大型真空鋁釬焊爐控制系統

2013-06-09 王劍北京航天萬源科技公司

　　介紹了大型真空鋁釬焊爐控制系統的開發。該控制系統所實現的功能主要是溫度控制和邏輯控制，要求的控制點數多，各個被控對象互相關聯。控制系統核心為可編程序控制器。用CX-Programmer 軟件編程的方法來實現對各個機械系統的控制和設置各種保護功能。可編程序控制器具有靈活方便、易于維護的優點。最終調試結果和真空爐投入使用后的狀態表明，該控制系統不但可以達到控制目標，還可以保證設備長期無故障運行。

　　真空鋁釬焊是指在真空加熱狀態下，用熔點比基體金屬低的液態釬料填充基體金屬間隙而形成牢固結合的焊接方法，填充基體金屬微小間隙的過程是靠毛細管吸力完成的。我國自20世紀80年代至90年代，真空鋁釬焊工藝和真空鋁釬焊設備得到了較大發展，提出了成熟的小型鋁制板翅式換熱器的工藝規程和對鋁釬焊設備的技術要求。21世紀初，由于大型鋁制板翅式換熱器制造工藝的需要，國內研制開發成功了大型真空鋁釬焊爐。

　　隨著工業自動化水平的不斷提高和計算機技術的高速發展，自動化控制水平也越來越高，但是可編程序控制器(program logic control，以下簡稱PLC) 作為一種控制裝置，能夠把計算機的完備功能、靈活性、通用性等優點和繼電器系統的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優點集于一身，并且能夠適應工業環境。所以，真空技術網(http://smsksx.com/)認為可編程序控制器在真空鋁釬焊爐電氣控制系統中作為控制核心來使用，是有其明顯優勢的。可編程序控制器目前在大部分中、小型真空鋁釬焊爐中已經得到應用，在大型真空鋁釬焊爐控制系統中，被控制的點數很多，需要設置復雜的連鎖保護，要在原有基礎上作進一步的開發。

　　本文以某型號的大型真空鋁釬焊爐為例，提出機械系統的用電點，提出整體思路，進行系統硬件和軟件設計。

1、真空鋁釬焊爐的機械結構簡介

　　為了更好的闡述電氣控制系統，首先介紹該型號的真空鋁釬焊爐的機械結構，如圖1所示。真空鋁釬焊爐的主體是由加熱室、爐體、前后爐門以及各個功能部件組成。加熱室安裝在爐體內，由多個加熱電阻和保溫層構成，加熱電阻通過爐體外部電極和電纜的連接構成28個加熱小區，每個小區分別由一套可控硅調壓電源回路供電：爐體為雙層水冷夾套式結構，上面焊接有釬焊爐必需的功能部件，并和前后爐門構成真空室：前后爐門也為雙層水冷夾套式結構，分別安裝在可沿著與爐體軸線垂直方向平移的爐門車上，爐門還可在爐門車上靠氣缸的驅動作沿著爐體軸線方向的平移，爐門的兩個方向的平移使爐門能夠打開和關閉。

　　真空釬焊爐的外圍系統包括真空系統、水冷系統、充氣系統、氣動系統和爐外裝料車。

大型真空鋁釬焊爐機械系統圖

圖1 大型真空鋁釬焊爐機械系統圖

　　鋁合金釬焊對真空系統的要求極高，真空系統不但要有足夠強大的真空獲得能力，而且在釬焊前保溫段和最后釬焊保溫段，均應有足夠的能力保證大量氣體揮發時爐內真空度保持在10^-3 Pa 數量級，這要求真空系統有較快和穩定的抽速。該型號真空釬焊爐配置的真空機組為5套，每套真空機組的配置：主泵是高真空油擴散泵，油擴散泵屬于一種蒸汽射流泵，它具有抽速大、極限真空高的優點：機械泵機組的作用是預抽真空和作為擴散泵的前級泵，它是由羅茨泵和滑閥泵組成的：維持泵選用旋片泵，它可以保證設備開始工作前擴散泵預加熱時泵腔內保持一定的真空度，也可保證在工作完成后擴散泵冷卻過程中，為節省能源而停用羅茨泵和滑閥泵時，擴散泵不會出現擴散泵油氧化情況;每套真空機組的閥門包括大閥、前級閥、預抽閥和機組放氣閥。水冷系統用于冷卻釬焊爐爐壁、擴散泵、羅茨泵、滑閥泵和旋片泵。主進水管安裝電接點水壓表，供水水壓不足時報警。各路水流經被冷卻部件后流到回水槽中，回水槽與主回水管相連接。設備帶有惰性氣體充氣接口，并配置手動球閥和手動針閥等裝置。根據需要，可在預抽真空階段實現對爐內充氮氣置換。

　　設備設置氣動系統，系統由氣源三聯件及各管路、密封件等組成，氣動系統管路可承受的壓力0.8 ～1 MPa，用于設備上靠氣缸驅動的部件，包括大閥、前級閥、預抽閥以及前后爐門。工件車用于裝卸工件，它的主體是車架，車架的尺寸與裝卡后工件的最大尺寸相匹配，在結構強度上足以承受負載的總質量。固定在地面上的軌道用于支撐車架和作為車架運動的導向，車架的前進和后退是由固定在地坑內的減速電機(功率為2.2 kW) 驅動的，車架向爐體方向移動實現車架上的導軌與加熱室內的方截面導軌的對接，另一組固定在車架上減速電機(功率為2.2 kW) 驅動能夠沿導軌活動的工件拖車前進和后退，使和滾輪組件一起運動的工件沿著爐內和車架上的導軌進出，實現裝、卸料過程。車架的運動以及工件的進出爐都有行程開關限位，實現導軌的準確對接和工件進出爐到位。