Автоматизация вакуумных печей

Мной были модернизованы печи: PZ-810, PZ-803, советские ростовские печи шахтного типа, печи элеваторного типа, сейчас производится модернизация печей с горизонтальной загрузкой.

Попробую рассказать об одной из модернизации, вернее даже разработки электроники для вакуумной печи.

Модернизация печи сводится к замене электроники, устанавливается свой контроллер сбора данных.

1. Описание интерфейса

1.1      Главное окно программы

Программа построена по принципу одного главного окна и остальных дополнительных окон, отображаемых в модальном режиме. Модальное окно блокирует работу пользователя с главным окном, до тех пор пока оно не будет закрыто.

Интерфейс программы создан для работы программы с тач-скринами: увеличенные визуальные элементы управления. Для удобства работы оператора технологического процесса рекомендуется использовать экраны с резистивным чувствительным элементом (работа в перчатках, использование указки…).

Внешний вид основного окна показан на рис. 1.

Каждый экземпляр программы работает только с одной вакуумной печью.

Главное окно программы можно разделить на пять основных зон, см. рис. 2:

1. Меню и панель инструментов — для настройки программы.

2. Панель «Статус» содержит 4 поля. Слева отображается имя печи и ее IP‑адрес. Справа сверху при работе в автоматическом режиме номер и название этапа, иначе информацию о работе печи в ручном режиме. Справа снизу расположена строка состояния печи, более подробно в разделе 3.2.

3. Панель «Измерения» — информируют пользователя о текущих параметрах вакуумной печи.

4. Основные вкладки:

   a. Схема — отображает мнемосхему печи с визуализацией состояний клапанов, насосов и другого оборудования,

   b. Графики — отображает временные диаграммы параметров печи: температуры, давления и прочее;

5. Панель «Управление» — служит для управления вакуумной печью в штатном режиме.

6. Панель «Устройства» — служит для управления печью в «Ручном режиме»

7. Статусная панель — используется для вывода сервисной информации.

Для быстрого изучения возможностей ПО «Управление вакуумной печью» визуальные компоненты программы снабжены всплывающими подсказками, появляющимися при наведении курсора компьютерной мыши (см. Рис. 3).

1.2      Строка состояния

Строка состояния – служит для отображения текущих сообщений:

• Ошибки системы,

• Информирования о выполняемых действиях в автоматическом режиме,

• Информирования о блокировках некорректных действий пользователя,

• Предупреждений.

После анализа ошибки или иного сообщения этой строки пользователь может сбросить сообщение кликом на нем.

1.3      Главное меню

Главное меню программы – это типовая верхняя строчка основного окна, с выпадающими списками.

Настройка — настройка внешних измерительных пирометров: считывание и установка коэффициента излучатель ной способности.

Режимы — выбор ведущего и дополнительного пирометров.

Отладка — сервисное меню для проверки и настройки программы.

Обновление — обновление программного обеспечения.

Помощь — отображение «Руководства по эксплуатации»

1.4      Панель инструментов

Панель инструментов – это типовой элемент управления программ, расположенный ниже главного меню, представляющий набор функциональных кнопок с пиктограммами.

• включение / отключение звуковых эффектов и звуковой сигнализации;

• быстрое сохранение данных. Сохраняется загруженный режим, временные диаграммы основных параметров и информация о проведенных этапах;

• быстрое восстановление данных. Загружается из файла параметры режима, временные диаграммы основных параметров и информация о проведенных этапах;

•  завершение работы, выключение компьютера;

• включение системы охлаждения печей, системы циркуляции охлаждающей воды.

1.4.1      Считывание значения эпсилон пирометра RXR

Для считывания значения эпсилон необходимо выбрать в меню программы: Настройка -> Считывание эпсилон RXR. Полученное значение будет отображено в строке статуса (см. рис. 4)

Рис. 4 - Вывод результата запроса.

