CN101182629A - 太阳能集热管反应溅射电压反馈智能控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种太阳能集热管反应溅射电压反馈智能控制方法及装置，涉及太阳能集热管，本发明所述装置，包括靶电源、控制单元及充气单元，控制单元分别连接并控制靶电源与充气单元。本发明所述方法，包括步骤A，设定初始化参数，包括中心电压值V0及中心流量值Q0；步骤B，采集靶电压；步骤C，分析比较靶电压与中心电压值V0的压差，并做出判定；步骤D，根据判定结果，执行控制指令。本发明所述方法是适用于各种太阳能集热管镀膜工艺的通用方法，它具有提高镀膜工艺的自动化程度，同时大幅提升产品质量的优点；本发明所述装置具有准确控制，同时具有自动调节的优点。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能集热管，特别涉及一种太阳能集热管反应溅射电压反馈智能控制方法及装置。
背景技术
太阳能真空集热管内管起能量转化作用的是太阳能吸收膜层。目前投放市场的太阳能吸收膜有：干涉膜、渐变膜两种，制作两种膜层都必须经过的氮化铝磁控反应溅射步骤，它是镀膜工艺的重要组成部分。真空集热管内管镀膜采用的设备是单靶镀膜机和三靶镀膜机，所用的溅射靶材都是圆柱形铝靶，在工作过程中由于铝靶的转动造成电压的上下波动。
电压波动造成的直接后果就是集热管膜层吸收、发射、热损、空晒、闷晒等主要指标发生变化，即使指标合格也会导致颜色不一致、从而影响美观造成大量废品，产生的主要原因是电压波动造成膜层中各种成分之间比例变化，而导致膜层外观颜色发生变化。
反应溅射过程中造成电压波动的主要因素是靶材和反应气体的流量，工作过程中要想稳定电压必须及时调整充入真空室内的反应气体流量。早期的镀膜机电压控制主要靠手动调节，由工艺员根据电压的变化调整反应气体的流量，工艺过程中需要反复调整占用大量的人力和时间很难达到稳定；目前部分镀膜机在触摸屏上加入了调查表，根据工艺员的经验设定几组对应的数据，电压升高后加大气体流量，电压降低后减少气体流量，这样的控制与早期相比有了一定的进步，不需要反复的人工干预，但是由于不同机器在不同的情况下的参数不同，参数表需要反复修改人工维护量很大，并且容易造成电压的上下波动。
目前的太阳能集热管镀膜设备中电压波动一般在±10V，较好的可做到±5V，参数设定完全根据个人经验对集热管品质造成很大影响。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术存在电压波动大、参数设置复杂的缺陷，提供了一种太阳能集热管反应溅射电压反馈智能控制方法及装置，它能够准确控制、同时具有自动调节，并且是适用于各种太阳能集热管镀膜工艺的通用方法，即提高镀膜工艺的自动化程度，同时又大幅提升产品质量。
为了实现上述目的本发明采取的技术方案是：一种太阳能集热管反应溅射电压反馈智能控制装置，包括，靶电源、控制单元及充气单元，控制单元分别连接及控制靶电源与充气单元。其中靶电源，具有电压反馈功能，用于实时将靶电压信号传递给控制单元；控制单元，用于分析比较采集到的电压数据并据此调节气体流量；充气单元，用于执行控制单元输出的气体流量调节命令。
所述靶电源为中频电源。
所述控制单元包括PLC控制芯片及与其相连的触摸屏，PLC控制芯片安装有稳压控制及浮零控制软件。
所述控制单元包括压电陶瓷阀及压电陶瓷阀控制器，压电陶瓷阀用于调节气体流量，压电陶瓷阀控制器用于接收控制单元发送的信号。
