CN103586472B - 金属粉末注射成形真空脱脂烧结炉的温度串级控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属粉末注射成形真空脱脂烧结炉，公开了一种金属粉末注射成形真空脱脂烧结炉的温度串级控制方法，主调节器根据SV1与PV1的输入值进行自动计算，再将主调节器的输出值作为副调节器的设定值SV2，副调节器根据SV2和检测到的副回路系统的温度值PV2进行自动计算，计算出发热体需要的加热功率，功率控制器根据该加热功率进行功率百分比输出，功率控制器通过该输出来控制发热体的加热功率，使PV1与SV1接近。本发明采用温度串级控制方法来控制烧结炉炉体内发热体的加热功率，真实显示产品本身的温度；改善了过程的动态特性，提高了温度的跟随性，利于改进工艺，缩短工时；能迅速克服进入副回路系统的二次扰动。
Description
技术领域
本发明涉及金属粉末注射成形真空脱脂烧结炉，尤其涉及了一种金属粉末注射成形真空脱脂烧结炉的温度串级控制方法。
背景技术
一般的金属粉末注射成形真空脱脂烧结炉的温控设计如图1所示，烧结炉炉体1内部设置保温材9和发热体2，料箱3置于烧结炉炉体1内中部，料箱3内设有用于置放产品5的料板4，热电偶6设置在料箱3外部。工作原理如图2所示，采用单回路控制系统，其中SV为温度设定值，PV为热电偶6实际温度监测值，调节器PID根据输入的SV与PV，进行自动计算，把计算结果输给功率控制器，功率控制器进行功率百分比输出来控制发热体2的加热功率。热电偶6命名为Thc。
金属粉末注射成形真空脱脂烧结炉的热量传导主要是靠热辐射，发热体发热，热量辐射到料箱上，料箱由石墨制成，由于石墨在低温度段（≤600℃）辐射最强的波长是在红外区，料箱壁辐射到产品上的热量会很少，产品温度比控制温度滞后。且在加压的情况下，二次扰动（气体对流）对单回路控制系统的影响较大，使烧结炉炉体内上下温差较大，影响产品性能。
在单回路系统控制中，如果热电偶位置放在料箱内即监测产品本身的温度时，由于石墨低温段热辐射原因，料箱内温度比控制温度滞后会导致发热体不断加热而出现温度超调现象。例如温度设定值为400℃，料箱内温度为300℃，热电偶放在料箱内，就会以300℃为PV值，而料箱外温度实际已有400℃,但此时发热体会加大功率加热，这样导致料箱内温度达到温度设定值时，而实际料箱 外温度已经超过温度设定值，料箱外温度会辐射到料箱内，导致料箱内温度超出温度设定值。所以热电偶设置在料箱外并靠近料箱外壁，一方面能监控料箱外壁温度，另一方面是监控发热体加热温度。料箱内与料箱外的温度差只能通过工艺时间等待来平衡，例如当热电偶检测的料箱外温度为400℃，此时料箱内温度为300℃时，发热体停止升温即保温一段时间或发热体升温速度减慢，来等待料箱内温度升至与料箱外温度接近。但是热电偶放置在料箱外具有如下缺点：升温等待时间较长，且需要人为推测，导致其精度不高。因产品所需的温度与实际监测温度有异，导致产品性能下降。另外，在强气体对流的状态下，料箱上下温度波动较大，影响产品性能。
发明内容
本发明针对现有技术中不能真实显示料箱内温度，升温等待时间需人为推测，精确度不高，造成产品性能下降的缺点，提供了一种能真实显示箱内温度、改善温度的跟随性的金属粉末注射成形真空脱脂烧结炉的温度串级控制方法。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
金属粉末注射成形真空脱脂烧结炉的温度串级控制方法，温度串级控制方法是通过主调节器来检测和控制以料箱内构成的主回路系统，通过副调节器来检测和控制以料箱外构成的副回路系统，主回路系统为控制对象区域，副回路系统为能源对象区域，用户按工艺控制指标设定好加热温度，该加热温度为温度设定值SV1，将温度设定值SV1和检测到的主回路系统的温度值PV1输入到主调节器，主调节器根据SV1与PV1的输入值进行自动计算，再将主调节器的输出值作为副调节器的设定值SV2，副调节器根据SV2和检测到的副回路系统的温度值PV2进行自动计算，计算出发热体需要的加热功率，再将该加热功率输送到功率控制器，功率控制器进行功率百分比输出，功率控制器通过该输出来控 制发热体的加热功率，使PV1与SV1接近。
作为优选，主调节器为PID1，副调节器为PID2。
作为优选，主回路系统的温度值PV1通过第一热电偶来监测，副回路系统的温度值通过第二热电偶来监测。
作为优选，功率控制器为晶闸管SCR。
本发明由于采用了温度串级控制方法来控制烧结炉炉体内发热体的升温速度，与单回路系统控制相比，有以下三个优点：
1.真实显示料箱内的温度，即产品本身的温度。
第一热电偶插入料箱内，与产品接近，就能真实显示料箱内的温度。
2.改善了过程的动态特性，提高了温度的跟随性，利于改进工艺，缩短工时。
有了串级控制，对料箱内的温度能时时监测，并通过晶闸管SCR快速响应控制发热体加热，使料箱内温度与用户设定的值接近，即改善温度的跟随性。
3.能迅速克服进入副回路系统的二次扰动。
在加压的情况下，料箱外会有气体对流产生，串级控制把剧烈变化大的扰动设计在副回路系统中，二次扰动通过主回路系统和副回路系统的调节使其对主被控量的影响很小，能被迅速克服掉。
附图说明
图1是现有技术中温控设计图。
图2是图1的原理图。