1.5      Панель «Управление»

Рис. 5 – Панель «Управление»

Панель управления содержит основные кнопки для работы печи в штатном режиме или режиме «одной кнопки». В этом случае для запуска печи достаточно произвести выбор режима кнопкой «Ввод» и начать выполнение выбранного технологического процесса кнопкой «Пуск» в автоматическом режиме.

По нажатию кнопки «Стоп» можно прервать или приостановить выполнения технологического режима.

Кнопка «Стоп» служит для корректного завершения работы автоматического режима.

Кнопка «Пауза» служит для аварийной остановке выполнения автоматического режима. При этом состояние печи остается неизменным, в этом случае оператору необходимо продолжить работу печи или корректно завершить режим в ручном режиме.

Кнопка «Настройка» служит для вызова сервисных функций ПО.

Кнопка «Обзор» открывает окно по поиску включенных в локальной сети контроллеров – это даёт возможность осуществлять управление печью с любого компьютера, включенного в локальную сеть. Например, при выходе из строя штатного управляющего компьютера.

Рис. 6 – Обзор включенных контроллеров

Выберите из списка необходимый контроллер по имени или описанию, нажмите кнопку «Установить». Далее программа будет перестроена на управление выбранной печью.

Защита процесса от случайных действий, нажатий оператора выполнена путем отображения информационных окон с соответствующими вопросами.

1.6      Восстановление режима

На практике, зачастую, требуется продолжить прерванный режим по различным причинам:

• Отключение электроэнергии

• Незначительный ремонт с вынужденным кратковременным отключением питанием.

• Необходимость обновление программного обеспечения, корректировка кода на этапе разработки или модернизации.

Во время работы программы в автоматическом режиме, по окончанию каждого этапа происходит сохранение текущих данных технологического процесса, в том числе и всех временных диаграмм. Произвести сохранение данных можно принудительно в любой момент работы программы нажатием на кнопку

Для восстановление прерванного режима необходима нажать кнопку

, отобразится окно, показанное на Рис. 8.

Нажать кнопку «Да», будут восстановлены данные прерванного режима: графики, номер этапа, параметры и прочее..

После проверки корректности восстановленного режима необходима нажать кнопку «Пуск» панели управления – режим будет продолжен.

2. Установка и редактирование режима

Для выполнения технологического процесса вакуумной печи необходимо создать режим. Режим представляет последовательность стандартных этапов, которая набирается пользователем в соответствии его требованиями технологического процесса.

Режим вакуумной печи может содержать следующие этапы:

• Откачка,

• Тест на вакуум,

• Нагрев фиксированной мощностью (регулировка мощности по вакууму),

• Нагрев по ПИД регулированию,

• Плавление (спецэтап техпроцесса спекания карбида),

• Напуск газа,

• Напуск атмосферы,

• Выгрузка.

Для редактирования или создания режима необходимо открыть вкладку «Режим» (см. Рис. 10).

Выделить необходимый этап для редактирования и выполнить двойной клик мышью. Откроется окно редактирования режима.

В этом окне заполнить или отредактировать строки, выделенные синим цветом.

По порядку сверху:

• В первой строке ввести название режима;

• Задать температуры и скорость нагрева;

• Длительность этапа можно задавать как в формате ЧЧ:ММ, так одним числом в минутах. Например, при вводе «120» будет установлена длительность равная двум часам 02:00;

• Установка галочек в строке «Клапана» задает открытие соответствующих клапанов на время данного этапа.

По завершению редактирования, нажмите кнопку «Установить».

Кнопка отмена закроет окно без сохранения изменений.

2.1      Откачка

На этапе «Откачка» производится последовательное включение насосов и открытие соответствующих клапанов.

Этап продолжается до достижения в печи заданного вакуума.

Если продолжительность откачки до установленного значения давления превысило длительность текущего этапа – автоматический режим будет отключен и выведено соответствующее сообщение. Длительность этапа должна быть установлена по максимальному значению.

2.2      Тест на вакуум

Во время теста будут закрыты все клапана и запущен отсчет таймера равный установленной выдержке.