反应溅射电压反馈智能稳压控制装置，是把电压的智能控制方法转化为将数学模型，以程序的形式输入PLC控制芯片，参数表中的数据从控制单元的触摸屏输入，PLC控制单元实时采集靶电压信号通过程序计算输出相对应的反应气体流量，从而达到装置的稳定。在实际应用中电压的波动在±1V以下，一般为±0.5V。解决了生产过程中电压波动大、参数设置复杂的难题。
一种太阳能集热管反应溅射电压反馈智能控制方法，按照下述步骤执行操作：
步骤A，设定初始化参数，包括中心电压值V0及中心流量值Q0；
步骤B，采集靶电压；
步骤C，分析比较靶电压与中心电压值V0的压差，并做出判定；
步骤D，根据判定结果，执行控制指令，控制指令包括稳压控制D1及浮零控制D2。
控制指令包括稳压控制和浮零控制。稳压控制采用N级稳压，通过设定中心电压值和中心流量值，当靶电压高出或低于设定电压值很多时，通过逐级调节，快速将电压调节到设定电压附近的稳定状态。浮零控制的功能是当靶电压已经处于稳定状态过程中，突然出现某个干扰情况，导致反应气体用量明显增多或减少，通过浮零控制调节中心流量值，使电压又能自动回到稳定状态。所述的干扰情况包括材料消耗引起的参数变化，镀膜过程中玻璃管表面受热，释放出一定量的气体；或者是抽气机组性能变化，以及玻璃管之间间距变化。
所述步骤D中的稳压控制D1，具体按照下述步骤执行：
步骤101，开始稳压；
步骤102，计算靶电压与中心电压的压差值；
步骤103，判断压差值是否为零，如果是执行步骤111返回采样周期，如果否执行步骤104；
步骤104，判断压差是否大于零，如果是执行步骤105，如果否执行步骤107；
步骤105，将压差进行正分级调节；
步骤106，根据步骤105正分级电压推算出反应气量并输出Q，执行步骤109；
步骤107，将压差进行负分级调节；
步骤108，根据步骤107负分级电压推算出反应气量并输出Q，执行步骤109；
步骤109，判断是否开始下一周期，如果是执行步骤111进入采样周期，如果否执行步骤110稳压结束。
所述步骤D中的浮零控制D2，具体按照下述步骤执行：
步骤201，浮零控制开始，设定压差的上、下限值及其对应的持续时间、流量差；
步骤202，系统正在执行稳压操作；
步骤203，判断压差是否为零，如果是执行步骤202继续稳压控制，如果否执行步骤204；
步骤204，判断压差是否大于零，如果是执行步骤205，如果否执行步骤207；
步骤205，判断压差是否大于压差上限值，如果是执行步骤206，如果否回到步骤202继续稳压控制；
步骤206，判断在设定的时间内，压差是否持续大于压差上限值，如果是执行步骤209，如果否回到步骤202继续稳压控制；
步骤209，重新设定中心流量值，执行步骤211；
步骤207，判断压差是否小于压差的下限值，如果是执行步骤208，如果否回到步骤202继续稳压控制；
步骤208，判断在设定的时间内，压差是否持续小于压差下限值，如果是执行步骤210，如果否回到步骤202继续稳压控制；
步骤210，重新设定中心流量值，执行步骤211；
步骤211，存储新设定的中心流量值；
步骤212，判断是否开始下一周期，如果是回到步骤202继续稳压控制，如果否执行步骤213浮零结束。
本发明的有益效果是：相比现有技术，本发明所述方法是适用于各种太阳能集热管镀膜工艺的通用方法，提高镀膜工艺的自动化程度，同时大幅提升产品质量的优点；本发明所述装置具有准确控制，同时具有自动调节的优点。
附图说明
图1是本发明所述装置的控制原理图；
图2是本发明所述方法的流程图；
图3是本发明方法中的稳压操作D1的流程图；
图4是本发明方法中的浮零操作D2的流程图。
图中：1控制单元、1.1触摸屏、2中频电源、3反应溅射室、3.1溅射靶、4充气单元、4.1压电陶瓷阀控制器、4.2压电陶瓷阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
