專利名稱：離子化學(xué)熱處理爐真空壓強(qiáng)自動(dòng)控制方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱處理設(shè)備的真空壓強(qiáng)自動(dòng)控制方法及其裝置，尤其是輝光離子化學(xué)熱處理爐的爐內(nèi)真空壓強(qiáng)閉環(huán)自動(dòng)控制的方法及其裝置。
背景技術(shù)：
離子化學(xué)熱處理包括離子滲氮、滲碳、氮碳共滲、滲硫、滲金屬、等離子體化學(xué)氣相沉積等。它是將欲處理的工件置于離子化學(xué)熱處理爐的真空爐內(nèi)，工件接直流輝光放電電源的負(fù)極，爐體接正極。在直流電場(chǎng)作用下，爐內(nèi)氣體發(fā)生輝光放電，生成的正離子轟擊工件(陰極)的表面，將工件加熱到所需要的化學(xué)熱處理溫度(一般在400 600°C之間)， 同時(shí)氣體輝光放電激活了反應(yīng)氣體，在工件表面發(fā)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到工件表面改性處理的目的。在離子化學(xué)熱處理過程中，真空爐內(nèi)的氣體壓強(qiáng)是一個(gè)重要的工藝參數(shù)，要求在整個(gè)處理工程中，爐內(nèi)真空壓強(qiáng)保持在一定的壓強(qiáng)范圍內(nèi)，并盡量減少壓強(qiáng)波動(dòng)，以保證被處理工件的質(zhì)量一致性?，F(xiàn)有離子化學(xué)熱處理爐內(nèi)壓強(qiáng)調(diào)節(jié)控制通常采用以下三種方法(I)通過手工調(diào)節(jié)安裝在抽氣管道上的高真空蝶閥的開啟角度改變抽氣的流阻， 使真空泵的抽氣速率隨著流阻的變化而變化，最終使進(jìn)氣流量與抽氣速率達(dá)到一種動(dòng)平衡。這種控制方法存在的弊端是需要反復(fù)手工調(diào)整蝶閥的開啟度才能達(dá)到預(yù)定的壓強(qiáng)，控制精度比較低，而且一旦改變進(jìn)氣的流量，需重新再進(jìn)行手工調(diào)整。(2)通過壓強(qiáng)儀自動(dòng)調(diào)整安裝在抽氣管道上的電動(dòng)蝶閥的開啟角度實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)壓強(qiáng)自動(dòng)控制。由于蝶閥開啟角度比較小時(shí)壓力調(diào)節(jié)比較明顯，此時(shí)角度稍有變化將引起壓力有較大的波動(dòng)，因此用自動(dòng)壓強(qiáng)儀控制精度比較低，爐內(nèi)壓強(qiáng)波動(dòng)比較大。(3)通過真空計(jì)與變頻器的閉環(huán)控制，使真空泵電動(dòng)機(jī)根據(jù)預(yù)設(shè)真空壓強(qiáng)值與爐內(nèi)實(shí)際壓強(qiáng)值的差值來改變真空泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速(也就是改變真空泵的抽速)，實(shí)現(xiàn)真空爐內(nèi)壓強(qiáng)自動(dòng)控制(如發(fā)明專利200410013266. 6和實(shí)用新型專利200420064865. 6)。但是， 如果往真空爐內(nèi)通的氣體流量比較小，而預(yù)設(shè)的真空壓強(qiáng)又比較高，真空泵的轉(zhuǎn)速就可能很低，甚至可能停止轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)有可能導(dǎo)致大氣壓將真空泵油壓入真空爐內(nèi)，污染真空室。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種能避免因真空泵的轉(zhuǎn)速過低而引起的真空泵向爐內(nèi)返油現(xiàn)象，且能延長(zhǎng)了真空泵的使用壽命的離子化學(xué)熱處理爐真空壓強(qiáng)自動(dòng)控制方法及其裝置。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是離子化學(xué)熱處理爐真空壓強(qiáng)自動(dòng)控制方法，將離子化學(xué)熱處理爐的真空壓強(qiáng)變送器、氣體流量變送器、變頻器和旋片式機(jī)械真空泵電動(dòng)機(jī)構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)；真空壓強(qiáng)變送器用于檢測(cè)熱處理爐體內(nèi)的壓強(qiáng)，并將檢測(cè)信號(hào)輸送給程序控制器，控制計(jì)算機(jī)將真空壓強(qiáng)采樣值與設(shè)定值進(jìn)行比較運(yùn)算后輸出控制信號(hào)到變頻器，變頻器根據(jù)輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)輸出不同頻率的交流電壓以改變機(jī)械真空泵的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而改變真空泵的抽氣速率， 使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)恒定在工藝設(shè)定的壓強(qiáng)值；當(dāng)機(jī)械真空泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低到某一給定的下限值時(shí)，熱處理爐內(nèi)的壓強(qiáng)仍低于給定的真空壓強(qiáng)值，由控制計(jì)算機(jī)輸出一信號(hào)，通過程序控制器和氣體流量變送器提高進(jìn)氣的流量，直至熱處理爐內(nèi)的壓強(qiáng)達(dá)到給定的真空壓強(qiáng)值。
