ZRT-240-8W真空退火爐真空機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)

王 偉 楊亞社 李治綱

（1.西部鈦業(yè)有限責(zé)任公司 西安 2.陜西省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所 西安）

1.問題的提出

ZRT-240-8W型真空退火爐共有5組抽真空機(jī)組（圖1）：①2X-70A 機(jī)械泵，進(jìn)氣口工作壓力范圍 1.33×10-1～1.0×105Pa，進(jìn)氣口壓力＜1.33×103Pa 時(shí)允許長期連續(xù)工作，6.65×103Pa＜進(jìn)氣口壓力＜大氣壓時(shí)，工作時(shí)間不得超過3 min。②ZJP300羅茨泵，作為增壓泵使用，進(jìn)氣口工作壓力范圍＜6.65×103Pa，彌補(bǔ)擴(kuò)散泵在1～1.0×103Pa時(shí)不能工作的缺陷。③KT-600擴(kuò)散泵，進(jìn)氣口工作壓力范圍＜1 Pa，用于獲得10-2～10-5Pa高真空的設(shè)備。1 Pa以下不得加熱，防止泵油氧化。④前級閥，與機(jī)械泵同時(shí)開啟/關(guān)閉。⑤預(yù)抽閥，機(jī)械泵與羅茨泵對爐體進(jìn)行粗抽時(shí)開啟。⑥高閥，真空度＞1 Pa后預(yù)抽閥關(guān)閉，高閥開啟，所有真空泵工作，對爐體抽高真空。

真空退火爐各級泵、閥采用手動(dòng)控制方式時(shí)，必須有人現(xiàn)場值守，值守人員讀取復(fù)合真空計(jì)數(shù)值，適時(shí)手動(dòng)打開各級泵、閥。若現(xiàn)場值守人員不能適時(shí)操作，如真空度已達(dá)到要求但未進(jìn)行下部操作，會(huì)造成真空爐水、電和氣浪費(fèi)；現(xiàn)場值守人員未及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，則可能引起爐內(nèi)物料氧化。為此，采用成都正華ZDF3-5227復(fù)合真空計(jì)及SMC ZSE40-01-22真空數(shù)字壓力開關(guān)配合PLC程序，確保操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備問題，采取措施。

圖1 抽空機(jī)組系統(tǒng)

2.抽空系統(tǒng)工作原理

爐體抽空時(shí)，手動(dòng)開啟機(jī)械泵，同時(shí)前級閥開啟，機(jī)械泵對擴(kuò)散泵進(jìn)行抽空。機(jī)械泵開啟約3～5 min后，手動(dòng)開啟各機(jī)組中擴(kuò)散泵，此時(shí)擴(kuò)散泵及其前級管道中殘留的空氣已被抽凈，擴(kuò)散泵加熱不會(huì)造成擴(kuò)散泵油氧化。擴(kuò)散泵加熱60 min后，油溫升至約260℃，擴(kuò)散泵預(yù)熱完成，此時(shí)可關(guān)閉前級閥，開啟預(yù)抽閥，機(jī)械泵通過羅茨泵、預(yù)抽閥對爐體進(jìn)行粗抽，在真空壓力開關(guān)監(jiān)控下，當(dāng)爐體內(nèi)真空度到達(dá)600 Pa時(shí)準(zhǔn)確啟動(dòng)羅茨泵。隨著羅茨泵開啟，抽空速度明顯加速，當(dāng)爐體真空度到達(dá)1 Pa時(shí)，關(guān)閉預(yù)抽閥，打開前級閥、高閥，擴(kuò)散泵、羅茨泵、機(jī)械泵同時(shí)工作，開始抽高真空。當(dāng)爐體真空度到達(dá)設(shè)定點(diǎn)0.05 Pa時(shí)，復(fù)合真空計(jì)發(fā)出控制信號，聲光報(bào)警燈亮，提醒現(xiàn)場操作人員，加熱條件已經(jīng)具備。自動(dòng)抽空系統(tǒng)主要特點(diǎn)如下。

