專利名稱：真空試驗儀器自動泵抽系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種材料和物理科學(xué)領(lǐng)域中使用的的真空儀器點控制系統(tǒng)，具體地說是一種真空試驗儀器自動泵抽系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
真空儀器是在材料科學(xué)、物理科學(xué)領(lǐng)域中已廣泛使用的實驗和制備儀器，其功能就是能夠讓實驗者在其提供的真空條件下進行科學(xué)試驗，而整個真空條件獲得的過程需要 耗費一定時間，通常我們的儀器都是由試驗人員人工操作的，這樣將占用實驗者相當(dāng)一部 分的精力和時間，并且也經(jīng)常因為沒有明確的控制規(guī)則造成人為誤操作而損壞真空部件， 帶來巨大損失。安裝不便，以往的人工操作多采用繼電器邏輯，大量繼電器的使用給安裝盒 接線都帶來很大不便；擴展性差，當(dāng)一個實驗儀器包含多個真空系統(tǒng)，而每個真空系統(tǒng)在工 作時，又是時而連用時而相對獨立的，以往的設(shè)計都要從新加入大量的繼電器電路，增加了 設(shè)計裝配的工作量。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足之處，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可避 免誤操作的真空試驗儀器自動泵抽系統(tǒng)及其控制方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是本發(fā)明一種真空試驗儀器自動泵抽系統(tǒng)包括PLC及工控機，其中PLC,為主控制部件，其輸入端接收現(xiàn)場傳感器信號，與工控機進行通訊連接，輸出 信號經(jīng)驅(qū)動電路送至現(xiàn)場設(shè)備；工控機，為PLC的上位機，實現(xiàn)人機交互，對PLC中的控制程序進行編程，通過PLC 對現(xiàn)場設(shè)備實施控制。所述現(xiàn)場設(shè)備包括機械泵、分子泵、真空板閥、旁抽閥、進氣閥以及電磁閥；所述傳 感器包括閥體自帶的反饋部件，其信號線接于PLC的輸入端，分別用于檢測閥門開關(guān)是否 到位。本發(fā)明一種真空試驗儀器自動泵抽系統(tǒng)的控制方法包括以下步驟設(shè)備上電，程序初始化；采集傳感器數(shù)據(jù)，判斷各設(shè)備狀態(tài)和當(dāng)前設(shè)備的真空度；設(shè)備采用獨立控制還是自動聯(lián)動控制；如果采用獨立控制操作，則在得到具體設(shè)備的動作指令后，判斷其動作的條件是 否成立，成立則執(zhí)行，否則不執(zhí)行；如果采用自動聯(lián)動控制，則啟動真空自動聯(lián)動控制程序。所述自動聯(lián)動控制程序包括以下步驟開啟機械泵；判斷真空室的真空度是否小于20Pa ；
如果小于20Pa，則依次打開電磁閥，開啟分子泵，打開真空閥板；判斷真空室是否到達規(guī)定的真空度？如果達到規(guī)定的真空度，則完成本次真空操作。如果沒達到規(guī)定的真空度，則返回判斷真空室是否到達規(guī)定的真空度步驟。如果真空室的真空度高于20Pa，則進行粗抽控制，然后轉(zhuǎn)至判斷真空室的真空度 是否小于20Pa步驟。所述粗抽控制的步驟為啟動機械泵；打開旁抽閥；判斷真空室的真空度是否小于20Pa ；如果真空室的真空度小于20Pa，則完成此次粗抽操作。如果選擇獨立控制，則各設(shè)備按以下規(guī)則互鎖開啟真空板閥之前，檢測旁抽閥的狀態(tài)應(yīng)為打開(關(guān)閉)，真空度不能高于20Pa ；開啟旁抽閥之前，檢測機械泵的狀態(tài)應(yīng)為開啟，真空板閥和進氣閥的狀態(tài)應(yīng)為關(guān)閉；開啟分子泵之前檢測機械泵的狀態(tài)應(yīng)為開啟，電磁閥的狀態(tài)應(yīng)為打開，真空板閥 的狀態(tài)應(yīng)為關(guān)閉，進氣閥的狀態(tài)應(yīng)為關(guān)閉，旁抽閥的狀態(tài)應(yīng)為關(guān)閉；開啟進氣閥之前，真空板閥和旁抽閥的狀態(tài)應(yīng)為關(guān)閉。