專利名稱：硬質(zhì)合金真空燒結(jié)爐智能控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種真空燒結(jié)爐智能控制器，尤其是一種用于硬質(zhì)合 金真空燒結(jié)爐的單片機控制的智能控制器。
技術(shù)背景現(xiàn)有的產(chǎn)品未見有單片機用于硬質(zhì)合金真空燒結(jié)爐的真空系統(tǒng)設(shè)備聯(lián) 鎖控制以及真空度、溫度一體化控制的智能控制器。目前國內(nèi)使用較多的 硬質(zhì)合金真空燒結(jié)爐控制方案是真空爐溫度采用獨立的智能溫控器，例如采用島電的FP21或SR93進行溫度控制，多級真空泵和電磁閥采用手動控 制，部分硬質(zhì)合金真空燒結(jié)爐也通過對真空泵進行開關(guān)控制實現(xiàn)真空度的 自動控制，或采用通用單回路PID控制器控制節(jié)流閥實現(xiàn)真空度的控制， 未能實現(xiàn)真空系統(tǒng)設(shè)備的聯(lián)鎖控制，并且真空爐的溫度控制與真空度控制 脫節(jié)，很難得到穩(wěn)定的硬質(zhì)合金真空燒結(jié)工藝。典型的硬質(zhì)合金真空燒結(jié) 爐的真空系統(tǒng)由羅茨式主泵、前級泵和管道、閥門組成，主泵與前級泵、 泵與閥門之間的動作有聯(lián)鎖關(guān)系，例如羅茨式主泵只有在前級泵將其出口 壓力減小到一定數(shù)值后才能啟動，否則羅茨泵的出口入口氣體壓差過高， 可能出現(xiàn)過載現(xiàn)象，造成電機繞組燒損。傳統(tǒng)控制方案不能根據(jù)真空度— 時間曲線來實現(xiàn)真空系統(tǒng)設(shè)備的聯(lián)鎖控制，真空度精度以及真空系統(tǒng)設(shè)備 的安全都不能得到保證。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種一體化的硬質(zhì)合金真空燒結(jié)爐智能控制 器。該控制器可由現(xiàn)場操作者通過鍵盤輸入制定的生產(chǎn)工藝，即溫度一時 間曲線和真空度一時間曲線，控制器按照工藝曲線，通過控制真空爐溫控 系統(tǒng)設(shè)備和真空系統(tǒng)設(shè)備，實現(xiàn)真空爐溫度和真空度的一體化自動控制， 使硬質(zhì)合金的真空燒結(jié)工藝得到穩(wěn)定，保證產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備安全。 本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是-單片機U1是系統(tǒng)的控制核心，承擔信息輸入、數(shù)據(jù)暫存與處理、系統(tǒng) 控制等任務(wù)，片內(nèi)的EEPROM存儲器用于程序的存儲和關(guān)鍵信息備份文件的 永久保存。A/D轉(zhuǎn)換器U2、 D/A轉(zhuǎn)換器U3、顯示單元U4通過I/0接口與單片機 相連接，數(shù)個獨立式按鍵和多個真空泵、電磁閥開關(guān)控制信號的輸出也通 過I/0與單片機進行連接。A/D轉(zhuǎn)換器U2的2個模擬量輸入通道分別輸入溫度 變送器和真空度變送器送來的電壓信號，A/D轉(zhuǎn)換器U2與單片機U1之間的數(shù) 據(jù)傳輸為串行數(shù)據(jù)傳送方式。單片機定時啟動A/D轉(zhuǎn)換器U2進行A/D轉(zhuǎn)換， 讀取當前的實際溫度值和實際真空度值，將溫度實際值和真空度實際值分 別與對應(yīng)生產(chǎn)工藝曲線的當前值比較后，得到的溫度Fuzzy- PID智能控制 輸出和真空度PID控制輸出經(jīng)2通道D/A轉(zhuǎn)換器U3轉(zhuǎn)換成電壓信號后，再由放 大器U5分別進行驅(qū)動放大，轉(zhuǎn)換成電壓信號分別控制真空爐加熱功率的大 小和真空管路電動節(jié)流閥門的開啟度，實現(xiàn)爐內(nèi)溫度和真空度的精確控制。 其中，D/A轉(zhuǎn)換器U3與單片機U1之間的數(shù)據(jù)傳輸為串行數(shù)據(jù)傳送方式。同時， 單片機根據(jù)預(yù)先設(shè)定的真空度要求和實測真空度的大小，通過I/0接口輸出 開關(guān)控制信號，由驅(qū)動器U6和繼電器單元U8的繼電器K1、 K2、 K3分別對各 開關(guān)信號進行功率放大、隔離后，驅(qū)動多級真空泵的啟動/停止和真空管路 電磁閥的開閉，實現(xiàn)真空系統(tǒng)設(shè)備的聯(lián)鎖控制。鍵盤單元U7的多個獨立式
