本發(fā)明屬于低氣壓控制技術領域，具體涉及一種真空容器低氣壓自動調節(jié)控制裝置。
背景技術：
在當前的技術條件下，主要采用手動調節(jié)閥門開閉的方式，依靠經(jīng)驗來控制真空容器內的氣壓。但是容器氣壓的調節(jié)受到如真空泵的抽速、低氣壓容器內壁出氣、抽氣管道的長度與粗細等因素的影響。憑借人的經(jīng)驗來調整氣壓，調整速度慢、控制精度不高且不方便，加上真空容器壁面出氣等原因，使得真空度不能長期保持穩(wěn)定。專利《真空控制系統(tǒng)》和專利《智能真空控制系統(tǒng)》中都設計了真空閥門控制裝置，但是只實現(xiàn)了閥門的開關控制，閥門只有開關兩個狀態(tài)，無法實現(xiàn)壓力的自動調節(jié)以及較高的氣壓控制精度。雖然實現(xiàn)了閥門控制，但仍然需要人時刻觀察氣壓并遙控閥門的開閉，且無法處理壁面出氣帶來的氣壓變化，因此不能夠維持氣壓的長期穩(wěn)定。
本發(fā)明中針對以電動開度快速調節(jié)閥為主要執(zhí)行機構的系統(tǒng)設計實現(xiàn)，可根據(jù)任務需求，結合自動控制技術，自動調節(jié)閥門開度，從而實現(xiàn)氣壓的自適應調節(jié)，能夠保證真空容器內氣壓的精確控制，以及氣壓的長期穩(wěn)定。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提出一種PLC真空容器低氣壓自動調節(jié)控制裝置，可以通過編程修改PLC的控制參數(shù)使裝置適用于其他低壓控制系統(tǒng)，硬件通用性好；氣壓控制具有一定的精度和穩(wěn)定度。
本發(fā)明PLC真空容器低氣壓自動調節(jié)控制裝置，包括PLC控制器、復合真空規(guī)、進氣閥、真空泵與出氣閥。
所述PLC控制器包括PLC、模擬量擴展模塊A、模擬量擴展模塊B、文本顯示器以及控制器電源；PLC用來接收復合真空規(guī)的氣壓數(shù)據(jù)，以及進氣閥、真空泵及出氣閥反饋的數(shù)據(jù)，計算出控制量，輸出控制信號給進氣閥、真空泵以及出氣閥。
模擬量擴展模塊A與PLC控制器及出氣閥連接；通過模擬量擴展模塊A將PLC輸出的控制信號轉化成模擬電壓信號，放大后輸出給出氣閥，驅動出氣閥連續(xù)轉動。模擬量擴展模塊B與出氣閥連接，由出氣閥將閥門轉動的角度以電壓信號的方式傳送給模擬量擴展模塊B，模擬量擴展模塊B接收電壓信號并轉換為數(shù)字信號傳給PLC。
文本顯示器與PLC連接，顯示當前出氣閥角度以及真空容器內實時氣壓數(shù)據(jù)。
上述PLC真空容器低氣壓自動調節(jié)控制裝置的控制方法如下：
步驟一：接通PLC控制器電源，打開控制電。
步驟二：通過文本顯示器上的按鍵設置目標氣壓，設置值在文本顯示器的顯示屏上顯示。
步驟三：PLC控制器控制真空泵開始工作，容器內氣壓降低；復合真空規(guī)將檢測到的實時氣壓數(shù)據(jù)傳輸給PLC控制器，PLC控制器判斷當前氣壓與設定氣壓的差；若當前氣壓高于設定氣壓，則計算氣閥的期望開度，發(fā)送至模擬量擴展模塊A，由模擬量擴展模塊A轉換成電壓信號，放大后發(fā)送至出氣閥，出氣閥依據(jù)電壓大小調節(jié)自身開度；若當前氣壓低于設定氣壓，且超過了預定范圍，PLC控制器打開進氣閥，使氣體進入真空容器，增大真空容器內氣壓，同時PLC控制器斷開真空泵與出氣閥電源，關閉真空泵和出氣閥；若當前氣壓等于設定氣壓，或當前氣壓低于設定氣壓且在一定范圍內，PLC控制器斷開進氣閥、真空泵和出氣閥電源，關閉進氣閥、真空泵和出氣閥，氣壓控制過程結束，等待容器內氣壓變化至超出預設范圍或設定目標氣壓發(fā)生改變時，再進行下一輪控制。