如图1所示的一种太阳能集热管反应溅射电压反馈智能控制装置，包括靶电源2、控制单元1及充气单元4，控制单元1分别连接及控制靶电源2与充气单元4。其中靶电源2是具有电压反馈功能的中频电源，用于实时将反应溅射室3内溅射靶3.1的电压信号传递给控制单元1。控制单元1，用于分析比较采集到的电压数据并据此调节流入反应溅射室3的气体流量，它包括PLC控制芯片及与其相连的触摸屏1.1，PLC控制芯片安装有稳压控制软件及浮零控制软件，触摸屏1.1用于输入参数表中的数据。充气单元4，用于执行控制单元1输出的气体流量调节命令，包括压电陶瓷阀4.2及压电陶瓷阀控制器4.1，压电陶瓷阀4.2用于调节反应气体的流量，压电陶瓷阀控制器4.1用于接收控制单元1发送的流量信号。
太阳能集热管反应溅射电压反馈智能控制装置，通过PLC控制单元1的实时自动控制，达到装置的稳定。在实际应用中电压的波动在±1V以下，一般为±0.5V。解决了生产过程中电压波动大、参数设置复杂的难题，因此本发明所述装置具有准确控制，同时具有自动调节的优点。
如图2所示的一种太阳能集热管反应溅射电压反馈智能控制方法，按照下述步骤执行：
步骤10，设定初始化参数，包括中心电压值V0及中心流量值Q0；
步骤20，采集靶电压V；
步骤30，分析比较靶电压V与中心电压值V0的压差ΔV，并做出判定；
步骤40，根据判定结果，执行控制指令，控制指令包括稳压控制D1及浮零控制D2。
因此太阳能集热管反应溅射电压反馈智能控制方法是适用于各种太阳能集热管镀膜工艺的通用方法，它根据工艺要求输入数据后可以执行全自动的智能稳压控制，基本不需要人工干预，极大提高了自动化程度；解决了磁控反应溅射电压波动大的难题，实践中电压波动在±1V以下，保证了产品的性能，同时减少了由于电压波动造成集热管膜层吸收、发射、热损、空晒、闷晒等主要指标发生变化而产成的废品，大幅提升产品质量的优点。
如图3所示本发明方法步骤D中所述的稳压控制D1，具体按照下述步骤执行：
步骤101，开始稳压；
步骤102，计算靶电压V与中心电压V0的压差值，即ΔV＝V-V0；
步骤103，判断压差值是否为零ΔV＝0，如果是执行步骤111返回采样周期，如果否执行步骤104；
步骤104，判断压差是否大于零ΔV＞0，如果是执行步骤105，如果否执行步骤107；
步骤105，将压差进行正分级调节，ΔV＝ΔV1+ΔV2+ΔV3+……+ΔVn；
步骤106，根据步骤105正分级电压推算出反应气量并输出Q，执行步骤109；其中Q＝Q0+ΔQ1+ΔQ2+ΔQ3+……+ΔQn；
步骤107，将压差进行负分级调节，ΔV＝-ΔV1-ΔV2-ΔV3-……-ΔVn；
步骤108，根据步骤107负分级电压推算出反应气量并输出Q，执行步骤109；其中Q＝Q0-ΔQ1-ΔQ2-ΔQ3-……-ΔQn；
步骤109，判断是否开始下一周期，如果是执行步骤111进入采样周期，如果否执行步骤110稳压结束。
所述稳压控制D1中的参数是根据参数表设置的数值，包括相互对应的电压及充气量，
(1)数学模型
… …
+ΔV4 ΔQ4+
+ΔV3 ΔQ3+
+ΔV2 ΔQ2+
+ΔV1 ΔQ1+
V0 Q0
-ΔV1 ΔQ1-
-ΔV2 ΔQ2-
-ΔV3 ΔQ3-
-ΔV4 ΔQ4- 稳压时间T(s)
… …
(2)参数量：
V0 工作电压设定值；
Q0 中心流量设定值，相对于V0设定的中心流量值；
(+ΔV1) 反馈电压与V0的差级电压，+/-表示反馈电压较V0高/低；
(ΔQ1+) Q输出量与Q0的差量补偿，+/-表示Q0的补偿方向增/减；