按鍵共同完成溫度和真空度工藝曲線的輸入、真空爐控制狀態(tài)的改變、控制器控制參數(shù)的設(shè)定等任務(wù)，專用的顯示單元U4的MCLK、 SCLK、 SDA信號與 單片機的I/0口連接，用于串行接收來自單片機U1的真空爐當前工作狀態(tài)、 爐內(nèi)溫度和真空度的大小、控制參數(shù)以及人機交互的顯示數(shù)據(jù)信息。本實用新型的有益效果是，該控制器可由現(xiàn)場操作者通過鍵盤輸入制 定的生產(chǎn)工藝，即溫度一時間曲線和真空度一時間曲線，控制器按照工藝 曲線，通過控制真空爐溫控系統(tǒng)設(shè)備和真空系統(tǒng)設(shè)備，實現(xiàn)真空系統(tǒng)的聯(lián) 鎖控制，以及真空度和溫度的精確控制。通過對真空爐溫度和真空度的一 體化自動控制，使硬質(zhì)合^:一的真空燒結(jié)工藝得到穩(wěn)定，保證產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè) 備安全。本硬質(zhì)合金真空燒結(jié)爐智能控制器可將真空爐真空度控制在工藝 要求范圍之內(nèi)，并將真空爐燒結(jié)溫度控制在士5。C之內(nèi)。


以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。圖1是本實用新型功能框圖圖2是本實用新型典型實例的電路原理圖圖3是本實用新型的程序流程圖圖4是硬質(zhì)合金真空燒結(jié)爐的控制系統(tǒng)圖圖中Ul.單片機，U2.A/D轉(zhuǎn)換器，U3.D/A轉(zhuǎn)換器，U4.顯示單元，U5. 放大器，U6.驅(qū)動器，U7.鍵盤單元，U8.繼電器單元。
具體實施方式
在圖2所示的典型實施例電路原理圖中，單片機Ul選擇宏晶公司的單 片微處理器STC89C58RD+ ，其片上集成有32KB的Flash ROM和1280字節(jié)
的SRAM，并有超過16KB的EEPROM可用戶程序編程，控制參數(shù)等關(guān)鍵信息 可修改并長期保存在片內(nèi)。單片機X1、 X2外接11.0592MHz晶體振蕩器， 15pF的電容C2、 C3幫助晶體振蕩器起振，Rl、 Cl、 S5組成復(fù)位電路，給單片機提供上電復(fù)位和按鈕復(fù)位信號。但是，單片機的選擇包括但不僅限 于本實施例所描述的型號，它還可包括可用于實現(xiàn)本實施例所描述功能的 任何其它類型單片機、處理器、微控制器和可編程邏輯器件等具有處理和 控制功能的器件。在該電路原理圖中，A/D轉(zhuǎn)換器U2選擇12位分辯率、多模擬輸入通 道的TLC2543，轉(zhuǎn)換參考電壓使用芯片+ 5V的電源電壓，其CS、 DATA I、 DATAO、 CLOCK、 EOC信號與單片機的I/O 口連接，實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)傳輸。溫 度變送器和真空度(壓力)變送器送來的4 20mA電流信號經(jīng)250 Q電阻轉(zhuǎn) 換成1 5V電壓信號后，被分別輸入至TLC2543的模擬量輸入通道AINO、 AIN1。在該電路原理圖中，D/A轉(zhuǎn)換器U3選擇8位分辯率、2輸出通道的 MAX518，其SCL、 SDA信號與單片機的I/0口連接，實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)傳輸，經(jīng) 0UT1、 OUT2輸出的2個電壓信號被送到運算放大器U5進行同相電壓和功 率放大，分別用于控制升溫功率和電動節(jié)流閥開啟度。圖中運算放大器U5 選擇通用雙運放LM358。在該電路原理圖中，顯示單元U4選擇HZ128-64D20-3L漢顯模塊，該 模塊為128X64點陣，自帶漢字字庫的中文液晶顯示模塊。顯示單元的MCLK、 SCLK、 SDA信號與單片機的I/0口連接，實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)傳輸。在該電路原理圖中，設(shè)計有4個獨立式按鍵S1、 S2、 S3、 S4直接與單
