輝光離子氮化爐計算機多閉環(huán)控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】輝光離子氮化爐計算機多閉環(huán)控制系統(tǒng)，它包括離子氮化爐體(1)，位于離子氮化爐體(1)內(nèi)的陰極盤(01)，位于所述陰極盤(01)上的工件(9)，所述的離子氮化爐體(1)位于底座(10)上，有電動機(5)通過皮帶與真空泵(4)連接，真空泵(4)通過抽氣管道(2)通入離子氮化爐體(1)內(nèi)，在抽氣管道(2)上有真空碟閥(3)；還包括壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)(P)，第一流量閉環(huán)控制系統(tǒng)(L1)、第二流量閉環(huán)控制系統(tǒng)(L2)和溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)(T)。本發(fā)明克服了現(xiàn)有的滲氮工藝的過程中很難做到按照既定的工藝路線和工藝參數(shù)進行規(guī)范的執(zhí)行的缺點。本發(fā)明能在離子滲氮工藝執(zhí)行過程中精確地控制各個工藝參數(shù)，精度可控制在±0.5％。
【專利說明】輝光離子氮化爐計算機多閉環(huán)控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于一種計算機自動控制輝光離子滲氮裝置，更具體地說它是一種輝光離 子氮化爐計算機多閉環(huán)控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 金屬零件在離子氮化爐內(nèi)的生產(chǎn)工藝生程中，按照滲氮工藝要求需要在真空容器 中通入滲氮介質(zhì)、如氮氣、氫氣、氨氣、含碳氣氛、含硫氣氛等，并在真空容器內(nèi)的陰陽極間 施加直流高壓脈沖￠00伏-1000伏）、使氣體電離形成輝光放電、在離子滲氮過程中涉及 零件的溫度（510-560度）、真空容器的壓力（10Pa-400Pa)、通入多種氣體（NH 3、N2、H2、C02) 的質(zhì)量流量控制、以及工藝生產(chǎn)的滲氮時間（8-30小時）等工藝所需的物理參數(shù)，電參數(shù)有 輸出的直流電壓、直流電流、輸出高壓脈沖的占空比（調(diào)節(jié)電流）等電參數(shù)。
[0003] 在常規(guī)的離子滲氮設(shè)備中這些復雜的生產(chǎn)過程是由熟練工人來進行操作的，執(zhí)行 過程中的工藝參數(shù)由工藝操作者按照經(jīng)驗手動調(diào)節(jié)，本發(fā)明將每一個滲氮工藝過程中的所 有工藝參數(shù)都能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制。滲氮工藝的過程中的傳統(tǒng)的工藝操作、執(zhí)行過程中很難 做到按照既定的工藝路線和工藝參數(shù)進行規(guī)范的執(zhí)行，由此導致相同牌號相同前期預先熱 處理的金屬零件的離子滲氮工藝再現(xiàn)性差，批量生產(chǎn)時工藝執(zhí)行會出現(xiàn)同批次同材質(zhì)的零 件氮化層的硬度及滲層的深度出現(xiàn)偏差。工藝工程中的工藝參數(shù)變化無法得到及時的控 制，對滲氮過程中各種參數(shù)的查詢和工藝執(zhí)行的過程無法進行準確的分析。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有【背景技術(shù)】的不足之處，而提供一種輝光離子氮化 爐計算機多閉環(huán)控制系統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過如下措施來達到的：輝光離子氮化爐計算機多閉環(huán)控制系 統(tǒng)，它包括離子氮化爐體，位于離子氮化爐體內(nèi)的陰極盤，位于所述陰極盤上的工件，所述 的離子氮化爐體位于底座上，有電動機通過皮帶與真空泵連接，真空泵通過抽氣管道通入 離子氮化爐體內(nèi)，在抽氣管道上有真空碟閥；其特征在于還包括壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，第一流 量閉環(huán)控制系統(tǒng)，第二流量閉環(huán)控制系統(tǒng)，和溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)；
[0006] 所述的壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)包括依次連接的壓力變送器、第一數(shù)字調(diào)節(jié)器和三相變 頻器，所述的壓力變送器通過數(shù)據(jù)采集通道連接離子氮化爐體、壓力變送器輸出信號連接 到數(shù)字調(diào)節(jié)器，數(shù)字調(diào)節(jié)經(jīng)過PID運算后輸出信號和三相變頻器相連接，通過三相變頻器 控制真空泵的轉(zhuǎn)速，從而達到自動將氮化爐體內(nèi)的壓力控制在設(shè)定值范圍內(nèi)。所述的三相 變頻器通過三相交流電源連接電動機；
