CN109144149B - 一种真空热处理炉自动控制系统及实验方法 - Google Patents

一种真空热处理炉自动控制系统及实验方法 Download PDF

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Abstract

本发明具体涉及一种真空热处理炉自动控制系统及实验方法，属于热处理工艺领域。所述控制系统包括：工控机、可编程控制器、真空设备、温度传感器、温度控制仪、记录仪、测试温度计、测试温度传感器、分布温度计、分布温度传感器、加热带、加热控制器、真空计、真空传感器和真空炉；所述实验方法包括漏气率实验方法、控温系统精度实验方法和温度均匀性实验方法。本发明方便使用，减少检测过程仪表的繁琐操作，避免人为失误造成的数据误差，以及后期对以往检测数据的比较分析能通过调用归档数据库来完成。

Description

一种真空热处理炉自动控制系统及实验方法
技术领域
本发明属于热处理工艺领域，具体涉及一种真空热处理炉自动控制系统及实验方法。
背景技术
真空热处理是在真空条件下，将零件加热到一定温度，保温一段时间，然后以一定方式冷却的工艺技术。为了生产整个工艺过程的关键是所用设备中真空系统的漏气率、控温系统的精度和加热有效区的温度均匀性。这三个技术指标也是在设备使用中需要定期检测，并通过检测数据结果分析总结设备的故障点，制定有效的设备维修保养计划。而现有的真空设备一般需要专门的检测人员到现场测试这三个技术指标，人工计算数值，填写检测报告，并且将记录数据归档，操作繁琐，不易于数据查找和对比。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明提供一种真空热处理炉自动控制系统，包括：工控机、可编程控制器、真空设备、温度传感器、温度控制仪、记录仪、测试温度计、测试温度传感器、分布温度计、分布温度传感器、加热带、加热控制器、真空计、真空传感器和真空炉；
所述工控机分别与可编程控制器、温度控制仪、真空计、分布温度计和记录仪连接，并接收相应的各项检测数据，供操作系统调用；所述操作系统装载在工控机内，带有数据库和数据处理功能，用于显示检测数据界面及控制界面，并用于对检测数据进行归档、计算、比较、整理并打印报表；
所述可编程控制器分别与真空设备和加热控制器连接，并根据工控机的指令控制真空设备和加热控制器的动作；
所述真空设备包括抽空泵及其控制系统，用于对真空炉内进行抽空操作；所述工控机用于判断检测真空度和目标真空度的差异情况，判断真空炉内真空度是否达到目标真空度并稳定，从而控制抽空操作的启停；
所述温度传感器安装在真空炉内，分别与温度控制仪和记录仪连接，用于测量炉内温度；
所述温度控制仪用于判断检测温度和目标温度的差异情况，判断真空炉内温度是否达到目标温度并稳定，从而控制加热控制器的的输出功率；
所述记录仪分别与真空计和温度传感器连接并记录其检测数据；
所述测试温度计与测试温度传感器连接，测试温度传感器安装在真空炉内与温度传感器相对应的位置；
所述加热控制器与加热带连接，用于控制加热带的开闭与功率，从而控制炉内温度；
所述分布温度传感器有若干个，分别分布在实验要求的真空炉的各个位置上，并均连接分布温度计，用于测量真空炉内各个部位的温度值；
所述真空传感器安装与真空炉连接，与真空计连接，用于测量炉内真空度；
所述真空计与记录仪连接对其发送炉内真空度数据。
所述工控机与可编程控制器建立RS232通讯，并分别与温度控制仪、真空计、分布温度计和记录仪建立RS485通讯。
所述分布温度传感器的个数根据实验要求确定。
一种真空热处理炉自动控制系统的漏气率实验方法，采用上述真空热处理炉自动控制系统，包括以下步骤：
步骤1，通过工控机在操作系统中选择“漏气率实验”选项；
步骤2，通过工控机向操作系统输入真空炉、真空计和真空传感器的相关信息，并输入真空度极限值p0和检测时间；
步骤3，所述真空设备对真空炉进行抽空，所述真空计通过真空传感器实时检测真空炉的真空度，并发送至工控机和记录仪；在真空设备判定真空度达到p0并稳定后，关闭各个炉体抽空阀；
步骤4，开始检测，在检测时间内，每两分钟记录一次真空度情况数据，直到检测完成；
所述操作系统根据所记录的真空度情况数据绘制真空度随时间的变化曲线，如图2所示；
