温度、气体质量流量在控制系统中有6个模拟量输入信号、4个模拟量输出信号，保留 10%20% 的余量模拟量输入信号：6x(1 + 15%) = 6.9(取8点)模拟量输出信号

23、：4x(1 + 15%) = 4.6(取4点)选择：模拟量输入模块：1个6es7 331-1kf00-0ab0roi模拟量输出模块：1个6es7 332-5hd00-0ab0模块连接图:总电源状态信号 水泵状态信号 很膜启傳状态信号 极性位信号議止阀开天 氨气发开关 氧气阀开关 氧气阀开关 门开丟温度报譬 质里流里报警 机械泵开关 旁抽阀开关 电磁阀开关 分子泵开关 闸板阀开关 靶电源开关开关量输入模块原理辭图开关量输出模块原理接线图图3.1数字量模块连接?前级真空度真空度回水温度气体质量流量8回1涌溺瞬 linla <=rnfgdcl-fpt4s施事7 雀饶6es73325hd000a

24、b0模拟量输入模块原理接线图模拟量输入模块原理接线图图3.2模拟量模块接口3.1.2 plc程序的设计磁控溅射镀膜控制系统的plc设计屮，plc程序的逻辑顺序按照先前拟定的 程序框图设计，满足控制系统的设计要求。(1) 数据采集磁控溅射镀膜工艺屮需要采集真空度、回水温度、气体质量流量、靶电源电 流、靶电源电压等数据，经过plc内部a/d转换处理，存储在plc数据地址，用 于程序运行扫描过程中的调用与处理。(2) 数据监测数据监测要求：1、前级真空度与真空度的实时监测，满足工艺要求2、回水温度不得超过40摄氏度，显示报警3、气体质量流量要低于80sccm，显示报警(3) 程序设计、运行与调试工艺

25、运行程序是plc控制系统的重点。在设计屮，采用西门子公司提供的 stcp7软件编写s7-300梯形图运行程序。运行程序需要采集实时数据，控制运 行时间和回水温度等模拟量。在外界给予设定的运行动作后，能实现整个流程的 自动运行，完成设计要求。由stcp7自带的仿真系统，能够在实际运行前调试整 个运行程序，方便查错与修改。3. 2上位机控制系统的设计3. 2.1上位机组态软件概述“组态”的概念是伴随着集散型控制系统(distributed control system 简称dcs)的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。组态软件, 又称组态监控软件系统软件。译自英文scada,即sup

26、ervisory control and data acquisition (数据采集与监视控制)。它是指一些数据采集与过程控制的专用软 件。在工业控制技术的不断发展和应用过程中，pc (包括工控机)相比以前的专 用系统具有的优势日趋明显。在pc技术向工业控制领域的渗透中，组态软件占 据着非常特殊而ii重要的地位。组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建 工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件应该能支持各种 工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。 四门子

27、公司的wincc软件是四门子在自动化领域中先进技术与microsoft的功能 相结合的产物。它是用于个人计算机的人机界面。w1ncc是通用的应用程序，适 合所有工业领域的解决方案；多语言支持，全球通用；可以集成到所有自动化 解决方案内；内置所有操作和管理功能，可简单、有效地进行组态；可基于web 持续延展，采用开放性标准，集成简便；集成的historian系统作为it和商务 集成的平台；可用选件和附加件进行扩展；“全集成自动化”的组成部分，适 用于所有工业和技术领域的解决方案。它集成了 scada、组态、脚本语言和0pc 先进技术，为用户提供了 windows操作系统环境下使用各种通用软件的功

28、能，它 继承了四门子公司的全集成自动化产品的技术先进和无缝集成的特点。w1ncc运行于个人计算机环境，可以与多种自动化设备及控制软件集成，具 有丰富的设置项目、可视窗口，使用方式灵活，功能齐全。用户在友好界面下进 行组态、编程，形成所需的操作界面、监控画面、报警画面和趋势曲线等。操作 环境形象直观、软件设计周期短、工作效率高。wincc整体开放，可以方便的与 各种软件和用户程序组合在一起，建立友好的人机界面，也可将wincc作为系统 扩展的基础，通过开放式接口，开发其自身需要的应用系统會 winccexplor" xwf) wme) «b(v) xjicd 助(x)计口机绐

29、构ss/iii已人jy一加凰尤瞬具諭齐” hixudv低9代 r;l««.;> rrtrl«支毗录 抿enas 全文"立本分obbj 用户sj5h力应在线显改冗亲 用八口栏抿坤名你上次显改a 2.1.pdl2013/5/18 上牛 09:58:46a 2.2.1.pdl2013/5/18 111:05:46a 222pdl2013/5/18 111:12:10a 22pdl2013/5/18 110:15:48a 231.pdl启力shffl2013/5/18 下牛 09:17:12a 232pdl2013/5/19 下牛 01:18:26a 23