[0007] 所述的第一流量閉環(huán)控制系統(tǒng)包括依次連接的第一流量傳感器、第二數(shù)字調(diào)節(jié)器 和第一流量控制器，所述的第一流量傳感器通過數(shù)據(jù)采集通道連接離子氮化爐體，按照操 作者設(shè)定的工藝流量值自動控制進氣流量，所述的第一流量控制器通入氣體輸送通道；
[0008] 所述的第二流量閉環(huán)控制系統(tǒng)包括依次連接的第二流量傳感器、第三數(shù)字調(diào)節(jié)器 和第二流量控制器，所述的第二流量傳感器通過數(shù)據(jù)采集通道連接離子氮化爐體，按照操 作者設(shè)定的工藝流量值自動控制進氣流量，所述的第二流量控制器通入氣體輸送通道；
[0009] 所述的溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)包括依次連接的溫度傳感器、第四數(shù)字調(diào)節(jié)器和離子加 熱脈沖電源，所述的溫度傳感器通過數(shù)據(jù)采集通道連接離子氮化爐體，所述離子加熱脈沖 電源通過導線連接離子氮化爐體。
[0010] 在上述技術(shù)方案中，還包括工業(yè)控制計算機（帶觸摸屏），所述的觸屏工業(yè)控計算 機制通過485通信數(shù)據(jù)總線分別連接第一數(shù)字調(diào)節(jié)器，第二數(shù)字調(diào)節(jié)器，第三數(shù)字調(diào)節(jié)器， 第四數(shù)字調(diào)節(jié)器，所述的工業(yè)控制計算機與位于離子加熱脈沖電源內(nèi)的編程控制器（PLC) 連接。
[0011] 在上述技術(shù)方案中，所述的第一流量控制器通過氣體輸送分通道通入氣體輸送通 道。
[0012] 在上述技術(shù)方案中，所述的離子加熱脈沖電源內(nèi)設(shè)置有可編程控制器（PLC)。
[0013] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點：①可以保證在離子滲氮工藝的實施過程中所有工藝參數(shù)都 能得到一個獨立的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，并能獨立的和上位機（工業(yè)控制計算機或計算機） 進行數(shù)據(jù)交換，接受指令并能在上位機上方便的查詢歷史數(shù)據(jù)等。②計算機系統(tǒng)按照工藝 需要可同時與組成的多個閉環(huán)控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，實時監(jiān)控記錄工藝過程中的工藝參 數(shù)的變化情況，下位機（包括第一數(shù)字調(diào)節(jié)器，第二數(shù)字調(diào)節(jié)器，第三數(shù)字調(diào)節(jié)器，第四數(shù) 字調(diào)節(jié)器和編程控制器）則可以通過工藝參數(shù)獨立閉環(huán)控制系統(tǒng)精確地實施過程控制。③ 能在離子滲氮工藝執(zhí)行過程中精確地控制各個工藝參數(shù)，精度可控制在±0. 5%。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明輝光離子氮化爐計算機多閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖中：陰極盤01,離子氮化爐體1,抽氣管道2,真空碟閥3,真空泵4,電動機5,壓 力變送器6,第一數(shù)字調(diào)節(jié)器7,三相變頻器8,工件9,底座10,第一流量傳感器11，第二數(shù) 字調(diào)節(jié)器12,第一流量控制器13,第二流量傳感器14,第三數(shù)字調(diào)節(jié)器15,第二流量控制器 16,溫度傳感器17,第四數(shù)字調(diào)節(jié)器18,離子加熱脈沖電源19,數(shù)據(jù)采集通道20,編程控制 器21，氣體輸送通道22,輸送分通道23,工業(yè)控制計算機或計算機24,通信數(shù)據(jù)總線25,閉 環(huán)控制系統(tǒng)P，第一流量閉環(huán)控制系統(tǒng)L1，第二流量閉環(huán)控制系統(tǒng)L2,溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)T。