片機的I/0口連接，各鍵的定義名稱為功能、確定、增大、減小。在該電路原理圖中，有三個繼電器Kl、 K2、 K3，其型號為 服3FF-DC12V-SH。單片機輸出的開關(guān)信號經(jīng)專用驅(qū)動芯片驅(qū)動器U6 (ULN2003)放大后，驅(qū)動K1、 K2、 K3的線圏，Kl的控制觸頭用于控制真 空管路上的電磁閥，K2、 K3的控制觸頭分別用于控制主泵和前級泵。在本實用新型的典型實例中，單片機U1可選擇51系列的其他型號單 片機，也可以選擇其他系列的單片機，如果單片機片內(nèi)不帶用戶可編程的 非易失存儲器，可在單片機的片外擴展一片非易失存儲器，如24C01等 EEPROM芯片。A/D轉(zhuǎn)換器U2可選擇其他型號，具有2個以上的模擬量輸入 通道，12位以上分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，如MAX111等。D/A轉(zhuǎn)換器U3可選 擇其他型號，具有2個以上的模擬量輸出通道，8位以上分辨率的數(shù)模轉(zhuǎn) 換器，如AD5337、 AD5338等。放大器U5可以選擇各種型號的通用運放， 如LM324等。顯示單元U4可以選擇金鵬公司的0CM4X8C或其他公司的類似 產(chǎn)品。繼電器K1、 K2、 K3可以選擇類似產(chǎn)品，線圈驅(qū)動芯片ULN2003也可 以用多個三極管，如9013、 8050等代替。圖3所示的流程圖包括主程序流程圖(a)和定時中斷程序流程圖(b)。 主程序主要實現(xiàn)鍵盤信息的輸入和顯示信息的輸出，基本信息顯示程序?qū)?硬質(zhì)合金真空燒結(jié)爐工作狀態(tài)和控制器自身控制狀態(tài)、控制參數(shù)等基本信 息顯示在液晶顯示單元上。在鍵盤信息輸入程序部分，程序利用按下功能 鍵時間的長短(是否超過3秒)來區(qū)分是進入工藝曲線(即溫度一時間曲 線和真空度時間曲線)設(shè)定狀態(tài)還是進入控制參數(shù)設(shè)定狀態(tài)，利用按下確 定鍵3秒以上來控制該控制器在自動控制和停止兩種狀態(tài)間進行切換。定
時中斷程序的定時時間為采樣周期，本實例中該時間為1秒。定時器1秒定時時間到(對50毫秒軟件計數(shù)20次)，單片機CPU由主程序進入中斷響 應(yīng)程序，啟動A/D轉(zhuǎn)換器完成溫度、真空度的釆樣，進行真空系統(tǒng)設(shè)備的 聯(lián)鎖控制，運行溫度智能控制(Fuzzy-PID)算法和真空度PID控制算法， 算法運算結(jié)果通過D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬量輸出，中斷任務(wù)完成，返回主程序。圖4是硬質(zhì)合金真空燒結(jié)系統(tǒng)原理圖。溫度變送器和真空度變送器將 爐內(nèi)溫度和真空度轉(zhuǎn)換成電信號送至控制器，控制器送來的移相控制信號 通過調(diào)節(jié)晶閘管調(diào)功器的輸出功率來控制爐內(nèi)溫度，開啟度控制信號通過 調(diào)節(jié)電動節(jié)流閥的開啟度來控制爐內(nèi)真空度，主泵、前級泵、電磁閥由控 制器輸出的繼電開關(guān)控制信號控制，進氣閥由人工手動控制。用于實施本專利所描述功能的各種芯片和元器件并不限于本實施例中 所舉出的型號，還包括可實現(xiàn)同樣功能的其它類型和型號。
權(quán)利要求1.一種硬質(zhì)合金真空燒結(jié)爐智能控制器，包括單片機(U1)，鍵盤單元(U7)，顯示單元(U4)，A/D轉(zhuǎn)換器(U2)，D/A轉(zhuǎn)換器(U3)，放大器(U5)，驅(qū)動器(U6)，其特征在于單片機(U1)通過I/O接口分別與鍵盤單元(U7)和顯示單元(U4)連接，用于人機信息交換；單片機(U1)通過I/O接口與A/D轉(zhuǎn)換器(U2)連接，控制A/D轉(zhuǎn)換器(U2)實時采集真空爐溫度信息和真空度信息；單片機(U1)通過I/O接口輸出開關(guān)信號，經(jīng)過驅(qū)動芯片(U6)控制多級真空泵的啟停和真空管路電磁閥的開閉，實現(xiàn)真空系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制；單片機(U1)通過I/O接口與D/A轉(zhuǎn)換器(U3)連接，將控制量轉(zhuǎn)換成電壓信號，再由放大器(U5)進行電壓、功率放大，控制真空管路上電動真空節(jié)流閥的開啟度以及控制升溫功率，實現(xiàn)真空度和溫度控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種硬質(zhì)合金真空燒結(jié)爐智能控制器，其特 