CN201035368Y - 硬质合金真空烧结炉智能控制器 - Google Patents

Abstract

一种硬质合金真空烧结炉智能控制器，用于硬质合金真空烧结炉的真空系统设备联锁控制以及真空度、温度一体化控制。单片机(U1)是控制器核心，承担程序存储、各种输入信息存储和数据处理任务，同时保存有关键控制信息。专用中文液晶显示单元(U4)可以显示真空炉炉内温度、真空度以及各种控制参数等信息，按键用于设定温度、真空度工艺曲线的输入和其他控制参数的修改。温度变送器和真空度变送器送来的信号经A/D转换后，分别与给定温度和真空度进行比较，智能控制器根据比较结果，结合硬质合金烧结工艺要求，联锁控制决定多级真空泵的启停，真空节流阀的开启度和控制温度升温功率的大小，从而实现真空炉温度和真空度的一体化智能控制。

Description

硬质合金真空烧结炉智能控制器

所属技术领域

本实用新型涉及一种真空烧结炉智能控制器，尤其是一种用于硬质合金真空烧结炉的单片机控制的智能控制器。

背景技术

现有的产品未见有单片机用于硬质合金真空烧结炉的真空系统设备联锁控制以及真空度、温度一体化控制的智能控制器。目前国内使用较多的硬质合金真空烧结炉控制方案是真空炉温度采用独立的智能温控器，例如采用岛电的FP21或SR93进行温度控制，多级真空泵和电磁阀采用手动控制，部分硬质合金真空烧结炉也通过对真空泵进行开关控制实现真空度的自动控制，或采用通用单回路PID控制器控制节流阀实现真空度的控制，未能实现真空系统设备的联锁控制，并且真空炉的温度控制与真空度控制脱节，很难得到稳定的硬质合金真空烧结工艺。典型的硬质合金真空烧结炉的真空系统由罗茨式主泵、前级泵和管道、阀门组成，主泵与前级泵、泵与阀门之间的动作有联锁关系，例如罗茨式主泵只有在前级泵将其出口压力减小到一定数值后才能启动，否则罗茨泵的出口入口气体压差过高，可能出现过载现象，造成电机绕组烧损。传统控制方案不能根据真空度-时间曲线来实现真空系统设备的联锁控制，真空度精度以及真空系统设备的安全都不能得到保证。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种一体化的硬质合金真空烧结炉智能控制器。该控制器可由现场操作者通过键盘输入制定的生产工艺，即温度-时间曲线和真空度-时间曲线，控制器按照工艺曲线，通过控制真空炉温控系统设备和真空系统设备，实现真空炉温度和真空度的一体化自动控制，使硬质合金的真空烧结工艺得到稳定，保证产品质量和设备安全。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

单片机U1是系统的控制核心，承担信息输入、数据暂存与处理、系统控制等任务，片内的EEPROM存储器用于程序的存储和关键信息备份文件的永久保存。A/D转换器U2、D/A转换器U3、显示单元U4通过I/O接口与单片机相连接，数个独立式按键和多个真空泵、电磁阀开关控制信号的输出也通过I/O与单片机进行连接。A/D转换器U2的2个模拟量输入通道分别输入温度变送器和真空度变送器送来的电压信号，A/D转换器U2与单片机U1之间的数据传输为串行数据传送方式。单片机定时启动A/D转换器U2进行A/D转换，读取当前的实际温度值和实际真空度值，将温度实际值和真空度实际值分别与对应生产工艺曲线的当前值比较后，得到的温度Fuzzy-PID智能控制输出和真空度PID控制输出经2通道D/A转换器U3转换成电压信号后，再由放大器U5分别进行驱动放大，转换成电压信号分别控制真空炉加热功率的大小和真空管路电动节流阀门的开启度，实现炉内温度和真空度的精确控制。其中，D/A转换器U3与单片机U1之间的数据传输为串行数据传送方式。同时，单片机根据预先设定的真空度要求和实测真空度的大小，通过I/O接口输出开关控制信号，由驱动器U6和继电器单元U8的继电器K1、K2、K3分别对各开关信号进行功率放大、隔离后，驱动多级真空泵的启动/停止和真空管路电磁阀的开闭，实现真空系统设备的联锁控制。键盘单元U7的多个独立式按键共同完成温度和真空度工艺曲线的输入、真空炉控制状态的改变、控制器控制参数的设定等任务，专用的显示单元U4的MCLK、SCLK、SDA信号与单片机的I/O口连接，用于串行接收来自单片机U1的真空炉当前工作状态、炉内温度和真空度的大小、控制参数以及人机交互的显示数据信息。