从图2中选择真空度随时间变化曲线的线性段，并截取线性段上任意两点A(t1，p1，T1)和B(t2，p2，T2),其中t2-t1≥300s，按下式计算漏气率：
式中：
Q为漏气率，单位为帕立方米每秒(Pa·m3/s)；
V为炉体的容积，单位为立方米(m3)；
t1和t2分别为A点和B点的时间值，单位为秒(s)；
T1和T2分别为A点和B点的温度，单位为开(K)；
p1和p2分别为A点和B点的真空度，单位为帕(Pa)；
检测完成后，将检测时间过程中的有效记录数据归档并按照以上方法计算，得出漏气率；
步骤6，将实验数据和结果打印报表；
一种真空热处理炉自动控制系统的控温系统精度实验方法，采用上述真空热处理炉自动控制系统，包括以下步骤：
步骤1，通过工控机在操作系统中选择“控温系统精度实验”选项；
步骤2，向操作系统输入相应真空炉、现场传感器、现场仪器、测试温度计和测试温度传感器的相关信息，并输入目标温度A和实验真空度p；
所述现场传感器为温度传感器；
所述现场仪器为温度控制仪和记录仪；
步骤3，所述真空设备对真空炉进行抽空，所述真空计通过真空传感器实时检测真空炉的真空度，并发送至操作系统；操作系统根据真空炉内的真空度情况控制真空设备，使真空度达到p并保持稳定；
步骤4，操作系统通过可编程控制器开启加热控制器，所述温度控制仪通过温度传感器实时检测真空炉的温度，并发送至操作系统；温度控制仪根据真空炉内的温度情况控制加热控制器，使温度达到A并保持稳定后；
步骤5，开始检测，对记录仪和测试温度计的检测数据进行采样记录，得到记录仪读数A1和测试温度计读数B；
将所述记录结合测试温度计的修正系数C和测试温度传感器的修正系数D，得出真实温度E＝B+C+D和控制系统精度SAT；
设温度控制仪精度S1＝A-E和记录仪精度S2＝A1-E；控温系统精度SAT为S1和S2中绝对值最大者；
步骤6，将实验数据和结果打印报表；
一种真空热处理炉自动控制系统的加热有效区的温度均匀性实验方法，采用上述真空热处理炉自动控制系统，包括以下步骤：
步骤1，通过工控机在操作系统中选择“加热有效区的温度均匀性实验”选项；
步骤2，向操作系统输入相应真空炉、分布温度计和N个分布温度传感器的相关信息，并输入目标温度A、实验真空度p和检测时间；
步骤3，所述真空设备对真空炉进行抽空，所述真空计通过真空传感器实时检测真空炉的真空度，并发送至操作系统；操作系统根据真空炉内的真空度情况控制真空设备，使真空度达到p并保持稳定；
步骤4，操作系统通过可编程控制器开启加热控制器，所述温度控制仪通过温度传感器4实时检测真空炉内的温度，并发送至操作系统；温度控制仪根据真空炉内的温度情况控制加热控制器，使温度达到A并保持稳定后；
步骤5，开始检测，工控机通过分布温度计对各个分布温度传感器的检测数据进行采样记录，得到N个分布温度传感器的读数An，即A1-AN，每个读数组中包含若干个温度读数；
将所述读数An与各个测试温度计的修正系数Cn，即C1-CN和各个分布温度传感器的修正系数Dn，即D1-DN，得出各个分布温度传感器对应位置的真实温度En＝An+Cn+Dn；
所述真实温度En中的最大值为Emax，最小值为Emin；设Tmax＝A-Emax，Tmin＝A-Emin，加热有效区的温度均匀性TUS为Tmax和Tmin中绝对值最大者；
步骤6，将实验数据和结果打印报表。
本发明的有益效果：
本发明提出一种真空热处理炉自动控制系统及其实验方法，能够自动控制真空炉各个设备和检测仪表，实现漏气率、系统精度和温度均匀性三个技术指标的自动检测、计算和分析，并将分析结果归档、打印输出。在检测过程中，方便使用，减少检测过程仪表的繁琐操作，避免人为失误造成的数据误差，以及后期对以往检测数据的比较分析能通过调用归档数据库来完成。
本发明设计合理，易于实现，具有很好的实用价值。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中所述真空热处理炉自动控制系统的结构示意图；
图2为本发明具体实施方式中所述漏气率实验程序中真空度随时间的变化曲线图。
