CN104195504A - 辉光离子氮化炉计算机多闭环控制系统 - Google Patents

Abstract

辉光离子氮化炉计算机多闭环控制系统，它包括离子氮化炉体(1)，位于离子氮化炉体(1)内的阴极盘(01)，位于所述阴极盘(01)上的工件(9)，所述的离子氮化炉体(1)位于底座(10)上，有电动机(5)通过皮带与真空泵(4)连接，真空泵(4)通过抽气管道(2)通入离子氮化炉体(1)内，在抽气管道(2)上有真空碟阀(3)；还包括压力闭环控制系统(P)，第一流量闭环控制系统(L1)、第二流量闭环控制系统(L2)和温度闭环控制系统(T)。本发明克服了现有的渗氮工艺的过程中很难做到按照既定的工艺路线和工艺参数进行规范的执行的缺点。本发明能在离子渗氮工艺执行过程中精确地控制各个工艺参数，精度可控制在±0.5％。

Description

辉光离子氮化炉计算机多闭环控制系统

技术领域

本发明属于一种计算机自动控制辉光离子渗氮装置，更具体地说它是一种辉光离子氮化炉计算机多闭环控制系统。

背景技术

金属零件在离子氮化炉内的生产工艺生程中，按照渗氮工艺要求需要在真空容器中通入渗氮介质、如氮气、氢气、氨气、含碳气氛、含硫气氛等，并在真空容器内的阴阳极间施加直流高压脉冲(600伏-1000伏)、使气体电离形成辉光放电、在离子渗氮过程中涉及零件的温度(510-560度)、真空容器的压力(10Pa-400Pa)、通入多种气体(NH₃、N₂、H₂、CO₂)的质量流量控制、以及工艺生产的渗氮时间(8-30小时)等工艺所需的物理参数，电参数有输出的直流电压、直流电流、输出高压脉冲的占空比(调节电流)等电参数。

在常规的离子渗氮设备中这些复杂的生产过程是由熟练工人来进行操作的，执行过程中的工艺参数由工艺操作者按照经验手动调节，本发明将每一个渗氮工艺过程中的所有工艺参数都能够实现自动控制。渗氮工艺的过程中的传统的工艺操作、执行过程中很难做到按照既定的工艺路线和工艺参数进行规范的执行，由此导致相同牌号相同前期预先热处理的金属零件的离子渗氮工艺再现性差，批量生产时工艺执行会出现同批次同材质的零件氮化层的硬度及渗层的深度出现偏差。工艺工程中的工艺参数变化无法得到及时的控制，对渗氮过程中各种参数的查询和工艺执行的过程无法进行准确的分析。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有背景技术的不足之处，而提供一种辉光离子氮化炉计算机多闭环控制系统。

本发明的目的是通过如下措施来达到的：辉光离子氮化炉计算机多闭环控制系统，它包括离子氮化炉体，位于离子氮化炉体内的阴极盘，位于所述阴极盘上的工件，所述的离子氮化炉体位于底座上，有电动机通过皮带与真空泵连接，真空泵通过抽气管道通入离子氮化炉体内，在抽气管道上有真空碟阀；其特征在于还包括压力闭环控制系统，第一流量闭环控制系统，第二流量闭环控制系统，和温度闭环控制系统；

所述的压力闭环控制系统包括依次连接的压力变送器、第一数字调节器和三相变频器，所述的压力变送器通过数据采集通道连接离子氮化炉体、压力变送器输出信号连接到数字调节器，数字调节经过PID运算后输出信号和三相变频器相连接，通过三相变频器控制真空泵的转速，从而达到自动将氮化炉体内的压力控制在设定值范围内。所述的三相变频器通过三相交流电源连接电动机；

所述的第一流量闭环控制系统包括依次连接的第一流量传感器、第二数字调节器和第一流量控制器，所述的第一流量传感器通过数据采集通道连接离子氮化炉体，按照操作者设定的工艺流量值自动控制进气流量，所述的第一流量控制器通入气体输送通道；

所述的第二流量闭环控制系统包括依次连接的第二流量传感器、第三数字调节器和第二流量控制器，所述的第二流量传感器通过数据采集通道连接离子氮化炉体，按照操作者设定的工艺流量值自动控制进气流量，所述的第二流量控制器通入气体输送通道；

