CN101988487B - 真空试验仪器自动泵抽系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种真空试验仪器自动泵抽系统及其控制方法，系统包括PLC，其输入端接收现场传感器信号，与工控机进行通讯连接，输出信号经驱动电路送至现场设备；工控机为PLC的上位机，对PLC中的控制程序进行编程，通过PLC对现场设备实施控制；方法包括以下步骤：设备上电，程序初始化；采集传感器数据，判断各设备状态和当前设备的真空度；设备采用独立控制还是自动联动控制；如果采用独立控制操作，则在得到具体设备的动作指令后，判断其动作的条件是否成立，成立则执行，否则不执行；如果采用自动联动控制，则启动真空自动联动控制程序。本发明可以有效避免人为误操作的发生，不会带来损坏真空部件等不必要的损失，方便维护和扩展。

Description

真空试验仪器自动泵抽系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种材料和物理科学领域中使用的的真空仪器点控制系统，具体地说是一种真空试验仪器自动泵抽系统及其控制方法。

背景技术

真空仪器是在材料科学、物理科学领域中已广泛使用的实验和制备仪器，其功能就是能够让实验者在其提供的真空条件下进行科学试验，而整个真空条件获得的过程需要耗费一定时间，通常我们的仪器都是由试验人员人工操作的，这样将占用实验者相当一部分的精力和时间，并且也经常因为没有明确的控制规则造成人为误操作而损坏真空部件，带来巨大损失。安装不便，以往的人工操作多采用继电器逻辑，大量继电器的使用给安装盒接线都带来很大不便；扩展性差，当一个实验仪器包含多个真空系统，而每个真空系统在工作时，又是时而连用时而相对独立的，以往的设计都要从新加入大量的继电器电路，增加了设计装配的工作量。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种可避免误操作的真空试验仪器自动泵抽系统及其控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种真空试验仪器自动泵抽系统包括PLC及工控机，其中：

PLC，为主控制部件，其输入端接收现场传感器信号，与工控机进行通讯连接，输出信号经驱动电路送至现场设备；

工控机，为PLC的上位机，实现人机交互，对PLC中的控制程序进行编程，通过PLC对现场设备实施控制。

所述现场设备包括机械泵、分子泵、真空板阀、旁抽阀、进气阀以及电磁阀；所述传感器包括阀体自带的反馈部件，其信号线接于PLC的输入端，分别用于检测阀门开关是否到位。

本发明一种真空试验仪器自动泵抽系统的控制方法包括以下步骤：

设备上电，程序初始化；

采集传感器数据，判断各设备状态和当前设备的真空度；

设备采用独立控制还是自动联动控制；

如果采用独立控制操作，则在得到具体设备的动作指令后，判断其动作的条件是否成立，成立则执行，否则不执行；

如果采用自动联动控制，则启动真空自动联动控制程序。

所述自动联动控制程序包括以下步骤：

开启机械泵；

判断真空室的真空度是否小于20Pa；

如果小于20Pa，则依次打开电磁阀，开启分子泵，打开真空阀板；

判断真空室是否到达规定的真空度？

如果达到规定的真空度，则完成本次真空操作。

如果没达到规定的真空度，则返回判断真空室是否到达规定的真空度步骤。

如果真空室的真空度高于20Pa，则进行粗抽控制，然后转至判断真空室的真空度是否小于20Pa步骤。

所述粗抽控制的步骤为：

启动机械泵；

打开旁抽阀；

判断真空室的真空度是否小于20Pa；

如果真空室的真空度小于20Pa，则完成此次粗抽操作。

如果选择独立控制，则各设备按以下规则互锁：

开启真空板阀之前，检测旁抽阀的状态应为打开(关闭)，真空度不能高于20Pa；

开启旁抽阀之前，检测机械泵的状态应为开启，真空板阀和进气阀的状态应为关闭；

开启分子泵之前检测机械泵的状态应为开启，电磁阀的状态应为打开，真空板阀的状态应为关闭，进气阀的状态应为关闭，旁抽阀的状态应为关闭；

开启进气阀之前，真空板阀和旁抽阀的状态应为关闭。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.有效避免了误操作。本发明无论在自动联动控制还是独立控制过程中，各部件按照一定规则互锁，可以有效避免人为误操作的发生，不会在实验过程中带来损坏真空部件等不必要的损失。

