CN108642468B - 基于can总线的真空镀膜设备的蒸发源控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于CAN总线的真空镀膜蒸发源控制装置及其控制方法，该控制装置的主控制器包括微控制器、开关量调理模块、开关量输出驱动模块、模拟量输入调理模块、模拟量变换输出模块、CAN总线接口模块等。本装置在运行时能够对真空镀膜设备蒸发源进行全自动监督控制，保证蒸发功率的控制精度和稳定性，提高镀膜质量。所述的主控制器能够通过CAN总线实时获得管理计算机的控制命令和目标值，采集蒸发源主回路二次侧负载电流、电压和报警信息，根据预置的控制程序和算法进行分析计算，通过调节蒸发源主回路一次侧的电流电压，而对蒸发源负载功率进行调节。所述的主控制器在使用时还能够将蒸发源当前状态信息和电量信息上传给管理计算机。

Description

基于CAN总线的真空镀膜设备的蒸发源控制装置及其控制 方法

技术领域

本发明涉及一种真空镀膜设备的蒸发源控制装置及其控制方法，特别是涉及一种基于CAN总线的真空镀膜设备的蒸发源控制装置及其控制方法。

背景技术

蒸发镀膜与其他真空镀膜方法相比，具有较高的沉积速率，可镀制单质以及得到不易热分解的化合物膜的特点。蒸发镀膜设备是一种通过加热蒸发某种物质使其沉积在固体表面上的设备。蒸发镀膜设备也称为真空镀膜机或者真空镀膜系统。蒸发镀膜设备包括真空罩（也称为真空镀膜室）和抽真空系统，还包括设置在真空罩中的基片和蒸发源。基片位于蒸发源上方。基片就是待镀工件，如金属、陶瓷、塑料等。蒸发源是用来加热膜材使之气化蒸发的装置。所述的膜材就是蒸发物质，蒸发物质通常为固体金属（例如铝）和化合物。

蒸发源有三种类型。①电阻加热源：用难熔金属如钨、钽制成舟箔或丝状,通以电流,加热在它上方的或置于坩埚中的蒸发物质。电阻加热源主要用于蒸发Cd、Pb、Ag、Al、Cu、Cr、Au、Ni等材料；②高频感应加热源：用高频感应电流加热坩埚和蒸发物质；③电子束加热源：适用于蒸发温度较高（不低于2000℃）的材料，即用电子束轰击材料使其蒸发。蒸发源是真空镀膜设备的核心组件。真空镀膜设备根据设备规格大小配置数量不等的蒸发源。蒸发源控制的自动化程度、精度和稳定性是关系镀膜效率、薄膜质量的关键因素之一。

现有的蒸发源控制系统采用手动调节或计算机集中控制两种方式。其中的手动调节方式是直接开环控制负载电压或电流，且由操作人员直接判断控制量的给定值。这种方式使得镀膜工艺严重依赖于操作人员的经验与技术水平，从而导致工艺稳定性较差、生产效率较低，产品品质也得不到根本保证。计算机集中控制方式，使用在蒸发源数量较少的设备上时有优势，若在蒸发源数量较多的大型真空设备上采用集中控制，将会出现接线复杂、信号易受干扰等问题。目前也有采用总线结构的调节器来控制蒸发源，但通常只停留在对单个控制量进行反馈控制的水平，不能实现多变量的闭环控制，关键是没有配置必要开关量的控制接口，从而不能从根本上解决大规模蒸发源的分布式控制问题。例如，中国专利文献CN1327082A（中国专利申请号00110495.0）就公开了一种真空镀膜计算机控制装置，其中所提到的基片加热监控及退出模块就属于上述情况。另外，到目前为止尚未见到将CAN总线分布式控制网络用于真空镀膜设备蒸发源控制的报道。

CAN总线即为控制器局域网（Controller Area Network，CAN），是一种多线路网络通信系统。该系统的核心是ISO国际标准化的串行通信协议。CAN 总线的应用中由CPU 系统、CAN 控制器和CAN 收发器三个部分构成。CPU通过外部总线向CAN 控制器的发送寄存器写入发送数据，或者读取CAN 控制器的接收寄存器，来控制CAN 控制器完成数据的收发功能；CAN 控制器能够按照CAN 总线的时序接收发送数据；CAN 收发器能够把来自CAN 控制器的逻辑电平（CANTX、CANRX） 转换为CAN 总线所要求的差分信号（CANH、CANL） 进行传输。

