一種基于平推流反應動力模型的等溫化學氣相滲透plc-ipc控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種基于平推流反應動力模型的等溫化學氣相滲透（ICVI）的可編程控制器（PLC）-工控機（IPC）控制系統(tǒng)，包括工控機IPC、與工控機IPC進行通訊的PLC控制器、真空隔膜泵、加熱單元、質(zhì)量流量閥,以及流量、壓力和溫度傳感器和I/O接口,工控機IPC包括人機界面（HMI）、有效滯留時間計算單元和流量計算單元；PLC控制器包括三個控制回路，為壓力控制回路、溫度控制回路和流量控制回路。本實用新型基于工控機IPC和PLC控制器的優(yōu)勢，對原有的控制系統(tǒng)進行了全面的改造，將現(xiàn)有的詳細反應機理應用到氣相滲透爐的工藝參數(shù)控制和優(yōu)化中，通過平推流的動力學模型對有效滯留時間這一中間測量量進行實時的計算，達到對其有效的控制。
【專利說明】一種基于平推流反應動力模型的等溫化學氣相滲透PLC-1PC控制系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種含有平推流反應動力模型內(nèi)核的控制系統(tǒng)，用于實現(xiàn)采用等溫化學氣相滲透反應爐制備復合材料的過程中對壓力、溫度以及滯留時間的有效控制。
【背景技術】
[0002]等溫/等壓化學氣相滲透工藝(Isothermal/IsobaricChemical VaporInfiltration, ICVI)是制備高性能纖維增強碳基和陶瓷基復合材料最為重要、應用最為廣泛的技術手段。以碳/碳復合材料制造過程為例，其基本過程如下:一種或多種氣態(tài)前驅(qū)體在適當?shù)膲毫l件下，經(jīng)過預熱區(qū)達到預期的溫度；在等溫區(qū)段內(nèi)發(fā)生熱解和沉積過程，在預制體的表面和孔隙內(nèi)生成不同的熱解碳組分；殘留氣體最終經(jīng)過冷卻區(qū)后離開氣相滲透爐。由于生成的熱解碳性質(zhì)是由氣相反應和表面沉積過程共同決定的，因此氣相滲透過程的工藝參數(shù)控制尤為重要。在1969年Bokros[l]就清晰地闡明了影響熱解炭沉積的主要參數(shù):前驅(qū)體氣體種類、熱解反應溫度和壓力、氣體在反應器中的停留時間和反應器結(jié)構(gòu)幾何關系。而Feron[2]和Huettinger等[3]也在研究中也強調(diào)了滯留時間是一個重要參數(shù)，他們的結(jié)果表明在定壓情況下，隨著氣體滯留時間的延長，熱解炭的顯微結(jié)構(gòu)出現(xiàn)光滑層(SL)->粗糙層(GL)->光滑層(SL)的變化趨勢。當前對等溫ICVI工藝體系而言，若采用壓力和溫度傳感器，那么這兩個可直接測量的工藝參數(shù)通?？蛇_到精確地控制。而滯留時間是指氣體(包括前驅(qū)氣體和稀釋氣體)從完全充滿到完全排出預制體所在的等溫區(qū)可自由流動空間所用的時間，即有效滯留時間。該空間就是指圖1中樣品周圍的圓筒狀環(huán)隙空間。
[0003]理想條件下滯留時間的計算公式如下:
【權(quán)利要求】
1.一種基于平推流反應動力模型的等溫化學氣相滲透PLC-1PC控制系統(tǒng)，包括工控機IPC、與工控機IPC進行通訊的PLC控制器、真空隔膜泵、加熱單元、流量閥，以及流量、壓力和溫度傳感器和I/o接口，其特征在于:工控機IPC包括HM1、有效滯留時間計算單元和流量計算單元，該PLC控制器分別包括控制三個控制回路，為壓力控制回路、溫度控制回路和流量控制回路，該壓力控制回路為氣體依次經(jīng)過第一進氣閥、壓力傳感器、壓力控制器、真空隔膜泵、ICVI反應器再回到該第一進氣閥而構(gòu)成，該溫度控制回路為氣體依次經(jīng)過第二進氣閥、溫度傳感器、溫度控制器、加熱單元、ICVI反應器再回到第二進氣閥而構(gòu)成，該流量控制回路為氣體依次經(jīng)過流量傳感器、第三進氣閥、流量控制器、流量閥、ICVI反應器再回到第三進氣閥所構(gòu)成；工控機IPC按照用戶對有效滯留時間的設定值，給出質(zhì)量流量的期望值，并發(fā)送給流量控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述有效滯留時間計算單元是一個運行在IPC上的XAE工程的TcCOM組件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的流量計算單元是另一個TcCOM組件，它采用MATLAB的查表模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的壓力、溫度和流量控制回路集中在一個PLC控制器上完成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述工控機IPC與PLC控制器之間采用TCP/IP或RS232通訊方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述I/O接口通過EtherCAT總線與主CPU進行通訊。
【文檔編號】G05B19/04GK203561850SQ201320782111
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】張丹, 李愛軍, 白瑞成, 戚景贊, 張家寶, 任慕蘇, 孫晉良 申請人:上海大學, 李愛軍