图中：1、工控机；2、可编程控制器；3、真空设备；4、温度传感器；5、温度控制仪；6、记录仪；7、测试温度计；8、测试温度传感器；9、分布温度计；10、分布温度传感器；11、加热带；12、加热控制器；13、真空计；14、真空传感器；15、真空炉。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明做出进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
本发明提出一种真空热处理炉自动控制系统，如图1所示，包括：工控机1、可编程控制器2、真空设备3、温度传感器4、温度控制仪5、记录仪6、测试温度计7、测试温度传感器8、分布温度计9、分布温度传感器10、加热带11、加热控制器12、真空计13、真空传感器14和真空炉15；
所述工控机1分别与可编程控制器2、温度控制仪5、真空计13、分布温度计9和记录仪6连接，并接收相应的各项检测数据，供操作系统调用；所述操作系统装载在工控机1内，带有数据库和数据处理功能，用于显示检测数据界面及控制界面，并用于对检测数据进行归档、计算、比较、整理并打印报表；
所述可编程控制器2分别与真空设备3和加热控制器12连接，并根据工控机1的指令控制真空设备3和加热控制器12的动作；
所述真空设备3包括抽空泵及其控制系统，用于对真空炉15内进行抽空操作；所述工控机1用于判断检测真空度和目标真空度的差异情况，判断真空炉15内真空度是否达到目标真空度并稳定，从而控制抽空操作的启停；
所述温度传感器4安装在真空炉15内，分别与温度控制仪5和记录仪6连接，用于测量炉内温度；
所述温度控制仪5用于判断检测温度和目标温度的差异情况，判断真空炉15内温度是否达到目标温度并稳定，从而控制加热控制器12的的输出功率；
所述记录仪6分别与真空计13和温度传感器4连接并记录其检测数据；
所述测试温度计7与测试温度传感器8连接，测试温度传感器8安装在真空炉15内与温度传感器4相对应的位置；
所述加热控制器12与加热带11连接，用于控制加热带11的开闭与功率，从而控制炉内温度；
所述分布温度传感器10有若干个，分别分布在实验要求的真空炉15的各个位置上，并均连接分布温度计9，用于测量真空炉15内各个部位的温度值；所述分布温度传感器10的个数为N个，根据实验要求确定。
所述真空传感器14安装与真空炉15连接，与真空计13连接，用于测量炉内真空度；
所述真空计13与记录仪6连接对其发送炉内真空度数据。
本发明提出一种真空热处理炉自动控制系统的漏气率实验方法，采用上述真空热处理炉自动控制系统，包括以下步骤：
步骤1，通过工控机1在操作系统中选择“漏气率实验”选项；
步骤2，通过工控机1向操作系统输入真空炉15、真空计13和真空传感器14的相关信息，并输入真空度极限值p0和检测时间；
步骤3，所述真空设备3对真空炉15进行抽空，所述真空计13通过真空传感器14实时检测真空炉15的真空度，并发送至工控机1和记录仪6；在真空设备3判定真空度达到p0并稳定后，关闭各个炉体抽空阀；
步骤4，开始检测，在检测时间内，每两分钟记录一次真空度情况数据，直到检测完成；
所述操作系统根据所记录的真空度情况数据绘制真空度随时间的变化曲线，如图2所示；
从图2中选择真空度随时间变化曲线的线性段，并截取线性段上任意两点A(t1，p1，T1)和B(t2，p2，T2),其中t2-t1≥300s，按下式计算漏气率：
式中：
Q为漏气率，单位为帕立方米每秒(Pa·m3/s)；
V为炉体的容积，单位为立方米(m3)；
t1和t2分别为A点和B点的时间值，单位为秒(s)；
T1和T2分别为A点和B点的温度，单位为开(K)；
p1和p2分别为A点和B点的真空度，单位为帕(Pa)；
检测完成后，将检测时间过程中的有效记录数据归档并按照以上方法计算，得出漏气率；
步骤6，将实验数据和结果打印报表；
实施例2：
本发明提出一种真空热处理炉自动控制系统的控温系统精度实验方法，采用上述真空热处理炉自动控制系统，包括以下步骤：
步骤1，通过工控机1在操作系统中选择“控温系统精度实验”选项；
步骤2，向操作系统输入相应真空炉15、现场传感器、现场仪器、测试温度计7和测试温度传感器8的相关信息，并输入目标温度A和实验真空度p；
所述现场传感器为温度传感器4；
所述现场仪器为温度控制仪5和记录仪6；
步骤3，所述真空设备3对真空炉15进行抽空，所述真空计13通过真空传感器14实时检测真空炉15的真空度，并发送至操作系统；操作系统根据真空炉15内的真空度情况控制真空设备3，使真空度达到p并保持稳定；