发明内容

为避免上述技术的不足，本发明要解决的技术问题也即本发明的目的是，提供了一种可通过现场总线网络对真空镀膜设备蒸发源进行控制，以提高设备的自动化程度，保证蒸发源的控制精度和稳定性，提高镀膜质量的基于CAN总线的真空镀膜设备的蒸发源控制装置及其控制方法。

实现本发明目的中的提供一种真空镀膜设备的蒸发源控制装置的技术方案是：本发明的真空镀膜蒸发源控制装置，包括主控制器；主控制器包括微控制器和电源模块；电源模块是使用时能够为微控制器和各输入和输出模块和供隔离电源的电路；其结构特点是：还包括CAN总线；主控制器还包括开关量调理模块、开关量输出驱动模块、模拟量输入调理模块、模拟量变换输出模块和CAN总线接口模块。

主控制器使用时能够由其微控制器通过CAN总线接口模块与CAN总线双向信号连接；所述的CAN总线是使用时能够实时获得管理计算机的控制命令、并将蒸发源当前状态信息和电量信息上传给管理计算机的电路。

所述的微控制器为主控制器的控制中心，是使用时能够对数据进行运算处理的电路。

所述的开关量调理模块是使用时能够对开关输入量的电平进行转换和整型的电路，其输入端是使用时与开关量控制仪表相连的端口，其输出端通过光电隔离与微控制器相连。

所述的开关量输出驱动模块是使用时能够对开关输出信号进行放大的电路，其输入端通过光电隔离器与微控制器相连，其输出端是使用时与开关量仪表相连的端口。

所述的模拟量输入调理模块是使用时能够对多路模拟量进行滤波和调理的电路，其输入端是使用时与多个传感器相连的端口，其输出端与微控制器相连。

所述的模拟量变换输出模块是使用时能够把数字控制信号转换为多种标准的模拟控制信号的电路，其输出端与微控制器相连，其输出端是使用时能够与控制仪表相连的端口。

所述的CAN总线接口模块包括CAN总线接口，其一端通过光电隔离器与微控制器相连，另一端与CAN总线相连。

进一步地，所述的微控制器对数据的运算处理，其中包括能够对所采集的蒸发源主回路二次侧负载的电流、电压信息和报警信息，根据预置的控制程序和算法进行分析计算，输出相应的控制信号，而通过调节蒸发源主回路一次侧的电流电压，而实现对蒸发源负载功率的闭环调节。

进一步地，主控制器还包括状态指示接口； 所述状态指示接口使用时能够输出主控制器所处的工作状态的信号，其输入端与微控制器相连，其输出端是使用时能够与外围指示二极管相连的端口。

进一步地，所述的模拟量变换输出模块包括高速光耦、数模转换电路、基准电源电路、四种标准电压输出模式电路、两种标准电流输出模式电路和输出模式选择组合电路；高速光耦设有输入端和输出端；数模转换电路设有输入端、输出端和电源端；基准电源电路设有输入端和输出端；四种标准电压输出模式电路设有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；两种标准电流输出模式电路设有第一输入端、第二输入端和输出端；输出模式选择组合电路设有第一输出端和第二输出端。

高速光耦的输入端即为模拟量变换输出模块的输入端；高速光耦的输出端与数模转换电路的输入端相连；数模转换电路的电源端与基准电源电路的输出端相连；数模转换电路的输出端与四种标准电压输出模式电路的第一输入端相连；四种标准电压输出模式电路的第二输入端与输出模式选择组合电路的第一输出端相连；四种标准电压输出模式电路的第二输出端与两种标准电流输出模式电路的第二输入端相连；两种标准电流输出模式电路的第一输入端与输出模式选择组合电路的第二输出端相连。