T(s) 响应时间，即每隔多长时间扫描一次反馈控制程序，刷新一次Q输出量。
(3)工作原理：
当反馈电压与V0相等时，则相应的Q输出量为Q0；
当反馈电压较V0高(+ΔV1)时，则相应的Q输出量为Q0+(ΔQ1+)；
当反馈电压较V0高(+ΔV1)+(+ΔV2)时，则相应的02输出量为Q0+(ΔQ1+)+(ΔQ2+)。
例如：设定V0＝20、Q0＝30，ΔV1＝1、ΔQ1＝5、ΔV2＝3、ΔQ2＝6。
当电压为20，ΔV＝0输出对应Q＝30；
当电压为21，ΔV＝1＝ΔV1，输出对应Q＝Q0+ΔQ1＝35；
当电压为22，ΔV＝2＞ΔV1、但是ΔV＝2＜ΔV1+ΔV2，输出对应Q＝Q0+ΔQ1＝35；
当电压为23，ΔV＝3＝ΔV2，输出对应Q＝Q0+ΔQ2＝36；
当电压为24，ΔV＝4＝ΔV1+ΔV2，输出对应Q＝Q0+ΔQ1+ΔQ2＝41。
类似的，电压逐级反馈，最终将工作电压控制在要求的范围内。
浮零控制的功能是对自动稳压的一个补充，单纯的稳压模块控制可以实现短期(3-5天)的稳定控制，随着时间的推移会出现建设用的靶材消耗，抽气机组性能变化，天气以及周围环境变化等问题，此时仍用原来的Q0就不能满足工艺要求需要进行手动调整，而浮零功能就是实现了稳压工程中自动调整Q0的功能，它需要根据稳压过程执行中电压的变化判断Q0是否需要调整。如图4所示本发明方法步骤D中所述的浮零控制D2，具体按照下述步骤执行：
步骤201，浮零控制开始，设定参数包括压差ΔV的上、下限值a、b，a对应的持续时间t1，b对应的持续时间t2，ΔV对应的流量差ΔQ；
步骤202，系统正在执行稳压操作；
步骤203，判断压差是否为零ΔV＝0，如果是执行步骤202继续稳压控制，如果否执行步骤204；
步骤204，判断压差是否大于零ΔV＞0，如果是执行步骤205，如果否执行步骤207；
步骤205，判断压差是否大于压差上限值ΔV＞a，如果是执行步骤206，如果否回到步骤202继续稳压控制；
步骤206，判断在设定的时间t1内，压差是否持续大于压差上限值ΔV＞a，如果是执行步骤209，如果否回到步骤202继续稳压控制；
步骤209，重新设定中心流量值Q0＝Q0+ΔQ，执行步骤211；
步骤207，判断压差是否小于压差的下限值ΔV＜b，如果是执行步骤208，如果否回到步骤202继续稳压控制；
步骤208，判断在设定的时间t2内，压差是否持续小于压差下限值ΔV＜b，如果是执行步骤210，如果否回到步骤202继续稳压控制；
步骤210，重新设定中心流量值Q0＝Q0-ΔQ，执行步骤211；
步骤211，存储新设定的中心流量值Q0；
步骤212，判断是否开始下一周期，如果是回到步骤202继续稳压控制，如果否执行步骤213浮零结束。
所述浮零控制D2中的参数是根据参数表设置的数值，包括如下数据，
(1)数学模型
t1(s) ΔQ+
t2(s) ΔQ-
稳压范围(a~b)
(2)参数量：
t1(s)正时间常数，反馈电压高于稳压范围时，浮零调节的时间常数；
ΔQ+正补偿流量，反馈电压高于稳压范围时，中心流量的补偿量；
t2(s)负时间常数，反馈电压低于稳压范围时，浮零调节的时间常数；
ΔQ-负补偿流量，反馈电压低于稳压范围时，中心流量的补偿量；
(a~b)稳压范围，a＞b且a＞0、b＜0。
(3)工作原理：
当反馈电压在(V0+a，V0-b)范围内，浮零不调节；
当反馈电压高于V0+a，每隔t1(s)时间，Q0加一次ΔQ+；
当反馈电压低于V0-b，每隔t2(s)时间，Q0减一次ΔQ-。