步骤4，操作系统通过可编程控制器2开启加热控制器12，所述温度控制仪5通过温度传感器4实时检测真空炉15的温度，并发送至操作系统；温度控制仪5根据真空炉15内的温度情况控制加热控制器12，使温度达到A并保持稳定后；
步骤5，开始检测，对记录仪6和测试温度计7的检测数据进行采样记录，得到记录仪读数A1和测试温度计读数B；
将所述记录结合测试温度计7的修正系数C和测试温度传感器8的修正系数D，得出真实温度E＝B+C+D和控制系统精度SAT；
设温度控制仪精度S1＝A-E和记录仪精度S2＝A1-E；控温系统精度SAT为S1和S2中绝对值最大者；
步骤6，将实验数据和结果打印报表；
本实施例中，所述进行采样记录的采样周期为2s；实验真空度p为0.05Pa。
实施例3：
本发明提出一种真空热处理炉自动控制系统的加热有效区的温度均匀性实验方法，采用上述真空热处理炉自动控制系统，包括以下步骤：
步骤1，通过工控机1在操作系统中选择“加热有效区的温度均匀性实验”选项；
步骤2，向操作系统输入相应真空炉15、分布温度计9和N个分布温度传感器10的相关信息，并输入目标温度A、实验真空度p和检测时间；
步骤3，所述真空设备3对真空炉15进行抽空，所述真空计13通过真空传感器14实时检测真空炉15的真空度，并发送至操作系统；操作系统根据真空炉15内的真空度情况控制真空设备3，使真空度达到p并保持稳定；
步骤4，操作系统通过可编程控制器2开启加热控制器12，所述温度控制仪5通过温度传感器4实时检测真空炉15内的温度，并发送至操作系统；温度控制仪5根据真空炉15内的温度情况控制加热控制器12，使温度达到A并保持稳定后；
步骤5，开始检测，工控机通过分布温度计9对各个分布温度传感器10的检测数据进行采样记录，得到N个分布温度传感器10的读数An，即A1-AN，每个读数组中包含若干个温度读数；
将所述读数An与各个测试温度计的修正系数Cn，即C1-CN和各个分布温度传感器10的修正系数Dn，即D1-DN，得出各个分布温度传感器10对应位置的真实温度En＝An+Cn+Dn；
所述真实温度En中的最大值为Emax，最小值为Emin；设Tmax＝A-Emax，Tmin＝A-Emin，加热有效区的温度均匀性TUS为Tmax和Tmin中绝对值最大者；
步骤6，将实验数据和结果打印报表；
本实施例中，所述进行采样记录的采样周期为2s；实验真空度p为0.05Pa。

Claims (3)

1.一种真空热处理炉自动控制系统的实验方法，其特征在于，采用一种真空热处理炉自动控制系统实现，所述系统包括：工控机、可编程控制器、真空设备、温度传感器、温度控制仪、记录仪、测试温度计、测试温度传感器、分布温度计、分布温度传感器、加热带、加热控制器、真空计、真空传感器和真空炉；
所述工控机分别与可编程控制器、温度控制仪、真空计、分布温度计和记录仪连接，并接收相应的各项检测数据，供操作系统调用；所述操作系统装载在工控机内，带有数据库和数据处理功能，用于显示检测数据界面及控制界面，并用于对检测数据进行归档、计算、比较、整理并打印报表；
所述可编程控制器分别与真空设备和加热控制器连接，并根据工控机的指令控制真空设备和加热控制器的动作；
所述真空设备包括抽空泵及其控制系统，用于对真空炉内进行抽空操作；所述工控机用于判断检测真空度和目标真空度的差异情况，判断真空炉内真空度是否达到目标真空度并稳定，从而控制抽空操作的启停；
所述温度传感器安装在真空炉内，分别与温度控制仪和记录仪连接，用于测量炉内温度；
所述温度控制仪用于判断检测温度和目标温度的差异情况，判断真空炉内温度是否达到目标温度并稳定，从而控制加热控制器的输出功率；
所述记录仪分别与真空计和温度传感器连接并记录其检测数据；
所述测试温度计与测试温度传感器连接，测试温度传感器安装在真空炉内与温度传感器相对应的位置；
所述加热控制器与加热带连接，用于控制加热带的开闭与功率，从而控制炉内温度；
所述分布温度传感器有若干个，分别分布在实验要求的真空炉的各个位置上，并均连接分布温度计，用于测量真空炉内各个部位的温度值；
所述真空传感器安装与真空炉连接，与真空计连接，用于测量炉内真空度；
所述真空计与记录仪连接对其发送炉内真空度数据，所述方法包括以下步骤：
