一種真空離子束拋光機控制系統及其通訊方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及真空離子束拋光機技術領域，具體涉及一種真空離子束拋光機控制系統，本發明還涉及該真空離子束拋光機控制系統的通訊方法。
【背景技術】
[0002]離子束拋光是一種非接觸式的高確定性光學加工手段，離子束拋光利用離子源發射出的具有一定能量與空間分布的離子束劉轟擊光學便面，入射離子在光學表面一定深度內發生濺射效應，通過級聯碰撞將能量傳遞給工件原子使其離開原位，當工位原子運動到工件表面并且能量大于材料表面束縛能時，工件原子飛離材料表面形成材料去除，然后結合計算機控制光學表面成形原理對光學表面進行加工。
[0003]現有的真空離子束拋光機主要由真空控制單元、離子源運動控制單元和離子源控制單元構成。工件加工前首先進行檢測工作，從而獲取工件表面的等高圖、工件集合參數信息，進而計算獲取離子束轟擊的路徑、駐留時間等參數以供工件進行加工使用。在工件進行加工時，真空控制單元實時控制工件的加工環境，保證真空離子束拋光機的真空系統和水冷系統正常運作。離子源運動控制單元則可以采用五軸CNC系統進行控制，從而對各運動軸的運動進行控制，保證離子束轟擊工件表面任何部分。而離子源控制單元則對離子束能量、束流密度、加速電壓、工作氣體流速等各項離子源工作參數進行監測與控制，以保證對工件的準確加工。
[0004]現有技術中，在真空離子束拋光機使用時，真空控制單元、離子源運動控制單元和離子源控制單元分別獨立工作，以共同實現對真空離子束拋光機的控制。并沒有統一的系統完成對真空控制單元、離子源運動控制單元和離子源控制單元的管理，一方面耗費人力，另一方面不容易綜合聯系各個控制單元的信息數據，對加工的精確性會有影響。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的第一個技術問題是針對上述現有技術提供一種能夠實現對真空離子束拋光機中各個控制單元實現統一監控管理的真空離子束拋光機控制系統。
[0006]本發明所要解決的第二個技術問題是針對上述現有技術提供一種方便各控制單元之間靈活通訊以綜合真空離子束拋光機中各部件工作信息的真空離子束拋光機控制系統的通訊方法。
[0007]本發明解決上述第一技術問題所采用的技術方案為:一種真空離子束拋光機控制系統，其特征在于包括:
[0008]真空控制單元，用于監測和控制真空離子束拋光機中各栗體的工作；
[0009]離子源控制單元，用于監測和控制離子源的工作數據；
[0010]離子源運動控制單元，與離子源的驅動裝置通訊連接，用于監測和控制離子源各驅動裝置的運動狀態；
[0011]PLC控制器，分別與所述真空控制單元、離子源控制單元通訊連接，用于采集所述真空控制單元、離子源控制單元的工作數據；
[0012]I/O擴展模塊，分別與所述PLC控制器、所述真空控制單元和所述離子源運動控制單元通訊連接，用于將所述真空控制單元中的運動位置信息、所述離子源運動控制單元中的軸限位開關數據信息進行轉換后傳送到PLC控制器中；
[0013]上位機，分別與所述離子源運動控制單元、PLC控制器通訊連接，用于綜合處理各控制單元上傳的數據信息；
[0014]人機交互屏，與所述上位機通訊連接，用于顯示真空離子束拋光機的控制界面并根據上位機處理獲取的數據實時更新真空離子束拋光機的運行界面。
[0015]優選地，所述PLC控制器與所述上位機之間通過0PC服務器通訊連接，所述離子源運動控制單元與所述上位機之間通過NCDDE服務器通訊連接；
[0016]所述真空控制單元、離子源控制單元與所述PLC控制器通過現場總線通訊連接，所述I/o擴展模塊分別與所述PLC控制器、所述真空控制單元和所述離子源運動控制單元之間通過現場總線通訊連接。
[0017]本發明解決上述第二技術問題所采用的技術方案為:一種真空離子束拋光機控制系統的通訊方法，其特征在于包括如下步驟:
[0018]步驟一、在上位機上分別構建所述真空控制單元的真空組態控制界面、構建所述離子源控制單元的離子源組態控制界面、構建所述離子源運動控制單元的運動組態控制界面，將所述真空組態控制界面、離子源組態控制界面和運動組態控制界面聯系集成為一能夠綜合顯示各控制界面的真空離子束拋光機組態界面，以顯示在所述人機交互屏上；
[0019]步驟二、利用真空控制單元實時采集真空離子束拋光機的真空系統工作數據，利用離子源控制單元實時采集真空離子束拋光機的離子源系統工作數據，離子源運動控制單元實時采集離子源運動系統中各個運動軸的運動狀態數據，I/O擴展模塊實時獲取真空控制單元中各個運動裝置的位置信息并轉換為PLC控制器可識別的數據信息，I/O擴展模塊還實時獲取離子源運動系統中各個運動軸的限位開關信號并轉換為PLC控制器可識別的數據信息；
[0020]真空控制單元將采集的真空系統工作數據通過現場總線通訊協議實時上傳到PLC控制器中；
[0021]離子源控制單元將采集的離子源工作數據通過現場總線通訊協議實時上傳到PLC控制器中；