上述技术方案的真空镀膜蒸发源控制装置的控制方法，具有如下步骤：

S10阶段：主控制器上电后的初始化，其中包含系统自检。

S11阶段：对各端口的开关信号和模拟量输入信号进行采集。

S12阶段：对CAN信息进行接收和处理。

S13阶段：对获得的信息进行故障诊断，如存在故障，则进入故障处理阶段S17阶段，若不存在故障，则进入下一阶段。

S14阶段：对工作模式进行判断（图中称为工况判断），然后选择进入蒸发源启动预处理、蒸发源关闭预处理、蒸发源算法控制、自诊断故障运行或程序结束子程序。

S15阶段：根据工作模式运行相应的算法控制子程序，其中包括得到等待输出的控制量。

S16阶段：向CAN总线发送信息，此阶段可将系统检测、部分计算和处理结果等信息根据CAN应用层协议进行编码打包，然后启动相应的CAN消息发送函数而发送到CAN总线；然后进入S17阶段。

S17阶段：通过开关量输出驱动模块输出包括故障处理在内的开关量信息。

S18阶段：在没有检测到故障的情况下，进入模拟量缓放输出阶段，向模拟量变换输出模块输出S15阶段得到的等待输出的控制量，从而开环或闭环调节蒸发源的变压器一次侧的电流、电压或功率。

回到S11阶段：程序又回到采集输入信号的S11阶段，如此反复执行，直至停机。

进一步地，上述控制方法的技术方案中，还包括处于S18阶段之后的S19阶段和处于S19阶段之后的S20阶段；S19阶段是对主控制器的状态进行显示的阶段，处于S18阶段之后；S20阶段是软件看门狗（图中简称为软件狗）设置阶段，使软件处于有效监控状态。

进一步地，对于上述控制方法的技术方案，在S15阶段中，所述的工作模式包括蒸发源启动预处理、蒸发源关闭预处理、蒸发源控制算法、自诊断故障运行和程序结束子程序。

进一步地，对于上述控制方法的技术方案，蒸发源控制算法子程序包括如下步骤：

S31分阶段：判断从CAN总线接收控制模式码字和控制目标值，在开环控制、闭环恒流控制、闭环恒压控制或闭环恒功率控制中选择相应一个控制模式。

S32分阶段：若控制模式为开环控制模式，调用相应的控制目标值作为控制量，然后进入对输出进行限幅的S40阶段。

S33分阶段：若控制模式为三种闭环控制模式中的一种，则判断是否首次采用闭环控制模式，若是则进入S34分阶段，若否则进入S35分阶段。

S34分阶段：加载控制量初始值。

S35分阶段：若闭环控制为闭环恒流控制模式，则调用电流反馈值和电流控制参数。

S36分阶段：若闭环控制为闭环恒压控制模式，则调用电压反馈值和电压控制参数。

S37分阶段：若闭环控制为闭环恒功率控制模式，则调用功率计算值和控制参数。

S38分阶段：调用闭环控制算法子程序并运行，根据不同类型的控制参数，计算出向一次侧输出的电流电压调节信号的具体数值作为控制结果。

S39分阶段：根据反馈信息对S38分阶段得到的控制结果进行修正，得到修正后的控制结果。

S40分阶段：对控制结果中的各控制量上下限进行修正后得到等待输出的控制量。

本发明具有积极的效果：（1）本发明的基于CAN总线的真空镀膜蒸发源控制装置是利用主控制器来实现对真空镀膜设备蒸发源的全自动监督控制，不仅提高了设备的自动化程度，而且可以保证蒸发功率的控制精度和稳定性，从而提高了镀膜的质量。（2）本发明的控制装置在使用时，还可以由主控制器通过CAN总线实时获得管理计算机的控制命令和目标值，采集蒸发源主回路二次侧负载电流、电压和报警信息，根据预置的控制程序和算法进行分析计算，通过调节蒸发源主回路一次侧的电流电压，达到闭环调节蒸发源负载功率的目的，并将蒸发源当前状态信息和电量信息上传给管理计算机，从而可以在更高的层面上对真空镀膜蒸发源的运行进行控制。

附图说明

图1为本发明的蒸发源控制装置的电路框图。所述的蒸发源控制装置用于控制真空镀膜设备的蒸发源，且设有CAN接口。

图2为图1中的模拟量变换输出模块的电路框图。

图3为图1中的微控制器的控制主程序框图。

图4为图3中的工作模式子程序框图。

具体实施方式

（实施例1）

见图1，本实施例的真空镀膜设备的蒸发源控制装置是一种基于CAN总线的真空镀膜设备的蒸发源控制装置，包括主控制器。主控制器包括电源模块10、微控制器1、开关量调理模块2、开关量输出驱动模块5、模拟量输入调理模块6、模拟量变换输出模块7、CAN总线接口模块8和状态指示接口11。

