專利名稱：一種鐘罩爐用前饋式氣氛控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種鐘罩爐的氣氛控制系統(tǒng)，尤其涉及一種前饋式氣氛控制方法。
背景技術(shù)：
隨著電子產(chǎn)品的日益發(fā)展，對(duì)電子產(chǎn)品元器件的性能品質(zhì)的要求也越來(lái)越高，軟磁鐵氧體材料就是其中的一種。該材料越來(lái)越傾向于高品質(zhì)要求，小批量，生產(chǎn)周期短等要求。鐘罩爐較以往的推板爐則是以時(shí)間換空間，在較小的空間內(nèi)完成一系列氣氛濃度和環(huán)境溫度的控制。這樣符合了現(xiàn)代鐵氧體材料小批量，高品質(zhì)和周期短等的市場(chǎng)要求。一般鐘罩爐的生產(chǎn)能力都在4剁到8剁，氧含量控制范圍在20. 6%至O. 001%之間。·普通鐘罩爐的技術(shù)規(guī)格如下?tīng)t內(nèi)尺寸1200*700*600mm爐內(nèi)氣氛100%氮?dú)庖?100%空氣最大空氣流量500L/min最大氮?dú)饬髁?00L/min預(yù)熱器氣流量30m3/hr (400度)補(bǔ)充空氣流量100m3/hr保護(hù)氮?dú)饬髁縄 m3/hr max.爐內(nèi)容積小則氧氣含量的控制范圍及氣氛的均勻性相對(duì)容易控制一些，但是當(dāng)8剁以上時(shí)，爐膛內(nèi)部氣氛的控制難度則大大增加，由于其它爐體的進(jìn)出氣體管路相對(duì)單一，沒(méi)有高密度的進(jìn)出氣管線的分布，當(dāng)空氣流量控制器和氮?dú)饬髁靠刂破鹘o出的混合氣體的濃度接近目標(biāo)濃度時(shí)，只有進(jìn)氣口的濃度達(dá)到目標(biāo)值，這時(shí)爐膛內(nèi)測(cè)點(diǎn)的濃度仍然未達(dá)到設(shè)定值，這時(shí)我們的控制器會(huì)自動(dòng)加大進(jìn)氣的濃度以便爐內(nèi)濃度能迅速達(dá)到目標(biāo)值。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的繼續(xù)進(jìn)氣及擴(kuò)散后，爐內(nèi)氧氣濃度測(cè)點(diǎn)剛剛檢測(cè)到濃度符合要求，這時(shí)爐內(nèi)進(jìn)口的氣體濃度已經(jīng)高于設(shè)定值，這樣爐內(nèi)的氣氛總是處于或高或低的狀態(tài)，既不穩(wěn)定也不夠均勻，總處理波動(dòng)的狀態(tài)，這樣的氣氛對(duì)爐內(nèi)燒制產(chǎn)品有個(gè)致命的影響。一般的氣氛PID控制是將氧含量分析儀分析出的氧氣含量作為控制PID的測(cè)量反饋即反饋式PID控制，這樣使得PID的滯后更大，更難平穩(wěn)的控制氣氛。大容量鐘罩爐的技術(shù)規(guī)格如下?tīng)t內(nèi)尺寸3500*1415*1100mm爐內(nèi)氣氛100%氮?dú)庖?100%空氣最大空氣流量1800L/min. (108m3/hr)最大氮?dú)饬髁?800L/min. (108m3/hr)預(yù)熱器氣流量210m3/hr(400度)補(bǔ)充空氣流量210m3/hr[0021]保護(hù)氮?dú)饬髁? m3/hr max.