（1）自動(dòng)抽空方式下，PLC通過ZDF3-5227型復(fù)合真空計(jì)及ZSE40-01-22型真空壓力開關(guān)檢測爐內(nèi)真空度數(shù)值，在設(shè)定的真空度控制高閥及羅茨泵開、關(guān)是完成自動(dòng)抽空程序的關(guān)鍵。若兩種儀表測量的爐內(nèi)真空度信號準(zhǔn)確，則可順利實(shí)現(xiàn)抽空系統(tǒng)全程自動(dòng)控制。經(jīng)質(zhì)檢機(jī)構(gòu)校驗(yàn)及現(xiàn)場試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)復(fù)合真空計(jì)在電阻規(guī)的量程范圍內(nèi)測量誤差較大（最高可達(dá)20%）。而且復(fù)合真空計(jì)更換新電阻規(guī)后，需要調(diào)整真空計(jì)滿度及零點(diǎn)，否則將引起更大誤差。曾嘗試用復(fù)合真空計(jì)控制羅茨泵，復(fù)合真空計(jì)顯示爐內(nèi)壓強(qiáng)為600 Pa，但爐體內(nèi)部實(shí)際壓強(qiáng)高于此數(shù)值，監(jiān)控羅茨泵電流，泵過載運(yùn)行。經(jīng)數(shù)次調(diào)整真空計(jì)零點(diǎn)和滿度后，最終因爐內(nèi)壓強(qiáng)顯示不準(zhǔn)，羅茨泵過載，燒損兩臺(tái)電機(jī)，但復(fù)合真空計(jì)可用于控制高閥。當(dāng)復(fù)合真空計(jì)電阻規(guī)顯示1 Pa時(shí)，即使此時(shí)真空計(jì)誤差為100%，爐體內(nèi)實(shí)際真空度2 Pa，仍在擴(kuò)散泵安全使用范圍內(nèi)。

（2）ZSE40-01-22型真空壓力開關(guān)在其整個(gè)測量范圍內(nèi)誤差為5%。經(jīng)現(xiàn)場多次試驗(yàn)證明該真空壓力開關(guān)可準(zhǔn)確控制羅茨泵在600 Pa時(shí)啟動(dòng)。該真空壓力開關(guān)不但可控制羅茨泵，還可在帶強(qiáng)冷系統(tǒng)的真空爐中檢測爐體內(nèi)充入的冷卻氣體的壓力、控制相應(yīng)充氣閥門動(dòng)作。

（3）自動(dòng)抽空系統(tǒng)具備完善的信號報(bào)警系統(tǒng)。抽空機(jī)組中的所有泵、閥均設(shè)有獨(dú)立于各泵閥控制線路之外的報(bào)警信號回路，相關(guān)報(bào)警信息見表1。

表1 報(bào)警信息

3.PLC程序

（1）自動(dòng)抽空啟動(dòng)程序（圖2）。機(jī)械泵、擴(kuò)散泵具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作模式，其余泵、閥只有自動(dòng)工作模式。充大氣閥Q11.05關(guān)閉時(shí)，按I0.12按鈕，KEEP指令使25.02=1，自動(dòng)抽空程序運(yùn)行。按I0.13按鈕，自動(dòng)抽空停止。

圖2 自動(dòng)抽空啟動(dòng)程序

（2）機(jī)械泵控制及報(bào)警程序（圖3）。打開I1.06或自動(dòng)抽空，機(jī)械泵無故障時(shí)Q9.00=1，機(jī)械泵啟動(dòng)。機(jī)械泵因過流或其他故障其接觸器輔助觸點(diǎn)I3.00未能吸合時(shí)，KEEP指令使25.04=1，在CF101指令作用下，機(jī)械泵指示燈Q12.00閃爍。正常工作時(shí)Q9.00=1、I3.00=1，Q12.00亮。按下報(bào)警測試按鈕I0.11，機(jī)械泵指示燈亮，用于檢查啟動(dòng)前信號燈是否正常。機(jī)械泵故障信號燈閃爍，不關(guān)閉I1.06，報(bào)警無法解除。關(guān)閉I1.06，按下報(bào)警證實(shí)按鈕I0.10，報(bào)警解除，信號燈Q12.00滅。

圖3 機(jī)械泵控制及報(bào)警程序

圖4 擴(kuò)散泵控制及報(bào)警程序

（3）擴(kuò)散泵控制及報(bào)警程序（圖4）。擴(kuò)散泵冷卻水流量充足時(shí)I7.09=0。打開擴(kuò)散泵啟動(dòng)按鈕I1.11，在機(jī)械泵已開、擴(kuò)散泵無故障報(bào)警時(shí)Q9.10=1，擴(kuò)散泵運(yùn)行。擴(kuò)散泵因過流或其他故障其接觸器輔助觸點(diǎn)I3.10未能吸合時(shí)，KEEP指令使25.05=1，在CF101指令作用下，擴(kuò)散泵指示燈Q12.10閃爍。正常工作時(shí)，Q9.10=1、I3.10=1，Q12.10亮。報(bào)警測試按鈕I0.11，按下時(shí)擴(kuò)散泵指示燈亮，其用于啟動(dòng)前檢查信號燈是否正常。

真空爐抽空機(jī)組自動(dòng)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行，其完善故障報(bào)警功能縮短了故障排查及維修時(shí)間，具有良好的應(yīng)用價(jià)值和推廣意義。