依據(jù)上述自動(dòng)控制方法，離子化學(xué)熱處理爐真空壓強(qiáng)自動(dòng)控制裝置，它包括變頻器、真空壓強(qiáng)變送器和機(jī)械真空泵，其特征在于它至少還包括氣體流量變送器、程序控制器和控制計(jì)算機(jī)，氣體流量變送器設(shè)置在真空爐輸氣管道上，真空壓強(qiáng)變送器的數(shù)據(jù)采集端直接接觸熱處理爐內(nèi)壓力，機(jī)械真空泵設(shè)置在爐體排氣口上，程序控制器分別與變頻器、 真空壓強(qiáng)變送器、氣體流量變送器信號(hào)連接，變頻器與機(jī)械真空泵電動(dòng)機(jī)線路連接，控制計(jì)算機(jī)與程序控制器信號(hào)連接。本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)①由于氣體流量變送器參與了離子化學(xué)熱處理爐內(nèi)真空壓強(qiáng)的自動(dòng)控制，避免了因進(jìn)氣量過低、預(yù)設(shè)真空壓強(qiáng)偏高時(shí)發(fā)生的真空泵的轉(zhuǎn)速過低而引起的真空泵向爐內(nèi)返油現(xiàn)象。②在離子化學(xué)熱處理過程中，真空泵始終是處于中速運(yùn)轉(zhuǎn)， 延長(zhǎng)了真空泵的使用壽命。③采用變頻調(diào)速可以節(jié)省電能，對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間的化學(xué)熱處理來講， 節(jié)電效果十分顯著。


圖I是本發(fā)明構(gòu)造示意圖。圖中1、離子化學(xué)熱處理爐的真空爐體，2、輸氣管道，3、擺放工件的工作臺(tái)，4、氣體流量變送器，5、真空壓強(qiáng)變送器，6、旋片式機(jī)械真空泵，7、PLC可編程序控制器，8、變頻器，9、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作出詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式本實(shí)施例以離子化學(xué)熱處理爐的真空爐體I外型尺寸為Φ 1200X2000毫米為例。離子化學(xué)熱處理爐真空壓強(qiáng)自動(dòng)控制裝置，它包括變頻器8、機(jī)械真空泵6、真空壓強(qiáng)變送器5、氣體流量變送器4、程序控制器7和控制計(jì)算機(jī)9。機(jī)械真空泵6選用15升 /秒的旋片式機(jī)械真空泵，真空泵電動(dòng)機(jī)功率為2. 2KW。用氨氣作為離子滲氮化學(xué)熱處理的工作氣體。真空壓強(qiáng)變送器5選用電容薄膜式絕對(duì)壓力計(jì)，量程為I lOOOPa。氣體流量變送器4選用氣體質(zhì)量流量計(jì)，最大氨氣流量為3升/分鐘。變頻控制器采用3. 7KW變頻器8。程序控制器選用PLC可編程序控制器7?？刂朴?jì)算機(jī)9選用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。氣體流量變送器4設(shè)置在真空爐輸氣管道2上，真空壓強(qiáng)變送器5通過管道與真空爐體I內(nèi)部連通，確保其數(shù)據(jù)采集端直接接觸熱處理爐內(nèi)壓力。旋片式機(jī)械真空泵6設(shè)置在真空爐體 I排氣口上，PLC可編程序控制器7分別與變頻器8、真空壓強(qiáng)變送器5、氣體流量變送器4 信號(hào)連接，變頻器8與旋片式機(jī)械真空泵6的電動(dòng)機(jī)線路連接，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)9與PLC可編程序控制器7信號(hào)連接。待處理工件放置在工作臺(tái)3上，當(dāng)真空爐預(yù)抽真空至離子化學(xué)熱處理爐的極限真空壓強(qiáng)約5Pa后，通過工業(yè)控制計(jì)算機(jī)9預(yù)設(shè)旋片式機(jī)械真空泵6的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的下限為300轉(zhuǎn)/分鐘，并預(yù)設(shè)爐內(nèi)真空壓強(qiáng)為260Pa，氨氣的流量為I升/分鐘，這時(shí)旋片式機(jī)械真空泵6的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸降低，爐內(nèi)實(shí)際真空度開始逐漸趨近于260Pa。當(dāng)真空度達(dá)到 220Pa時(shí)，旋片式機(jī)械真空泵6的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速已接近預(yù)設(shè)值的下限轉(zhuǎn)速，這時(shí)氨氣開始從I 升/分鐘逐漸上升，最終爐內(nèi)真空壓強(qiáng)逐漸穩(wěn)定在260Pa，直至滲氮過程結(jié)束。