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)傳統(tǒng)氣氛控制的缺點(diǎn)，提出了新的解決方案，由于單一的管路過(guò)分?jǐn)_動(dòng)了爐內(nèi)氣氛?qǐng)?，影響氣氛的控制穩(wěn)定性，將原來(lái)單一的管路改為18分支管路分別從爐膛的兩邊進(jìn)入爐膛內(nèi)部，這樣進(jìn)入爐膛的氣體通過(guò)爐膛的18個(gè)入口本身就有了均勻爐內(nèi)氣氛的效果。加上爐內(nèi)的氣體循環(huán)裝置，進(jìn)一步將爐內(nèi)的氣氛更快更好的進(jìn)行均勻化處理保證爐內(nèi)的氣氛?qǐng)鼍鶆蚯曳€(wěn)定。本實(shí)用新型具體通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種鐘罩爐用前饋式氣氛控制系統(tǒng)，所述的鐘罩式電阻爐包括氮?dú)忾y、大空氣閥、小空氣閥、氮?dú)饬髁坑?jì)、大空氣流量計(jì)、小空氣流量計(jì)、氣包和爐膛，所述的氮?dú)忾y安裝在氮?dú)庠磁c氮?dú)饬髁坑?jì)之間的管道上，所述的大空氣閥安裝在空氣源與大空氣流量計(jì)之間的管道上，所述的小空氣閥安裝在空氣源與小空氣流量計(jì)之間的管道上，所述的氮?dú)饬髁坑?jì)、大空氣流量計(jì)和小空氣流量計(jì)的輸出端與 氣包的輸入端連接，氣包的輸出端與爐膛的氣路主管道相連，所述的氣氛控制系統(tǒng)包括主控制器、氧含量分析儀和氧含量傳感器，所述的氧含量傳感器安裝在所述的爐膛壁上，氧含量傳感器的信號(hào)輸出端與氧含量分析儀的信號(hào)輸入端相連，氧含量分析儀的信號(hào)輸出端與主控制器的對(duì)應(yīng)信號(hào)輸入端相連，主控制器的其他信號(hào)輸入端分別與安裝在氮?dú)庠春涂諝庠吹倪M(jìn)氣管道上的氮?dú)饬髁坑?jì)、大空氣流量計(jì)和小空氣流量計(jì)的信號(hào)輸出端相連，主控制器的各個(gè)信號(hào)輸出端分別與氮?dú)忾y、大空氣閥和小空氣閥的信號(hào)輸入端相連。所述的主控制器包括當(dāng)前濃度計(jì)算單元和分流量PID控制單元，所述的當(dāng)前濃度計(jì)算單元的信號(hào)輸入端分別與氮?dú)饬髁坑?jì)、大空氣流量計(jì)和小空氣流量計(jì)的信號(hào)輸出端相連，當(dāng)前濃度計(jì)算單元主要是通過(guò)三個(gè)流量計(jì)檢測(cè)的流量計(jì)算出氣包內(nèi)當(dāng)前的氣氛濃度，所述的分流量PID控制單元的輸入端與氧含量分析儀的輸出端相連，分流量PID控制單元的輸出端分別與氮?dú)忾y、大空氣閥和小空氣閥的信號(hào)輸入端相連。所述的主控制器采用的是可編程邏輯控制器。分流量PID控制單元首先根據(jù)氧濃度設(shè)定值計(jì)算出三個(gè)氣體管道分別需要的氣體流量，然后根據(jù)這三個(gè)流量值進(jìn)行PID調(diào)節(jié)控制主要PID是一種回路控制數(shù)學(xué)模型，其含義P—比例控制，I一積分控制，D—微分控制。所述的主控制器采用的是可編程邏輯控制器。