ZRT-240-8W真空退火炉真空机组自动控制系统

王 伟 杨亚社 李治纲

（1.西部钛业有限责任公司 西安 2.陕西省产品质量监督检验所 西安）

1.问题的提出

ZRT-240-8W型真空退火炉共有5组抽真空机组（图1）：①2X-70A 机械泵，进气口工作压力范围 1.33×10-1～1.0×105Pa，进气口压力＜1.33×103Pa 时允许长期连续工作，6.65×103Pa＜进气口压力＜大气压时，工作时间不得超过3 min。②ZJP300罗茨泵，作为增压泵使用，进气口工作压力范围＜6.65×103Pa，弥补扩散泵在1～1.0×103Pa时不能工作的缺陷。③KT-600扩散泵，进气口工作压力范围＜1 Pa，用于获得10-2～10-5Pa高真空的设备。1 Pa以下不得加热，防止泵油氧化。④前级阀，与机械泵同时开启/关闭。⑤预抽阀，机械泵与罗茨泵对炉体进行粗抽时开启。⑥高阀，真空度＞1 Pa后预抽阀关闭，高阀开启，所有真空泵工作，对炉体抽高真空。

真空退火炉各级泵、阀采用手动控制方式时，必须有人现场值守，值守人员读取复合真空计数值，适时手动打开各级泵、阀。若现场值守人员不能适时操作，如真空度已达到要求但未进行下部操作，会造成真空炉水、电和气浪费；现场值守人员未及时发现设备故障，则可能引起炉内物料氧化。为此，采用成都正华ZDF3-5227复合真空计及SMC ZSE40-01-22真空数字压力开关配合PLC程序，确保操作人员及时发现设备问题，采取措施。

图1 抽空机组系统

2.抽空系统工作原理

炉体抽空时，手动开启机械泵，同时前级阀开启，机械泵对扩散泵进行抽空。机械泵开启约3～5 min后，手动开启各机组中扩散泵，此时扩散泵及其前级管道中残留的空气已被抽净，扩散泵加热不会造成扩散泵油氧化。扩散泵加热60 min后，油温升至约260℃，扩散泵预热完成，此时可关闭前级阀，开启预抽阀，机械泵通过罗茨泵、预抽阀对炉体进行粗抽，在真空压力开关监控下，当炉体内真空度到达600 Pa时准确启动罗茨泵。随着罗茨泵开启，抽空速度明显加速，当炉体真空度到达1 Pa时，关闭预抽阀，打开前级阀、高阀，扩散泵、罗茨泵、机械泵同时工作，开始抽高真空。当炉体真空度到达设定点0.05 Pa时，复合真空计发出控制信号，声光报警灯亮，提醒现场操作人员，加热条件已经具备。自动抽空系统主要特点如下。

（1）自动抽空方式下，PLC通过ZDF3-5227型复合真空计及ZSE40-01-22型真空压力开关检测炉内真空度数值，在设定的真空度控制高阀及罗茨泵开、关是完成自动抽空程序的关键。若两种仪表测量的炉内真空度信号准确，则可顺利实现抽空系统全程自动控制。经质检机构校验及现场试验，发现复合真空计在电阻规的量程范围内测量误差较大（最高可达20%）。而且复合真空计更换新电阻规后，需要调整真空计满度及零点，否则将引起更大误差。曾尝试用复合真空计控制罗茨泵，复合真空计显示炉内压强为600 Pa，但炉体内部实际压强高于此数值，监控罗茨泵电流，泵过载运行。经数次调整真空计零点和满度后，最终因炉内压强显示不准，罗茨泵过载，烧损两台电机，但复合真空计可用于控制高阀。当复合真空计电阻规显示1 Pa时，即使此时真空计误差为100%，炉体内实际真空度2 Pa，仍在扩散泵安全使用范围内。

（2）ZSE40-01-22型真空压力开关在其整个测量范围内误差为5%。经现场多次试验证明该真空压力开关可准确控制罗茨泵在600 Pa时启动。该真空压力开关不但可控制罗茨泵，还可在带强冷系统的真空炉中检测炉体内充入的冷却气体的压力、控制相应充气阀门动作。

（3）自动抽空系统具备完善的信号报警系统。抽空机组中的所有泵、阀均设有独立于各泵阀控制线路之外的报警信号回路，相关报警信息见表1。

表1 报警信息

3.PLC程序

（1）自动抽空启动程序（图2）。机械泵、扩散泵具有手动和自动两种工作模式，其余泵、阀只有自动工作模式。充大气阀Q11.05关闭时，按I0.12按钮，KEEP指令使25.02=1，自动抽空程序运行。按I0.13按钮，自动抽空停止。

图2 自动抽空启动程序

（2）机械泵控制及报警程序（图3）。打开I1.06或自动抽空，机械泵无故障时Q9.00=1，机械泵启动。机械泵因过流或其他故障其接触器辅助触点I3.00未能吸合时，KEEP指令使25.04=1，在CF101指令作用下，机械泵指示灯Q12.00闪烁。正常工作时Q9.00=1、I3.00=1，Q12.00亮。按下报警测试按钮I0.11，机械泵指示灯亮，用于检查启动前信号灯是否正常。机械泵故障信号灯闪烁，不关闭I1.06，报警无法解除。关闭I1.06，按下报警证实按钮I0.10，报警解除，信号灯Q12.00灭。

图3 机械泵控制及报警程序

图4 扩散泵控制及报警程序

（3）扩散泵控制及报警程序（图4）。扩散泵冷却水流量充足时I7.09=0。打开扩散泵启动按钮I1.11，在机械泵已开、扩散泵无故障报警时Q9.10=1，扩散泵运行。扩散泵因过流或其他故障其接触器辅助触点I3.10未能吸合时，KEEP指令使25.05=1，在CF101指令作用下，扩散泵指示灯Q12.10闪烁。正常工作时，Q9.10=1、I3.10=1，Q12.10亮。报警测试按钮I0.11，按下时扩散泵指示灯亮，其用于启动前检查信号灯是否正常。

真空炉抽空机组自动系统可实现节能运行，其完善故障报警功能缩短了故障排查及维修时间，具有良好的应用价值和推广意义。