真空磁控溅射镀膜设备用户手册.docx
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真空磁控溅射镀膜设备用户手册
真空磁控溅射镀膜控制系统
用
户
手
册
2008-07-09
V1.1
1.系统简述
TFT系统需要实现玻璃在真空环境下自动化的连续镀膜，生产线布置为“回”字型矩形结构，生产线划分为4个区，位于生产线左右侧的上片区和下片区，位于上下片平台间的工艺区和回传区，其中呈”->”方向移动的区域为工艺区，呈”<-“方向移动的区域为回送区。
TFT控制系统实现对生产过程中的真空、加热、传动、电源、冷却水、工业气体在镀膜过程中的连续控制。
1.1真空系统
真空系统设备集中于真空室区域，由抽气设备（机械泵、罗茨泵、分子泵）检测设备（PG表，CG表）、安全阀（分子泵前蝶阀、机械泵罗茨泵间自吸阀、管道阀和破空阀）；通过机械泵->罗茨泵->分子泵接力抽气，将腔室内压力由大气变为真空，并在生产过程中保持适合生产的真空环境；
1.2传送系统
传送系统共24台操作电机，上下片平台各4台，工艺区11台，回传区5台传动电机，除上下片平台各有2台电机可实现双向传动外，其余电机均为单向传动；其中除M3–M9可以通过端子通断和模拟量信号协同控制电机转速外，其余电机的传动速度由端子通断直接控制；
1.3加热系统
加热系统共66台，在连续生产过程中，逐段加热工艺区腔室内的温度，以确保在玻璃在镀膜过程中的环境温度，加热系统进行PID运算，通过固态继电器的电压脉冲控制加热器的加热频率；
1.4溅射电源
在工艺区有4个溅射室，室内配置MF中频溅射电源和DC直流溅射电源，通过电源产生的高电压电离气体分子；
1.5冷却水
机械泵、分子泵、溅射电源冷却管路安装有压力检测设备，通过水流开关检测冷却水压力是否符合设备冷却的要求；
1.6工艺气路
气路由供气管道，流量计和切断阀组成；
2.系统供电
2.1柜体通电前检查
Ø柜间连接线校核；
Ø所有断路器，熔断器处于断开状态；
Ø检查泵组柜，电加热柜一次主排、母排绝缘和是否短路；
Ø检查泵组柜，PLC柜，电加热柜，电源柜是否短路；
2.2现场设备通电前检查
Ø电缆接线的校核；
Ø接线的电源电压等级是否与设备匹配；
Ø机械泵，罗茨泵，传动电机通电前进行三相对地绝缘（电阻>0.5M欧）测试；
Ø其它现场设备是否有短路现象，例如分子泵，阀门等；
Ø控制回路的功能测试；
2.3电源送电顺序
2.3.1PLC控制柜
Ø传动控制柜PLC模块电源供电（220V）
QF51->SB54（面板）->QF81;
ØPLC控制柜及PLC模块触摸屏供电（220V）
QF51->SB54（面板）->QF82;
Ø检修插座供电（220V）
QF51->SB54（面板）->QF86;
Ø传动控制柜I/O模块供电（24V）
QF51->SB54->QF71->QF74;
ØPLC控制柜I/O模块供电（24V）
QF51->SB54->QF71->QF71.1;
Ø流量计供电（±15V）
QF51->SB54->QF61;
Ø温度控制器供电（24V）
QF51->SB54->QF64->QF64.1;
Ø中频/直流控制电源（24V）
QF51->SB54->QF64->QF66;
Ø阀门，机械泵气镇，油镇供电（24V）
QF51->SB54->QF84->QF84.1;
Ø光电开关及真空计电源（24V）
QF51->SB54->QF84->QF85;
传动电机供电（380V）
QF51（泵组控制柜）-->QF165（泵组控制柜）-->（QF52-QF311）