30、3pdl2013/5/19 下牛 0k2&17a zpdl2013/5/18 上牛 09:28:56fj-i 12013/6/3 下午 04:23:49人 coating.systerm.pdl2013/6/3 下午 04:18:08人 fore.vacuum.degre.pdl関形彌器回332013/5/31 上牛 11:49:17人 gas.mass.flow.pdl関形彌器回332013/5/30 下牛 11:12:15a nvpdll.pol関形彌器回332013/5/25 下牛 03:3x14a nexvpdlzpdl23宠»濤冃1文2013/5/23 上仔 10:

31、15:33人 totnl.trurturc.pdl23宠»濤冃|文2013/5/20 f午 05:4:45人 vncuumdcgrce.pdl23宠»濤冃|文2013/5/31 f午 03:38:54a water.tcmperature.pdl出士皿(統剧加2013/5/30 下午 11:12:3215®河苣理器幻见os反目*:»图3. 3 wincc操作界面上位机组态软件项目开发与组态环境：为了开发和组态项目，wincc提供了一组特殊编辑器，由wincc的浏览器访问这些编辑器。每一个编辑器可以对wincc某一个专门的子系统进行组态。w1ncc主要的子

32、系统：(1) 图形系统：用来建立显示图形的编辑器(2) 报警系统：组态报警(3) 归档系统：对指定的数据进行归档(4) 报告系统：编辑建立一个报告格式(5) 通信系统：能直接在w1ncc的浏览器中进行组态，所有的组态数据都存储 在cs的数据库中上位机组态软件的实时运行任务(1) 读取存储在cs数据库中的数据(2) 显示实时状态(3) 与自动化系统通信(4) 对例如模拟量与报警时间等实时数据进行归档(5) 过程实时运行3. 2.2上位机组态软件的通讯方案w1ncc使用变量管理器来处理变量的集中管理，此变量管理器不为用户所见。 它处理w1ncc项目产生的数据和存储在项目数据库中的数据。 在winc

33、c运行系统中，它管理wincc变量。w1ncc的所有应用程序必须以w1ncc 变址的形式从变址管理器中请求数据，这些w1ncc应用程序包括图形运行系统、 报警记录运行系统和变量记录运行系统等。w1ncc变量管理器管理运行时的w1ncc变量。它的任务是从过程中取出请求 的变量值。这个过程通过集成在wincc项目中的通讯驱动程序来完成。通讯驱动 程序利用其通道单元构成w1ncc与过程处理之间的接口。在大多数情况下，到过 程处理的基于硕件的连接是利用通讯处理器来实现的。wincc通讯驱动程序使用 通讯处理器来向plc发送请求消息。然后，通讯处理器将回答相应消息请求的过121程值返回到w1ncc管理器

34、中。建立wincc与plc间通讯的步骤：(1) 、创建wincc站与自动化系统间的物理连接。(2) 、在wincc项目中添加适当的通道驱动程序。(3) 、在通道驱动程序适当的通道单元下建立与指定通讯伙伴的连接。(4) 、在连接下建立变量。本次设计米用现场总线连接，连接步骤如下:1、打开winccexplorer,右键变量管理，添加新的驱动程序2、新建一个s7连接，在驱动程序中新建一个现场总线连接3、设置参数，完成连接3. 2. 3上位机组态软件变量设置与画面组态创建新连接外部变量只能在与自动化系统连接的基础上创建。如果述没有需 要的连接，必须首先创建该连接。先决条件必须安装所需要的通讯处理器和

35、相关 的硬件驱动程序。还必须安装期望的通讯驱动程序创建于plc连接的外部变量步骤：在新建的驱动链接屮新建一个变量组，方便将同一个项目屮数据统一管理（2）在新建的变量组中新建变量，设置属性在用于通道单元的弹出菜单中选择“新建驱动链接”，在“常规”标签中， 输出wincc项目中唯一的连接名称。打开“属性”，打开“接参数”对话框，设 置连接的参数，在“常规”“名称”域中，填写项目中唯一的连接变量名称。设 置变量数据的类型，单击“选择”打开“变量属性对话框，在as屮设置变量的 地址区域。（3）创建变量完成msyx3q ju zw""io*himatic <7 protocol

36、 05"ii ms专 w*rtccr«<f»u»r«r 戸nxm”心 nao(v) h wivi<»«>tt» | profiftcjficoatii ir»«jv»<r4el ethvrrvtcli ii b.q p<.c ii tgf>/lpj. ii pnortovis an 屮 | tr«<4o*4ra«l 丄x«*w« (tl> 屮 | za*>*d var»c»