本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型克服了傳統(tǒng)單點(diǎn)進(jìn)氣對(duì)爐內(nèi)氣氛均勻性造成擾動(dòng)，改為多點(diǎn)進(jìn)氣，這樣就相當(dāng)于把原本爐膛較大的空間分割為若干個(gè)小的空間，減少了進(jìn)氣對(duì)爐內(nèi)氣氛的過(guò)大的影響大大提高了類(lèi)內(nèi)氣氛的均勻性，克服了氣體進(jìn)入爐內(nèi)經(jīng)過(guò)一定的擴(kuò)散時(shí)間才能到達(dá)氧傳感器，才能被控制系統(tǒng)檢測(cè)到這樣或許由于之間的PID控制，輸出的氣體濃度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于系統(tǒng)要求的氣體濃度。使用了前饋式控制方式，根據(jù)系統(tǒng)要求的濃度計(jì)算出各進(jìn)氣的流量值，這樣在氣包內(nèi)的氣體濃度就是系統(tǒng)需要的，所以這樣的氣氛打入爐膛內(nèi)正好滿足了系統(tǒng)的氣氛要求，具體控制曲線如圖所示(圖2是傳統(tǒng)控制的PID效果，圖3是采用前饋式控制的PID效果)。
圖I為本實(shí)用新型的鐘罩爐用前饋式氣氛控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖2為本實(shí)用新型的鐘罩爐用前饋式氣氛控制系統(tǒng)的控制原理框圖。圖3是傳統(tǒng)控制的PID效果圖。圖4是采用本實(shí)用新型的PID效果圖。圖中1_氮?dú)忾y、2-大空氣閥、3-小空氣閥、4-氮?dú)饬髁坑?jì)、5-大空氣流量計(jì)、6-小空氣流量計(jì)、7-氣包、8-爐膛進(jìn)氣管、9-爐膛排氣管、10-氧含量分析儀、11-檢測(cè)氣體排出口、12-鐘罩爐膛、13-氧含量傳感器。
具體實(shí)施方式
如圖1、2所示，一種鐘罩爐用前饋式氣氛控制系統(tǒng)，其特征在于所述的鐘罩式電阻爐包括氮?dú)忾yI、大空氣閥2、小空氣閥3、氮?dú)饬髁坑?jì)4、大空氣流量計(jì)5、小空氣流量計(jì)
6、氣包7和爐膛12，所述的氮?dú)忾yI安裝在氮?dú)庠磁c氮?dú)饬髁坑?jì)4之間的管道上，所述的大空氣閥2安裝在空氣源與大空氣流量計(jì)5之間的管道上，所述的小空氣閥3安裝在空氣源與小空氣流量計(jì)6之間的管道上，所述的氮?dú)饬髁坑?jì)4、大空氣流量計(jì)5和小空氣流量計(jì)6的輸出端與氣包7的輸入端連接，氣包7的輸出端與爐膛12的氣路主管道相連，所述的氣氛控制系統(tǒng)包括主控制器、氧含量分析儀10和氧含量傳感器13，所述的氧含量傳感器13安裝在所述的爐膛12壁上，氧含量傳感器13的信號(hào)輸出端與氧含量分析儀10的信號(hào)輸入端相連，氧含量分析儀10的信號(hào)輸出端與主控制器的對(duì)應(yīng)信號(hào)輸入端相連，主控制器的其他信號(hào)輸入端分別與安裝在氮?dú)庠春涂諝庠吹倪M(jìn)氣管道上的氮?dú)饬髁坑?jì)4、大空氣流量計(jì)5和小空氣流量計(jì)6的信號(hào)輸出端相連，主控制器的各個(gè)信號(hào)輸出端分別與氮?dú)忾yI、大空氣閥2和小空氣閥3的信號(hào)輸入端相連。所述的主控制器包括當(dāng)前濃度計(jì)算單元和分流量PID控制單元，所述的當(dāng)前濃度計(jì)算單元的信號(hào)輸入端分別與氮?dú)饬髁坑?jì)4、大空氣流量計(jì)5和小空氣流量計(jì)6的信號(hào)輸出端相連，所述的分流量PID控制單元的輸入端與氧含量分析儀10的輸出端相連，分流量PID控制單元的輸出端分別與氮?dú)忾yI、大空氣閥2和小空氣閥3的信號(hào)輸入端相連。所述的當(dāng)前濃度計(jì)算單元主要是通過(guò)三個(gè)流量計(jì)檢測(cè)的流量計(jì)算出氣包內(nèi)當(dāng)前的氣氛濃度。