專利名稱：一種碳勢控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種金屬材料熱處理設(shè)備的常用控制設(shè)備一碳勢控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
碳勢是氣氛的熱力學(xué)特性，在金屬(鋼)熱處理工藝中，在一定的加熱溫度下，氣氛的氣相中提供的活性炭原子與鋼表面奧氏體中的含碳量相平衡的能力；各種鋼制品的生產(chǎn)中，為保證產(chǎn)品的硬度和韌性，必須使鋼制品從表到里保持一定的碳原子密度。這就是碳勢控制所要達(dá)到的目標(biāo)。碳氮共滲以滲碳為主同時滲入氮的化學(xué)熱處理工藝。它在一定程度上克服了滲 氮層硬度雖高但滲層較淺，而滲碳層雖硬化深度大，但表面硬度較低的缺點(diǎn)。目前市面上傳統(tǒng)的碳勢控制系統(tǒng)存在如下問題I.輸入信號大部分只有溫度(熱電偶)和氧勢(氧探頭)，碳勢計算僅是溫度和氧勢的函數(shù)公式，一氧化碳分壓值做為固定值由工藝人員根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定，這樣會存在由于一氧化碳分壓值由于人為設(shè)定的不準(zhǔn)確而導(dǎo)致碳勢計算的誤差。2.氧探頭兼容性不好。3.價格昂貴。4.不能做到一臺表實現(xiàn)碳氮共滲。5.操作和設(shè)定極其復(fù)雜，人機(jī)界面也不友好。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型解決了以上問題，采用市面上常用的可編程模擬量控制器(如山武的DMC50)，用程序的方法植入碳勢計算公式，公式或程序修改/增加靈活，適應(yīng)市面上所有的氧探頭，隨時可以增加不同的碳勢計算公式；增加一氧化碳測量，實時測量一氧化碳分壓值，避免人為設(shè)定誤差；增加二氧化碳含量測量，根據(jù)二氧化碳的含量計算碳勢(簡稱碳勢二)，碳勢二和氧探頭計算的碳勢(簡稱碳勢一)比較，如碳勢一和碳勢二 2偏差大于設(shè)定偏差值則報警，避免由于氧探頭測量誤差造成碳勢計算誤差；增加氨氣控制功能，控制氨氣流量計的流量向爐腔內(nèi)注入設(shè)定流量的氨氣，可實現(xiàn)控制碳勢的同時實現(xiàn)碳氮共滲；由于探制器采用的是市面上常用的探制器(PLC都可以)，成本很低，擴(kuò)展方便。人機(jī)界面采用觸摸屏，自制人機(jī)界面軟件，全中文界面，適合國內(nèi)廠家的使用習(xí)慣。本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種碳勢控制系統(tǒng)，它包括主控制器、人機(jī)界面、一氧化碳傳感器、二氧化碳傳感器、溫度傳感器、氧含量傳感器、氨氣流量控制器、電力調(diào)整器和滲碳控制閥，所述的設(shè)置在爐體內(nèi)的溫度傳感器、氧含量傳感器、一氧化碳傳感器和二氧化碳傳感器的輸出端分別與主控制器的相應(yīng)輸入端相連，主控制器的各個輸出端分別與電力調(diào)整器、滲碳控制閥和氨氣流量控制器的輸入端相連，所述的電力調(diào)整器的輸出端與安裝在爐體內(nèi)的加熱器相連，所述的滲碳控制閥和氨氣流量控制器的輸出端通過管道與爐體內(nèi)的加熱空間相連，所述的人機(jī)界面與主控制器相連。[0012]所述的主控制器中包括碳勢計算單元一、碳勢計算單元二、碳勢選擇器、溫度PID控制單元、碳勢PID控制單元和氨氣流量控制單元，所述的碳勢計算單元一的信號輸入端分別與氧含量傳感器、一氧化碳傳感器和溫度傳感器相連，碳勢計算單元一的信號輸出端與碳勢選擇器的一信號輸入端相連，碳勢計算單元二的信號輸入端分別與一氧化碳傳感器、二氧化碳傳感器和溫度傳感器相連，碳勢計算單元二的信號輸出端與碳勢選擇器的另一信號輸入端相連，碳勢選擇器的信號輸出端與碳勢PID控制單兀生物輸入端相連,碳勢PID控制單元的輸出端與滲碳控制閥相連，所述的溫度PID控制單元的信號輸入端與溫度傳感器相連，溫度PID控制單元的信號輸出端與電力調(diào)整器的輸入端相連，所述的氨氣流量控制單元的輸出端與氨氣流量控制器的輸入端相連。