微控制器1为主控制器的控制中心，负责数据的运算及处理。所述的微控制器1为高性能的8/16位单片机，其型号为AT90128CAN。该单片机具有较强的事件处理能力和丰富的嵌入式模块，主要模块包括高性能CPU、128K 字节的系统内可编程Flash、4K字节的EEPROM、可灵活编程的定时器模块、智能AD转换口等。

开关量调理模块2用于开关输入量的电平转换和整型，其一端与开关量控制仪表相连，另一端通过光电隔离3与微控制器1相连。开关量调理模块2可将真空镀膜蒸发源控制接口通过开关量控制仪表给出的硬件故障信号、短路报警信号、过流报警信号等进行电平转换和整型后输出给微控制1上的I/O口。

开关量输出驱动模块5用于开关输出信号的隔离和放大，其一端通过光电隔离器4与微控制器1相连，另一端与开关量仪表接口相连。开关量输出驱动模块5能够根据控制程序命令启动或关闭蒸发源一次侧控制回路，或在故障后对控制回路执行复位操作，开关输出信号经隔离和放大后输至一次侧控制回路接口而去驱动一次侧控制回路。

模拟量输入调理模块6用于多路模拟量的滤波和调理，其一端与多个传感器相连，另一端与微控制器1相连。模拟量输入调理模块6可将真空镀膜蒸发源变压器二次侧的电流、电压等模拟量信号滤波和调理后输至微控制器1的AD转换口。

模拟量变换输出模块7用于把输出的数字控制信号转换为多种标准的模拟控制信号，一端与微控制器1相连，另一端与控制仪表相连。模拟量变换输出模块7对所接收的来自微控制器1的数字信号调理成标准的模拟控制信号，输至真空镀膜蒸发源变压器一次侧，用来调节蒸发源的电流、电压或功率，其中的信号调理模块的功能是将数模转换电路7b产生的模拟信号通过放大、滤波等操作调理成设备需要的标准信号。针对各种不同的控制对象，信号调理模块将数模转换电路7b产生的电流信号变换为4种单/双极电压信号和0至20mA/4至20mA共2种电流信号，以满足设计需求。

CAN总线接口模块9用于提供CAN总线接口，其一端通过光电隔离器8与微控制器1相连，另一端与CAN总线相连。本实施例的蒸发源控制装置在使用中，其与外部的全部信息交换都是通过CAN总线进行的，这样各控制器之间就能够信息共享，从而实现整套真空镀膜设备的有效管理和控制。

电源模块10可为各输入、输出模块和微控制器1提供隔离电源。电源模块10选用DC-DC开关电源，其可将5V转换为与之隔离的±15V电源，以供模拟量输出模块使用。

状态指示接口11可指示主控制器所处的工作状态，一端与微控制器1相连，另一端与外围指示二极管相连。状态指示接口11根据控制程序的输出信号显示当前主控制器模块的状态信息，包括工作状态、通信状态、报警状态等。

见图2，所述的模拟量变换输出模块7包括高速光耦7a、数模转换电路7b、基准电源电路7c、四种标准电压输出模式电路7d、两种标准电流输出模式电路7e和输出模式选择组合电路7f。其中的四种标准电压输出模式电路7d、两种标准电流输出模式电路7e和输出模式选择组合电路7f组成信号调理模块，且四种标准电压输出模式电路7d和两种标准电流输出模式电路7e具有放大和滤波功能。

高速光耦7a设有输入端和输出端；数模转换电路7b设有输入端、输出端和电源端；基准电源电路7c设有输入端和输出端；四种标准电压输出模式电路7d设有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；两种标准电流输出模式电路7e设有第一输入端、第二输入端和输出端；输出模式选择组合电路7f设有第一输出端和第二输出端；

高速光耦7a的输入端即为模拟量变换输出模块7的输入端；高速光耦7a的输出端与数模转换电路7b的输入端相连；数模转换电路7b的电源端与基准电源电路7c的输出端相连；数模转换电路7b的输出端与四种标准电压输出模式电路7d的第一输入端相连；四种标准电压输出模式电路7d的第二输入端与输出模式选择组合电路7f的第一输出端相连；四种标准电压输出模式电路7d的第二输出端与两种标准电流输出模式电路7e的第二输入端相连；两种标准电流输出模式电路7e的第一输入端与输出模式选择组合电路7f的第二输出端相连。

