ZRT-240-8W真空退火爐真空機組自動控制系統

王 偉 楊亞社 李治綱

（1.西部鈦業有限責任公司 西安 2.陜西省產品質量監督檢驗所 西安）

1.問題的提出

ZRT-240-8W型真空退火爐共有5組抽真空機組（圖1）：①2X-70A 機械泵，進氣口工作壓力范圍 1.33×10-1～1.0×105Pa，進氣口壓力＜1.33×103Pa 時允許長期連續工作，6.65×103Pa＜進氣口壓力＜大氣壓時，工作時間不得超過3 min。②ZJP300羅茨泵，作為增壓泵使用，進氣口工作壓力范圍＜6.65×103Pa，彌補擴散泵在1～1.0×103Pa時不能工作的缺陷。③KT-600擴散泵，進氣口工作壓力范圍＜1 Pa，用于獲得10-2～10-5Pa高真空的設備。1 Pa以下不得加熱，防止泵油氧化。④前級閥，與機械泵同時開啟/關閉。⑤預抽閥，機械泵與羅茨泵對爐體進行粗抽時開啟。⑥高閥，真空度＞1 Pa后預抽閥關閉，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、閥采用手動控制方式時，必須有人現場值守，值守人員讀取復合真空計數值，適時手動打開各級泵、閥。若現場值守人員不能適時操作，如真空度已達到要求但未進行下部操作，會造成真空爐水、電和氣浪費；現場值守人員未及時發現設備故障，則可能引起爐內物料氧化。為此，采用成都正華ZDF3-5227復合真空計及SMC ZSE40-01-22真空數字壓力開關配合PLC程序，確保操作人員及時發現設備問題，采取措施。

圖1 抽空機組系統

2.抽空系統工作原理

爐體抽空時，手動開啟機械泵，同時前級閥開啟，機械泵對擴散泵進行抽空。機械泵開啟約3～5 min后，手動開啟各機組中擴散泵，此時擴散泵及其前級管道中殘留的空氣已被抽凈，擴散泵加熱不會造成擴散泵油氧化。擴散泵加熱60 min后，油溫升至約260℃，擴散泵預熱完成，此時可關閉前級閥，開啟預抽閥，機械泵通過羅茨泵、預抽閥對爐體進行粗抽，在真空壓力開關監控下，當爐體內真空度到達600 Pa時準確啟動羅茨泵。隨著羅茨泵開啟，抽空速度明顯加速，當爐體真空度到達1 Pa時，關閉預抽閥，打開前級閥、高閥，擴散泵、羅茨泵、機械泵同時工作，開始抽高真空。當爐體真空度到達設定點0.05 Pa時，復合真空計發出控制信號，聲光報警燈亮，提醒現場操作人員，加熱條件已經具備。自動抽空系統主要特點如下。

（1）自動抽空方式下，PLC通過ZDF3-5227型復合真空計及ZSE40-01-22型真空壓力開關檢測爐內真空度數值，在設定的真空度控制高閥及羅茨泵開、關是完成自動抽空程序的關鍵。若兩種儀表測量的爐內真空度信號準確，則可順利實現抽空系統全程自動控制。經質檢機構校驗及現場試驗，發現復合真空計在電阻規的量程范圍內測量誤差較大（最高可達20%）。而且復合真空計更換新電阻規后，需要調整真空計滿度及零點，否則將引起更大誤差。曾嘗試用復合真空計控制羅茨泵，復合真空計顯示爐內壓強為600 Pa，但爐體內部實際壓強高于此數值，監控羅茨泵電流，泵過載運行。經數次調整真空計零點和滿度后，最終因爐內壓強顯示不準，羅茨泵過載，燒損兩臺電機，但復合真空計可用于控制高閥。當復合真空計電阻規顯示1 Pa時，即使此時真空計誤差為100%，爐體內實際真空度2 Pa，仍在擴散泵安全使用范圍內。

（2）ZSE40-01-22型真空壓力開關在其整個測量范圍內誤差為5%。經現場多次試驗證明該真空壓力開關可準確控制羅茨泵在600 Pa時啟動。該真空壓力開關不但可控制羅茨泵，還可在帶強冷系統的真空爐中檢測爐體內充入的冷卻氣體的壓力、控制相應充氣閥門動作。

（3）自動抽空系統具備完善的信號報警系統。抽空機組中的所有泵、閥均設有獨立于各泵閥控制線路之外的報警信號回路，相關報警信息見表1。

表1 報警信息

3.PLC程序

（1）自動抽空啟動程序（圖2）。機械泵、擴散泵具有手動和自動兩種工作模式，其余泵、閥只有自動工作模式。充大氣閥Q11.05關閉時，按I0.12按鈕，KEEP指令使25.02=1，自動抽空程序運行。按I0.13按鈕，自動抽空停止。

圖2 自動抽空啟動程序

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

圖3 機械泵控制及報警程序

圖4 擴散泵控制及報警程序

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

真空爐抽空機組自動系統可實現節能運行，其完善故障報警功能縮短了故障排查及維修時間，具有良好的應用價值和推廣意義。