2.3.2电加热柜
Ø电加热供电（220V）
QF51（泵组控制柜）->QF166（泵组控制柜）->（QF54~QF185）
2.3.3泵组柜
Ø机械泵供电（380V）
QF51->QF111（进片室）
QF51->QF114（工艺区）
QF51->QF116（出口室）
Ø罗茨泵供电（380V）
QF51->QF112（进片室）
QF51->QF115（工艺区）
QF51->QF118（出口室）
Ø分子泵供电（380V）
QF51->（QF111-QF162）
Ø中频溅射电源供电（380V）
QF411->（QF412-QF416）
直流溅射电源供电（380V）
QF411->（QF421-QF432）
3.PLC运行程序
PLC程序采用三菱GXWorks21.31H开发。
依据TFT生产工艺，软件设计有以下的工作模式；
3.1环境模式
工作环境可设定为大气环境和真空环境；
设计大气环境的主要目的用于检查设备的运行状况，如传动是否存在卡架的现象，门阀开关限位是否到位等；
真空环境为设备正常工作所达到的必需条件；
在大气模式下除分子泵外，所有设备都可以手动测试；
注意：
在手动模式下传动始终以低速运行，只有在自动运行时，传动才以不同的速度运转；
3.2工作模式
工作模式分抽气模式，生产模式，保压模式和停止模式；只有环境模式设置为真空模式后，工作模式才可以进行选择；
Ø抽气模式
抽气模式使生产线达到具备生产条件的真空度，抽气模式的运行的规程为：
1.所有带限位设备的开限位检查（门、管道阀、分子泵阀、破空阀）；
2.确认开限位检查通过后，对以上设备进行关限位检查；
3.确认关限位检查通过后,关闭1#,6#门，打开2#,3#,4#,5#室门；
4.确认以上门开、关到位后，启动所有机械泵；
5.确认所有机械泵启动并热泵完成后（热泵时间5分钟），打开机械泵对应的管道阀；
6．确认管道阀打开后，在管道真空度满足的条件下，启动罗茨泵；
7.确认罗茨泵启动后，在腔室内压力小于50Pa，管道压力小于10Pa，开分子泵阀；
8.待分子泵阀全部打开后，满足分子泵启动条件，启动各腔室分子泵；
9.分子泵全部开启（部分开启，设备未使能系统会默认为分子泵已开启）等待约8分钟（分子泵由速度0达到全速旋转）后，关闭2,3,4,5#门，程序提示抽气结束；
10．抽气完成前，系统设计有180秒的等待时间，如在该时间内没有将工作模式由抽气转化为生产模式，则抽气模式将自动转换为保压模式；
Ø生产模式
生产模式由抽气模式完成后（提示抽气已完成）才能实现切换，生产模式执行的规程为：
1.复核室门是否已关闭，复核破空阀和放气阀是否已关闭；
2.待确认以上设备已完成后，复核所有机械泵是否已启动；
3.确认机械泵已启动，且已经过完全热泵，复核所有管道阀是否已开启；
4.确认管道阀已开启后，复核罗茨泵和分子泵阀是否已开启；
5.确认罗茨泵与分子泵阀开启无误，复核所有分子泵是否已运行；
6.复核分子泵已运行，且达到全速运转（默认8分钟），确认无误后，系统进入正常生产阶段；
按生产工艺的要求，顺序开/关各腔室门，管道阀、破空阀等，顺序启动传动电机，实现自动化生产；
Ø保压模式
保压模式可以在抽气模式或者生产模式下切换，保压模式主要工作为依次序停止泵组，停止后不打开放气阀；保压模式运行的规程为：
1.首先将传动设置为停止运行；系统关闭1#，6#室门，打开2#,3#,4#,5#室门；关闭破空阀；
2.确认1-6#门开关已就位，确认进、出片室破空阀已关闭，停止所有分子泵运行；
3.确认所有分子泵已完全停止（丛完全运行到停止约需8-10分钟），关闭分子泵阀；