见图3，图中给出了本实施例的由微控制器控制运行真空镀膜设备的蒸发源控制装置的控制主程序，该主程序的运行也构成了蒸发源控制装置的工作方法的主要内容，包括如下步骤：

⑴ S10阶段：主控制器上电后的初始化，其中包含系统自检，微控制器1将自检得到的信息进行存储，并且根据预先的设置，在以下步骤中对于重要的信息也进行存储。

⑵ S11阶段：微控制器1对各端口的开关信号和模拟量输入信号进行采集，并对输入信号进行数字滤波和去除畸点等预处理，然后进行存储。

⑶ S12阶段：微控制器1对CAN信息进行接收和处理，也即将从总线上接受来自管理计算机以及其他控制节点的信息，按照应用层协议进行解码，并将其中的用于对工作模式和控制模式进行选择的码字和控制目标值存入相应的存储器中。

⑷ S13阶段：微控制器1对S11阶段获得的信息进行故障诊断，如存在故障，则进入向CAN总线发送信息的S16阶段，若不存在故障，则进入下一阶段。

⑸ S14阶段：微控制器1调用存储器中的对工作模式进行选择的码字和控制目标值，在蒸发源启动预处理、蒸发源停止预处理、蒸发源算法控制和自诊断故障运行的子程序中选择相应一个运行；所述的对工作模式进行选择的码字和控制目标值中，还包括在循环运行本主程序的上一周期中，管理计算机接收到进行分闸操作的信息后所发出的运行“程序结束”子程序的码字（该码字的优先级大于其他码字），并且该码字是管理计算机向显示装置发出是否停机的询问信息后5分钟内无回应、或者是5分钟内人工输入确认指令后而发出的，若5分钟内人工输入否认指令则不发出该码字。

⑹ S15阶段：若运行“程序结束”子程序，则微控制器1控制关闭主控制器的电源而停机。

若运行“蒸发源启动预处理”子程序，则微控制器1通过开关量输出驱动模块5启动变压器一次侧电流电压调节硬件装置，使之处于就绪状态，可随时接收“蒸发源算法控制”子程序的控制信息并进行调节控制；如果是系统第一次工作，则通过开关量输出驱动模块5首先进行动力电合闸操作，然后通过开关量输出驱动模块5启动变压器一次侧电流电压调节硬件装置，使之处于就绪状态；然后进入下一个阶段S16阶段。

若运行“蒸发源关闭预处理”子程序，则微控制器1通过开关量输出驱动模块5关闭变压器一次侧电流电压调节硬件装置，使之处于待机状态，暂时不响应“蒸发源算法控制”子程序的控制信息；如果系统工作结束，则通过开关量输出驱动模块5进行动力电分闸操作；然后进入下一个阶段S16阶段。

若运行“自诊断故障运行”子程序，则微控制器1根据开关量调理模块2和模拟量输入调理模块6的信息综合判断是否发生故障以及故障类型，如果发生故障类型为过流、硬件故障，通过开关量输出驱动模块5对变压器一次侧电流电压调节硬件装置进行复位操作，复位后如果正常，则退出“自诊断故障运行”子程序；复位后如果仍然不正常，继续执行复位；连续执行3次复位，则认为系统不可恢复，直接调用“蒸发源关闭预处理”子程序，并通过开关量输出驱动模块5进行动力电分闸操作；如果故障类型为短路，直接通过开关量输出驱动模块5进行动力电分闸操作；然后进入下一个阶段S16阶段。

若运行蒸发源算法控制子程序，则微控制器1按照图4的流程框图运行该子程序，然后进入下一个阶段S16阶段；所述子程序包括以下分阶段：

① S31分阶段：微控制器1调用存储器中的对控制模式进行选择的码字和控制目标值，在开环控制、闭环恒流控制、闭环恒压控制或闭环恒功率控制中选择相应一个控制模式。

② S32分阶段：若控制模式为开环控制模式，则微控制器1直接调用存储器中的相应的控制目标值作为控制量，然后进入对输出进行限幅的S40分阶段。

③ S33分阶段：若控制模式为三种闭环控制模式中的一种，则判断是否为首次采用闭环控制模式，若是则进入S34分阶段，若否则进入S35分阶段。

④ S34分阶段：微控制器1加载（也即调用）存储器中的与首次调用相对应的控制目标值（也即初始控制量）后，进入S35分阶段。

⑤ S35分阶段：若闭环控制为闭环恒流控制模式，则微控制器1根据在S11阶段通过模拟量输入调理模块6得到的二次侧的电流反馈值，调用对应的电流控制参数，然后进入S38分阶段；所述的电流控制参数存在于二次侧电流恒流值与电流控制参数关系专用表中。

