專利名稱：離子化學熱處理爐真空壓強自動控制方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種熱處理設備的真空壓強自動控制方法及其裝置，尤其是輝光離子化學熱處理爐的爐內真空壓強閉環自動控制的方法及其裝置。
背景技術：
離子化學熱處理包括離子滲氮、滲碳、氮碳共滲、滲硫、滲金屬、等離子體化學氣相沉積等。它是將欲處理的工件置于離子化學熱處理爐的真空爐內，工件接直流輝光放電電源的負極，爐體接正極。在直流電場作用下，爐內氣體發生輝光放電，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熱處理溫度(一般在400 600°C之間)， 同時氣體輝光放電激活了反應氣體，在工件表面發生一系列的物理化學反應，達到工件表面改性處理的目的。在離子化學熱處理過程中，真空爐內的氣體壓強是一個重要的工藝參數，要求在整個處理工程中，爐內真空壓強保持在一定的壓強范圍內，并盡量減少壓強波動，以保證被處理工件的質量一致性?，F有離子化學熱處理爐內壓強調節控制通常采用以下三種方法(I)通過手工調節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，最終使進氣流量與抽氣速率達到一種動平衡。這種控制方法存在的弊端是需要反復手工調整蝶閥的開啟度才能達到預定的壓強，控制精度比較低，而且一旦改變進氣的流量，需重新再進行手工調整。(2)通過壓強儀自動調整安裝在抽氣管道上的電動蝶閥的開啟角度實現爐內壓強自動控制。由于蝶閥開啟角度比較小時壓力調節比較明顯，此時角度稍有變化將引起壓力有較大的波動，因此用自動壓強儀控制精度比較低，爐內壓強波動比較大。(3)通過真空計與變頻器的閉環控制，使真空泵電動機根據預設真空壓強值與爐內實際壓強值的差值來改變真空泵電動機的轉速(也就是改變真空泵的抽速)，實現真空爐內壓強自動控制(如發明專利200410013266. 6和實用新型專利200420064865. 6)。但是， 如果往真空爐內通的氣體流量比較小，而預設的真空壓強又比較高，真空泵的轉速就可能很低，甚至可能停止轉動，這時有可能導致大氣壓將真空泵油壓入真空爐內，污染真空室。

發明內容
本發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速過低而引起的真空泵向爐內返油現象，且能延長了真空泵的使用壽命的離子化學熱處理爐真空壓強自動控制方法及其裝置。本發明的技術解決方案是離子化學熱處理爐真空壓強自動控制方法，將離子化學熱處理爐的真空壓強變送器、氣體流量變送器、變頻器和旋片式機械真空泵電動機構成一個閉環控制系統；真空壓強變送器用于檢測熱處理爐體內的壓強，并將檢測信號輸送給程序控制器，控制計算機將真空壓強采樣值與設定值進行比較運算后輸出控制信號到變頻器，變頻器根據輸入信號對應輸出不同頻率的交流電壓以改變機械真空泵的電動機轉速，從而改變真空泵的抽氣速率， 使爐內壓強恒定在工藝設定的壓強值；當機械真空泵電動機的轉速降低到某一給定的下限值時，熱處理爐內的壓強仍低于給定的真空壓強值，由控制計算機輸出一信號，通過程序控制器和氣體流量變送器提高進氣的流量，直至熱處理爐內的壓強達到給定的真空壓強值。
依據上述自動控制方法，離子化學熱處理爐真空壓強自動控制裝置，它包括變頻器、真空壓強變送器和機械真空泵，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算機，氣體流量變送器設置在真空爐輸氣管道上，真空壓強變送器的數據采集端直接接觸熱處理爐內壓力，機械真空泵設置在爐體排氣口上，程序控制器分別與變頻器、 真空壓強變送器、氣體流量變送器信號連接，變頻器與機械真空泵電動機線路連接，控制計算機與程序控制器信號連接。本發明具有如下的優點①由于氣體流量變送器參與了離子化學熱處理爐內真空壓強的自動控制，避免了因進氣量過低、預設真空壓強偏高時發生的真空泵的轉速過低而引起的真空泵向爐內返油現象。②在離子化學熱處理過程中，真空泵始終是處于中速運轉， 延長了真空泵的使用壽命。③采用變頻調速可以節省電能，對于長時間的化學熱處理來講， 節電效果十分顯著。


圖I是本發明構造示意圖。圖中1、離子化學熱處理爐的真空爐體，2、輸氣管道，3、擺放工件的工作臺，4、氣體流量變送器，5、真空壓強變送器，6、旋片式機械真空泵，7、PLC可編程序控制器，8、變頻器，9、工業控制計算機。下面結合附圖對本發明作出詳細說明。