2.方便操作。本发明中，多部件可以根据实验需要和视现场情况，即可联动控制，也可独立控制。

3.方便维护和扩展。本发明采用可编程控制器作为主控制部件，方便了维护和扩展，同时便于实现与PC、工控机、笔记本电脑等的通讯。

附图说明

图1为本发明系统框图；

图2为本发明方法总流程图；

图3为本发明方法独立控制下打开真空板阀流程图；

图4为本发明方法独立控制下打开旁抽阀流程图；

图5为本发明方法独立控制下启动分子泵流程图；

图6为本发明方法独立控制下打开进气阀流程图；

图7为本发明方法中“粗抽”自动控制流程图；

图8为本发明方法中获得“本底”真空的自动控制流程图；

图9为本发明方法中获得“极限”真空的自动控制流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明真空试验仪器自动泵抽系统包括PLC及工控机，其中PLC为主控制部件，其输入端接收现场传感器信号，与工控机进行通讯连接，输出信号经驱动电路送至现场设备；工控机为PLC的上位机，实现人机交互，对PLC中控制程序的编程，通过PLC对现场设备实施控制。

现场设备包括机械泵、分子泵、真空板阀、旁抽阀、进气阀以及电磁阀，其中旁抽泵安装于真空腔体侧壁，用波纹管连接到机械泵，用于粗抽时使用；真空板阀在真空室和分子泵之间，分子泵通过电磁阀、波纹管连接到机械泵上；进气阀安装在真空室侧壁上，用于通入试验所用的反应气体；电磁阀是分子泵和机械泵之间的阀门，当分子泵开启时，该阀门要打开，确保分子泵和机械泵之间是联通的。

传感器包括阀体所带的磁性传感器，安装于阀体中，其信号线接于PLC的输入端，分别用于检测各类阀门是否开关到位。另外，还包括一些真空规管，分别安装在真空室上，其信号反馈给真空计，用于测量当前真空度。上位机与真空计通讯，读取真空度，再由上位机传给PLC。

如图2所示，本发明方法包括以下步骤：

设备上电，程序初始化；

采集传感器数据，判断各设备状态和当前设备的真空度；

设备采用独立控制还是自动联动控制；

如果采用独立控制操作，则在得到具体设备的动作指令后，判断其动作的条件是否成立，成立则执行，否则不执行；

如果采用自动联动控制，则启动真空自动联动控制程序。

如图8、9所述自动联动控制程序包括以下步骤：

开启机械泵；

判断真空室的真空度是否小于20Pa；

如果小于20Pa，则依次打开电磁阀，开启分子泵，打开真空阀板；

判断真空室是否到达规定的真空度；

如果达到规定的真空度，则完成本次真空操作。

如果没达到规定的真空度，则返回判断真空室是否到达规定的真空度步骤；

如果真空室的真空度大于20Pa，则进行粗抽控制，然后转至判断真空室的真空度是否小于20Pa步骤。

所述规定的真空度包括“本底”真空(即平时实验需要的真空)和“极限”真空(即设备的性能指标，需定期检验)。

如图7所示，所述粗抽控制包括以下步骤：

启动机械泵；

打开旁抽阀；

判断真空室的真空度是否小于20Pa；

如果真空室的真空度小于20Pa，则完成此次粗抽操作；

否则接续判断真空室的真空度是否小于20Pa。

当选择独立控制时，各设备按以下规则互锁：

如图3所示，开启真空板阀之前，检测旁抽阀的状态应为关闭，真空度不能高于于20Pa，否则会损坏分子泵；

如图4所示，开启旁抽阀之前，检测机械泵的状态应为开启，真空板阀和进气阀的状态应为关闭；

如图5所示，开启分子泵之前，检测机械泵的状态应为开启，电磁阀的状态应为打开，真空板阀的状态应为关闭，进气阀的状态应为关闭，旁抽阀的状态应为关闭；

如图6所示，开启进气阀之前，检测真空板阀和旁抽阀的状态应为关闭，当分子泵和机械泵同时工作时，机械泵不能先于分子泵关闭。

粗抽就是用机械泵粗略的抽一次真空，为获得下一级真空打下一个基础。粗抽是通过机械泵和旁抽阀来完成的，粗抽时，系统打开机械泵和旁抽阀，这时，真空板阀和电磁阀是关闭的，当真空度小于20Pa时，粗抽完成。