本發(fā)明的優(yōu)點在于：
1、本發(fā)明PLC真空容器低氣壓自動調節(jié)控制裝置，該裝置具有安全、可靠、高效、成本低等特點，可以通過編程修改PLC的控制參數(shù)使裝置適用于其他低壓控制系統(tǒng)，硬件通用性好；
2、本發(fā)明PLC真空容器低氣壓自動調節(jié)控制裝置，可實現(xiàn)真空容器內氣壓的實時監(jiān)測和顯示；
3、本發(fā)明PLC真空容器低氣壓自動調節(jié)控制裝置，可實現(xiàn)真空容器內氣壓的實時、精確調節(jié)控制，氣壓可控范圍為1～105Pa，氣壓控制具有一定的精度和穩(wěn)定度；
4、本發(fā)明PLC真空容器低氣壓自動調節(jié)控制裝置，該控制裝置的成本低、可靠性高，能適應復雜的工作環(huán)境，滿足工業(yè)需求。
附圖說明
圖1：PLC真空容器低氣壓自動調節(jié)控制裝置結構組成和框圖。
圖中
1-PLC控制器 2-復合真空規(guī) 3-進氣閥
4-真空泵 5-出氣閥 6-文本顯示器
具體實施方式
下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
本發(fā)明PLC真空容器低氣壓自動調節(jié)控制裝置，包括PLC控制器1、復合真空規(guī)2、進氣閥3、真空泵4與出氣閥5(電動開度快速調節(jié)閥)。
所述PLC控制器1與復合真空規(guī)2、進氣閥3、真空泵4和出氣閥5之間通過通訊口連接，實時數(shù)據(jù)傳輸及控制。PLC控制器1包括西門子S7-200型PLC、模擬量擴展模塊A、模擬量擴展模塊B、文本顯示器TD200C以及控制器電源。其中，PLC通過控制器電源6獨立供電；PLC用來接收來自復合真空規(guī)2的氣壓數(shù)據(jù)，以及進氣閥3、真空泵4及出氣閥5反饋的數(shù)據(jù)，通過PID控制算法計算出控制量，并輸出控制信號給進氣閥3、真空泵4以及出氣閥5。由于可控氣壓的范圍較大(1～100,000Pa)，因此本發(fā)明中采用復合真空規(guī)來進行真空容器內氣壓的實時監(jiān)測，其包括兩個真空規(guī)，一個檢測高氣壓，另一個檢測低氣壓；且真空規(guī)選用薄膜規(guī)，薄膜規(guī)又稱為薄膜電容規(guī)，在不同壓力下金屬膜片受力不同會有不同尺度的變形，使得金屬膜片和電極之間的電容變化，通過測量電容的變化量，即可知道金屬膜片上氣壓的變化。
上述進氣閥3選用能迅速開閉的電磁閥，PLC通過通訊口對進氣閥3發(fā)送控制指令，當?shù)蜌鈮喝萜鲀葰鈮旱陀谀繕藲鈮簳r控制進氣閥打開，氣壓高于目標氣壓時控制進氣閥3關閉。出氣閥5為電動開度快速調節(jié)閥，可實現(xiàn)閥門開度的連續(xù)控制。模擬量擴展模塊A的數(shù)據(jù)端口通過數(shù)據(jù)線與PLC控制器的擴展端口連接，模擬量擴展模塊A的輸出口A+口與出氣閥的輸入口I+通過數(shù)據(jù)線連接；通過模擬量擴展模塊A將PLC輸出的控制信號轉化成模擬的0～10V電壓信號，放大后輸出給出氣閥5的電機驅動板，進而驅動出氣閥5在0～90°范圍內連續(xù)轉動，調節(jié)出氣速度。模擬量擴展模塊B的電壓輸出口C+通過數(shù)據(jù)線與出氣閥5的控制信號輸入口O+連接，由出氣閥5將閥門轉動的角度以電壓信號的方式傳送給模擬量擴展模塊B，模擬量擴展模塊B接收電壓信號并轉換為數(shù)字信號傳給PLC控制器1，構成反饋。上述模擬量擴展模塊A、模擬量擴展模塊B均采用型號EM235。
