摘要：针对EBPVD真空插板阀显示故障，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阀系统和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。
图1 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，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。
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P L C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。
图3 PLC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决，能够在现场操作和技术工作中对发现的问题追溯根本原因，进而学习、总结经验，不断优化在实践中积累解决问题的能力，从而大幅提高相关真空设备的运行效率，进而降低运行成本。