PID是一種回路控制數(shù)學(xué)模型，其含義P—比例控制，I一積分控制，D—微分控制。所述的主控制器采用可編程模擬量控制器。所述的主控制器與人機(jī)界面采用串口通訊方式RS-485通信。所述的溫度傳感器為熱電偶。·本實用新型的有益效果是增加碳勢計算單元二，使碳勢的表征更準(zhǔn)確可靠，增加一氧化碳分壓值測量，碳勢計算更精確，控制精度更高，使用國內(nèi)的可編程模擬控制器更方便，成本也更低。

圖I是本實用新型的一種碳勢控制系統(tǒng)的整示意圖。圖2是本實用新型的一種碳勢控制系統(tǒng)的原理框圖。圖中1_爐體、2-加熱器、3-主控制器、4-人機(jī)界面、5- —氧化碳傳感器、6_ 二氧化碳傳感器、7-溫度傳感器、8-氧含量傳感器、9-氨氣流量控制器、10-電力調(diào)整器、11-滲碳控制閥。
具體實施方式
如圖1、2所示，一種碳勢控制系統(tǒng)，包括主控制器3、人機(jī)界面4、一氧化碳傳感器
5、二氧化碳傳感器6、溫度傳感器7、氧含量傳感器8、氨氣流量控制器9、電力調(diào)整器10和滲碳控制閥11，所述的設(shè)置在爐體I內(nèi)的溫度傳感器7、氧含量傳感器8、一氧化碳傳感器5和二氧化碳傳感器6的輸出端分別與主控制器3的相應(yīng)輸入端相連,主控制器3的各個輸出端分別與電力調(diào)整器10、滲碳控制閥11和氨氣流量控制器9的輸入端相連，所述的電力調(diào)整器10的輸出端與安裝在爐體I內(nèi)的加熱器2相連，所述的滲碳控制閥11和氨氣流量控制器9的輸出端通過管道與爐體I內(nèi)的加熱空間相連，所述的人機(jī)界面4與主控制器3相連。所述的主控制器3中包括碳勢計算單元一、碳勢計算單元二、碳勢選擇器、溫度PID控制單元、碳勢PID控制單元和氨氣流量控制單元，所述的碳勢計算單元一的信號輸入端分別與氧含量傳感器8、一氧化碳傳感器5和溫度傳感器7相連，碳勢計算單元一的信號輸出端與碳勢選擇器的一信號輸入端相連，碳勢計算單兀二的信號輸入端分別與一氧化碳傳感器5、二氧化碳傳感器6和溫度傳感器7相連，碳勢計算單元二的信號輸出端與碳勢選擇器的另一信號輸入端相連，碳勢選擇器的信號輸出端與碳勢PID控制單兀生物輸入端相連，碳勢PID控制單元的輸出端與滲碳控制閥11相連，所述的溫度PID控制單元的信號輸入端與溫度傳感器7相連，溫度PID控制單元的信號輸出端與電力調(diào)整器10的輸入端相連，所述的氨氣流量控制單元的輸出端與氨氣流量控制器9的輸入端相連。當(dāng)該碳勢控制系統(tǒng)工作時，爐體I上的一氧化碳傳感器5、二氧化碳傳感器6、溫度傳感器7和氧含量傳感器8所測得的一氧化碳含量、二氧化碳含量、溫度和氧含量輸入給主控制器3的對應(yīng)輸入口，其中一氧化碳含量、氧含量和溫度組成一組數(shù)據(jù)進(jìn)入主控制器3內(nèi)的碳勢計算單元一計算出碳勢值一，一氧化碳含量、二氧化碳含量和溫度組成一組數(shù)據(jù)進(jìn)入主控制器3內(nèi)的碳勢計算單元二計算出碳勢值二，碳勢值一和碳勢值二經(jīng)主控制器3內(nèi)的碳勢選擇器(人工選定)選擇后得到最終的控制碳勢值輸入主控制器3內(nèi)的碳勢PID控制單元，碳勢PID控制單元將此碳勢值與碳勢目標(biāo)值相比較，進(jìn)行PID運(yùn)算后，得到滲碳控制閥11的控制信號，控制滲碳?xì)怏w(富化氣)的進(jìn)氣量，從而控制爐體I內(nèi)的碳勢穩(wěn)定在目標(biāo)值；同時，溫度信號輸入主控制器3內(nèi)的溫度PID控制單元，溫度PID控制單元將測量的溫度值與設(shè)定的溫度目標(biāo)值進(jìn)行比較，進(jìn)行PID運(yùn)算后，得到電力調(diào)整器10的控制信號，控制電力調(diào)整器10的輸出電力功率，從而控制爐體I內(nèi)的溫度穩(wěn)定在溫度目標(biāo)值。 當(dāng)熱處理工藝要求碳氮共滲時，設(shè)定一定的氨氣流量，氨氣流量控制單元根據(jù)此氨氣流量設(shè)定得到氨氣流量控制器的控制信號，控制氨氣流量控制器9，從而使氨氣流量穩(wěn)定在所設(shè)定的目標(biāo)值，使?fàn)t體I內(nèi)保持一定的氮原子濃度，達(dá)到碳氮共滲的目的。本實用新型中一氧化碳傳感器采用紅外一氧化碳測量系統(tǒng)，二氧化碳傳感器采用紅外二氧化碳測量系統(tǒng)。