图3是本发明的温控设计图。
图4是本发明的温度串级控制方法原理框图。
图5是热电偶孔装置热膨胀前的剖面图。
图6是热膨胀引起料箱及热电偶孔装置等部件移动的剖面图。
图7是温度-时间曲线图。
附图中各数字标号所指代的部位名称如下：其中1-烧结炉炉体、2-发热体、3-料箱、4-料板、5-产品、6-热电偶、7-第一热电偶、8-第二热电偶、9-保温材、10-孔塞、11-塞帽、12-第一垫片、13-第二垫片、14-第三垫片、15-热电偶保护管、16-热膨胀间隙、17-陶瓷板。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
金属粉末注射成形真空脱脂烧结炉的温度串级控制方法，如图3至图6所示，包括设置在烧结炉炉体1内的保温材9、发热体2和料箱3，料箱3内设有料板4，料板4上设有陶瓷板17，产品5放置在陶瓷板17上。还包括主调节器、与主调节器信号输出端串联的副调节器、功率控制器、前端置于料箱3内部的第一热电偶7和前端置于烧结炉炉体1内的第二热电偶8，第一热电偶7通过开设在料箱3壁上的热电偶孔设置在料箱3上，功率控制器与副调节器的输出端连接。第一热电偶7与主调节器的输入端连接，第二热电偶8与副调节器的输入端连接。第一热电偶7通过热电偶孔装置设置在热电偶孔上。
热电偶孔装置包括设置在热电偶孔内的孔塞10，孔塞10下方设有塞帽11，孔塞10与塞帽11间的间隙内设有垫片。垫片包括与孔塞10连接的第一垫片12、与塞帽11连接的第二垫片13和设置在第一垫片12和第二垫片13间的第三垫片14。第一垫片12、第二垫片13和第三垫片14均采用陶瓷材料。陶瓷材料具有端面与端面密封的作用。
第一热电偶7上套有热电偶保护管15。热电偶保护管15与孔塞10间有热膨胀间隙16。热电偶保护管15与第三垫片14间有热膨胀间隙16。塞帽11的 侧壁与第一垫片12、第二垫片13间均有热膨胀间隙16。
设有的热电偶孔装置具有密封和避免由热膨胀引起第一热电偶7受力的作用，第一垫片12顶部与孔塞10之间有很小的间隙，而不是锁紧，这样能使垫片由膨胀引起移动；第一垫片12内径和第二垫片13内径与热电偶保护管15间的缝隙很小，这样气体进入会很少，对料箱3内外压差无影响；热膨胀间隙16用来防止温度升高时，由于热膨胀引起料箱3和热电偶孔装置零件移动而使热电偶保护管15受力破损。
温度串级控制方法是通过主调节器来检测和控制以料箱3内构成的主回路系统，通过副调节器来检测和控制以料箱3外构成的副回路系统，主回路系统为控制对象区域，副回路系统为能源对象区域，用户按工艺控制指标设定好加热温度，该加热温度为温度设定值SV1，将温度设定值SV1和检测到的主回路系统的温度值PV1输入到主调节器，主调节器根据SV1与PV1的输入值进行自动计算，再将主调节器的输出值作为副调节器的设定值SV2，副调节器根据SV2和检测到的副回路系统的温度值PV2进行自动计算，计算出发热体2需要的加热功率，再将该加热功率输送到功率控制器，功率控制器进行功率百分比输出，功率控制器通过该输出来控制发热体2的加热功率，使PV1与SV1接近。
在本实施例中，主回路系统的温度值PV1通过第一热电偶7来监测，控制对象为产品5，第一热电偶7测得的数据最接近产品5的真实温度；副回路系统的温度值通过第二热电偶8来监测。
在本实施例中，功率控制器为晶闸管SCR，主调节器为PID1，副调节器为PID2。
在本实施例中，PID1的输出值命名为SV2，第一热电偶7命名为Thc1，第二热电偶8命名为Thc2。
图7中，A为温度设定值的曲线，B为温度串级控制的实际温度曲线，C为现有技术中的控制的实际温度曲线。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
Claims (4)
1.金属粉末注射成形真空脱脂烧结炉的温度串级控制方法，其特征在于：温度串级控制方法是通过主调节器来检测和控制以料箱（3）内构成的主回路系统，通过副调节器来检测和控制以料箱（3）外构成的副回路系统，主回路系统为控制对象区域，副回路系统为能源对象区域，用户按工艺控制指标设定好加热温度，该加热温度为温度设定值SV1，将温度设定值SV1和检测到的主回路系统的温度值PV1输入到主调节器，主调节器根据SV1与PV1的输入值进行自动计算，再将主调节器的输出值作为副调节器的设定值SV2，副调节器根据SV2和检测到的副回路系统的温度值PV2进行自动计算，计算出发热体（2）需要的加热功率，再将该加热功率输送到功率控制器，功率控制器进行功率百分比输出，功率控制器通过该输出来控制发热体（2）的加热功率，使PV1与SV1接近。
2.根据权利要求1所述的金属粉末注射成形真空脱脂烧结炉的温度串级控制方法，其特征在于：主调节器为PID1，副调节器为PID2。
3.根据权利要求1或2所述的金属粉末注射成形真空脱脂烧结炉的温度串级控制方法，其特征在于：主回路系统的温度值PV1通过第一热电偶（7）来监测，副回路系统的温度值通过第二热电偶（8）来监测。
4.根据权利要求1或2所述的金属粉末注射成形真空脱脂烧结炉的温度串级控制方法，其特征在于：功率控制器为晶闸管SCR。
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