【具體實施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的實施情況，但它們并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定，僅 作舉例而已。同時通過說明本發(fā)明的優(yōu)點將變得更加清楚和容易理解。
[0017] 參閱附圖可知：本發(fā)明輝光離子氮化爐計算機多閉環(huán)控制系統(tǒng)，它包括離子氮化 爐體1，位于離子氮化爐體1內(nèi)的陰極盤01，位于所述陰極盤01上的工件9,所述的離子氮 化爐體1位于底座10上，有電動機5通過皮帶與真空泵4連接，真空泵4通過抽氣管道2 通入離子氮化爐體1內(nèi)，在抽氣管道2上有真空碟閥3 ;其特征在于還包括壓力閉環(huán)控制系 統(tǒng)P，第一流量閉環(huán)控制系統(tǒng)L1、第二流量閉環(huán)控制系統(tǒng)L2和溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)T ;
[0018] 所述的壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)P包括依次連接的壓力變送器6、第一數(shù)字調(diào)節(jié)器7和三 相變頻器8,所述的壓力變送器6通過數(shù)據(jù)采集通道20連接離子氮化爐體1，所述的三相變 頻器8通過三相交流電源連接電動機5 ;
[0019] 所述的第一流量閉環(huán)控制系統(tǒng)L1包括依次連接的第一流量傳感器11、第二數(shù)字 調(diào)節(jié)器12和第一流量控制器13,所述的第一流量傳感器11通過數(shù)據(jù)采集通道20連接離子 氮化爐體1，所述的第一流量控制器13通入氣體輸送通道22 ;
[0020] 所述的第二流量閉環(huán)控制系統(tǒng)L2包括依次連接的第二流量傳感器14、第三數(shù)字 調(diào)節(jié)器15和第二流量控制器16,所述的第二流量傳感器14通過數(shù)據(jù)采集通道20連接離子 氮化爐體1，所述的第二流量控制器16通入氣體輸送通道22 ;
[0021] 所述的溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)T包括依次連接的溫度傳感器17、第四數(shù)字調(diào)節(jié)器18和 離子加熱脈沖電源19,所述的溫度傳感器17通過數(shù)據(jù)采集通道20連接離子氮化爐體1，所 述離子加熱脈沖電源19通過導線連接離子氮化爐體1。
[0022] 本發(fā)明還包括觸屏顯示器24,所述的觸屏顯示器24通過通信數(shù)據(jù)總線25分別連 接第一數(shù)字調(diào)節(jié)器7,第二數(shù)字調(diào)節(jié)器12,第三數(shù)字調(diào)節(jié)器15,第四數(shù)字調(diào)節(jié)器18,所述的 觸屏顯示器24與位于離子加熱脈沖電源19內(nèi)的編程控制器21連接。所述的第一流量控 制器13通過氣體；輸送分通道23通入氣體輸送通道22,所述的離子加熱脈沖電源19內(nèi)設(shè) 置有編程控制器21 (如圖1所示）。
[0023] 本發(fā)明中五個閉環(huán)系統(tǒng)的工作原理為：
[0024] ①溫度閉環(huán)控制系T:溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)主要由溫度傳感器17、溫度數(shù)字調(diào)節(jié)器 18、離子加熱脈沖電源19及離子氮化爐體1組成，系統(tǒng)可以按照設(shè)定的工藝溫度自動調(diào)節(jié) 輸出電流，從而控制零件的溫度達到工藝要求的數(shù)值。
[0025] ②壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)P:壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)由壓力變送器6、壓力數(shù)字調(diào)節(jié)器7、三 相變頻器8、旋片式真空泵4和離子氮化爐體1組成。系統(tǒng)可以按照工藝需要對真空爐體設(shè) 定不同的壓力值，系統(tǒng)可以自動的通過數(shù)字調(diào)節(jié)器進行PID運算，并將運算結(jié)果以電流方 式送給變頻器，通過控制真空泵的轉(zhuǎn)速來控制真空爐體進出氣體的量，從而使真空爐體系 統(tǒng)的氣體流量達到動態(tài)平衡。
[0026] ③第一流量閉環(huán)控制系統(tǒng)L1 (氨氣）：系統(tǒng)由第一流量傳感器11 (氣體）、第二數(shù) 字調(diào)節(jié)器12、第一流量控制器13組成，系統(tǒng)可以按照工藝需要的流量值進行PID運算進行 自動調(diào)節(jié)進氣流量。