本发明所述方法是适用于各种太阳能集热管镀膜工艺的通用方法，它具有提高镀膜工艺的自动化程度，同时又大幅提升产品质量的优点；本发明所述装置具有准确控制，同时具有自动调节的优点。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种太阳能集热管反应溅射电压反馈智能控制装置，其特征在于：包括，靶电源、控制单元及充气单元，控制单元分别连接并控制靶电源与充气单元；
-靶电源，具有电压反馈功能，用于实时将靶电压信号传递给控制单元；
-控制单元，用于分析比较采集到的电压数据，并据此调节气体流量；
-充气单元，用于执行控制单元输出的气体流量调节命令。
2.根据权利要求1所述的太阳能集热管反应溅射电压反馈智能控制装置，其特征在于：所述靶电源为中频电源。
3.根据权利要求1所述的太阳能集热管反应溅射电压反馈智能控制装置，其特征在于：所述控制单元包括PLC控制芯片及与其相连的触摸屏，PLC控制芯片安装有稳压控制及浮零控制软件。
4.根据权利要求1所述的太阳能集热管反应溅射电压反馈智能控制装置，其特征在于：所述控制单元包括压电陶瓷阀及压电陶瓷阀控制器，压电陶瓷阀用于调节气体流量，压电陶瓷阀控制器用于接收控制单元发送的信号。
5.一种太阳能集热管反应溅射电压反馈智能控制方法，其特征在于，按照下述步骤执行操作：
步骤A，设定初始化参数，包括中心电压值V0及中心流量值Q0；
步骤B，采集靶电压；
步骤C，分析比较靶电压与中心电压值V0的压差，并做出判定；
步骤D，根据判定结果，执行控制指令，控制指令包括稳压控制D1及浮零控制D2。
6.根据权利要求5所述的一种太阳能集热管反应溅射电压反馈智能控制方法，其特征在于，所述步骤D中的稳压控制D1，具体按照下述步骤执行：
步骤101，开始稳压；
步骤102，计算靶电压与中心电压的压差值；
步骤103，判断压差值是否为零，如果是执行步骤111返回采样周期，如果否执行步骤104；
步骤104，判断压差是否大于零，如果是执行步骤105，如果否执行步骤107；
步骤105，将压差进行正分级调节；
步骤106，根据步骤105正分级电压推算出反应气量并输出Q，执行步骤109；
步骤107，将压差进行负分级调节；
步骤108，根据步骤107负分级电压推算出反应气量并输出Q，执行步骤109；
步骤109，判断是否开始下一周期，如果是执行步骤111进入采样周期，如果否执行步骤110稳压结束。
7.根据权利要求5所述的一种太阳能集热管反应溅射电压反馈智能控制方法，其特征在于，所述步骤D中的浮零控制D2，具体按照下述步骤执行：
步骤201，浮零控制开始，设定压差的上、下限值及其对应的持续时间、流量差；
步骤202，系统正在执行稳压操作；
步骤203，判断压差是否为零，如果是执行步骤202继续稳压控制，如果否执行步骤204；
步骤204，判断压差是否大于零，如果是执行步骤205，如果否执行步骤207；
步骤205，判断压差是否大于压差上限值，如果是执行步骤206，如果否回到步骤202继续稳压控制；
步骤206，判断在设定的时间内，压差是否持续大于压差上限值，如果是执行步骤209，如果否回到步骤202继续稳压控制；
步骤209，重新设定中心流量值，执行步骤211；
步骤207，判断压差是否小于压差的下限值，如果是执行步骤208，如果否回到步骤202继续稳压控制；
步骤208，判断在设定的时间内，压差是否持续小于压差下限值，如果是执行步骤210，如果否回到步骤202继续稳压控制；
步骤210，重新设定中心流量值，执行步骤211；
步骤211，存储新设定的中心流量值；
步骤212，判断是否开始下一周期，如果是回到步骤202继续稳压控制，如果否执行步骤213浮零结束。
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