離子化學(xué)熱處理爐內(nèi)真空壓強(qiáng)閉環(huán)自動(dòng)控制過程說明真空壓強(qiáng)變送器5用于檢測(cè)真空爐體I內(nèi)的壓強(qiáng)，并將4-20mA的壓強(qiáng)信號(hào)送入PLC可編程序控制器7，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)9將真空壓強(qiáng)采樣值與設(shè)定值進(jìn)行PID比較運(yùn)算后，通過PLC可編程序控制器7輸出 4 20mA控制信號(hào)到變頻器8，變頻器8根據(jù)輸入頻率控制信號(hào)對(duì)應(yīng)輸出不同頻率的交流電壓以改變旋片式機(jī)械真空泵6的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速從而改變真空泵的抽速，使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)恒定在工藝設(shè)定壓強(qiáng)值。如果真空泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速即變頻器8的頻率控制電流降低到PLC內(nèi)預(yù)設(shè)某一頻率下限值時(shí)，真空爐體內(nèi)的壓強(qiáng)仍低于給定的真空壓強(qiáng)，這時(shí)則不繼續(xù)降低旋片式機(jī)械真空泵6電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，而是通過PLC可編程序控制器7來控制氣體流量變送器4，提高進(jìn)氣流量，直至真空爐體I內(nèi)的壓強(qiáng)達(dá)到給定的真空壓強(qiáng)值。
權(quán)利要求
1.離子化學(xué)熱處理爐真空壓強(qiáng)自動(dòng)控制方法，其特征在于將離子化學(xué)熱處理爐的真空壓強(qiáng)變送器、氣體流量變送器、變頻器和旋片式機(jī)械真空泵電動(dòng)機(jī)構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)；真空壓強(qiáng)變送器用于檢測(cè)熱處理爐體內(nèi)的壓強(qiáng)，并將檢測(cè)信號(hào)輸送給程序控制器，控制計(jì)算機(jī)將真空壓強(qiáng)采樣值與設(shè)定值進(jìn)行比較運(yùn)算后輸出控制信號(hào)到變頻器，變頻器根據(jù)輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)輸出不同頻率的交流電壓以改變機(jī)械真空泵的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而改變真空泵的抽氣速率，使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)恒定在工藝設(shè)定的壓強(qiáng)值；當(dāng)機(jī)械真空泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低到某一給定的下限值時(shí)，熱處理爐內(nèi)的壓強(qiáng)仍低于給定的真空壓強(qiáng)值，由控制計(jì)算機(jī)輸出一信號(hào)， 通過程序控制器和氣體流量變送器提高進(jìn)氣的流量，直至熱處理爐內(nèi)的壓強(qiáng)達(dá)到給定的真空壓強(qiáng)值。
2.依據(jù)上述自動(dòng)控制方法，離子化學(xué)熱處理爐真空壓強(qiáng)自動(dòng)控制裝置，它包括變頻器、 真空壓強(qiáng)變送器和機(jī)械真空泵，其特征在于它至少還包括氣體流量變送器、程序控制器和控制計(jì)算機(jī)，氣體流量變送器設(shè)置在真空爐輸氣管道上，真空壓強(qiáng)變送器的數(shù)據(jù)采集端直接接觸熱處理爐內(nèi)壓力，機(jī)械真空泵設(shè)置在爐體排氣口上，程序控制器分別與變頻器、真空壓強(qiáng)變送器、氣體流量變送器信號(hào)連接，變頻器與機(jī)械真空泵電動(dòng)機(jī)線路連接，控制計(jì)算機(jī)與程序控制器信號(hào)連接。
全文摘要
本發(fā)明提供的離子化學(xué)熱處理爐真空壓強(qiáng)自動(dòng)控制方法及其裝置涉及一種熱處理設(shè)備的真空壓強(qiáng)自動(dòng)控制方法及其裝置。它將離子化學(xué)熱處理爐的真空壓強(qiáng)變送器、氣體流量變送器、變頻器和旋片式機(jī)械真空泵電動(dòng)機(jī)構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)；包括變頻器、真空壓強(qiáng)變送器、機(jī)械真空泵、氣體流量變送器、程序控制器和控制計(jì)算機(jī)，氣體流量變送器設(shè)置在真空爐輸氣管道上，真空壓強(qiáng)變送器的數(shù)據(jù)采集端直接接觸熱處理爐內(nèi)壓力，機(jī)械真空泵設(shè)置在爐體排氣口上，程序控制器分別與變頻器、真空壓強(qiáng)變送器、氣體流量變送器信號(hào)連接，變頻器與機(jī)械真空泵電動(dòng)機(jī)線路連接，控制計(jì)算機(jī)與程序控制器信號(hào)連接。本發(fā)明能避免真空泵向爐內(nèi)返油，且能延長(zhǎng)了真空泵的使用壽命。
文檔編號(hào)C23C16/52GK102586723SQ20121006070
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月9日
發(fā)明者趙程, 韓伯群 申請(qǐng)人:江蘇豐東熱技術(shù)股份有限公司