這個(gè)濃度其實(shí)與計(jì)算機(jī)給主控制器的氧濃度設(shè)定值是一致的。氧濃度傳感器13檢測(cè)的爐內(nèi)氧含量會(huì)在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到氣包內(nèi)濃度值。這里的PID調(diào)節(jié)是前饋式的而不是傳統(tǒng)的反饋式控制，也就是說(shuō)系統(tǒng)在得知所需的氧濃度設(shè)定時(shí)，通過(guò)計(jì)算得出三個(gè)氣體管道分別需要的氣體流量，計(jì)算的公式如下氧氣進(jìn)氣量為P02*M/ (20.6%)則氮?dú)膺M(jìn)氣流量為M_(P02*M/ (20.6%))其中，M-總流量；P02-為設(shè)定的氧氣含量值；這里可以看到計(jì)算結(jié)果只是氧氣即空氣的流量設(shè)定和氮?dú)饬髁吭O(shè)定。而系統(tǒng)的實(shí)際進(jìn)氣管道有一個(gè)氮?dú)膺M(jìn)氣管道和兩個(gè)空氣進(jìn)氣管道。其實(shí)，我們?yōu)榱颂岣邭怏w流量計(jì)的檢測(cè)精度，特意把對(duì)氣氛影響較大的空氣管路按照量程劃分為2個(gè)流量計(jì)這樣做的原因在于一般儀表都有一個(gè)特性就是在其量程的1/2至3/5時(shí)精度相對(duì)較高，其它位置的精度則會(huì)有所下降。從計(jì)量和控制上，控制精度也打了折扣，這樣使我們的爐膛氣氛濃度更難達(dá)到工藝要求，生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品品質(zhì)當(dāng)然不穩(wěn)定，得不到保障。這三臺(tái)流量計(jì)的檢測(cè)量程分別是:氮?dú)饬髁坑?jì)0_108m3/hr空氣流量計(jì)0_108m3/hr小空氣流量計(jì)0_5 m3/hr所以系統(tǒng)根據(jù)各自量程和流量要求，自動(dòng)計(jì)算和分配流量計(jì)，克服儀表的誤差帶來(lái)的問(wèn)題。如果按照傳統(tǒng)的做法，將等到氧濃度傳感器13檢測(cè)值反饋給主控制器再有主控器進(jìn)行計(jì)算給出各調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)量，這樣就會(huì)太遲導(dǎo)致如圖3的調(diào)節(jié)效果的出現(xiàn)，顯然這
樣是不能滿足大容量的鐘罩爐的控制要求。這樣看來(lái)前饋式控制方式在這里尤為重要，主控制器根據(jù)計(jì)算機(jī)給出的氧濃度要求值，自動(dòng)演算給各進(jìn)氣閥的進(jìn)氣設(shè)定值和進(jìn)氣閥開(kāi)度。這樣就免去了從氣體進(jìn)入爐膛到氧含量傳感器檢測(cè)到這股進(jìn)氣的時(shí)間等待。這里需要注意的是空氣閥按照量程分成了 2個(gè)分別是0-5m3/hr和5-108m3/hr，這樣主控制器會(huì)根據(jù)計(jì)算出的氧氣(空氣)流量值自動(dòng)分配到適合的空氣管路上去，另一管路則自動(dòng)進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)。這樣不僅從控制上提高了精度，也從檢測(cè)上提高了精度。