4.确认所有分子泵已全部停止后，关闭分子泵前级阀；
5.确认分子泵阀已关闭，关闭管道阀；
6.确认所有管道阀已关闭，系统停止罗茨泵；
7.确认罗茨泵已停止，系统关闭机械泵；
8.确认机械泵已关闭后，打开管道放气阀，自动放气30秒后，管道放气阀自动关闭；
Ø放气模式
停止模式只能在保压模式下切换；停止模式运行的一般规则为：
1.确认腔室内加热温度，如腔室内温度大于70度，系统将不允许由保压模式切换为停止模式；
2．放气模式在放气前执行与保压模式相同的操作；
3.确认泵组已完全停止，分子泵阀和管道阀在关闭的条件下，打开破空阀，执行放气程序；
4．待真空计显示为大气状态，关闭放气阀；
3.3安全连锁
系统安全连锁条件为：
Ø分子泵
当分子泵出现运行故障，系统停止分子泵运行，关断分子泵前级阀；
当分子泵出现水流异常，系统检测到无水信号后如30S水流检测仍无信号，系统停止分子泵运行；
Ø罗茨泵
罗茨泵（热继电器17A）出现电流过大，系统停止罗茨泵运行，关断分子泵前蝶阀，停止分子泵运行；
Ø机械泵
机械泵（热继电器）出现电流过大，系统停止机械泵运行，然后依次关断分子泵前蝶阀，停止分子泵运行；停止罗茨泵运行；打开机械泵与罗茨泵之间的自吸阀，执行自动放气程序后30S关闭自吸阀；
Ø压力检测
在生产过程中，当管道内真空度（压力）因不明原因快速上升超过安全限值（500Pa），系统关断分子泵前蝶阀，停止分子泵运行；
Ø溅射靶
当出现冷却水中断（信号由1变为0），持续超过30S，如为计算机远程控制，计算机停止相应靶的运行；
Ø系统急停
按下面板（工艺区）或者是外部的急停按钮，系统将停止传动的运行；
3.4系统报警
当系统内出现设备异常，系统触发蜂鸣器，提示用户关注设备运行异常，系统内设定的报警可分为以下几类：
Ø系统报警
系统报警主要提示用户CPU及PLC硬件系统本身存在故障，告知用户关注并及时解决出现的问题，这些问题包括：
出现输入输出模块校验出错，请检查所有I/O模块，如发现未供电或者模块红灯闪烁，请检查供电线路或者停电更换该模块；
出现电池电量不足，请更换CPU存储器电池；
出现自检测出错，请将CPU（RESET键）为复位状态，让后再重新上电；
出现CPU运行故障，系统故障代码1001，将CPU运行开关切换至停止（STOP）状态，将CPU置为复位状态，停止3-5秒后，重新将（RESET）置位，然后重新上电；
Ø过程报警
包括机械泵（热继），罗茨泵（热继），分子泵故障报警，冷却水报警，直流电源、中频电源故障报警，电机故障报警，门、阀开关过程报警；
机械泵和罗茨泵报警信号取自于交流接触器下端的热继器，出现用电设备电流（罗茨泵17A）超过热继允许范围，产生报警；
分子泵报警信号取自于分子泵本身，分子泵出现旋转异常、水冷却异常，分子泵面板橙色灯常亮，产生报警；
冷却水报警信号取自于管道中的水流开关，信号1表示水流正常，0信号产生报警；
直流电源报警信号取自于电源的启动标志，电源在本地/远程模式下已正常启动，则不产生报警，如已启动，而设备未启动则产生报警；
中频电源报警信号取自于电源的报警输出，电源在运行过程中出现报警，输出报警信号；
注意：
如中频电源未供电，该报警信号一直存在；
电机故障信号取自于变频器故障输出，变频器出现输出故障，扭矩过载，产生报警；
门阀开关（分子泵阀、管道阀、破空阀，门）超时报警，以上设备均有开、关到位的信号，在指定时间（5S）内设备执行开关动作，如果没有由开->关或者由关->开,系统产生超时报警，提示用户进行处理；
Ø传动异常报警
框架在行进过程出现卡架、电机运转异常、框架信息丢失、光电开关未感应等情况产生此报警，该报警为紧急报警，如出现该报警提示用户尽快进行处理；