本实用新型的有益效果是，该控制器可由现场操作者通过键盘输入制定的生产工艺，即温度-时间曲线和真空度-时间曲线，控制器按照工艺曲线，通过控制真空炉温控系统设备和真空系统设备，实现真空系统的联锁控制，以及真空度和温度的精确控制。通过对真空炉温度和真空度的一体化自动控制，使硬质合金的真空烧结工艺得到稳定，保证产品质量和设备安全。本硬质合金真空烧结炉智能控制器可将真空炉真空度控制在工艺要求范围之内，并将真空炉烧结温度控制在±5℃之内。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型功能框图

图2是本实用新型典型实例的电路原理图

图3是本实用新型的程序流程图

图4是硬质合金真空烧结炉的控制系统图

图中：U1.单片机，U2.A/D转换器，U3.D/A转换器，U4.显示单元，U5.放大器，U6.驱动器，U7.键盘单元，U8.继电器单元。

具体实施方式

在图2所示的典型实施例电路原理图中，单片机U1选择宏晶公司的单片微处理器STC89C58RD+，其片上集成有32KB的Flash ROM和1280字节的SRAM，并有超过16KB的EEPROM可用户程序编程，控制参数等关键信息可修改并长期保存在片内。单片机X1、X2外接11.0592MHz晶体振荡器，15pF的电容C2、C3帮助晶体振荡器起振，R1、C1、S5组成复位电路，给单片机提供上电复位和按钮复位信号。但是，单片机的选择包括但不仅限于本实施例所描述的型号，它还可包括可用于实现本实施例所描述功能的任何其它类型单片机、处理器、微控制器和可编程逻辑器件等具有处理和控制功能的器件。

在该电路原理图中，A/D转换器U2选择12位分辩率、多模拟输入通道的TLC2543，转换参考电压使用芯片+5V的电源电压，其CS、DATA I、DATA O、CLOCK、EOC信号与单片机的I/O口连接，实现串行数据传输。温度变送器和真空度(压力)变送器送来的4～20mA电流信号经250Ω电阻转换成1～5V电压信号后，被分别输入至TLC2543的模拟量输入通道AIN0、AIN1。

在该电路原理图中，D/A转换器U3选择8位分辩率、2输出通道的MAX518，其SCL、SDA信号与单片机的I/O口连接，实现串行数据传输，经OUT1、OUT2输出的2个电压信号被送到运算放大器U5进行同相电压和功率放大，分别用于控制升温功率和电动节流阀开启度。图中运算放大器U5选择通用双运放LM358。

在该电路原理图中，显示单元U4选择HZ128-64D20-3L汉显模块，该模块为128×64点阵，自带汉字字库的中文液晶显示模块。显示单元的MCLK、SCLK、SDA信号与单片机的I/O口连接，实现串行数据传输。

在该电路原理图中，设计有4个独立式按键S1、S2、S3、S4直接与单片机的I/O口连接，各键的定义名称为：功能、确定、增大、减小。

在该电路原理图中，有三个继电器K1、K2、K3，其型号为HK3FF-DC12V-SH。单片机输出的开关信号经专用驱动芯片驱动器U6(ULN2003)放大后，驱动K1、K2、K3的线圈，K1的控制触头用于控制真空管路上的电磁阀，K2、K3的控制触头分别用于控制主泵和前级泵。

在本实用新型的典型实例中，单片机U1可选择51系列的其他型号单片机，也可以选择其他系列的单片机，如果单片机片内不带用户可编程的非易失存储器，可在单片机的片外扩展一片非易失存储器，如24C01等EEPROM芯片。A/D转换器U2可选择其他型号，具有2个以上的模拟量输入通道，12位以上分辨率的模数转换器，如MAX111等。D/A转换器U3可选择其他型号，具有2个以上的模拟量输出通道，8位以上分辨率的数模转换器，如AD5337、AD5338等。放大器U5可以选择各种型号的通用运放，如LM324等。显示单元U4可以选择金鹏公司的OCM4X8C或其他公司的类似产品。继电器K1、K2、K3可以选择类似产品，线圈驱动芯片ULN2003也可以用多个三极管，如9013、8050等代替。

