تتعلق دراسة الحالة هذه بفرن نتردة أيونية ذكي أوتوماتيكي بالكامل، طراز WDL-IV-30A، يعتمد على هيكل عمودي بوعاء جرس واحد ومحطة واحدة. الجهاز قادر على إجراء عمليات النتردة الأيونية والنتردة الأيونية الناعمة لسبائك التيتانيوم، والصلب السبائكي، وصلب القوالب، والصلب المقاوم للصدأ.
يبلغ قطر منطقة العمل الفعالة لجسم الفرن 300 مم وارتفاعه 400 مم، مع قدرة تحميل قصوى تبلغ 100 كجم. يتراوح نطاق درجة حرارة التشغيل الشائعة من 500 إلى 600 درجة مئوية، مع درجة حرارة تشغيل قصوى تبلغ 650 درجة مئوية. درجة الفراغ القصوى لا تزيد عن 6.7 باسكال، ومعدل ارتفاع الضغط لا يزيد عن 5 باسكال/ساعة، والوقت المطلوب للضخ من الضغط الجوي إلى الفراغ القصوى لا يتجاوز 30 دقيقة. لا يتجاوز ارتفاع درجة حرارة سطح غلاف الفرن 55 درجة مئوية.
في تسمية الطراز، يمثل IV الجيل الرابع من نظام التحكم الرقمي، ويمثل 30 متوسط التيار الأقصى لمصدر الطاقة النبضي عند 30 أمبير، ويمثل A النوع الذكي الأوتوماتيكي بالكامل.
تُجرى النتردة الأيونية في بيئة تفريغ غاز منخفض الضغط، ومنحنى خصائص الجهد والتيار الخاص بها غير خطي. تعمل النتردة الأيونية للمواد المعدنية بشكل عام في جزء "التفريغ غير الطبيعي" من منحنى خصائص الجهد والتيار، وتعتبر النقطة العلوية G لهذا الجزء نقطة انعطاف خطيرة. يمثل التفريغ الغازي، كمصدر للطاقة، حملاً بخصائص مقاومة سلبية. تؤثر شكل السطح والبيئة المحيطة (تكديس قطعة العمل) لقطعة العمل، التي تعمل ككاثود، على كثافة التيار السطحي.
تحدد هذه الخصائص المادية أن مصدر طاقة الأيونات يجب أن يتغلب على ثلاث صعوبات تقنية. الأولى هي تفريغ القوس: عندما لا يكون سطح قطعة العمل نظيفًا، يمكن أن تتشكل طبقة زيت غير موصلة بسهولة. عندما تتراكم الشحنة على السطح إلى حد معين، فإنها تنهار وتشكل تفريغًا لحظيًا عالي التيار، مما ينتج عنه شرارات عالية الطاقة. إذا لم يتم قطعها بسرعة، فسيؤدي ذلك إلى فشل الطاقة وتلف قطعة العمل. الثانية هي تأثير الكاثود المجوف: عندما تحتوي قطع العمل على ثقوب أو شقوق، أو فجوات بين قطع العمل، أو انحناءات غير متساوية، تحدث حالة حرجة لتداخل تفريغ التوهج عند ضغوط غاز معينة. يتجلى هذا في سطوع تفريغ التوهج غير المتساوي عبر سطح قطعة العمل، مما يتوافق مع كثافة التيار السطحي غير المتساوية، مما يسبب توزيعًا غير متساوٍ لدرجة الحرارة. الثالثة هي العلاقة الترابطية بين كثافة التيار وضغط الغاز: يؤثر ضغط الغاز على سمك التوهج، والذي بدوره يؤثر على كثافة التيار - ينتج الضغط الأعلى توهجًا أرق، وهو مفيد لتوحيد درجة الحرارة؛ ومع ذلك، عندما يكون الضغط مرتفعًا بما يكفي لتغطية جميع أسطح الأخدود والثقوب بشكل موحد، سيتجاوز التيار بكثير الطاقة المطلوبة لعزل قطعة العمل.
يتميز مصدر الطاقة النبضي المجهز لهذا الجهاز بتردد خرج يبلغ 20,000 هرتز، وشكل موجة خرج مربع، وجهد خرج قابل للتعديل باستمرار من 0 إلى 900 فولت بدون قفزة مفاجئة فوق 200 فولت، ودورة تشغيل قابلة للتعديل باستمرار ضمن النطاق من 10٪ إلى 85٪، ومتوسط تيار خرج نبضي أقصى يبلغ 30 أمبير، ووقت إطفاء القوس لا يزيد عن 2 ميكرو ثانية.
تُعرّف دورة التشغيل على أنها نسبة وقت التشغيل إلى فترة النبضة. يساوي متوسط طاقة التسخين الجهد الذروي مضروبًا في التيار، ثم مضروبًا في دورة التشغيل. يؤدي إدخال دورة تشغيل قابلة للتعديل في مصدر الطاقة النبضي إلى حل التناقض بين متوسط طاقة التسخين والشروط الحدية المطلوبة لمعالجة قطعة العمل - جوهر هذا التناقض هو أنه لتلبية كثافة التيار المطلوبة لتغطية التوهج الموحد، قد تتجاوز طاقة التسخين الطاقة المطلوبة للحفاظ على درجة حرارة قطعة العمل، وتسمح تعديلات دورة التشغيل بفصل هذين الأمرين.
يتم تحقيق إطفاء القوس السريع عن طريق استخدام مبدأ الحث الكهرومغناطيسي في دائرة التفريغ للكشف السريع عن إشارة القوس (مع تأخير يكاد يكون معدومًا)، ثم التحكم فورًا في المفتاح الإلكتروني عالي السرعة لدائرة التيار الرئيسية من خلال أجهزة المنطق الرقمي عالية السرعة، وإطفاء القوس في غضون 2 ميكرو ثانية.