报警产生的条件信号取自于框架在传动辊道上实际运行的速度（需实际测算得来）：
其中从进片过渡室->出片过渡室之间的7个腔室，异常报警信号取每个感应光电的信号，如在计算时间内，电机在运转，而光电感应开关一直存在被遮挡的情况，则表示该点的传送存在问题，产生传送异常报警；
除以上7个腔室外，其余的异常报警信号取自于框架信息的传送时间，在计算时间内，电机旋转，而框架信息没有传送至下一段，则系统认为传送故障，产生传送异常报警；
注意：
传送异常报警计算出准确的传送速度，特别是工艺区的溅射速度，因此，最好经常观察并修正相应的补偿系数；
电机线速度计算公式：
电机转速（1420r/min）/减速比（15:
1）*3.1415（圆周）*辊道直径（0.08米）=23.79米/分钟（工频速度）
实际测试速度：
2.46米（隔离室长度）/133秒*60（秒）=1.08（米/分钟）
1.08（米/分钟）/（4.5变频器输出）*50（工频）=12米（分钟）
23.79/12=1.9（补偿系数）
单个报警点计算公式：
1.7（架子长度）/线速度设定值*1.2（放大时间倍数）
4.上位机软件操作
TFT上位机采用Proface公司APL-3900系列工控机。
屏幕显示分辨率为1280*1024。
画面编辑采用GP-ProEX，画面运行软件为WinGP。
4.1上位机画面
上位机画面由总貌、真空、传动、加热、工艺气路，溅射电源，参数设定，使能操作、报警、趋势画面和设备操作弹出窗口组成。
画面布局采用顶部、中间区域、底部组成的布局模式，所有画面顶部和底部是相同的，中部区域显示各不相同，真空页面显示与真空度密切关联的泵组、压力，传动页面实现与传动相关联的传动电机、限位开关、光电开关、框架信息等；
顶部区域设计为上部工具条，显示的部件有工程信息、通讯状态显示、环境模式、系统操作模式，泵组、传动运行指示、时间与用户信息和工艺画面切换按纽；
底部区域设计为下部工具条，显示的部件为历史报警、管理画面的切换按纽；
4.1.1介绍
4.1.1.1图例
①传动电机
电机背景色显示为
灰色表示电机处于停止状态，背景色显示为
绿色表示当前电机正在运行，背景色显示为
黄色且不断闪烁表示传动电机存在运行故障，提示用户查找并处理该故障；
注意：
待查明原因处理后，电机不能通过弹出操作页面进行操作，需要对故障进行一次复位；
②门限位开关
门限位开关显示开到位，背景色显示为红色表示门已经关到位状态，背景色显示为绿色表示门已经开到位，灰色表示设备没有开到位也没有关到位，正在执行开关动作，显示为黄色不断闪烁表示门在开关过程时出现超时故障（默认为5S）；
注意：
对于气压驱动的设备，出现开关超时故障的现象，大多数情况属于短时气压不足引起的，一般的操作步骤，将出现的故障复位，系统将再次执行（或手动执行）开关动作，再次出现超时故障，则需要检查设备；
③光电开关
背景色显示为绿色表示当前检测位置存在框架（光电开关被架子挡住），显示灰色表示当前检测位置无传送框架；
④机械泵
背景色显示为绿色表示机械泵正在运行，灰色表示机械泵停止，显示黄色且闪烁表示泵热继电器运行过载；
⑤罗茨泵
罗茨泵状态显示方式与机械泵相同；
⑥分子泵
分子泵正在旋转显示背景色显示为绿色，显示为灰色表示设备已完全停止旋转，显示为蓝色表示设备停止命令已输出但设备正在停止中，完全停止约需8-10分钟，背景色显示为黄色并闪烁表示分子泵运行故障；
注意：
分子泵出现的故障只能在设备上进行复位，面板上橙色灯常亮表示设备存在故障，橙色灯闪烁，表示存在警告，手动进行复位即可；
