真空热处理设备应急反应系统研究

真空热处理设备应急反应系统研究

通文雷

北京科仪创新真空技术有限公司

摘要：现如今，我国经济发展十分迅速，真空热处理炉工作时，如果出现断水、断电情况，而没有应急反应系统，设备就有损毁的危险，所以建立基于断水、断电的应急反应系统有备无患。

关键词：真空热处理设备;应急反应;系统

引言

真空热处理技术作为一种优秀的热处理生产制造技术，在我国已有40多年的应用历史。经真空热处理后的零件具备无氧化、无渗透、除油、脱气、形变小、综合物理性能突出等优点，在航空航天、医疗器械、核能与半导体等高尖端领域具有明显的优势。越是高尖端领域，对真空热处理技术的需求就越强烈。然而，真空热处理设备价格相对较高、一次性投入成本较高，如果真空设备设计不合理或真空机组选型不当，就容易造成设备低配或者高配的情况。当设备低配时，使用过程中性能不稳定，难以达到预期效果；当设备高配时，会增加投资成本，使用过程中费水、费电，达不到节能效果，造成不必要的经济损失和浪费。

1真空热处理设备概述

真空热处理技术是真空技术与热处理技术相结合的综合技术，即全部或部分热处理工艺在真空状态下进行。而真空热处理设备，则是合理应用该技术的工艺设备，最常见的设备为真空热处理炉。通常而言，该设备具有热效率高，可实现无氧化、无脱碳、无渗碳，可去掉工件表面磷屑，可脱氧除气等作用，故而在现代工业中得以广泛应用。真空热处理炉的真空系统由真空容器、真空泵、真空阀、连接件及真空测量仪表等所组成，能够构成严格的真空密封环境。与此同时，该设备还具有水冷装置，用于保护个部件结构不变形、不损坏，同时防止真空密封圈过热甚至烧毁，进而保障设备的长期、正常运行。另外，该设备通常还采用低电压大电流，具有极高的自动化程度，能够自动、精确完成工件加工与处理。

2真空热处理炉的特点

真空热处理炉炉膛里目前流行棒加热，为了保证石墨棒不焚毁，必须保证一定的真空度，同时炉壳采用循环水冷却，以避免炉体外壳温度过高。通常采用低电压大电流，避免在一定真空度下产生辉光放电烧毁加热元件，造成设备损毁的重大损失。石墨加热棒加热时一旦与氧气接触就会烧毁，所以设备的密封性必须好。例如，真空泵与炉体通过法兰连接，一定是用真空合适的密封圈且正反面都均匀涂上真空脂，上螺栓时一定要对角线方向进行，并且均匀用力。热处理炉操作以真空气淬为例，大约需要35步操作，而且重要操作步骤不能颠倒，否则会出现设备损毁的悲剧，所以为了防止意外，通常采用全自动，或者关键步骤自动化，是一种自动化较高和对操作人员操作熟练度要求较高的设备。

3真空热处理设备应急反应系统管理

3.1程序设计

程序设计版本博图V13，程序语言SCL。程序要求包括加热实际温度启动程序，加热过程设计温度计算，PID模块程序，插入程序、删除程序以及跳段程序。其中重点是PID程序，要求使用周期100ms，循环态，中断性为零，保证PID控制的精确性。设计中所有变量参数为实际温度、设定温度、第i段设定温度、第i段设定时间，输出功率，时间，升温速度，增益效果，采样周期以及积分时间。所有参数均存放于DB之中。加热启动过程当中加热实际温度与加热过程中的设定温度相当，即使出现高温故障中断加热，重启加热过程当中也可以直接从实际温度启动加热，可有效的节省时间。加热过程当中设定温度计算问题，当时间增加，设定温度也增加。程序段插入与删除方面，当执行Del时，删除段之后的所有程序段开始迁移，而执行Ins时，在Ins段插入段，在Ins之前的程序段不动，而Ins后的段则后移。加热当中执行跳段操作时，程序可以直接向下一段跳进。因为PLC毕竟不同于温度控制器，其所带PID功能虽然可以实现温度控制，但需要进行适当的调整。按照设备具体情况，PID参数增益设定为5，积分时间为120s，微分时间为30s，采样算法实践0.1s，比例作用权重1.0，DT1系数5.0，时间延迟6.0。当启动程序，温度达到800℃时，程序暂停，PID开模块开启自整定。经过整定确保温度控制精度。设备在工作过程当中，温度升高，加工材料会出现放气现象，造成真空度下降，一般情况下，采取的是手动模式来保证真空度，待真空度恢复到一定程度后继续加温，因此在PLC温控当中，可以利用PLC的其他模块来结合使用，实现自动化控制，主要是设定一个真空度的阈值，当真空度达到这个阈值时设备自动调整。

3.2上位机链接

在工业生产中，需要将真空热处理设备与控制中心进行连接，其电流异常波动报警系统同样需要与控制中心连接，此时就需要用到上位机链接系统。该系统能够将1台上位机与1台或者多台可编程控制器链接，并对后者进行程序传输、数据监控及远程控制。在文章中，利用CP1HXA40DR-A型PLC的RS-232串口和上位机进行链接，并进行测试通讯。如此一来，通过该系统就能实时监测设备电流值，显示并存储报警数据，以便技术人员随时对设备状态进行分析，同时也能在出现故障后即时调用数据，为故障修复提供数据支持。

2.3应急反应系统的建立

本应急反应系统的研制，就是在设备突然停电，出现断水、断电的情况下，以及其他原因造成的在加热状态下炉内真空度突然下降，有可能造成炉内加热的碳棒燃烧，并造成设备严重损坏的情况，该系统通过检查炉体冷却水水压变低，水温升高，开启储备水进行冷却，保持炉体外壳温度正常。该系统可以检查炉内真空度是否处于正常状态，如果炉内真空度处于非正常状态，就会立即进行报警，通知操作者启动应急预案，防止造成重大损失。

3.4真空机组匹配

本设备真空机组为三级真空机组，机械泵+罗茨泵+扩散泵，主泵扩散泵入口接入系统真空腔体，低真空侧机械泵出口直排大气。为保证机组流量连续性，可根据各级真空泵压缩比或各级泵的最大前级工作压强确认前后级真空泵排气速率的匹配，选型时考虑管路及各元器件流导的因素，最大前级工作压强会留有一定的余量，达到优化配置。如机组排气速率不匹配，前级泵的排气流量小于主泵的排气流量，流量的不一致就会导致真空机组不能达到理想状态，甚至造成主泵损坏。罗茨泵能工作在中真空范围，其压缩比正好可连接几Pa至几百Pa的范围。罗茨泵串接在高低真空泵之间，便可承上启下，机组间各真空泵流量匹配，各泵可最佳状态运转。机组总的能耗也会降低。

结语

综上所述，真空热处理设备在当前的金属加工当中地位是非常显著的，其应用非常广泛，在真空热处理当中，要求要保证一定的真空度、温度以及加热的时间，进而保证加工质量，在实际的操作当中，实现自动化控制，生产效率会更高，加工质量也能保证。为此文章探索了真空热处理设备的温控系统，文章主要从硬件选择和软件设计方面做出了探讨，所列举的温控系统，结构相对简单，成本效益相对较好，自动化程度高。当然可能也存在不足之处，希望有参考价值，同时也希望能够和业内同仁共同探讨，提高真空热处理设备的自动化控制水平。

参考文献

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