概述：現(xiàn)代工業(yè)竟?fàn)幜φ媾R工業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型與升級(jí)，也必須做出正確的改變，品質(zhì)是保持其生存必要條件，如今工業(yè)產(chǎn)品如何提高效能，是所有產(chǎn)業(yè)所必須面臨的課題。如今，設(shè)備的更新為的是品質(zhì)達(dá)到一定的水準(zhǔn)。當(dāng)品質(zhì)保證已經(jīng)不能再提高時(shí)，金屬材料的基礎(chǔ)工程更顯的重要，熱處理的基礎(chǔ)工作讓工業(yè)產(chǎn)品的品質(zhì)未趨完善，雖然熱處理(淬火、回火)附予金屬材料生命，但是未給予壽命與效能
關(guān)鍵詞：液氮深冷箱、AI程序調(diào)節(jié)器、AI無(wú)紙記錄儀
一、概述：
現(xiàn)代工業(yè)竟?fàn)幜φ媾R工業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型與升級(jí)，也必須做出正確的改變，品質(zhì)是保持其生存必要條件，如今工業(yè)產(chǎn)品如何提高效能，是所有產(chǎn)業(yè)所必須面臨的課題。如今，設(shè)備的更新為的是品質(zhì)達(dá)到一定的水準(zhǔn)。當(dāng)品質(zhì)保證已經(jīng)不能再提高時(shí)，金屬材料的基礎(chǔ)工程更顯的重要，熱處理的基礎(chǔ)工作讓工業(yè)產(chǎn)品的品質(zhì)未趨完善，雖然熱處理(淬火、回火)附予金屬材料生命，但是未給予壽命與效能。完整的基礎(chǔ)的工程除前置的熱處理外，尚包括后序的金屬深冷處理，方是保證品質(zhì)的基礎(chǔ)工作。金屬深冷處理將是如今**的選擇。
①深冷處理原理
深冷處理是利用冷媒作為冷卻介質(zhì)，對(duì)材料進(jìn)行程序化深冷處理(-196℃)和低溫回火，從而達(dá)到改善和強(qiáng)化金屬材料性能的目的。深冷處理是近年來(lái)G際上**新的一種改善和強(qiáng)化金屬材料性能的新工藝技術(shù)，是目前**有效、**經(jīng)濟(jì)的一種技術(shù)手段。
所謂深冷處理，即從室溫逐漸降溫**-196℃，然后從一196℃逐漸升溫**室溫的這一過(guò)程，采用**新的加熱技術(shù)、控溫技術(shù)和液氮分散技術(shù)，使程控升溫、恒溫、降溫各過(guò)程均勻穩(wěn)定。以液氮為制冷劑，滿足降溫及環(huán)保要求。金屬中大量殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，特別是過(guò)飽和的亞穩(wěn)定馬氏體在處理過(guò)程中會(huì)降低飽和度，析出彌散、尺寸僅為20-60μ，并與基體保持共格關(guān)系的超微細(xì)碳化物，可以使馬氏體晶格畸變減少，微觀應(yīng)力降低，而細(xì)小彌散的碳化物在材料塑性變形時(shí)可以阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，
②應(yīng)用*域
程序溫度控制深冷箱主要是針對(duì)金屬材料的低溫處理、低溫回火和時(shí)效／應(yīng)力釋放或樣品冷凍需要的不同降溫速率要求等而研制的。深冷處理改性技術(shù)對(duì)節(jié)省材料，提高工作效率，提高加工質(zhì)量，降低成本具有十分明顯的效果，該技術(shù)的優(yōu)良特性可以和當(dāng)今各種鍍膜技術(shù)、離子注入技術(shù)組合、即深冷處理+鍍膜(注入)技術(shù)，形成新的工藝技術(shù)，總之，深冷處理技術(shù)在十分廣泛的*域均可得到應(yīng)用，如：
科研、教學(xué)、材料實(shí)驗(yàn)和檢測(cè)部門(mén)的相關(guān)應(yīng)用
硬質(zhì)合金刀具、刃具、鉆頭耐磨性能和使用壽命的提高
高速工具鋼刀具、刃具、量具、鉆頭耐磨性能和使用壽命的提高
金剛石鉆頭、鋸片、頂錘的性能改善和熱穩(wěn)定性的提高；
精密機(jī)械零件尺寸穩(wěn)定性的提高；
機(jī)械制造中熱作模具、冷作模具抗沖擊能力和使用壽命的提高；
油嘴、彈簧、齒輪、軸承耐磨性能和使用壽命的提高。
銅合金材料、電器、通訊銅插件的使用壽命成倍提高。
③深冷箱的結(jié)構(gòu)