⑦RF中频电源
背景色显示为绿色表示中频电源中处于运行状态，灰色表示中频电源处于停止状态，显示黄色且闪烁表示中频电源运行故障；
⑧DC直流电源
直流电源的显示方式与中频电源相同；
⑨阀
总貌画面显示了管道阀、破空阀、自吸阀和薄膜计阀，阀背景色显示为绿色表示阀门打开，背景色为灰色表示阀门关闭，显示为黄色表示阀门在开关过程中存在超时故障；
⑩
框架信息显示，绿色表示当前腔室存在框架和片，灰色表示当前位置只存在框架；
4.1.2总貌
总貌页面显示TFT生产线的主要设备信息，显示传动，真空，溅射的设备信息，总貌页面只做显示用，其表示的设备不带操作弹出窗体，需要对设备进行操作需切换至对应的操作页面；
总貌页面显示设备的真空度，生产线使用了4种真空检测计：
7只PSG500电阻规，使用在进片室、进片缓冲室、出片室、出片缓冲室、进片室管道、出片室管道和工艺区管道，PSG500检测量程为5*10-2Pa5只PEG100电离规，使用在进片缓冲室、进片过渡室、中间过渡室、出片过渡室、出片缓冲室，PEG量程范围为1.0e-094只CDG045薄膜计，使用在MF溅射室、DC溅射室，CDG045薄膜计的量程范围为0.02只真空规，使用在进片室和出片室；
mbar换算成Pa，mbar*100=Pa;
4.1.3真空
真空页面显示TFT系统中与参与真空控制的相关设备信息，包括分子泵、罗茨泵、机械泵，分子泵阀、管道阀、自吸阀、气镇阀、薄膜计阀、进出片室的破空阀，除机械泵自吸阀为自动开关外，其余的设备均可通过弹出对话框进行操作；
1泵操作
按钮背景色显示为绿色表示当前操作已被激活，黑色表示未被激活；
如
按钮，背景色显示为绿色表示用户已经向发出了供电的指令；
显示为设备的操作方式，软件可进行集中的手/自动切换；
这里的按钮实现设备的单体切换，例如如需要实现对单个设备的维护、调试、或者使设备不受自动运行模式的影响，在这里将其切换至手动操作即可；
在手动模式下，手动启/停按钮变为可为可用，在自动模式下，启/停按钮只做状态显示用，不能进行启/停操作；
显示与设备相关的故障报警提示；状态显示采用背景色黄色/灰色交替显示，设备发生故障报警，提示背景色显示为黄色且不断闪烁；
在操作页面内，设备供电和手/自动按钮为反转式操作，点击按钮进行操作切换；手动启泵和手动停泵按钮为脉冲式操作，点击按钮后上位机软件发送一个上升沿脉冲至PLC，启泵和停泵按钮的操作在自动模式下是无效的，只能在手动模式下进行操作；
点击最下方的关闭窗体按钮或者窗体右上方按钮可关闭窗体；
罗茨泵、机械泵的操作和显示方式与分子泵操作是一致的；
②阀操作
阀门显示与操作方式与分子泵操作是相类似的；
在分子泵阀操作页面上，故障复位按钮为脉冲式操作，点击按钮后，上位机发送一个上升沿脉冲至PLC，清除开阀过程的故障信号；
其余管道阀、自吸阀，薄膜计阀、进出片室的破空阀的操作页面与分子泵阀的操作是一致的；
4.1.4传动
传动页面显示TFT系统中传动系统包括传动电机、框架位置、门开/关、上片卸片信息，传动电机和门开/关为操作设备，其余为状态显示；
1传动电机操作
传动电机共24台，除生产线二端上、下片平台的传动，平移电机可实现双向旋转，其余均为单向旋转，在手动操作模式下，点击”启动按钮”,如电机启动条件满足，界面上显示“运行”状态框；传动电机与腔室对应如下表：
M01
进片室
M13
卸片传送台
M02
进片缓冲室
M14
卸片平移台
M03
进片过渡室
M15
卸片台2
M04
MF1溅射室
M16
回传段1
M05
MF2溅射室
M17
回传段2
M06
过渡室