文本顯示器6型號為TD200C，與PLC連接，接收PLC傳來的數(shù)據(jù)，并顯示當前出氣閥5角度以及真空容器內實時氣壓數(shù)據(jù)。此外，文本顯示器6設計有目標氣壓參數(shù)設定模塊、PID值設定模塊等控制參數(shù)設定模塊，通過文本顯示器6上設計的設置按鍵進行參數(shù)設置，并在文本顯示器6上顯示。設置按鍵包括退出鍵、確認鍵、功能切換鍵以及數(shù)字0～9鍵，共13個按鍵。其中，功能切換鍵用于各個參數(shù)設定模塊間的切換；0～9鍵分別用來在當前參數(shù)設定模塊中輸入數(shù)字0～9，進而實現(xiàn)參數(shù)設定；退出鍵用來退出當前操作；確認鍵用來確認當前操作。
PLC控制器設定好控制參數(shù)后，根據(jù)由計算機給PLC控制器預先燒寫入的控制程序開始工作，接收復合真空規(guī)2傳來的壓力信號，結合設定的目標壓力值計算得到進氣閥3、真空泵4與出氣閥5的控制指令，將控制指令分別發(fā)送給進氣閥3、，控制進氣閥3、真空泵4與出氣閥5工作；同時進氣閥、出氣閥、真空泵還將執(zhí)行情況(進氣閥和真空泵反饋閥門當前的開關狀態(tài)，出氣閥反饋當前轉動角度)反饋給PLC控制器，構成控制回路。
本發(fā)明PLC真空容器低氣壓自動調節(jié)控制裝置，在第一次與真空容器連接時需要事先通過計算機向PLC控制器中燒錄控制程序，控制程序只需燒錄一次。
本發(fā)明PLC真空容器低氣壓自動調節(jié)控制裝置，通過下述步驟進行控制：
步驟一：接通PLC控制器1電源，打開控制電；
步驟二：通過文本顯示器上的按鍵設置目標氣壓，設置值在文本顯示器的顯示屏上顯示；
步驟三：PLC控制器2通過RS232口，利用繼電器控制真空泵5開始工作，真空泵5向外抽氣，容器內氣壓降低；復合真空規(guī)2通過數(shù)據(jù)線與PLC控制器2的RS232通訊口連接，將檢測到的實時氣壓數(shù)據(jù)傳輸給PLC控制器2，PLC控制器2判斷當前氣壓與設定氣壓的差。若當前氣壓高于設定氣壓，則利用PID算法計算出氣閥7的期望開度，發(fā)送至模擬量擴展模塊A，由模擬量擴展模塊A轉換成電壓信號，放大后發(fā)送至出氣閥，出氣閥7依據(jù)電壓大小調節(jié)自身開度。若當前氣壓低于設定氣壓，且超過了預定范圍，PLC控制器2則通過RS232口，利用繼電器接通進氣閥4電源，打開進氣閥4，使氣體進入真空容器，增大真空容器內氣壓，同時PLC控制器2通過RS232口利用繼電器斷開真空泵與出氣閥電源，關閉真空泵5和出氣閥7。若當前氣壓等于設定氣壓，或當前氣壓低于設定氣壓且在一定范圍內，PLC控制器2則通過RS232口，利用繼電器斷開進氣閥4、真空泵5和出氣閥電源，關閉進氣閥4、真空泵5和出氣閥，氣壓控制過程結束，等待容器內氣壓變化至超出預設范圍或設定目標氣壓發(fā)生改變時，再進行下一輪控制。
上述控制過程中，PLC控制器2將收到的氣壓數(shù)據(jù)發(fā)送給文本顯示器，由文本顯示器顯示出實時氣壓。