HITECO: Máquina de recubrimientos para aplicaciones

HITECO: Máquina de recubrimientos para aplicaciones termosolares por PVD (Physical
Vapor Deposition)
"Mediante la combinación de LabVIEW 2011 junto
con el módulo Datalogging and Supervisory Control
y el NI OPC Servers 2012 se obtiene un sistema
SCADA de fácil y rápido desarrollo e
implementación, que además permite dar una gran
flexibilidad al proyecto realizado."
- Kepa Garmendia, IK4 -TEKNIKER
El Reto:
IK4-TEKNIKER ha realizado el diseño y puesta en marcha de una máquina de recubrimientos PVD (Physical Vapor Deposition) para la
funcionalización superficial de tubos metálicos de 4 metros para su uso en captadores cilindro-parabólicos, dentro del proyecto europeo HITECO
para la mejora del rendimiento de las centrales eléctricas termosolares subiendo la temperatura de trabajo de dichos tubos.
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de Estudio
Completo
La Solución:
La solución adoptada para el desarrollo del interfaz hombre-máquina se ha basado en la utilización de un PC con una aplicación desarrollada en
LabVIEW 2011. Así mismo, en el PC está instalado el NI OPC Servers que se comunica con un PLC de la serie CJ2 de Omron mediante el
protocolo Omron FINS Ethernet, y hace de servidor de datos para la aplicación donde se han desarrollado las funciones de control, monitorización y
supervisión de variables de la máquina mediante el Datalogging and Supervisory Control Module de LabVIEW.
Autor(es):
Kepa Garmendia - IK4 -TEKNIKER
Unai Ruiz de Gopegui - IK4 -TEKNIKER
Andoni Delgado - IK4 -TEKNIKER
ARTÍCULO
Introducción
IK4-Tekniker es un centro tecnológico especializado en la Mecatrónica, en las Tecnologías de Fabricación y en las Micro y Nanotecnologías. Además, su
larga trayectoria y experiencia en las tecnologías de vacío y PVD lo convierten en un gran aval para lograr el reto presentado.
La tecnología utilizada en esta máquina (ver figura 1), el PVD (Physical Vapor Deposition), es un tipo de deposición en vacío donde se deposita el
material en fase vapor sobre la superficie del componente a recubrir (sustrato). Dicho material a evaporar, parte de un estado sólido que se denomina
blanco, que en esta aplicación son metálicos, y se evaporan mediante la técnica denominada Sputtering. Mediante este proceso se bombardean los
blancos con partículas energizadas que provocan la expulsión de átomos del blanco que se depositan sobre el sustrato tras su combinación con otros
átomos provenientes de distintos tipos de gases que se introducen en la cámara. (ver figuras 2 y 3)
Descripción del sistema
En lo referente al diseño mecánico, esta máquina está compuesta por una cámara central de recubrimiento donde se realizaría el proceso de
recubrimiento por Sputtering y 2 cámaras laterales para la carga/descarga y el calentamiento de los tubos a recubrir. En lo referente al control de la
máquina, tenemos 6 subsistemas a controlar: vacío, gases, calentamiento, evaporación, movimiento y refrigeración del tubo a recubrir.
El sistema de vacío consta principalmente de los siguientes componentes:
2 bombas mecánicas para realizar el primer vacío.
1 bomba turbomolecular para obtener un vacío del rango de 10 -6 mbar.
4 transductores de alto vacío, vacío medio y presión de proceso.
Varias válvulas de vacío y de venteo.
La línea de gases estaría compuesta de 3 tipos de gases, utilizados para su reacción con el metal evaporado, y que principalmente consta de 3
controladores de flujo másico, una serie de válvulas distribuidoras, y un controlador específico para el Sputtering reactivo.
El calentamiento se realiza mediante lámparas especiales para focalizar la transferencia de calor en la superficie del tubo y obtener mejores rendimientos
en vacío.
El sistema de evaporación está compuesto por una fuente de alimentación DC de doble salida de 5KW, específica para sistemas de vacío, de 4
evaporadores, y de un conmutador para seleccionar los evaporadores a utilizar.
Además, también hay un motor asíncrono que traslada el movimiento a la mesa portasustratos, y una serie de fotocélulas para detectar la posición del
tubo.
Por último, hay un refrigerador y varios caudalímetros para el enfriamiento de los distintos elementos mencionados. (ver figura 4)
Arquitectura de control
La arquitectura de control se basa en una plataforma PC donde se ejecuta la aplicación desarrollada, y que se conecta a un PLC de la serie CJ2 de
Omron, y al controlador de gases por Ethernet. Éste PLC a su vez, realiza la gestión de los componentes de la máquina a través de entradas/salidas
digitales y analógicas y a través del bus de campo Profibus DP.
La aplicación desarrollada en LabVIEW ejecuta las siguientes funcionalidades:
Control individual de los distintos equipos en modo manual: accionamiento de válvulas, bombas, control de presión de proceso, control de la fuente de
alimentación de los evaporadores, etc.
Configuración de procesos mediante recetas, ejecución y gestión de procesos automáticos: definición de los parámetros de cada fase del proceso, tales
como presiones, flujos de caudal de gases, potencia de evaporadores, etc.
Datalogging y almacenamiento de históricos.
Monitorización: gestión de variables para su visualización gráfica, visualización de estados de máquina y de fases de proceso, visualización de históricos
almacenados correspondientes a procesos automáticos.
Gestión de alarmas.
Las funcionalidades descritas se llevan a cabo sobre alrededor de 400 variables de comunicación con el PLC, y la utilización del NI OPC Servers 2012 y
el módulo Datalogging and Supervisory Control para LabVIEW han facilitado las labores de programación (ver figura 5)
CONCLUSIÓN
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CONCLUSIÓN
Mediante la combinación de LabVIEW 2011 junto con el módulo Datalogging and Supervisory Control y el NI OPC Servers 2012 se obtiene un sistema
SCADA de fácil y rápido desarrollo e implementación, que además permite dar una gran flexibilidad al proyecto realizado.
Información del Autor:
Kepa Garmendia
IK4 -TEKNIKER
España
Figura 1
Figura 2
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Figura 3
Figura 4
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Figura 5
Legal
Este caso de estudio (este "caso de estudio") fue desarrollado por un cliente de National Instruments ("NI"). ESTE CASO DE ESTUDIO ES PROPORCIONADO
"COMO ES" SIN GARANTÍA DE NINGUN TIPO Y SUJETO A CIERTAS RESTRICCIONES QUE SE EXPONEN EN LOS TÉRMINOS DE USO EN NI.COM.
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