本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點1.有效避免了誤操作。本發(fā)明無論在自動聯(lián)動控制還是獨立控制過程中，各部件 按照一定規(guī)則互鎖，可以有效避免人為誤操作的發(fā)生，不會在實驗過程中帶來損壞真空部 件等不必要的損失。2.方便操作。本發(fā)明中，多部件可以根據(jù)實驗需要和視現(xiàn)場情況，即可聯(lián)動控制， 也可獨立控制。3.方便維護和擴展。本發(fā)明采用可編程控制器作為主控制部件，方便了維護和擴 展，同時便于實現(xiàn)與PC、工控機、筆記本電腦等的通訊。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)框圖；圖2為本發(fā)明方法總流程圖；圖3為本發(fā)明方法獨立控制下打開真空板閥流程圖；圖4為本發(fā)明方法獨立控制下打開旁抽閥流程圖；圖5為本發(fā)明方法獨立控制下啟動分子泵流程圖；圖6為本發(fā)明方法獨立控制下打開進氣閥流程圖；圖7為本發(fā)明方法中“粗抽”自動控制流程圖；圖8為本發(fā)明方法中獲得“本底”真空的自動控制流程圖；圖9為本發(fā)明方法中獲得“極限”真空的自動控制流程圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明真空試驗儀器自動泵抽系統(tǒng)包括PLC及工控機，其中PLC為主控制部件，其輸入端接收現(xiàn)場傳感器信號，與工控機進行通訊連接，輸出信號經(jīng)驅(qū)動電路送 至現(xiàn)場設(shè)備；工控機為PLC的上位機，實現(xiàn)人機交互，對PLC中控制程序的編程，通過PLC對 現(xiàn)場設(shè)備實施控制?，F(xiàn)場設(shè)備包括機械泵、分子泵、真空板閥、旁抽閥、進氣閥以及電磁閥，其中旁抽泵 安裝于真空腔體側(cè)壁，用波紋管連接到機械泵，用于粗抽時使用；真空板閥在真空室和分子 泵之間，分子泵通過電磁閥、波紋管連接到機械泵上；進氣閥安裝在真空室側(cè)壁上，用于通 入試驗所用的反應(yīng)氣體；電磁閥是分子泵和機械泵之間的閥門，當(dāng)分子泵開啟時，該閥門要 打開，確保分子泵和機械泵之間是聯(lián)通的。傳感器包括閥體所帶的磁性傳感器，安裝于閥體中，其信號線接于PLC的輸入端， 分別用于檢測各類閥門是否開關(guān)到位。另外，還包括一些真空規(guī)管，分別安裝在真空室上， 其信號反饋給真空計，用于測量當(dāng)前真空度。上位機與真空計通訊，讀取真空度，再由上位 機傳給PLC。如圖2所示，本發(fā)明方法包括以下步驟設(shè)備上電，程序初始化；采集傳感器數(shù)據(jù)，判斷各設(shè)備狀態(tài)和當(dāng)前設(shè)備的真空度；設(shè)備采用獨立控制還是自動聯(lián)動控制；如果采用獨立控制操作，則在得到具體設(shè)備的動作指令后，判斷其動作的條件是 否成立，成立則執(zhí)行，否則不執(zhí)行；如果采用自動聯(lián)動控制，則啟動真空自動聯(lián)動控制程序。如圖8、9所述自動聯(lián)動控制程序包括以下步驟開啟機械泵；判斷真空室的真空度是否小于20Pa ；如果小于20Pa，則依次打開電磁閥，開啟分子泵，打開真空閥板；判斷真空室是否到達規(guī)定的真空度；如果達到規(guī)定的真空度，則完成本次真空操作。如果沒達到規(guī)定的真空度，則返回判斷真空室是否到達規(guī)定的真空度步驟；如果真空室的真空度大于20Pa，則進行粗抽控制，然后轉(zhuǎn)至判斷真空室的真空度 是否小于20Pa步驟。所述規(guī)定的真空度包括“本底”真空(即平時實驗需要的真空)和“極限”真空(即 設(shè)備的性能指標(biāo)，需定期檢驗)。如圖7所示，所述粗抽控制包括以下步驟啟動機械泵；打開旁抽閥；判斷真空室的真空度是否小于20Pa ；如果真空室的真空度小于20Pa，則完成此次粗抽操作；否則接續(xù)判斷真空室的真空度是否小于20Pa。當(dāng)選擇獨立控制時，各設(shè)備按以下規(guī)則互鎖如圖3所示，開啟真空板閥之前，檢測旁抽閥的狀態(tài)應(yīng)為關(guān)閉，真空度不能高于于 20Pa,否則會損壞分子泵；