所述的温度闭环控制系统包括依次连接的温度传感器、第四数字调节器和离子加热脉冲电源，所述的温度传感器通过数据采集通道连接离子氮化炉体，所述离子加热脉冲电源通过导线连接离子氮化炉体。

在上述技术方案中，还包括工业控制计算机(带触摸屏)，所述的触屏工业控计算机制通过485通信数据总线分别连接第一数字调节器，第二数字调节器，第三数字调节器，第四数字调节器,所述的工业控制计算机与位于离子加热脉冲电源内的编程控制器(PLC)连接。

在上述技术方案中，所述的第一流量控制器通过气体输送分通道通入气体输送通道。

在上述技术方案中，所述的离子加热脉冲电源内设置有可编程控制器(PLC)。

本发明具有如下优点：①可以保证在离子渗氮工艺的实施过程中所有工艺参数都能得到一个独立的闭环自动控制系统，并能独立的和上位机(工业控制计算机或计算机)进行数据交换，接受指令并能在上位机上方便的查询历史数据等。②计算机系统按照工艺需要可同时与组成的多个闭环控制系统进行数据交换，实时监控记录工艺过程中的工艺参数的变化情况，下位机(包括第一数字调节器，第二数字调节器，第三数字调节器，第四数字调节器和编程控制器)则可以通过工艺参数独立闭环控制系统精确地实施过程控制。③能在离子渗氮工艺执行过程中精确地控制各个工艺参数，精度可控制在±0.5％。

附图说明

图1为本发明辉光离子氮化炉计算机多闭环控制系统的结构示意图。

图中：阴极盘01，离子氮化炉体1，抽气管道2，真空碟阀3，真空泵4，电动机5，压力变送器6，第一数字调节器7，三相变频器8，工件9，底座10，第一流量传感器11，第二数字调节器12，第一流量控制器13，第二流量传感器14，第三数字调节器15，第二流量控制器16，温度传感器17，第四数字调节器18，离子加热脉冲电源19，数据采集通道20，编程控制器21，气体输送通道22，输送分通道23，工业控制计算机或计算机24，通信数据总线25,闭环控制系统P，第一流量闭环控制系统L1，第二流量闭环控制系统L2，温度闭环控制系统T。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。

参阅附图可知：本发明辉光离子氮化炉计算机多闭环控制系统，它包括离子氮化炉体1，位于离子氮化炉体1内的阴极盘01，位于所述阴极盘01上的工件9，所述的离子氮化炉体1位于底座10上，有电动机5通过皮带与真空泵4连接，真空泵4通过抽气管道2通入离子氮化炉体1内，在抽气管道2上有真空碟阀3；其特征在于还包括压力闭环控制系统P，第一流量闭环控制系统L1、第二流量闭环控制系统L2和温度闭环控制系统T；

所述的压力闭环控制系统P包括依次连接的压力变送器6、第一数字调节器7和三相变频器8，所述的压力变送器6通过数据采集通道20连接离子氮化炉体1，所述的三相变频器8通过三相交流电源连接电动机5；

所述的第一流量闭环控制系统L1包括依次连接的第一流量传感器11、第二数字调节器12和第一流量控制器13，所述的第一流量传感器11通过数据采集通道20连接离子氮化炉体1，所述的第一流量控制器13通入气体输送通道22；

所述的第二流量闭环控制系统L2包括依次连接的第二流量传感器14、第三数字调节器15和第二流量控制器16，所述的第二流量传感器14通过数据采集通道20连接离子氮化炉体1，所述的第二流量控制器16通入气体输送通道22；

所述的温度闭环控制系统T包括依次连接的温度传感器17、第四数字调节器18和离子加热脉冲电源19，所述的温度传感器17通过数据采集通道20连接离子氮化炉体1，所述离子加热脉冲电源19通过导线连接离子氮化炉体1。

本发明还包括触屏显示器24，所述的触屏显示器24通过通信数据总线25分别连接第一数字调节器7，第二数字调节器12，第三数字调节器15，第四数字调节器18，所述的触屏显示器24与位于离子加热脉冲电源19内的编程控制器21连接。所述的第一流量控制器13通过气体；输送分通道23通入气体输送通道22，所述的离子加热脉冲电源19内设置有编程控制器21(如图1所示)。