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38、1;t 1orv<jvgrv«rom«2i ；c*!»*« *«*»*4>iftwussla«uom ui«w& 址创o »haa 佢mm "wo<a ittnvauftltt*u2£2a,ie <oaa ie <o»» xo <*>» a <iu»* “ <»»0n gx»2 <sij» 沁 <a«r52 <o

39、74;3? <ojek3 *o®60.0 0.1 eo.9 to.5 ao.o ao.l ao -r ao. 3 ao, ao.三 ao.«a0.7 a1.o al.l al hal.9 mw1 mw3 mw空 mwz mcq mc2 m57 mc2rme。 mc mo" *!.-« wd x图3. 4变量表w1ncc软件的画面设置和组态，是为了创建一个操作现场画面，模拟实际的 工艺流程。在wincc图形编辑器中创建一个画面，可以从软件自带的图库中选择 适合的相应图形来表示实际的现场设备，也可以从界面里的对象调色板和样式调 色板中选择图形。当图形界

40、面创建完成后，需要将设置的图形与先前建立的外部变量组态在一 起。已设置的外部变量是与plc的控制对象对应的，反应了 plc对现场实际操作 的工艺流程的控制。将图形界面与外部变量建立连接，磁控溅射镀膜的整体工艺 就以直接、形象的画面呈现在上位机上，便于操作人员的观察和对镀膜过程的监 控。本次设计建立了主界面与5个子界面共6个画面的组态。 以下是磁控溅射镀膜主界面与镀膜设备子界面的设置：主界面:令(change.toulpdll% batangu -j jxiiijj nc-:dy釦釦4卸呂镀膜启停氨气阀闸板阀0 12 3 4 5 61宅）1080 xc - 800400100磁控溅射镀膜系统|

41、ffifu i0 |0.00000.0000i0.0000卜"严。07 8 9 10 11 12 13 u is »t s j s总电源靶电源i水泵分子泵机械泵i旁抽阀* 23-bj耘诽 /«.务3； 3x盼bakc显 3k走形囚rxtaetfrsi灭线技曰wad汁湘駝曲i文铜 ««e) «fim 静3 st) se(v)丽(h)图35主界面静态显示图3. 6主界面动态显示上面是镀膜主显示界面在静态和动态情况下的状态。主界面中主要分为两个 模块，界面左半边为模拟量报警设置，界面的右半边主要是开关量控制动态显示 的设置。当程序运行吋，镀

42、膜主界面反应了现场设备的运行状况：开关量的开闭 状态，实时工艺流程与数据采集、监控报警等，使得操作人员对工艺过程有一个 直观的了解。例如：当设备界面中与图像建立组态连接的plc控制的对象开始动 作时，设备界面中图形也同时跟着显示颜色的动态变化，主界面和对应的显示也 发牛同步动作。镀膜设备子界面:图3. 7镀膜静态显示图3. 8镀膜动态显示镀膜设备界面是对镀膜系统的设备模拟，界面中图形与plc控制对象间建立 了连接，实时动态的反应控制对象的动作状态。当控制对象，例如，阀门或者泵 工作吋，对应的图像会动态闪烁或发生颜色变化以显示状态的改变。如图3. 8, 各个阀门开启工作，颜色由口色变为蓝色；机械

43、泵、水泵等闪烁。与静态显示对 比，直观的反应了自动控制的过程。测量与报警了界面的设置:1 o rw“ j " i 4 * z .p:厂 e a»oo w> tof；二二mi wa/e图3. 9前级真空度数据采集心1 ocx)1 0-1.6 i图3. 9真空度数据采集图3. 9回水温度数据采集图3. 9气体质量流量数据采集上位机报警与监控界面为4个子界面，分别对应的控制对彖为前级真空度、 真空度、回水温度、气体质量流量。在每个子界面中都设置了一个棒图、一个实 时曲线图和一个输入输出域，他们连接同一个变量。运行时，共同显示该模拟量 的变化。棒图为不同范围的输入数据数值组态

44、了不同的表示颜色，以区分工艺流 程的阶段。在界面的左上角有一个返回按钮，点击回到主界面。上位机界面由wincc主界面与5个子界面组成，共同显示plc的电气自动化 的控制过程屮的各个部分的状态，对流程屮的控制对彖做了具体的图形或数据显 示组态，使得整个显示界面能够直观、形象的反应控制系统。结论本次设计是对磁控溅射镀膜上位机控制系统的组态设计。编辑梯形图程序， 选择西门子s7-300plc对工艺现场进行控制，并选用与其配套的西门子wincc 组态软件进行上位机组态，实现了实时监控整个操作流程的控制要求。设置了模 拟量报警和动态曲线显示等功能，使得操作人员能够更加方便、直接的观察到镀 膜过程的进行。设计的理论重点是对整