M18
回传段3
M07
DC1溅射室
M19
回传段4
M08
DC2溅射室
M20
回传段5
M09
出片过渡室
M21
上片台1
M10
出片缓冲室
M22
上片平移台
M11
出片室
M23
上片传送台
M12
卸片台1
M24
上片台2
页面内显示个66个光电开关信号；
传动电机可实现低速、高速运转，这取决于腔室内框架所处的位置，如点击”启动”按钮后，软件检测到框架不在减速位或在停止位，允许高速运转的电机实现高速运转，框架到达/处于减速位时，电机切换为低速运行，玻璃框架到达/位于停止位，电机停止运行；
变频器参数设定：
变频器位置
操作模式
设定
主速度
频率
主速加速
时间（S）
主速减速
时间（S）
二段速
频率
二段速加速
时间（S）
二段速减速
时间（S）
C01
C04
C05
C06
C07
C08
C09
进片室
2
15
2
0.5
35
1
1
进片缓冲室
2
15
2
0.5
35
1
1
进片过渡室
3
MF1溅射室
3
MF2溅射室
3
过渡室
3
DC1溅射室
3
DC2溅射室
3
出片过渡室
3
出片缓冲室
2
15
2
0.5
35
1
1
出片室
2
15
2
0.5
35
1
1
卸片台1
2
15
2
0.5
35
1
1
卸片传送台
2
15
2
0.5
35
1
1
卸片平移台
2
20
2
0.5
40
1
1
卸片台2
2
35
2
0.5
1
1
回传段1
2
35
2
0.5
1
1
回传段2
2
35
2
0.5
1
1
回传段3
2
35
2
0.5
1
1
回传段4
2
35
2
0.5
1
1
回传段5
2
35
2
0.5
1
1
上片台1
2
35
2
0.5
1
1
上片平移台
2
20
2
0.5
40
1
1
上片传送台
2
15
2
0.5
35
1
1
上片台2
2
15
2
0.5
35
1
1
4.1.5加热
加热页面显示工艺区进片室至出片缓冲室各腔室内的温度，除工艺室MF、DC为9组加热外，其余腔室为6组加热，共66组温度显示；
加热模块对应的温度地址如下：
温度1
温度2
温度3
温度4
温度5
温度6
温度7
温度8
温度9
进片室
1-1
1-2
1-3
1-4
1-5
1-6
进片缓冲室
1-7
1-8
2-1
2-2
2-3
2-4
进片过渡室
2-5
2-6
2-7
2-8
3-1
3-2
MF溅射1
3-3
3-4
3-5
3-6
3-7
3-8
4-1
4-2
4-3
MF溅射2
4-4
4-5
4-6
4-7
4-8
5-1
5-2
5-3
5-4
过渡室
5-5
5-6
5-7
5-8
6-1
6-2
DC溅射室1
6-3
6-4
6-5
6-6
6-7
6-8
7-1
7-2
7-3
DC溅射室2
7-4
7-5
7-6
7-7
7-8
8-1
8-2
8-3
8-4
出片过渡室
8-5
8-6
8-7
8-8
9-1
9-2
*前面为模块号，后面为通道号
为温度值显示，设备使用K型热电偶，温度范围为-200~1300℃，温度显示为正常时数据背景色为绿色显示，检测到采集信号出现断线错误时，数据显示为黄色且不断闪烁；
为设定值的输入和显示，常用的设定范围为0~600℃，设定前，将页面下部的允许操作使能（背景色为绿色）；在弹出的输入对话框输入设定值，这时，该设定值背景色显示为黄色，表示设定值已更改但未被写入到控制模块，点击设定值旁的写入按钮
，将更改值写入模块成功后，背景色恢复为灰色；
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