本发明中五个闭环系统的工作原理为：

①温度闭环控制系T:温度闭环控制系统主要由温度传感器17、温度数字调节器18、离子加热脉冲电源19及离子氮化炉体1组成，系统可以按照设定的工艺温度自动调节输出电流，从而控制零件的温度达到工艺要求的数值。

②压力闭环控制系统P:压力闭环控制系统由压力变送器6、压力数字调节器7、三相变频器8、旋片式真空泵4和离子氮化炉体1组成。系统可以按照工艺需要对真空炉体设定不同的压力值，系统可以自动的通过数字调节器进行PID运算，并将运算结果以电流方式送给变频器，通过控制真空泵的转速来控制真空炉体进出气体的量，从而使真空炉体系统的气体流量达到动态平衡。

③第一流量闭环控制系统L1(氨气):系统由第一流量传感器11(气体)、第二数字调节器12、第一流量控制器13组成，系统可以按照工艺需要的流量值进行PID运算进行自动调节进气流量。

④第二流量闭环控制系统L2(含碳气氛):系统由第二流量传感器14(气体)、第三数字调节器15、第二流量控制器16组成，系统可以按照工艺需要的流量值进行PID运算进行自动调节进气流量。

⑤上位机采用工业控制计算机对系统进行管理、工艺操作人员通过计算机对系统进行工艺数据采集，工艺参数及控制命令下达等操作。并可以对系统的历史工艺数据随时调出，进行工艺过程分析及渗氮工艺数据核对，存档等工作。

其它未详细说明的部分均为现有技术。

Claims (4)

1.辉光离子氮化炉计算机多闭环控制系统，它包括离子氮化炉体(1)，位于离子氮化炉体(1)内的阴极盘(01)，位于所述阴极盘(01)上的工件(9)，所述的离子氮化炉体(1)位于底座(10)上，有电动机(5)通过皮带与真空泵(4)连接，真空泵(4)通过抽气管道(2)通入离子氮化炉体(1)内，在抽气管道(2)上有真空碟阀(3)；其特征在于还包括压力闭环控制系统(P)，第一流量闭环控制系统(L1)、第二流量闭环控制系统(L2)和温度闭环控制系统(T)；

所述的压力闭环控制系统(P)包括依次连接的压力变送器(6)、第一数字调节器(7)和三相变频器(8)，所述的压力变送器(6)通过数据采集通道(20)连接离子氮化炉体(1)，所述的三相变频器(8)通过三相交流电源连接电动机(5)；

所述的第一流量闭环控制系统(L1)包括依次连接的第一流量传感器(11)、第二数字调节器(12)和第一流量控制器(13)，所述的第一流量传感器(11)通过数据采集通道(20)连接离子氮化炉体(1)，所述的第一流量控制器(13)通入气体输送通道(22)；

所述的第二流量闭环控制系统(L2)包括依次连接的第二流量传感器(14)、第三数字调节器(15)和第二流量控制器(16)，所述的第二流量传感器(14)通过数据采集通道(20)连接离子氮化炉体(1)，所述的第二流量控制器(16)通入气体输送通道(22)；

所述的温度闭环控制系统(T)包括依次连接的温度传感器(17)、第四数字调节器(18)和离子加热脉冲电源(19)，所述的温度传感器(17)通过数据采集通道(20)连接离子氮化炉体(1)，所述离子加热脉冲电源(19)通过导线连接离子氮化炉体(1)。

2.根据权利要求1所述的辉光离子氮化炉计算机多闭环控制系统，其特征在于还包括计算机(24)，所述的计算机(24)通过通信数据总线(25)分别连接第一数字调节器(7)，第二数字调节器(12)，第三数字调节器(15)和第四数字调节器(18),所述的计算机(24)与位于离子加热脉冲电源(19)内的编程控制器(21)连接。

3.根据权利要求1或2所述的辉光离子氮化炉计算机多闭环控制系统，其特征在于所述的第一流量控制器(13)通过气体输送分通道(23)通入气体输送通道(22)。

4.根据权利要求1所述的辉光离子氮化炉计算机多闭环控制系统，其特征在于的所述的离子加热脉冲电源(19)内设置有编程控制器(21)。