[0027] ④第二流量閉環(huán)控制系統(tǒng)L2 (含碳氣氛）：系統(tǒng)由第二流量傳感器14 (氣體）、第 三數(shù)字調(diào)節(jié)器15、第二流量控制器16組成，系統(tǒng)可以按照工藝需要的流量值進行PID運算 進行自動調(diào)節(jié)進氣流量。
[0028] ⑤上位機采用工業(yè)控制計算機對系統(tǒng)進行管理、工藝操作人員通過計算機對系統(tǒng) 進行工藝數(shù)據(jù)采集，工藝參數(shù)及控制命令下達等操作。并可以對系統(tǒng)的歷史工藝數(shù)據(jù)隨時 調(diào)出，進行工藝過程分析及滲氮工藝數(shù)據(jù)核對，存檔等工作。
[0029] 其它未詳細說明的部分均為現(xiàn)有技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1. 輝光離子氮化爐計算機多閉環(huán)控制系統(tǒng)，它包括離子氮化爐體（1)，位于離子氮化 爐體（1)內(nèi)的陰極盤（01)，位于所述陰極盤（01)上的工件（9)，所述的離子氮化爐體（1) 位于底座（10)上，有電動機（5)通過皮帶與真空泵⑷連接，真空泵⑷通過抽氣管道（2) 通入離子氮化爐體（1)內(nèi)，在抽氣管道（2)上有真空碟閥（3);其特征在于還包括壓力閉環(huán) 控制系統(tǒng)（P)，第一流量閉環(huán)控制系統(tǒng)（L1)、第二流量閉環(huán)控制系統(tǒng)（L2)和溫度閉環(huán)控制 系統(tǒng)（T); 所述的壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)（P)包括依次連接的壓力變送器（6)、第一數(shù)字調(diào)節(jié)器（7)和 三相變頻器（8)，所述的壓力變送器（6)通過數(shù)據(jù)采集通道（20)連接離子氮化爐體（1)，所 述的三相變頻器（8)通過三相交流電源連接電動機（5); 所述的第一流量閉環(huán)控制系統(tǒng)（L1)包括依次連接的第一流量傳感器（11)、第二數(shù)字 調(diào)節(jié)器（12)和第一流量控制器（13)，所述的第一流量傳感器（11)通過數(shù)據(jù)采集通道（20) 連接離子氮化爐體（1)，所述的第一流量控制器（13)通入氣體輸送通道（22); 所述的第二流量閉環(huán)控制系統(tǒng)（L2)包括依次連接的第二流量傳感器（14)、第三數(shù)字 調(diào)節(jié)器（15)和第二流量控制器（16)，所述的第二流量傳感器（14)通過數(shù)據(jù)采集通道（20) 連接離子氮化爐體（1)，所述的第二流量控制器（16)通入氣體輸送通道（22); 所述的溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)（T)包括依次連接的溫度傳感器（17)、第四數(shù)字調(diào)節(jié)器（18) 和離子加熱脈沖電源（19)，所述的溫度傳感器（17)通過數(shù)據(jù)采集通道（20)連接離子氮化 爐體（1)，所述離子加熱脈沖電源（19)通過導線連接離子氮化爐體（1)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輝光離子氮化爐計算機多閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于還包括 計算機（24)，所述的計算機（24)通過通信數(shù)據(jù)總線（25)分別連接第一數(shù)字調(diào)節(jié)器（7)，第 二數(shù)字調(diào)節(jié)器（12)，第三數(shù)字調(diào)節(jié)器（15)和第四數(shù)字調(diào)節(jié)器（18)，所述的計算機（24)與 位于離子加熱脈沖電源（19)內(nèi)的編程控制器（21)連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的輝光離子氮化爐計算機多閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于所 述的第一流量控制器（13)通過氣體輸送分通道（23)通入氣體輸送通道（22)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輝光離子氮化爐計算機多閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于的所述 的離子加熱脈沖電源（19)內(nèi)設(shè)置有編程控制器（21)。
【文檔編號】C23C8/36GK104195504SQ201410423970
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】黃健 申請人:武漢武熱研熱處理科技有限公司