EBPVD真空插板阀故障研究与分析

维修与改造

EBPVD真空插板阀故障研究与分析西北有色金属研究院(陕西西安710016)何飞付有卢伟乔江江张勇

摘要：针对EBPVD真空插板阎显示故障，结合其工作原理进行分析并对比出现的故障，深入研究真空阀相关的电磁阎系统和PLC系统，最终逐步排除故障，为研究设备提供依据，对真空设备的维修、维护有重要的参考价值。

电子束蒸发物理气相沉积(EBPVD)是电子束和物理气相沉积相结合的技术，广泛应用于材料的涂层制备。EBPVD设备结构复杂，其真空系统是设备作业的主要场所，包括电子枪室、沉积室、预真空室、机械泵、扩散泵及相应的管道和气动真空阀等。其中，需要进行金属加工的工件由工件架从预真空室送入沉积室进行作业，预真空室用于将旋转工件架夹持的工件送入或取出，沉积室用于电子枪蒸发靶材和沉积工件。

在EBPVD真空系统中部分管道和管道、管道与真空泵、管道与预真空室以及管道与沉积室之间都装有数量众多、型号不同的气动真空阀，气动真空阀因动作速度快、相互之间电磁干扰小等优点被广泛应用于真空系统中。其中，以装配在沉积室和预真空室之间的真空插板阀尤为重要。真空插板阀用于切断或接通沉积室和预真空室之间的气流，确保沉积室的高真空度，减少因拆卸

和装配工件导致的间隔时间，如

图1所示。

插板阀

沉积室

机械泵

扩散泵

图］EBPVD真空系统结构原理

1.真空插板阀工作原理

EBPVD触摸屏系统显示各种

工况情况，对真空系统有完整的

仿真，在触摸屏上可以对真空系

统各个阀门和机械泵、扩散泵进

行操作，便捷可靠。气动超高真

空插板阀除了触摸屏自动控制还

有手动按键控制外，一般情况下

采用触摸屏按键控制方式。

真空插板阀选用CCQ-A系列

气动超高真空插板阀，用压缩空

气为动力，通过电磁换向阀改变

气路方向，推动气缸活塞驱动阀

板做上下运动，从而实现阀门的

开启或关闭，达到沉积室和预真

空室的隔离。电磁换向阀采用两

位五通双电控电磁阀，其特点是

具有记忆功能，通电时换向，断

电时保持原状态不变，只需给一

个脉冲信号即可，故能延长电磁

阀的耐久性。

2•故障分析

真空插板阀在升降过程中

受到诸多因素的影响，如气量大

小、气动阀电磁铁的吸合等，这

些故障在实际操作中均有出现，

相比而言也容易解决。此次在操

作设备过程中，已将旋转工件

架从预真空室退出到初始位置，

当点击触摸屏上真空插板阀的

“CLOSE”键时，发现该键在触

摸屏上已经不再显示，而短暂间

隔一段时间后会出现数秒并再度

消失，这个间隔时间并没有规律

可循。

(1)初步分析。在设备运

行过程中，电子枪蒸发的靶材组

分会在沉积室、插板阀及预真空

室内进行沉积，可能导致插板阀

下降关闭时卡死等故障。另外，

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维修与改罐

当真空插板阀内部销脱落或气量过低时，都可能导致阀门无法关闭，这些情况下系统是可以检测到“CLOSE”信号的。

与此同时，通过对电磁换向阀进行手动进气控制，阀门的关闭和开启都没有问题，而故障依然存在，因此排除阀体自身和气量不足等问题。

(2)电磁阀系统。真空插板阀动作的执行和检测通过电磁阀进行控制，电磁阀动作的失灵或检测错误会导致系统出现各种故障。通过现场绘制，其电磁阀工作原理如图2所示。

KM1KM2KM5KM6KM7KM8

图2电磁阀工作原理

当旋转工件架退至限位时，常开触点KM9闭合。在触摸屏上按下阀门“CLOSE”键时，常开触点KM4闭合，而常闭触点KM3仍处于闭合状态，此时线圈KM2带电吸合，常开触点KM2闭合，闭合回路自锁；而常闭触点KM4断开，开启回路断开，阀门将不能进行开启动作。同时，两位五通双电控电磁阀线圈一端KM8带电，电磁阀气路导通，阀板下降，最终插板阀闭合，“关限位”闭合，线圈KM6带电，并传递给PLC后触摸屏进行显示，此时真空插板阀将只能进行“OPEN”动作。

在触摸屏上按下阀门

“OPEN”键时，常闭触点KM3

断开，闭合回路断开，阀门将不

能进行关闭动作，常开触点KM3

闭合，而常闭触点KM4处于闭合

状态，此时线圈KM1带电吸合，

常开触点KM1闭合，开启回路自

锁。同时，两位五通双电控电磁

阀另一端线圈KM7带电，电磁阀

气路换向导通，阀板上升，最终

插板阀开启，“开限位”闭合，

线圈KM5带电，并传递给PLC后

触摸屏进行显示，此时真空插板

阀将只能进行“CLOSE”动作。

通过上述分析，如果“开

限位”检测阀门信号出现问题，

可能会导致阀门关闭动作出现故

障。但是，通过现场观察开限位

的发光二极管常亮，并调试限位

位置，故障仍然存在，因此，排

除电磁阀系统问题。

(3)PLC系统。PLC与触摸

屏相连，将检测信号在触摸屏上

显示，同时，在触摸屏上进行操

作，PLC将控制响应的电磁阀进

行动作，进行现场控制，其工作

原理如图3所示。触摸屏控制真

空阀动作由PLC输出端数字开关

D01和D02执行。

触摸屏控制手动控制

图3PLC阀门检测和执行动作工作原理

当旋转工件架退至限位时，

常开触点KM9闭合，如果开限

位闭合线圈KM5得电，常开触点

KM5将闭合，输入端DI1检测常

开触点的高电平信号，并传递给

PLC。通过测试KM5到PLC接线

端子的信号线，为24V。因此，

电磁阀系统到PLC系统的信号线

没有问题。

与此同时，在PLC系统开启

时，手动按键控制已经被PLC系

统锁死，点击手动按键不起作

用。关闭PLC系统后，手动控制

真空插板阀的开启和闭合，没有

问题，因此，排除手动控制出现

故障。

通过以上判断和分析，导致

此次故障，应该是PLC系统或触

摸屏系统导致的。在真空插板阀

的“CLOSE”键出现的短暂瞬间

内，点击“CLOSE”键，真空插

板阀能够执行关闭动作，其PLC

相应的软件程序应该没有问题，

因此故障主要原因仍然在硬件

上。

3•解决问题

经过对触摸屏和PLC相关信

号进行不断测试，更换掉与电磁

阀信号检测相关I/O模块中的输入

模块后，触摸屏按键恢复正常。

4•结语

EBPVD真空插板阀隔离沉积

室和预真空室的主要器件，在使

用过程中操作频繁，容易出现故

障。对设备维修维护人员来说，

能够依据故障现象，进行准确分

析和精准判断故障原因是必备的

技能。

(1)通过对此次故障的分

析，对系统有了更深的了解，排

除故障的思路、理念和方法远比

解决问题更重要。

(2)通过对此次故障的解

余爲力"工*加工

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