⑥ S36分阶段：若闭环控制为闭环恒压控制模式，则微控制器1根据在S11阶段通过模拟量输入调理模块6得到的二次侧的电压反馈值，调用对应的电压控制参数，然后进入S38分阶段；所述的电压控制参数存在于二次侧电压恒压值与电流控制参数关系专用表中。

⑦ S37分阶段：若闭环控制为闭环恒功率控制模式，则微控制器1调用功率计算值和对应的功率控制参数，然后进入S38分阶段；所述的功率计算值是指微控制器1根据在S11阶段通过模拟量输入调理模块6得到的二次侧的电流和电压反馈值，而对二次侧的功率进行计算所得到的功率计算值，并且微控制器1在S11阶段还将该功率计算值存入相应的存储器中；所述的功率控制参数存在于二次侧功率值与功率控制参数关系专用表中。

⑧ S38分阶段：微控制器1执行完上述闭环预处理程序（S33分阶段至S37分阶段）后，调用闭环控制算法子程序并运行，根据不同类型的控制参数，计算出向一次侧输出的电流电压调节信号的具体数值作为控制结果，然后进入S39分阶段。

⑨ S39分阶段：微控制器1根据反馈信息对S38分阶段得到的控制结果进行修正，得到修正后的控制结果；然后进入S40分阶段。

⑩ S40分阶段：微控制器1对控制结果中的各控制量的上下限进行修正后得到等待输出的控制量，并进行存储，然后进入S16阶段。

⑺ S16阶段：微控制器1向CAN总线发送信息，此阶段可将系统检测、部分计算和处理结果等信息根据CAN应用层协议进行编码打包，然后启动相应的CAN消息发送函数而发送到CAN总线；然后进入S17阶段。

⑻ S17阶段：微控制器1对于通过S13阶段直接进入S16阶段的情形，以及S15阶段中判断蒸发源处于故障运行状态运的情形，直接进行故障类型的判断；对于正常进入本阶段的情形，则微控制器1根据开关量调理模块2和模拟量输入调理模块6的信息综合判断是否发生故障以及故障类型，如果发生故障类型为过流、硬件故障，通过开关量输出驱动模块5对变压器一次侧电流电压调节硬件装置进行复位操作，复位后如果正常，则退出“自诊断故障运行”子程序；复位后如果仍然不正常，继续执行复位；连续执行3次复位，则认为系统不可恢复，直接调用“蒸发源关闭预处理”子程序，并通过开关量输出驱动模块5进行动力电分闸操作；如果故障类型为短路，直接通过开关量输出驱动模块5进行动力电分闸操作。

⑼ S18阶段：微控制器1在没有检测到故障的情况下，进入模拟量缓放输出阶段，向模拟量变换输出模块7输出S40分阶段得到的等待输出的控制量，从而开环或闭环调节蒸发源的变压器一次侧的电流、电压或功率。

⑽ S19阶段：微控制器1调用根据主控制器的状态信息进行显示的子程序，在显示设备上显示主控制装置所处的工作状态、通信状态、报警状态等。

⑾ S20阶段：微控制器1对软件看门狗（图中简称为软件狗）进行设置，使软件处于有效监控状态，具体方法是按时复位软件看门狗定时器，而使软件看门狗处于有效监控状态。

⑿ 回到S11阶段：软件看门狗设置结束后，程序又回到采集输入信号的S11阶段，如此反复执行，直至停机。停机包括人工干预下进行分闸后的停机和程序控制进行分闸后的停机。