深冷處理箱，由冷藏柜和液氮貯槽構(gòu)成，它是內(nèi)層箱和外層箱兩層嵌套，上部設(shè)有開(kāi)蓋的箱式結(jié)構(gòu)，內(nèi)層箱為冷處理箱，由液氮冷卻，外層箱是冷柜。該設(shè)備能完全滿足小容量深冷（－８０℃～－１８０℃）處理要求，冷處理溫度范圍寬，控制精度高，設(shè)備投資低，既可作冷處理用又可作冷藏箱用。其特征為所述處理箱由內(nèi)層箱和外層箱兩層嵌套，上部設(shè)有開(kāi)蓋的箱式結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)層箱為冷處理箱，箱體內(nèi)側(cè)設(shè)有蛇形管換熱器，蛇形管上端入口處與取液氮管連通，取液氮管的另一端與液氮貯槽連通，所述外層箱是一個(gè)冷柜，上設(shè)開(kāi)蓋，下部和側(cè)面分別設(shè)有制冷壓縮機(jī)，液氮制冷罐。數(shù)字程序控制儀表及觸摸屏數(shù)字無(wú)紙記錄儀。
二、控制系統(tǒng)硬件配置：
程序儀表AI-708PE5L4L1L1S；AI706ME5J0J0J0L5L5S；AI-2057C觸摸屏數(shù)字無(wú)紙記錄儀。SZDJLSLX-4186型超低溫深冷箱程序控制深冷箱配套100L自增壓液氮容器；真空jue熱輸液軟管；溫度傳感器選用PT100鉑電阻；控制系統(tǒng)見(jiàn)下圖1。
 
三、溫度程序控制及自整定
1、自動(dòng)控制功能：程序儀表溫度設(shè)定，AI-708P程序儀表，的程序編排是按統(tǒng)－采用溫度－時(shí)間－溫度格式，其定義是，從當(dāng)前段設(shè)置溫度，經(jīng)過(guò)該段設(shè)置的時(shí)間到達(dá)下一溫度。溫度設(shè)置值的單位都是℃，而時(shí)間值的單位都是分鐘；
2、數(shù)據(jù)記錄：AI-2057無(wú)紙記錄儀全屏顯示溫度數(shù)據(jù)，采用CF卡1～4G存儲(chǔ)記錄空間；數(shù)據(jù)保存按先進(jìn)先出的原則，轉(zhuǎn)存數(shù)據(jù)點(diǎn)立即保存；數(shù)據(jù)通過(guò)讀卡器在PC上直接打開(kāi)，串口備份**計(jì)算機(jī)上，用Excel電子表格打開(kāi)CSV格式的數(shù)據(jù)文件；無(wú)存儲(chǔ)功能時(shí)可作終端顯示操作屏使用，主機(jī)內(nèi)存可記錄大約1小時(shí)的數(shù)據(jù)及報(bào)警參數(shù)，保存15條升降溫程序配方在中。采集的數(shù)據(jù)可通過(guò)CF卡在計(jì)算機(jī)上打印，也可在無(wú)紙記錄儀上用微型打印機(jī)來(lái)打印報(bào)表曲線。
3、程序設(shè)置：設(shè)置深冷箱控溫經(jīng)過(guò)為：25℃經(jīng)過(guò)80分鐘降到-180℃，-180℃保溫60分鐘后經(jīng)過(guò)120分鐘升溫到160℃，然后在160℃保溫60分鐘停止。控溫曲線如下圖2#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
 

4、自整定的方法：程序控制深冷箱采用AI調(diào)節(jié)器結(jié)合PID調(diào)節(jié)、自學(xué)習(xí)及模糊控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了自整定/自適應(yīng)功能，及、無(wú)欠調(diào)的精確調(diào)節(jié)，性能遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器。自整定是讓溫控器執(zhí)行ON/OFF（位式）控制，經(jīng)2－3次振蕩周期后儀表內(nèi)部微處理器根據(jù)位式控制產(chǎn)生的震蕩，分析其周期、幅度及波形來(lái)自動(dòng)計(jì)算出M5、P、T等控制參數(shù)。PID參數(shù)合適的PID參數(shù)。自適應(yīng)是PID調(diào)節(jié)過(guò)程，通過(guò)判斷輸出和偏差的變化再對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行微調(diào)以作為自整定參數(shù)不準(zhǔn)確的補(bǔ)充。有時(shí)候還需要人工干預(yù)微調(diào)改變PID參數(shù)。
