电气系统在QSN750光谱仪真空系统中的设计与应用

(石横特钢集团有限公司，肥城 271612)

经验交流

电气系统在QSN750光谱仪真空系统中的设计与应用

师宇

(石横特钢集团有限公司，肥城 271612)

基于电气系统在QSN750光谱仪真空系统中的应用，有效解决了真空泵漏气问题，该系统简单、实用，实施简单，运行可靠稳定，彻底解决因真空泵漏气而影响仪器的使用，同时，也解决了因真空泵采购周期长影响炼钢生产的问题。

光谱仪 真空泵 真空阀 电气

1 设计背景

QSN750-II型光谱仪为德国OBLF公司生产，用于炼钢炉前化验分析，主要以C、S、Si、Mn、P五大元素为主，该仪器在我公司2013年入厂，自2016年12月份该仪器真空泵启动频繁，每隔几分钟启动一次，严重影响了仪器的分析，由于真空泵启动次数多，真空泵电机发热，泵上方的真空室温度偏高，造成真空室内光学器件性能发生变化，光学特性不稳定，光路发生偏离，导致分析数据不稳定，严重影响了炼钢炉前取样分析及炼钢生产，由于此真空泵只能从国外进口，而且需要专门定制，供货周期至少18周，周期长，为此，更换新泵这种方案不可行。经对出现的故障进行反复分析和研究，确定为真空泵内部止回阀出现关闭不到位的现象，进而出现漏气，经对该QSN750-II型真空系统与QSN750型仪器真空系统进行对比发现，该仪器无真空泵电磁阀。

2 设计原理

2.1 工作原理

QSN750型仪器的真空系统工作原理为当真空值低于当前真空值的0.5时，真空泵启动，真空泵工作5秒后，先将真空泵与真空阀之间的管路抽真空，真空阀得电打开，此时开始将整个真空系统抽真空，真空值上升，当真空泵工作设定的300秒后，真空阀停止，真空泵仍在工作，真空阀停止5秒后，真空泵停止，工作结束。

2.2 设计思路

QSN750-II型仪器与QSN750型仪器不同，该仪器无真空阀，为防止返流确保真空系统稳定可靠，按照QSN750型仪器的真空系统的配置标准，应增加真空阀，同时应在主控制器设置程序，但由于此仪器为德国进口，内部芯片加密，无法实施，最有效快速的办法为通过增加外部电路的方法实现此功能，目前外部电路可以有两种方案，方案一，可通过西门子PLC S7-200实现内部程序的编制实现，可减少时间继电器，器件使用较少，但需要编程器、专用软件，实施难度大，价值贵；方案二，可通过将普通时间继电器、接触器等进行线路连接即可完成，此优点为器件方便易找，费用低，实施简单。从方案实施的可行性分析、实施难易程度、可靠性及经济性等考虑，方案一为最为经济、可靠、可行性高。图1为光谱仪真空系统图，图2为光谱仪真空系统逻辑时序图。

图1 光谱仪真空系统图

图2 光谱仪真空系统逻辑时序图

2.3 设计方案

(1)由于接触器线圈功率小，当接触器线圈瞬间失电后，接触器线圈有较大的反电动势存在，线圈内有电流存在，触点继续保持，没有断开，为此，给线圈并联一个风机，增加一个负载，以便当线圈失电后，消耗电能，使其释放。

(2)器件设计选型

真空阀选用高性能电磁阀，得电打开，失电关闭，接触器选用施耐德品牌，时间继电器为普通继电器即可满足要求。

(3)控制过程

外部电路电源单独引入，光谱仪控制器控制总接触器KM1，当需要真空值降低到低于目前真空值的0.5时，光谱仪ST2闭合，接触器KM1得电，

KM1常开点闭合，真空泵启动，时间继电器KT1得电，延时闭合，接触器KM3得电，真空阀得电打开，开始抽真空，当泵运行300s后，光谱仪ST2断开，接触器KM1失电，时间继电器KT1失电，接触器KM3失电，真空阀失电关闭，KM1失电后，真空泵KM1常开触点断开，但真空泵由于有KM2闭合仍在工作，KM1的常闭点恢复，KT2得电，延时闭合,线圈KM2得电，常闭点KM2断开，真空泵停止，一个工作循环完成。真空泵、真空阀控制电路图如图3所示。

图3 真空泵、真空阀控制电路图

2.4 系统调试

本系统设计完成后，进行了上电调试，当光谱仪ST2断开后，接触器KM1失电当不释放，真空泵仍然工作，经分析，KM1在瞬间失电后，根据电磁感应定律，线圈在失电瞬间将产生反电动势，使线圈继续带电，无法释放，为此，应将线圈电流释放掉，在线圈失电瞬间使线圈电流消耗掉，可通过在线圈两端并联负载使电流消耗掉，可将仪器风扇与线圈并联，解决了风扇的电源问题，也以节电，不用单独增加负载，该风扇在真空泵开启的时候工作，关闭时停止，解决了真空泵开启时的发热问题，仪器的热源和温升的主要原因为真空泵抽真空时发出的热量，从控制上解决了热源的根源，无需使风扇一直工作，通过并联风扇，接触器线圈电压得到释放，系统正常工作，另外，通过对同类型的光谱仪的真空泵与真空阀的间隔时间的测算，大约在5秒左右，为此，将该系统的时间继电器设置为5秒。

3 使用效果

本系统设计完成后投入使用，彻底解决了因真空泵故障产生的漏气现象，系统运行可靠，真空值数值稳定，而且真空值的下降速率较以前更低，分析数据稳定可靠，确保了炉前化验分析的要求。项目实施前后的数据对比见表1、表2。

表1 本项目实施前、后真空值及效率对比表

表2 本项目实施前、后标准化系数对比表

续表2

项目实施后真空值效率降低到5%的正常范围内，真空值的正常范围不低于0.7，实施后始终处于正常状态，真空泵工作的间隔时间更长，真空状态更稳定，主要元素C、SI、MN、P的标准化系数均有所改善。

4 结论

本系统在全国OBLF光谱仪的真空泵漏气故障处理中是一种简便易行的处理方案可选择应用，同时也是将电气系统与光谱仪相结合的方法，更换新泵实施速度快、效率高，确保了仪器的使用，为炼钢生产争取了宝贵时间，避免了损失。

ElectricalsystemdesignforthevacuumsystemofQSN750spectrometer.

ShiYu

(ShihengSpecialSteelGroupCo.,Ltd.,Feicheng271612,China)

Because of the application of electrical system in vacuum system of QSN750 spectrometer, the problem of the vacuum pump leakage was solved. The system is simple and practical.

spectrometer； vacuum pump； vacuum valve； electricity

10.3969/j.issn.1001-232x.2017.05.029

2017-05-25

师宇，男，1980年出生，工程师，现从事工业自动化及仪器仪表行业，E-mail:66377369@qq.com。