由上述描述可知，本发明的蒸发源控制装置能够对真空镀膜设备蒸发源进行全自动监督控制，不仅可以提高设备的自动化程度，而且可以保证蒸发功率的控制精度和稳定性，从而提高镀膜质量。本发明在使用中所采取的措施还有：在提供的基于CAN总线的真空镀膜设备中，所有的蒸发源智能控制装置和其他功能的CAN节点均通过屏蔽双绞线和管理计算机的CAN转化接口相连。

从通用角度考虑，本发明的基于CAN总线的真空镀膜蒸发源控制装置还可以作为独立的开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量采集模块或模拟量输出模块来使用，主要用来分布式控制真空设备上各种泵、阀、电器等开关量的启闭操作和状态检测，以及压力、温度、流量等连续量的采集与控制。在此情况下，为节约成本，控制模块上的不相关的一部分电路元件可以不用焊接。

主控制器通过CAN总线接受管理计算机的各种指令，包括地址信息，控制目标值信息、检测量信息等。主控制器还根据控制结果和实时检测的数据及时将相关信息发送给管理计算机。

为了确保信息交换的实时、准确和可靠，本发明充分利用CAN总线的特点，从真空镀膜设备控制网络体系的要求出发，采用一套简单的通信协议，该方法将全部通信内容分为控制信息、状态信息、故障信息等三大类，并按照信息和发送频率将通信内容分成若干个CAN信息标准帧，管理计算机的CAN转化接口与各节点只需通过对报文的标识符滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据。在各模块程序中对CAN节点进行合理的初始化设置后，各节点即可实现不分主从的实时数据通信，从而确保通信的可靠性和完整性以及准确性。

Claims (8)

1.一种真空镀膜蒸发源控制装置，包括主控制器；主控制器包括微控制器（1）和电源模块（10）；电源模块（10）是使用时能够为微控制器（1）和各输入和输出模块和供隔离电源的电路；其特征在于：还包括CAN总线；主控制器还包括开关量调理模块（2）、开关量输出驱动模块（5）、模拟量输入调理模块（6）、模拟量变换输出模块（7）和CAN总线接口模块（9）；

主控制器使用时能够由其微控制器（1）通过CAN总线接口模块（9）与CAN总线双向信号连接；所述的CAN总线是使用时能够实时获得管理计算机的控制命令、并将蒸发源当前状态信息和电量信息上传给管理计算机的电路；

所述的微控制器（1）为主控制器的控制中心，是使用时能够对数据进行运算处理的电路；

所述的开关量调理模块（2）是使用时能够对开关输入量的电平进行转换和整型的电路，其输入端是使用时与开关量控制仪表相连的端口，其输出端通过光电隔离（3）与微控制器（1）相连；

所述的开关量输出驱动模块（5）是使用时能够对开关输出信号进行放大的电路，其输入端通过光电隔离器（4）与微控制器（1）相连，其输出端是使用时与开关量仪表相连的端口；

所述的模拟量输入调理模块（6）是使用时能够对多路模拟量进行滤波和调理的电路，其输入端是使用时与多个传感器相连的端口，其输出端与微控制器（1）相连；

所述的模拟量变换输出模块（7）是使用时能够把数字控制信号转换为多种标准的模拟控制信号的电路，其输出端与微控制器（1）相连，其输出端是使用时能够与控制仪表相连的端口；

所述的CAN总线接口模块（9）包括CAN总线接口，其一端通过光电隔离器（8）与微控制器（1）相连，另一端与CAN总线相连；

所述的模拟量变换输出模块（7）包括高速光耦（7a）、数模转换电路（7b）、基准电源电路（7c）、四种标准电压输出模式电路（7d）、两种标准电流输出模式电路（7e）和输出模式选择组合电路（7f）；高速光耦（7a）设有输入端和输出端；数模转换电路（7b）设有输入端、输出端和电源端；基准电源电路（7c）设有输入端和输出端；四种标准电压输出模式电路（7d）设有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；两种标准电流输出模式电路（7e）设有第一输入端、第二输入端和输出端；输出模式选择组合电路（7f）设有第一输出端和第二输出端。

2.根据权利要求1所述的真空镀膜蒸发源控制装置，其特征在于：所述的微控制器（1）对数据的运算处理，其中包括能够对所采集的蒸发源主回路二次侧负载的电流、电压信息和报警信息，根据预置的控制程序和算法进行分析计算，输出相应的控制信号，而通过调节蒸发源主回路一次侧的电流电压，而实现对蒸发源负载功率的闭环调节。