4、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)：在環(huán)境恒溫在25℃。在工作腔內(nèi)用支架空間分布9個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，溫度傳感器用Pt100；分別在深冷箱內(nèi)溫度達(dá)-180℃和160℃并且保溫20分鐘待工作腔內(nèi)溫度穩(wěn)定后開(kāi)始測(cè)溫。其中測(cè)溫點(diǎn)的分布如上圖所示：圖2箱體內(nèi)測(cè)溫點(diǎn)空間分布。
5、控溫結(jié)果與分析：深冷箱在-180℃**大溫差為0.97℃，**小溫差為0.21℃；在160℃時(shí)**大溫差為1.35℃，**小溫差為0.88℃；具體溫差帶如下圖3、4。
 
通過(guò)對(duì)分析數(shù)據(jù)可以看出，程序控制深冷箱在溫度均勻性方面表現(xiàn)非常出色，尤其是在低溫方面溫度均勻性小于1℃，從而有效地保證了工件深冷處理效果的穩(wěn)定。分析均勻性原因如下：
AI智能化的PID控制。作為一種線性控制器，它根據(jù)給定值和實(shí)際輸出值構(gòu)成控制偏差，將偏差按比例、積分和微分通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。PID控制系統(tǒng)原理圖如下圖5
 
 
e(t)為控制器輸入，它是給定值和被控對(duì)象輸出值的差，為系統(tǒng)參考輸入(設(shè)定值)，y(t)為系統(tǒng)輸出〔被控量)e(t)=r(t)-A(t),r(t)，稱(chēng)為偏差信號(hào)。深冷箱PID算法可以智能修正偏差量使得控制溫度盡可能吻合設(shè)定溫度。從而保證了深冷箱的控溫精度。
6、控制參數(shù)指標(biāo)：程序儀表可采用PID多段自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)定溫控制和降溫速率控制，所有參數(shù)可靈活設(shè)置，多達(dá)15種工藝曲線，每段溫區(qū)可自行設(shè)定，降溫速率從0.3℃/分~2℃/分特殊深冷工作模式，降溫速率從1℃/分~10℃/分普通深冷工作模式，程序控制儀表直接與觸摸屏連接，通過(guò)屏上觸摸設(shè)置參數(shù)，顯示工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)溫度曲線。打印歷史數(shù)據(jù)曲線等。
程序控制深冷箱性能參數(shù)如下：
溫度控制范圍200℃～－190℃
溫度均勻度：±1℃，溫度平衡后0.5h
控溫精度：±2℃
降溫速率：1~10℃/min
升溫速度：1~10℃/min
保溫時(shí)間：任意設(shè)置
加熱器：電阻式
控制方式：程序儀表控制
7、工作腔溫度均勻保證：深冷箱結(jié)構(gòu)采用內(nèi)腔、外殼分離，中間用硬質(zhì)聚氨酯泡沫作保溫層。聚氨酯泡沫是泡沫聚氨基甲酸酯的簡(jiǎn)稱(chēng)。硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的熱導(dǎo)率為，硬質(zhì)泡沫聚氨酯中的氣泡jue大多數(shù)為封閉氣孔因而吸水率特別小，吸濕對(duì)熱導(dǎo)率的影響也很小。正是這種保溫材料有效地阻止了深冷箱對(duì)外的熱交換，使工作腔均勻保溫。
同時(shí)深冷箱采用多元噴射，并配有渦流分風(fēng)機(jī)攪拌單元。這種結(jié)構(gòu)保證了當(dāng)液氮進(jìn)入工作腔時(shí)呈發(fā)散狀，再經(jīng)過(guò)渦流風(fēng)機(jī)攪拌單元使剩余的湍流氣、液相氮均勻的進(jìn)入工作腔，為工作腔提供均勻穩(wěn)定的冷源。
四、人機(jī)界面無(wú)紙記錄儀操作控制應(yīng)用：
在人機(jī)界面實(shí)時(shí)監(jiān)控多臺(tái)SZDJLSLX-4186型超低溫深冷箱，在觸摸屏流程圖上實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)，群控低溫深冷箱，用開(kāi)關(guān)量輸入模塊AI-3011D5M模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)低溫深冷箱運(yùn)行狀態(tài)的反應(yīng)。