權(quán)利要求1.一種碳勢控制系統(tǒng)，其特征在于它包括主控制器(3)、人機(jī)界面(4)、一氧化碳傳感器(5)、二氧化碳傳感器(6)、溫度傳感器(7)、氧含量傳感器(8)、氨氣流量控制器(9)、電力調(diào)整器(10)和滲碳控制閥(11)，所述的設(shè)置在爐體(I)內(nèi)的溫度傳感器(7)、氧含量傳感器(8)、一氧化碳傳感器(5)和二氧化碳傳感器(6)的輸出端分別與主控制器(3)的相應(yīng)輸入端相連，主控制器(3)的各個輸出端分別與電力調(diào)整器(10)、滲碳控制閥(11)和氨氣流量控制器(9)的輸入端相連，所述的電力調(diào)整器(10)的輸出端與安裝在爐體(I)內(nèi)的加熱器(2)相連，所述的滲碳控制閥(11)和氨氣流量控制器(9)的輸出端通過管道與爐體(I)內(nèi)的加熱空間相連，所述的人機(jī)界面(4)與主控制器(3)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的碳勢控制系統(tǒng)，其特征在于所述的主控制器(3)中包括碳勢計算單元一、碳勢計算單元二、碳勢選擇器、溫度PID控制單元、碳勢PID控制單元和氨氣流量控制單元，所述的碳勢計算單元一的信號輸入端分別與氧含量傳感器(8)、一氧化碳傳感器(5)和溫度傳感器(7)相連,碳勢計算單兀一的信號輸出端與碳勢選擇器的一信號輸入端相連，碳勢計算單元二的信號輸入端分別與一氧化碳傳感器(5)、二氧化碳傳感器(6)和溫度傳感器(7)相連，碳勢計算單元二的信號輸出端與碳勢選擇器的另一信號輸入端相連，碳勢選擇器的信號輸出端與碳勢PID控制單元生物輸入端相連，碳勢PID控制單元的輸出端與滲碳控制閥(11)相連，所述的溫度PID控制單元的信號輸入端與溫度傳感器(7)相連，溫度PID控制單元的信號輸出端與電力調(diào)整器(10)的輸入端相連，所述的氨氣流量控制單兀的輸出端與氨氣流量控制器(9)的輸入端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的碳勢控制系統(tǒng)，其特征在于所述的主控制器(3)采用可編程模擬量控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的碳勢控制系統(tǒng)，其特征在于所述的主控制器(3)與人機(jī)界面(4)采用串口通訊方式RS-485通信。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的碳勢控制系統(tǒng)，其特征在于所述的溫度傳感器(7)為熱電偶。
專利摘要一種碳勢控制系統(tǒng)，它包括人機(jī)界面、主控制器、一氧化碳傳感器、二氧化碳傳感器、溫度傳感器、氧含量傳感器、氨氣流量控制器、電力調(diào)整器和滲碳控制閥，所述的主控制器的輸入端分別與設(shè)置在爐體內(nèi)的一氧化碳傳感器、二氧化碳傳感器、溫度傳感器和氧含量傳感器相連，主控制器的輸出端分別與氨氣流量控制器、電力調(diào)整器和控制器相,人機(jī)界面通過通訊口與主控制器相連。本實用新型增加碳勢計算單元二，使碳勢的表征更準(zhǔn)確可靠，增加一氧化碳分壓值測量，碳勢計算更精確，控制精度更高。
文檔編號C23C8/30GK202717834SQ201220406378
公開日2013年2月6日 申請日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月16日
發(fā)明者劉巖山 申請人:南京科達(dá)新控儀表有限公司