3.根据权利要求1或2所述的真空镀膜蒸发源控制装置，其特征在于：主控制器还包括状态指示接口（11）；所述状态指示接口（11）使用时能够输出主控制器所处的工作状态的信号，其输入端与微控制器（1）相连，其输出端是使用时能够与外围指示二极管相连的端口。

4.根据权利要求1或2所述的真空镀膜蒸发源控制装置，其特征在于：

所述的高速光耦（7a）的输入端即为模拟量变换输出模块（7）的输入端；高速光耦（7a）的输出端与数模转换电路（7b）的输入端相连；数模转换电路（7b）的电源端与基准电源电路（7c）的输出端相连；数模转换电路（7b）的输出端与四种标准电压输出模式电路（7d）的第一输入端相连；四种标准电压输出模式电路（7d）的第二输入端与输出模式选择组合电路（7f）的第一输出端相连；四种标准电压输出模式电路（7d）的第二输出端与两种标准电流输出模式电路（7e）的第二输入端相连；两种标准电流输出模式电路（7e）的第一输入端与输出模式选择组合电路（7f）的第二输出端相连。

5.一种如权利要求1至4之一所述的真空镀膜蒸发源控制装置的控制方法，具有如下步骤：

S10阶段：主控制器上电后的初始化，其中包含系统自检；

S11阶段：对各端口的开关信号和模拟量输入信号进行采集；

S12阶段：对CAN信息进行接收和处理；

S13阶段：对获得的信息进行故障诊断，如存在故障，则进入故障处理阶段S17阶段，若不存在故障，则进入下一阶段；

S14阶段：对工作模式进行判断，然后选择进入蒸发源启动预处理、蒸发源关闭预处理、蒸发源算法控制、自诊断故障运行或程序结束子程序；

S15阶段：根据工作模式运行相应的算法控制子程序，其中包括得到等待输出的控制量；

S16阶段：向CAN总线发送信息，此阶段可将系统检测、部分计算和处理结果的信息根据CAN应用层协议进行编码打包，然后启动相应的CAN消息发送函数而发送到CAN总线；然后进入S17阶段；

S17阶段：通过开关量输出驱动模块（5）输出包括故障处理在内的开关量信息；

S18阶段：在没有检测到故障的情况下，进入模拟量缓放输出阶段，向模拟量变换输出模块（7）输出S15阶段得到的等待输出的控制量，从而开环或闭环调节蒸发源的变压器一次侧的电流、电压或功率；

回到S11阶段：程序又回到采集输入信号的S11阶段，如此反复执行，直至停机。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，还包括处于S18阶段之后的S19阶段和处于S19阶段之后的S20阶段；S19阶段是对主控制器的状态进行显示的阶段，处于S18阶段之后；S20阶段是看门狗设置阶段，使软件处于有效监控状态。

7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，在S15阶段中，所述的工作模式包括蒸发源启动预处理、蒸发源关闭预处理、蒸发源控制算法、自诊断故障运行和程序结束子程序。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，蒸发源控制算法子程序包括如下步骤：

S31分阶段：判断从CAN总线接收控制模式码字和控制目标值，在开环控制、闭环恒流控制、闭环恒压控制或闭环恒功率控制中选择相应一个控制模式；

S32分阶段：若控制模式为开环控制模式，调用相应的控制目标值作为控制量，然后进入对输出进行限幅的S40阶段；

S33分阶段：若控制模式为三种闭环控制模式中的一种，则判断是否首次采用闭环控制模式，若是则进入S34分阶段，若否则进入S35分阶段；

S34分阶段：加载控制量初始值；

S35分阶段：若闭环控制为闭环恒流控制模式，则调用电流反馈值和电流控制参数；

S36分阶段：若闭环控制为闭环恒压控制模式，则调用电压反馈值和电压控制参数；

S37分阶段：若闭环控制为闭环恒功率控制模式，则调用功率计算值和控制参数；

S38分阶段：调用闭环控制算法子程序并运行，根据不同类型的控制参数，计算出向一次侧输出的电流电压调节信号的具体数值作为控制结果；

S39分阶段：根据反馈信息对S38分阶段得到的控制结果进行修正，得到修正后的控制结果；

S40分阶段：对控制结果中的各控制量上下限进行修正后得到等待输出的控制量。