征在于所述顯示單元(U4)的MC:LK、 SCLK、 SDA信號與單片機(Ul)的 1/0口連接，用于串行接收來自單片機(Ul)的真空爐當前工作狀態(tài)、爐 內(nèi)溫度和真空度的大小、控制參數(shù)以及人機交互的顯示數(shù)據(jù)信息。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種硬質(zhì)合金真空燒結(jié)爐智能控制器， 其特征在于所述繼電器單元(U8)連接于驅(qū)動器(U6)與多級真空泵、 真空管路電磁閥之間，驅(qū)動控制多級真空泵的啟停和真空管路電磁閥的開 閉。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種硬質(zhì)合金真空燒結(jié)爐智能控制器，其特征在于所述繼電器單元(U8)包括三個繼電器(Kl)、 (K2)、 (K3)，分 別用于控制真空管路上的電磁閥，主泵和前級泵。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種硬質(zhì)合金真空燒結(jié)爐智能控制器，其特 征在于所述A/D轉(zhuǎn)換器(U2)與所述單片機(Ul)之間的數(shù)據(jù)傳輸為串 行數(shù)據(jù)傳送方式。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種硬質(zhì)合金真空燒結(jié)爐智能控制器，其特 征在于所述D/A轉(zhuǎn)換器(U3)與所述單片機(Ul)之間的數(shù)據(jù)傳輸為串 行數(shù)據(jù)傳送方式。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種硬質(zhì)合金真空燒結(jié)爐智能控制器，其特 征在于所述鍵盤單元(U7)包括4個獨立式按鍵(S1)、 (S2)、 (S3)、 (S4)， 分別直接與單片機(Ul)的I/0口連接，各鍵的功能定義分別為功能、 確定、增大、減小。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種硬質(zhì)合金真空燒結(jié)爐智能控制器，其特 征在于所述單片機(Ul)采用80C51系列單片機或者能完成相同功能的 其他微控制器。
專利摘要一種硬質(zhì)合金真空燒結(jié)爐智能控制器，用于硬質(zhì)合金真空燒結(jié)爐的真空系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)鎖控制以及真空度、溫度一體化控制。單片機(U1)是控制器核心，承擔程序存儲、各種輸入信息存儲和數(shù)據(jù)處理任務(wù)，同時保存有關(guān)鍵控制信息。專用中文液晶顯示單元(U4)可以顯示真空爐爐內(nèi)溫度、真空度以及各種控制參數(shù)等信息，按鍵用于設(shè)定溫度、真空度工藝曲線的輸入和其他控制參數(shù)的修改。溫度變送器和真空度變送器送來的信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，分別與給定溫度和真空度進行比較，智能控制器根據(jù)比較結(jié)果，結(jié)合硬質(zhì)合金燒結(jié)工藝要求，聯(lián)鎖控制決定多級真空泵的啟停，真空節(jié)流閥的開啟度和控制溫度升溫功率的大小，從而實現(xiàn)真空爐溫度和真空度的一體化智能控制。
文檔編號G05B19/04GK201035368SQ20072006333
公開日2008年3月12日 申請日期2007年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月25日
發(fā)明者云 凌, 曾紅兵 申請人:湖南冶金職業(yè)技術(shù)學院