如圖4所示，開啟旁抽閥之前，檢測機械泵的狀態(tài)應(yīng)為開啟，真空板閥和進氣閥的 狀態(tài)應(yīng)為關(guān)閉；如圖5所示，開啟分子泵之前，檢測機械泵的狀態(tài)應(yīng)為開啟，電磁閥的狀態(tài)應(yīng)為打 開，真空板閥的狀態(tài)應(yīng)為關(guān)閉，進氣閥的狀態(tài)應(yīng)為關(guān)閉，旁抽閥的狀態(tài)應(yīng)為關(guān)閉；如圖6所示，開啟進氣閥之前，檢測真空板閥和旁抽閥的狀態(tài)應(yīng)為關(guān)閉，當(dāng)分子泵 和機械泵同時工作時，機械泵不能先于分子泵關(guān)閉。粗抽就是用機械泵粗略的抽一次真空，為獲得下一級真空打下一個基礎(chǔ)。粗抽是 通過機械泵和旁抽閥來完成的，粗抽時，系統(tǒng)打開機械泵和旁抽閥，這時，真空板閥和電磁 閥是關(guān)閉的，當(dāng)真空度小于20Pa時，粗抽完成。本底真空是在粗抽的基礎(chǔ)上再達到一個較高的真空度，以便進行試驗，當(dāng)真空度 小于20Pa時，系統(tǒng)關(guān)閉旁抽閥開啟電磁閥，分子泵，真空板閥，在到達本底真空時(本底真 空一般由用戶定義，但要低于極限真空)，即完成本底真空抽氣過程。極限真空是系統(tǒng)的主要的性能指標(biāo)，是系統(tǒng)所能達到的最高真空度，當(dāng)真空度小 于20Pa時，系統(tǒng)開啟電磁閥，分子泵，板閥，在到達極限真空時(不同的儀器極限真空的指 標(biāo)也不同，由用戶定義)，即完成極限真空抽氣過程。本實施例中，PLC(可編程控制器)采用愛默生EClO系列PLC，是愛默生公司推出 的一款微型PLC，結(jié)構(gòu)小巧，高配置，大容量，速度快，集成模擬量輸入輸出，程序容量達到 12K，基本指令只需0. 3 μ S，可擴展4個模塊；具有強大的定位和高速處理能力，定位指令實 現(xiàn)對機器設(shè)備的位置控制，可變速脈沖輸出，包絡(luò)線脈沖輸出功能，實現(xiàn)對伺服或步進電機 的多段變速控制，6路高速脈沖輸入，最大頻率50ΚΗz，2路1OOKHz告訴脈沖輸出。EClO系列PLC支持通訊中端，脈沖中斷，試點中斷，并可設(shè)定中斷優(yōu)先級，實現(xiàn)高 級控制；支持ECBusN:N網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，支持OPC服務(wù)，提供Profibus-DP從站通訊模塊；支 持MODBUS網(wǎng)絡(luò)，掌上電腦，遠程撥號三種編程方式，方便維護和調(diào)試；提供特殊功能模塊組 態(tài)，變頻器通訊指令，是復(fù)雜的編程簡單化，提供系統(tǒng)配置驗證工具，方便用戶擴展配置；超 寬電壓設(shè)計，三防處理，輸入濾波及掉電保護功能，確保PLC更加穩(wěn)定可靠。工控機即上位機工作軟件用VC編寫，上位機軟件可以實現(xiàn)對部件的單獨操作，也 可以根據(jù)工藝需要制定工藝流程，實現(xiàn)自動控制；對工藝過程有記錄，和報警提示，并可以 對工藝文件進行保存和載入。
權(quán)利要求
一種真空試驗儀器自動泵抽系統(tǒng)，其特征在于包括PLC及工控機，其中PLC，為主控制部件，其輸入端接收現(xiàn)場傳感器信號，與工控機進行通訊連接，輸出信號經(jīng)驅(qū)動電路送至現(xiàn)場設(shè)備；工控機，為PLC的上位機，實現(xiàn)人機交互，對PLC中的控制程序進行編程，通過PLC對現(xiàn)場設(shè)備實施控制。
2.按權(quán)利要求1所述的真空試驗儀器自動泵抽系統(tǒng)，其特征在于所述現(xiàn)場設(shè)備包括 機械泵、分子泵、真空板閥、旁抽閥、進氣閥以及電磁閥。