本底真空是在粗抽的基础上再达到一个较高的真空度，以便进行试验，当真空度小于20Pa时，系统关闭旁抽阀开启电磁阀，分子泵，真空板阀，在到达本底真空时(本底真空一般由用户定义，但要低于极限真空)，即完成本底真空抽气过程。

极限真空是系统的主要的性能指标，是系统所能达到的最高真空度，当真空度小于20Pa时，系统开启电磁阀，分子泵，板阀，在到达极限真空时(不同的仪器极限真空的指标也不同，由用户定义)，即完成极限真空抽气过程。

本实施例中，PLC(可编程控制器)采用爱默生EC10系列PLC，是爱默生公司推出的一款微型PLC，结构小巧，高配置，大容量，速度快，集成模拟量输入输出，程序容量达到12K，基本指令只需0.3μS，可扩展4个模块；具有强大的定位和高速处理能力，定位指令实现对机器设备的位置控制，可变速脉冲输出，包络线脉冲输出功能，实现对伺服或步进电机的多段变速控制，6路高速脉冲输入，最大频率50KHz，2路100KHz告诉脉冲输出。

EC10系列PLC支持通讯中端，脉冲中断，试点中断，并可设定中断优先级，实现高级控制；支持ECBusN：N网络通讯协议，支持OPC服务，提供Profibus-DP从站通讯模块；支持MODBUS网络，掌上电脑，远程拨号三种编程方式，方便维护和调试；提供特殊功能模块组态，变频器通讯指令，是复杂的编程简单化，提供系统配置验证工具，方便用户扩展配置；超宽电压设计，三防处理，输入滤波及掉电保护功能，确保PLC更加稳定可靠。

工控机即上位机工作软件用VC编写，上位机软件可以实现对部件的单独操作，也可以根据工艺需要制定工艺流程，实现自动控制；对工艺过程有记录，和报警提示，并可以对工艺文件进行保存和载入。

Claims (1)

1.一种真空试验仪器自动泵抽系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

设备上电，程序初始化；

采集传感器数据，判断各设备状态和当前设备的真空度；

判断设备采用独立控制还是自动联动控制；

如果采用自动联动控制，则启动真空自动联动控制程序；

所述自动联动控制程序包括以下步骤：

开启机械泵；

判断真空室的真空度是否小于20Pa；

如果小于20Pa，则依次打开电磁阀，开启分子泵，打开真空板阀；

判断真空室是否到达规定的真空度；

如果达到规定的真空度，则完成本次真空操作；

如果没达到规定的真空度，则返回判断真空室是否到达规定的真空度步骤；

如果真空室的真空度不小于20Pa，则进行粗抽控制，然后转至判断真空室的真空度是否小于20Pa步骤；

所述粗抽控制的步骤为：

启动机械泵；

打开旁抽阀；

判断真空室的真空度是否小于20Pa；

如果真空室的真空度小于20Pa，则完成此次粗抽操作；

如果采用独立控制操作，则在得到具体设备的动作指令后，判断其动作的条件是否成立，成立则执行，否则不执行；

所述设备的动作条件为以下互锁规则：

开启真空板阀之前，检测旁抽阀的状态应为打开，真空度不能小于20Pa；

开启旁抽阀之前，检测机械泵的状态应为开启，真空板阀和进气阀的状态应为关闭；

开启分子泵之前，检测机械泵的状态应为开启，电磁阀的状态应为打开，真空板阀的状态应为关闭，进气阀的状态应为关闭，旁抽阀的状态应为关闭；

开启进气阀之前，检测真空板阀和旁抽阀的状态应为关闭。

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