①實(shí)時(shí)程序監(jiān)控6個(gè)數(shù)據(jù)，運(yùn)行狀態(tài)與數(shù)據(jù)同時(shí)顯示，動(dòng)畫(huà)編輯安裝通訊地址來(lái)安排連接。圖6
 
 
②觸摸屏參數(shù)設(shè)置、升降溫程序配方曲線保存上傳、下載：
對(duì)于518P、708P、808P程序參數(shù)設(shè)置，點(diǎn)擊【A】框，進(jìn)入【手/自動(dòng)、編程設(shè)置控制平臺(tái)】；圖5所示的編程界面：出現(xiàn)【通道一程序編排設(shè)置】；程序編排平臺(tái)用組別配方來(lái)設(shè)置程序段【C01】和【T01】表示，以【組1】為例：點(diǎn)擊選中【組1】點(diǎn)擊組名【C01】下面的數(shù)據(jù)框輸入溫度值【250】（注：在溫度欄C01輸入的數(shù)值要放大10倍如25℃輸入的數(shù)據(jù)是【250】放大10倍）；點(diǎn)擊組名T01下的時(shí)間段寫(xiě)入實(shí)際時(shí)間值分鐘如15分鐘寫(xiě)入【15】；設(shè)置好程序配方選中配方組如：【組1】在菜單條中點(diǎn)擊【查看】可看到已編排的曲線圖形；點(diǎn)擊【返回】；選中編輯好的配方組【組1】點(diǎn)擊【下載】操作，已編排的程序就下傳給程序儀表；即時(shí)可操作【運(yùn)行】【停止】【暫停】【手動(dòng)】【自動(dòng)】【返回】。采用【上傳驗(yàn)證】?jī)x表中的程序曲線來(lái)檢驗(yàn)程序是否下傳，程序配方可保存15組程序在觸摸屏中。圖7
 
 
③采集數(shù)據(jù)保持：在CF卡內(nèi)，采樣時(shí)間默認(rèn)為6秒，用戶(hù)可以設(shè)定的范圍是：6秒~3600秒；內(nèi)存轉(zhuǎn)CF卡存儲(chǔ)間隔默認(rèn)為60分鐘，用戶(hù)可以設(shè)定的范圍是：60分~300分；轉(zhuǎn)存數(shù)據(jù)按每小時(shí)為單位1個(gè)數(shù)據(jù)包；數(shù)據(jù)保存按先進(jìn)先出的原則；#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
觸摸屏的外插CF卡來(lái)保存數(shù)據(jù)；【強(qiáng)烈建議斷電后拔插CF卡】！標(biāo)配1G的電子硬盤(pán)。
可擴(kuò)展CF卡1～4G存儲(chǔ)記錄空間；數(shù)據(jù)可通過(guò)微型打印機(jī)打印數(shù)據(jù)報(bào)表、曲線；或通過(guò)CF卡存儲(chǔ)數(shù)據(jù)用讀卡器在PC上用圖形軟件直接打開(kāi)；也可通過(guò)串行COM2口備份Excel電子表格數(shù)據(jù)**上位計(jì)算機(jī)。CF卡內(nèi)：【AL】數(shù)據(jù)包是報(bào)警報(bào)表；【DL】數(shù)據(jù)包是數(shù)據(jù)報(bào)表；按年/月/日/小時(shí)來(lái)保存數(shù)據(jù)源文件。
④多曲線觀察深冷箱運(yùn)行情況：在觸摸屏上用多曲線的形式來(lái)直觀的顯示CF卡記錄中的數(shù)據(jù)，顯示該時(shí)間段內(nèi)相關(guān)通道間被測(cè)量的變化關(guān)系。按通道順序排列1、2、3、4固定組合在一起的通道組合，對(duì)于需要比較關(guān)鍵參數(shù)通道可將儀表地址編排在同一組顯示趨勢(shì)曲線，這樣就更好的進(jìn)行比較分析工藝參數(shù)的對(duì)象變化。點(diǎn)擊【數(shù)據(jù)框】返回【實(shí)時(shí)畫(huà)面】通道。點(diǎn)擊【S】可選擇啟用單條或4條曲線顯示趨勢(shì)變化；查詢(xún)歷史數(shù)據(jù)設(shè)置起始時(shí)間及時(shí)間跨度；設(shè)置數(shù)據(jù)范圍使曲線顯示在圖表中央，不同的數(shù)據(jù)范圍啟用單條查詢(xún)。歷史畫(huà)面的功能畫(huà)面右下角點(diǎn)擊【S】查詢(xún)，觸摸屏顯示是當(dāng)前的起始時(shí)間，改倒退起始時(shí)間：年/月/日/時(shí)/分/秒；修改時(shí)間跨度：時(shí)/分/秒設(shè)置；點(diǎn)擊【確認(rèn)】按鈕，系統(tǒng)即刻顯示歷史曲線、數(shù)據(jù)報(bào)表；報(bào)警報(bào)表。