3.按權(quán)利要求1所述的真空試驗儀器自動泵抽系統(tǒng)，其特征在于所述傳感器包括閥 體自帶的反饋部件，其信號線接于PLC的輸入端，分別用于檢測各類閥門開關(guān)是否到位。
4.一種真空試驗儀器自動泵抽系統(tǒng)的控制方法，其特征在于包括以下步驟 設(shè)備上電，程序初始化；采集傳感器數(shù)據(jù)，判斷各設(shè)備狀態(tài)和當(dāng)前設(shè)備的真空度； 設(shè)備采用獨立控制還是自動聯(lián)動控制？ 如果采用自動聯(lián)動控制，則啟動真空自動聯(lián)動控制程序。
5.按權(quán)利要求4所述的真空試驗儀器自動泵抽系統(tǒng)的控制方法，其特征在于所述自 動聯(lián)動控制程序包括以下步驟開啟機械泵；判斷真空室的真空度是否小于20Pa ；如果小于20Pa，則依次打開電磁閥，開啟分子泵，打開真空閥板；判斷真空室是否到達規(guī)定的真空度？如果達到規(guī)定的真空度，則完成本次真空操作。
6.按權(quán)利要求5所述的真空試驗儀器自動泵抽系統(tǒng)的控制方法，其特征在于如果沒 達到規(guī)定的真空度，則返回判斷真空室是否到達規(guī)定的真空度步驟。
7.按權(quán)利要求5所述的真空試驗儀器自動泵抽系統(tǒng)的控制方法，其特征在于如果真 空室的真空度不小于20Pa，則進行粗抽控制，然后轉(zhuǎn)至判斷真空室的真空度是否小于20Pa步驟。
8.按權(quán)利要求7所述的真空試驗儀器自動泵抽系統(tǒng)的控制方法，其特征在于所述粗 抽控制的步驟為啟動機械泵； 打開旁抽閥；判斷真空室的真空度是否小于20Pa ；如果真空室的真空度小于20Pa，則完成此次粗抽操作。
9.按權(quán)利要求4所述的真空試驗儀器自動泵抽系統(tǒng)的控制方法，其特征在于如果采 用獨立控制操作，則在得到具體設(shè)備的動作指令后，判斷其動作的條件是否成立，成立則執(zhí) 行，否則不執(zhí)行；所述設(shè)備的動作條件為以下互鎖規(guī)則開啟真空板閥之前，檢測旁抽閥的狀態(tài)應(yīng)為打開，真空度不能小于20Pa ； 開啟旁抽閥之前，檢測機械泵的狀態(tài)應(yīng)為開啟，真空板閥和進氣閥的狀態(tài)應(yīng)為關(guān)閉； 開啟分子泵之間，檢測機械泵的狀態(tài)應(yīng)為開啟，電磁閥的狀態(tài)應(yīng)為打開，真空板閥的狀態(tài)應(yīng)為打關(guān)閉，進氣閥的狀態(tài)應(yīng)為關(guān)閉，旁抽閥的狀態(tài)應(yīng)為關(guān)閉； 開啟進氣閥之前，檢測真空板閥和旁抽閥的狀態(tài)應(yīng)為關(guān)閉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種真空試驗儀器自動泵抽系統(tǒng)及其控制方法，系統(tǒng)包括PLC，其輸入端接收現(xiàn)場傳感器信號，與工控機進行通訊連接，輸出信號經(jīng)驅(qū)動電路送至現(xiàn)場設(shè)備；工控機為PLC的上位機，對PLC中的控制程序進行編程，通過PLC對現(xiàn)場設(shè)備實施控制；方法包括以下步驟設(shè)備上電，程序初始化；采集傳感器數(shù)據(jù)，判斷各設(shè)備狀態(tài)和當(dāng)前設(shè)備的真空度；設(shè)備采用獨立控制還是自動聯(lián)動控制；如果采用獨立控制操作，則在得到具體設(shè)備的動作指令后，判斷其動作的條件是否成立，成立則執(zhí)行，否則不執(zhí)行；如果采用自動聯(lián)動控制，則啟動真空自動聯(lián)動控制程序。本發(fā)明可以有效避免人為誤操作的發(fā)生，不會帶來損壞真空部件等不必要的損失，方便維護和擴展。
文檔編號F04B37/14GK101988487SQ20091001299
公開日2011年3月23日 申請日期2009年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月7日
發(fā)明者戚暉, 林秀清, 耿達 申請人:中國科學(xué)院沈陽科學(xué)儀器研制中心有限公司