[0022]I/O擴展模塊將轉化后的真空系統中各個運動裝置的運動狀態數據以及各個運動軸的限位開關信號通過現場總線通訊協議實施上傳到PLC控制器中；
[0023]步驟三、PLC控制器將其接收的數據通過0PC服務器上傳到上位機中，離子源運動控制單元將其采集的各個運動軸的運動狀態數據通過NCDDE服務器上傳到上位機中；
[0024]步驟四、上位機將接收的各種數據對應顯示在人機交互屏的各組態控制界面中，以形成能夠實時顯示真空離子束拋光機中各部件工作狀態的真空離子束拋光機組態控制界面，進而操作人員能夠通過真空離子束拋光機組態控制界面向真空離子束拋光機控制系統中各控制單元發送控制命令，從而實現操作人員和真空離子束拋光機控制系統中各控制單元的人機通訊對話。
[0025]方便地，真空離子束拋光機組態界面的構建方法具體為:利用VB語言在上位機提供的HMI programming package框架基礎上，分別添加子菜單，分別根據真空系統結構繪制出所述真空控制單元的真空組態控制界面嵌入到HMI Advanced中，根據離子源系統繪制出所述離子源控制單元的離子源組態控制界面嵌入到HMI Advanced中，根據離子源運動系統繪制出所述離子源運動控制單元的運動組態控制界面嵌入到HMI Advanced中，從而形成一個綜合包含有所述真空組態控制界面、離子源組態控制界面和運動組態控制界面的真空離子束拋光機組態界面。
[0026]方便地，所述PLC控制器與所述真空控制單元、離子源控制單元之間通過Profibus DP協議進行通訊連接，所述I/O擴展模塊與所述PLC控制器、所述真空控制單元和所述離子源運動控制單元之間也通過Profibus DP協議進行通訊連接。
[0027]與現有技術相比，本發明的優點在于:本發明中的真空離子束拋光機控制系統能夠通過一臺上位機同時實現和真空離子束拋光機中真空控制單元、離子源控制單元和離子源運動控制單元的通訊，從而方便對各控制單元的綜合監測、控制和管理，信息量大且綜合，功能強，使用方便。本發明中真空離子束拋光機控制系統的通訊方法能夠在真空離子束拋光機現有的控制單元基礎上，方便實現其進行綜合改造，通過與增加的PLC控制器和上位機的通訊，實現現有各控制單元的信息綜合，大大方便了使用者對真空離子束拋光機中各控制單元的監控和管理，各控制單元與上位機之間的通訊方便且靈活。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發明實施例中真空離子束拋光機控制系統的結構框圖。
【具體實施方式】
[0029]以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。
[0030]如圖1所示，本實施例中的真空離子束拋光機控制系統，包括有真空控制單元1、離子源控制單元2、離子源運動控制單元3、PLC控制器4、I/O擴展模塊5、上位機6和人機交互屏7。
[0031]現有的真空離子束拋光機主要有三部分組成，分別有真空系統、離子源系統和離子源運動系統。真空系統中具有多種栗體，在個栗體的配合工作下，保證離子束剖光的機的工作環境和樣品剖光前的處理工作。離子源系統主要為離子源發生機構，離子源系統針對樣品進行工作，從而對樣品進行離子束拋光處理。離子源運動系統則主要為離子源的驅動裝置，該離子源系統帶動離子源按照設定的運動方式進行運動從而能夠將樣品進行拋光以修正工件表面。
[0032]其中真空控制單元1即與真空離子束拋光機的真空系統相連接，該真空控制單元1實施監測和控制真空離子束拋光機中各栗體的工作，從而保證真空離子束拋光機的真空系統正常運行。
[0033]離子源控制單元2則與真空離子束拋光機的離子源系統相連接，一方面按照設定參數控制離子源的工作，同時實時采集離子源的實際工作數據，從而實現對離子源系統的監測和控制。
[0034]本實施例中的離子源系統即為一個五軸的CNC系統，離子源運動控制單元3即為CNC系統的數控單元，該離子源運動控制單元3與CNC系統中的五個運動軸驅動器分別通訊連接，從而監測和控制各運動軸的運動狀態。
[0035]PLC控制器4分別與真空控制單元1、離子源控制單元2通訊連接，真空控制單元
1、離子源控制單元2分別將其采集的真空系統中各栗體的實時工作數據、離子源的實時工作數據上傳到PLC控制器4中。
[0036]I/O擴展模塊5分別與PLC控制器4、真空控制單元1和離子源運動控制單元3通訊連接，該I/O擴展模塊5可以接收真空控制單元1中傳送的各栗體的運動位置信息以及離子源運動控制單元3中采集的軸限位開關數據信息，I/O擴展模塊5接收這些信息后并對這些信息進行轉換，轉換成能夠供PLC控制器4接收和處理并方便PLC控制器4傳送給上位機6的數據。
[0037]本實施例中真空控制單元1、離子源控制單元2與PLC控制器4根據Profibus DP協議通過現場總線實現通訊連接，I/O擴展模塊5分別與PLC控制器4、真空控制單元1和離子源運動控制單元3之間也根據Profibus DP協議通過現場總線通訊連接。
[0038]上位機6則分別與離子源運動控制單元3、PLC控制器4通訊連接，離子源運動控制單元3、PLC控制器4采集的信息可以通過上位機6上