權(quán)利要求1.一種鐘罩爐用前饋式氣氛控制系統(tǒng)，其特征在于所述的鐘罩爐包括氮?dú)忾y(I)、大空氣閥(2)、小空氣閥(3)、氮?dú)饬髁坑?jì)(4)、大空氣流量計(jì)(5)、小空氣流量計(jì)(6)、氣包(7)和爐膛(12)，所述的氮?dú)忾y(I)安裝在氮?dú)庠磁c氮?dú)饬髁坑?jì)(4)之間的管道上，所述的大空氣閥(2)安裝在空氣源與大空氣流量計(jì)(5)之間的管道上，所述的小空氣閥(3)安裝在空氣源與小空氣流量計(jì)(6)之間的管道上，所述的氮?dú)饬髁坑?jì)(4)、大空氣流量計(jì)(5)和小空氣流量計(jì)(6)的輸出端與氣包(7)的輸入端連接，氣包(7)的輸出端與爐膛(12)的氣路主管道相連，所述的氣氛控制系統(tǒng)包括主控制器、氧含量分析儀(10)和氧含量傳感器(13)，所述的氧含量傳感器(13)安裝在所述的爐膛(12)壁上，氧含量傳感器(13)的信號(hào)輸出端與氧含量分析儀(10)的信號(hào)輸入端相連，氧含量分析儀(10)的信號(hào)輸出端與主控制器的對(duì)應(yīng)信號(hào)輸入端相連，主控制器的其他信號(hào)輸入端分別與安裝在氮?dú)庠春涂諝庠吹倪M(jìn)氣管道上的氮?dú)饬髁坑?jì)(4)、大空氣流量計(jì)(5)和小空氣流量計(jì)(6)的信號(hào)輸出端相連，主控制器的各個(gè)信號(hào)輸出端分別與氮?dú)忾y(I)、大空氣閥(2)和小空氣閥(3)的信號(hào)輸入端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鐘罩爐用前饋式氣氛控制系統(tǒng)，其特征在于所述的主控制器包括當(dāng)前濃度計(jì)算單元和分流量PID控制單元，所述的當(dāng)前濃度計(jì)算單元的信號(hào)輸入端分別與氮?dú)饬髁坑?jì)(4)、大空氣流量計(jì)(5)和小空氣流量計(jì)(6)的信號(hào)輸出端相連，所述的分流量PID控制單元的輸入端與氧含量分析儀(10)的輸出端相連，分流量PID控制單元的輸出端分別與氮?dú)忾y(I)、大空氣閥(2)和小空氣閥(3)的信號(hào)輸入端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鐘罩爐用前饋式氣氛控制系統(tǒng)，其特征在于所述的主控制器采用的是可編程邏輯控制器。
專利摘要一種鐘罩式氣氛控制系統(tǒng)，包括主控制器、氮?dú)忾y、大空氣閥、小空氣閥、氮?dú)饬髁坑?jì)、大空氣流量計(jì)、小空氣流量計(jì)、氧含量傳感器、氧含量分析儀，所述的氧含量傳感器的信號(hào)輸出端與氧含量分析儀的信號(hào)輸入端相連，氧含量分析儀的信號(hào)輸出端與主控制器的對(duì)應(yīng)信號(hào)輸入端相連，主控制器的其他信號(hào)輸入端分別與安裝在氮?dú)庠春涂諝庠吹倪M(jìn)氣管道上的氮?dú)饬髁坑?jì)、大空氣流量計(jì)和小空氣流量計(jì)的信號(hào)輸出端相連，主控制器的各個(gè)信號(hào)輸出端分別與氮?dú)忾y、大空氣閥和小空氣閥的信號(hào)輸入端相連。本實(shí)用新型克服了傳統(tǒng)單點(diǎn)進(jìn)氣對(duì)爐內(nèi)氣氛均勻性造成擾動(dòng)，改為多點(diǎn)進(jìn)氣減少了進(jìn)氣對(duì)爐內(nèi)氣氛的過(guò)大的影響大大提高了類(lèi)內(nèi)氣氛的均勻性。
文檔編號(hào)F27B19/00GK202734516SQ20122040628
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月16日
發(fā)明者李會(huì)強(qiáng) 申請(qǐng)人:南京科達(dá)新控儀表有限公司