Если на протяжении всего времени теста вакуум в печи не ухудшится до заданного значения, то этап считается успешно пройденным, иначе будет выведено сообщение об ошибке и остановлен автоматический режим.

Давление теста необходимо устанавливать выше, чем значение на предыдущем этапе откачки.

2.3      Нагрев фиксированной мощностью (регулировка по вакууму)

Нагрев фиксированной мощностью производит нагрев печи выставленной фиксированной мощностью нагревателя до установленной конечной температуры в случае давления печи не хуже значения, установленного в параметрах этапа. При ухудшении давления выше установленного значение производится снижение и регулировка мощности для оптимального нагрева.

Если продолжительность нагрева до установленного значения конечной температуры превысит установленную длительность – режим будет отключен и выведено соответствующее сообщение: «Длительность этапа должна быть установлена по максимальному значению».

2.4      Нагрев по ПИД регулированию

Этап состоит из двух функциональных частей:

• Нагрев печи с установленной скоростью, согласно ПИД регулированию, до конечной температуры.

• Выдержка постоянной температуры в печи равной Тконечной в течение установленного времени.

Этап может иметь только одну функциональную часть, то есть когда длительность выдержки равна нулю – она отсутствует или начальная и конечная температуры совпадают – отсутствует нагрев.

В любом из случаев необходимо устанавливать скорость нагрева, так как фактическая начальная температура может быть ниже установленной. В этом случае будет произведен нагрев до выдержки с заданной скоростью.

2.5      Плавление

Плавление – это специализированный этап используется для плавления кремния и силицирования заготовок.

Этап условно разделен на две части:

1.    Плавный подъем,

2.    Силицирование.

Плавный подъем - осуществляется с заданной скоростью 1,5 градусов в минуту на 10° до выдержки силицирования.

Силицирование – производится в течение заданной длительности при которой должно произойти силицирование всех загруженных заготовок. Переход на следующий этап будет произведен по истечению заданной выдержки.

Выдержка происходит с подачей постоянной мощности нагрева. При необходимости уровень этой мощности может быть изменен оператором кнопками в панели инструментов «+» и «-».

Программа в течении этого этапа не допускает снижение температуры ниже установленного значения «полки», это принято согласно технологии силицирования.

 

2.6      Напуск газа

На этом этапе производится отключение насосов и напускается инертный газ до заданного давления. Давление задается в кПа или в % от атмосферного.

В течение всего этапа производится поддержание заданного давления газа в печи.

Этап продолжается до достижения заданной конечной температуры и отсчета установленной длительности – защитного интервала.

2.7      Напуск атмосферы

На этом этапе по достижению заданной температуры производится отключение насосов, если они были включены и открывается клапан напуска атмосферы. Остальные клапана закрыты.

2.8      Сохранение результатов

Устанавливается для длительного сохранения результатов, данных в базу данных, проведенного режима.

2.9      Разгрузка

На этом этапе производится отключение насосов, если они включены и, по достижению заданной температуры, открывается клапан напуска атмосферы. Остальные клапана закрыты. Включается разрешение на управление подъемом-опусканием нижней крышки печи.

2.10  Отключение нагрева и газа

Этап предназначен для подачи инертного газа в печь в период остывания.

Начинается с плавного снижения тока в нагревателе до нуля.

Затем происходит корректное выключение питания тиристорного регулятора и главного контактора.

По достижению начальной температуры этапа производится отключение газа.

При достижении конечной температуры начинается отсчет установленной длительности.

И если на всем протяжении установленной длительности температура в печи была ниже Т конечной, то этап будет завершен. Это необходимо для исключения ошибок или других случайных затенений визуального тракта пирометра.

2.11  Отключение насосов

Этот этап служит для корректного выключения откачной системы печи.

При достижении конечной температуры начинается отсчет установленной длительности. Если на всем протяжении установленной длительности температура в печи была ниже Т конечной, то будет выполнено перевод запорной арматуры и отключение откачных агрегатов.