⑤計(jì)算機(jī)圖形軟件使用：專(zhuān)為無(wú)紙記錄儀開(kāi)發(fā)的，一個(gè)可在個(gè)人計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的工具軟件，其作用是用來(lái)將HMI屏上加密記錄在CF卡上的數(shù)據(jù)集中管理，便于用戶(hù)查詢(xún)數(shù)據(jù)報(bào)表，查看歷史曲線，并可以對(duì)其進(jìn)行打印的功能。點(diǎn)擊【查看報(bào)表】按鈕，可以顯示打開(kāi)的記錄數(shù)據(jù)與報(bào)警記錄的文件或是用戶(hù)從CF卡里查詢(xún)到的數(shù)據(jù)，以報(bào)表的形式顯示出來(lái)。如下圖8：
⑥數(shù)據(jù)微型打印機(jī)打印：
1、歷史曲線可同時(shí)打印4條：有2種方式：在屏的歷史曲線畫(huà)面才能實(shí)現(xiàn)打印曲線功能！
左上角的藍(lán)色“Print”：打印屏上所顯示的曲線內(nèi)容；1條或選4條同時(shí)打印；
左上角的紅色“Print”：打印設(shè)置中所查詢(xún)到的曲線內(nèi)容；1條或選4條同時(shí)打印；
右下角的“S”設(shè)置，有關(guān)打印機(jī)紙張寬度的設(shè)置，如果您的打印機(jī)的紙張?zhí)珜捇蛱梢酝ㄟ^(guò)設(shè)置“打印紙張寬度比例”這個(gè)值來(lái)調(diào)整，他的范圍是“0%~500%”
2、歷史數(shù)據(jù)可同時(shí)打印5個(gè)數(shù)據(jù)：有2種方式：在屏的歷史數(shù)據(jù)畫(huà)面才能實(shí)現(xiàn)打印數(shù)據(jù)功能！
(1)左上角的藍(lán)色“Print”：手動(dòng)打印屏上所查詢(xún)到的報(bào)表內(nèi)容；每行5個(gè)數(shù)據(jù)；
(2)右上角的紅色“Print”：手動(dòng)打印當(dāng)前剛剛采集到的報(bào)表內(nèi)容；每行5個(gè)數(shù)據(jù)；
(3)右下角的“S”設(shè)置，有關(guān)打印報(bào)表的設(shè)置，
a.如果您想自動(dòng)打印采集到的報(bào)表，可以啟用“選擇是否自動(dòng)打印”的功能。
b.“自動(dòng)打印時(shí)間間隔“的設(shè)定，是設(shè)置多長(zhǎng)時(shí)間后，打印機(jī)開(kāi)始自動(dòng)打印。如果此值設(shè)為0，則自動(dòng)的實(shí)時(shí)打印報(bào)表。
c.打印紙寬57mm每次打印5列1行數(shù)據(jù)，每行5個(gè)數(shù)據(jù)；大于5列數(shù)據(jù)換行打印；您可以通過(guò)設(shè)置“打印起始列和打印終止列”來(lái)設(shè)置您所要打印的那幾個(gè)連續(xù)列的數(shù)據(jù)。
d.每列數(shù)據(jù)可打3000行，每1行數(shù)據(jù)間隔就是：數(shù)據(jù)報(bào)表采樣時(shí)間【6】秒（可設(shè)置）。
查詢(xún)打印可打3000行數(shù)據(jù)；3000×6秒＝18000秒÷3600秒＝5小時(shí)；
深冷箱配備了程序控溫儀，無(wú)紙記錄儀實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制。宇電AI程序儀表對(duì)深冷箱溫度均勻控制大到了預(yù)定的目標(biāo)：低溫段控溫均勻度值&lt;1℃；②高溫段控溫均勻度<2℃。這個(gè)性能指標(biāo)完全避免了工件批處理時(shí)因在工作腔中擺放位置不同，而引起深冷處理效果的迥異。從根本上解決了以前深冷處理過(guò)程的不穩(wěn)定，解決了批處理工件次品多這種通病，將我G小型深冷設(shè)備技術(shù)推向了一個(gè)新的高峰。