具體實施例方式本實施例以離子化學熱處理爐的真空爐體I外型尺寸為Φ 1200X2000毫米為例。離子化學熱處理爐真空壓強自動控制裝置，它包括變頻器8、機械真空泵6、真空壓強變送器5、氣體流量變送器4、程序控制器7和控制計算機9。機械真空泵6選用15升 /秒的旋片式機械真空泵，真空泵電動機功率為2. 2KW。用氨氣作為離子滲氮化學熱處理的工作氣體。真空壓強變送器5選用電容薄膜式絕對壓力計，量程為I lOOOPa。氣體流量變送器4選用氣體質量流量計，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。控制計算機9選用工業控制計算機。氣體流量變送器4設置在真空爐輸氣管道2上，真空壓強變送器5通過管道與真空爐體I內部連通，確保其數據采集端直接接觸熱處理爐內壓力。旋片式機械真空泵6設置在真空爐體 I排氣口上，PLC可編程序控制器7分別與變頻器8、真空壓強變送器5、氣體流量變送器4 信號連接，變頻器8與旋片式機械真空泵6的電動機線路連接，工業控制計算機9與PLC可編程序控制器7信號連接。待處理工件放置在工作臺3上，當真空爐預抽真空至離子化學熱處理爐的極限真空壓強約5Pa后，通過工業控制計算機9預設旋片式機械真空泵6的電動機轉速的下限為300轉/分鐘，并預設爐內真空壓強為260Pa，氨氣的流量為I升/分鐘，這時旋片式機械真空泵6的電動機轉速逐漸降低，爐內實際真空度開始逐漸趨近于260Pa。當真空度達到 220Pa時，旋片式機械真空泵6的電動機轉速已接近預設值的下限轉速，這時氨氣開始從I 升/分鐘逐漸上升，最終爐內真空壓強逐漸穩定在260Pa，直至滲氮過程結束。離子化學熱處理爐內真空壓強閉環自動控制過程說明真空壓強變送器5用于檢測真空爐體I內的壓強，并將4-20mA的壓強信號送入PLC可編程序控制器7，工業控制計算機9將真空壓強采樣值與設定值進行PID比較運算后，通過PLC可編程序控制器7輸出 4 20mA控制信號到變頻器8，變頻器8根據輸入頻率控制信號對應輸出不同頻率的交流電壓以改變旋片式機械真空泵6的電動機轉速從而改變真空泵的抽速，使爐內壓強恒定在工藝設定壓強值。如果真空泵電動機的轉速即變頻器8的頻率控制電流降低到PLC內預設某一頻率下限值時，真空爐體內的壓強仍低于給定的真空壓強，這時則不繼續降低旋片式機械真空泵6電動機的轉速，而是通過PLC可編程序控制器7來控制氣體流量變送器4，提高進氣流量，直至真空爐體I內的壓強達到給定的真空壓強值。
權利要求
1.離子化學熱處理爐真空壓強自動控制方法，其特征在于將離子化學熱處理爐的真空壓強變送器、氣體流量變送器、變頻器和旋片式機械真空泵電動機構成一個閉環控制系統；真空壓強變送器用于檢測熱處理爐體內的壓強，并將檢測信號輸送給程序控制器，控制計算機將真空壓強采樣值與設定值進行比較運算后輸出控制信號到變頻器，變頻器根據輸入信號對應輸出不同頻率的交流電壓以改變機械真空泵的電動機轉速，從而改變真空泵的抽氣速率，使爐內壓強恒定在工藝設定的壓強值；當機械真空泵電動機的轉速降低到某一給定的下限值時，熱處理爐內的壓強仍低于給定的真空壓強值，由控制計算機輸出一信號， 通過程序控制器和氣體流量變送器提高進氣的流量，直至熱處理爐內的壓強達到給定的真空壓強值。
2.依據上述自動控制方法，離子化學熱處理爐真空壓強自動控制裝置，它包括變頻器、 真空壓強變送器和機械真空泵，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算機，氣體流量變送器設置在真空爐輸氣管道上，真空壓強變送器的數據采集端直接接觸熱處理爐內壓力，機械真空泵設置在爐體排氣口上，程序控制器分別與變頻器、真空壓強變送器、氣體流量變送器信號連接，變頻器與機械真空泵電動機線路連接，控制計算機與程序控制器信號連接。
全文摘要
本發明提供的離子化學熱處理爐真空壓強自動控制方法及其裝置涉及一種熱處理設備的真空壓強自動控制方法及其裝置。它將離子化學熱處理爐的真空壓強變送器、氣體流量變送器、變頻器和旋片式機械真空泵電動機構成一個閉環控制系統；包括變頻器、真空壓強變送器、機械真空泵、氣體流量變送器、程序控制器和控制計算機，氣體流量變送器設置在真空爐輸氣管道上，真空壓強變送器的數據采集端直接接觸熱處理爐內壓力，機械真空泵設置在爐體排氣口上，程序控制器分別與變頻器、真空壓強變送器、氣體流量變送器信號連接，變頻器與機械真空泵電動機線路連接，控制計算機與程序控制器信號連接。本發明能避免真空泵向爐內返油，且能延長了真空泵的使用壽命。
文檔編號C23C16/52GK102586723SQ20121006070
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月9日 優先權日2012年3月9日
發明者趙程, 韓伯群 申請人:江蘇豐東熱技術股份有限公司