图3所示的流程图包括主程序流程图(a)和定时中断程序流程图(b)。主程序主要实现键盘信息的输入和显示信息的输出，基本信息显示程序将硬质合金真空烧结炉工作状态和控制器自身控制状态、控制参数等基本信息显示在液晶显示单元上。在键盘信息输入程序部分，程序利用按下功能键时间的长短(是否超过3秒)来区分是进入工艺曲线(即温度-时间曲线和真空度时间曲线)设定状态还是进入控制参数设定状态，利用按下确定键3秒以上来控制该控制器在自动控制和停止两种状态间进行切换。定时中断程序的定时时间为采样周期，本实例中该时间为1秒。定时器1秒定时时间到(对50毫秒软件计数20次)，单片机CPU由主程序进入中断响应程序，启动A/D转换器完成温度、真空度的采样，进行真空系统设备的联锁控制，运行温度智能控制(Fuzzy-PID)算法和真空度PID控制算法，算法运算结果通过D/A转换器转换成模拟量输出，中断任务完成，返回主程序。

图4是硬质合金真空烧结系统原理图。温度变送器和真空度变送器将炉内温度和真空度转换成电信号送至控制器，控制器送来的移相控制信号通过调节晶闸管调功器的输出功率来控制炉内温度，开启度控制信号通过调节电动节流阀的开启度来控制炉内真空度，主泵、前级泵、电磁阀由控制器输出的继电开关控制信号控制，进气阀由人工手动控制。

用于实施本专利所描述功能的各种芯片和元器件并不限于本实施例中所举出的型号，还包括可实现同样功能的其它类型和型号。

Claims (8)

1.一种硬质合金真空烧结炉智能控制器，包括：单片机(U1)，键盘单元(U7)，显示单元(U4)，A/D转换器(U2)，D/A转换器(U3)，放大器(U5)，驱动器(U6)，其特征在于：

单片机(U1)通过I/O接口分别与键盘单元(U7)和显示单元(U4)连接，用于人机信息交换；

单片机(U1)通过I/O接口与A/D转换器(U2)连接，控制A/D转换器(U2)实时采集真空炉温度信息和真空度信息；

单片机(U1)通过I/O接口输出开关信号，经过驱动芯片(U6)控制多级真空泵的启停和真空管路电磁阀的开闭，实现真空系统的联锁控制；

单片机(U1)通过I/O接口与D/A转换器(U3)连接，将控制量转换成电压信号，再由放大器(U5)进行电压、功率放大，控制真空管路上电动真空节流阀的开启度以及控制升温功率，实现真空度和温度控制。

2.根据权利要求1所述的一种硬质合金真空烧结炉智能控制器，其特征在于：所述显示单元(U4)的MCLK、SCLK、SDA信号与单片机(U1)的I/O口连接，用于串行接收来自单片机(U1)的真空炉当前工作状态、炉内温度和真空度的大小、控制参数以及人机交互的显示数据信息。

3.根据权利要求1或2所述的一种硬质合金真空烧结炉智能控制器，其特征在于：所述继电器单元(U8)连接于驱动器(U6)与多级真空泵、真空管路电磁阀之间，驱动控制多级真空泵的启停和真空管路电磁阀的开闭。

4.根据权利要求3所述的一种硬质合金真空烧结炉智能控制器，其特征在于：所述继电器单元(U8)包括三个继电器(K1)、(K2)、(K3)，分别用于控制真空管路上的电磁阀，主泵和前级泵。

5.根据权利要求4所述的一种硬质合金真空烧结炉智能控制器，其特征在于：所述A/D转换器(U2)与所述单片机(U1)之间的数据传输为串行数据传送方式。

6.根据权利要求5所述的一种硬质合金真空烧结炉智能控制器，其特征在于：所述D/A转换器(U3)与所述单片机(U1)之间的数据传输为串行数据传送方式。

7.根据权利要求6所述的一种硬质合金真空烧结炉智能控制器，其特征在于：所述键盘单元(U7)包括4个独立式按键(S1)、(S2)、(S3)、(S4)，分别直接与单片机(U1)的I/O口连接，各键的功能定义分别为：功能、确定、增大、减小。

8.根据权利要求7所述的一种硬质合金真空烧结炉智能控制器，其特征在于：所述单片机(U1)采用80C51系列单片机或者能完成相同功能的其他微控制器。

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