当检测漏气率时，实验步骤如下：
步骤1.1，通过工控机在操作系统中选择“漏气率实验”选项；
步骤1.2，通过工控机向操作系统输入真空炉、真空计和真空传感器的相关信息，并输入真空度极限值p0和检测时间；
步骤1.3，所述真空设备对真空炉进行抽空，所述真空计通过真空传感器实时检测真空炉的真空度，并发送至工控机和记录仪；在真空设备判定真空度达到p0并稳定后，关闭各个炉体抽空阀；
步骤1.4，开始检测，在检测时间内，每两分钟记录一次真空度情况数据，直到检测完成；
所述操作系统根据所记录的真空度情况数据绘制真空度随时间的变化曲线；
选择真空度随时间变化曲线的线性段，并截取线性段上任意两点A(t1，p1，T1)和B(t2，p2，T2),其中t2-t1≥300s，按下式计算漏气率：
式中：
Q为漏气率，单位为帕立方米每秒；
V为炉体的容积，单位为立方米；
t1和t2分别为A点和B点的时间值，单位为秒；
T1和T2分别为A点和B点的温度，单位为开；
p1和p2分别为A点和B点的真空度，单位为帕；
检测完成后，将检测时间过程中的有效记录数据归档并按照以上方法计算，得出漏气率；
步骤1.5，将实验数据和结果打印报表；
当检测控温系统精度时，实验步骤如下：
步骤2.1，通过工控机在操作系统中选择“控温系统精度实验”选项；
步骤2.2，向操作系统输入相应真空炉、现场传感器、现场仪器、测试温度计和测试温度传感器的相关信息，并输入目标温度A和实验真空度p；
所述现场传感器为温度传感器；
所述现场仪器为温度控制仪和记录仪；
步骤2.3，所述真空设备对真空炉进行抽空，所述真空计通过真空传感器实时检测真空炉的真空度，并发送至操作系统；操作系统根据真空炉内的真空度情况控制真空设备，使真空度达到p并保持稳定；
步骤2.4，操作系统通过可编程控制器开启加热控制器，所述温度控制仪通过温度传感器实时检测真空炉的温度，并发送至操作系统；温度控制仪根据真空炉内的温度情况控制加热控制器，使温度达到A并保持稳定后；
步骤2.5，开始检测，对记录仪和测试温度计的检测数据进行采样记录，得到记录仪读数A1和测试温度计读数B；
将所述记录结合测试温度计的修正系数C和测试温度传感器的修正系数D，得出真实温度E＝B+C+D和控制系统精度SAT；
设温度控制仪精度S1＝A-E和记录仪精度S2＝A1-E；控温系统精度SAT为S1和S2中绝对值最大者；
步骤2.6，将实验数据和结果打印报表；
当检测加热有效区的温度均匀性时，实验步骤如下：
步骤3.1，通过工控机在操作系统中选择“加热有效区的温度均匀性实验”选项；
步骤3.2，向操作系统输入相应真空炉、分布温度计和N个分布温度传感器的相关信息，并输入目标温度A、实验真空度p和检测时间；
步骤3.3，所述真空设备对真空炉进行抽空，所述真空计通过真空传感器实时检测真空炉的真空度，并发送至操作系统；操作系统根据真空炉内的真空度情况控制真空设备，使真空度达到p并保持稳定；
步骤3.4，操作系统通过可编程控制器开启加热控制器，所述温度控制仪通过温度传感器实时检测真空炉内的温度，并发送至操作系统；温度控制仪根据真空炉内的温度情况控制加热控制器，使温度达到A并保持稳定后；
步骤3.5，开始检测，工控机通过分布温度计对各个分布温度传感器的检测数据进行采样记录，得到N个分布温度传感器的读数An，即A1-AN，每个读数组中包含若干个温度读数；
将所述读数An与各个测试温度计的修正系数Cn，即C1-CN和各个分布温度传感器的修正系数Dn，即D1-DN，得出各个分布温度传感器对应位置的真实温度En＝An+Cn+Dn；
所述真实温度En中的最大值为Emax，最小值为Emin；设Tmax＝A-Emax，Tmin＝A-Emin，加热有效区的温度均匀性TUS为Tmax和Tmin中绝对值最大者；
步骤3.6，将实验数据和结果打印报表。
2.根据权利要求1所述的真空热处理炉自动控制系统的实验方法，其特征在于，所述工控机与可编程控制器建立RS232通讯，并分别与温度控制仪、真空计、分布温度计和记录仪建立RS485通讯。
3.根据权利要求1所述的真空热处理炉自动控制系统的实验方法，其特征在于，所述分布温度传感器的个数根据实验要求确定。
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