يؤدي تطبيق مصدر الطاقة النبضي أيضًا إلى تحقيق العديد من التأثيرات العملية: وقت الإيقاف المطلق للنبضة قصير نسبيًا، وبعد إيقاف تشغيل الطاقة، لا ينخفض تركيز الجسيمات المشحونة فورًا إلى الصفر ولكنه ينخفض ببطء. قبل أن ينخفض بشكل كبير، تصل النبضة التالية، مما يؤدي إلى تركيز أعلى لمتوسط الإلكترونات وزيادة معدل التأين؛ ويتم قمع تأثير الكاثود المجوف بفعالية؛ ولأن مصدر الطاقة النبضي يوسع نطاق تعديل معلمات عملية النتردة، مع إمكانية تعديل كل معلمة بشكل مستقل، يمكنه تحسين توحيد تغطية التوهج على قطع العمل ذات الأشكال السطحية المعقدة، وبالتالي تحسين جودة طبقة الاختراق ونعومة السطح.
يستخدم نظام التحكم وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة وشاشة تعمل باللمس كمركز تحكم رئيسي. وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة هي وحدة من سلسلة FX3G بسعة ذاكرة برنامج تبلغ 32 ألف خطوة، وسرعة معالجة تعليمات أساسية تبلغ 0.21 ميكرو ثانية، وواجهتي اتصال عالي السرعة (RS422 و USB). الشاشة التي تعمل باللمس هي شاشة TFT LCD مقاس 12 بوصة بدقة 1920 × 1080، تعمل باللمس المقاوم بأربع أسلاك، وتردد رئيسي يبلغ 1 جيجاهرتز، وبرنامج تكوين McgsPro مثبت مسبقًا.
يعتمد النظام بنية رقمية بالكامل تعتمد على الإدارة المركزية متعددة المهام والتحكم الموزع، قادرة على تحقيق التحكم المغلق لثلاثة معلمات رئيسية في النتردة الأيونية في وقت واحد: دقة التحكم في درجة الحرارة ± 1 درجة مئوية، ودقة التحكم في الضغط ± 1 باسكال، ودقة التحكم في التدفق ± 0.5٪.
يستخدم التحكم في درجة الحرارة وحدات تحكم رقمية يابانية من سلسلة Shimaden SRS13 مع تنظيم PID، لتشكيل نظام تحكم مغلق لدرجة الحرارة مع دائرة التحكم في درجة الحرارة والمزدوج الحراري. يستخدم التحكم في الضغط أيضًا وحدات تحكم رقمية من سلسلة Shimaden SRS13، لتشكيل نظام تحكم مغلق للضغط مع محول تردد ومستشعر ضغط. تم تكوين التحكم في التدفق باستخدام مقياس تدفق كتلي مخصص واحد للتحكم في تدفق الغاز.
مسار تنفيذ حلقة الضغط المغلقة هو كما يلي: يقيس مرسل الضغط ضغط الفرن ويخرج إشارة تيار قياسية إلى وحدة التحكم الرقمية. تقوم وحدة التحكم بإجراء حسابات PID بناءً على قيمة الضغط المحددة والقيم المسجلة في الوقت الفعلي، ثم تخرج إشارة تيار قياسية إلى محول التردد. عن طريق تعديل سرعة محرك مضخة التفريغ، يتم تعديل سرعة الضخ، وبالتالي الحفاظ على ضغط الفرن ثابتًا عند قيمة العملية المحددة. يحقق طريقة التحكم هذه دقة ± 1 باسكال، بينما يقلل الاستخدام المشترك لمضخة التفريغ ومحول التردد بشكل كبير من التآكل الميكانيكي لجسم المضخة أثناء بدء التشغيل، ويمكن أن يؤدي التشغيل طويل الأمد بسرعة منخفضة إلى إطالة العمر التشغيلي بشكل كبير.
يستخدم التحكم في التدفق مقاييس تدفق كتلي يابانية من سلسلة HORIBA S500، مع وقت استجابة أقل من 0.3 ± 2٪ ثانية من حالة الإغلاق الكامل إلى الوصول إلى نقطة الضبط عند بدء التحكم وعند تغيير نقطة الضبط أثناء التحكم. يغطي نطاق التحكم من 1 إلى 100٪ من المقياس الكامل، ويعمل من مصدر طاقة واحد عالمي DC24V، مع عزل دائرة الطاقة الداخلية عن دوائر الإدخال والإخراج.
يعتمد جسم الفرن على هيكل جرس عمودي، يتكون من جزأين: الجرس والقاعدة. يعتمد أسطوانة الجرس على هيكل مزدوج الجدار مبرد بالماء ونظام تبريد مياه متعدد القنوات لضمان توحيد درجة حرارة الفرن. تم تركيب ست طبقات من دروع الحرارة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ 310S داخل الأسطوانة، وطبقتين من دروع الحرارة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ في الجزء العلوي من قاعدة الفرن، مما يتيح التشغيل طويل الأمد في درجات حرارة عالية وتوفيرًا كبيرًا في الطاقة. تمت إضافة طبقة من قطن العزل المصنوع من سيليكات الألومنيوم بسماكة 20 مم داخل طبقة العزل بالقرب من جدار الفرن.
يتم دعم لوحة الكاثود على قاعدة الفرن بثلاث مجموعات من الميكا المصبوبة عالية الجودة، مع ارتفاع قابل للتعديل. لوحة الكاثود مصنوعة من لوح فولاذي مقاوم للصدأ 310S بسماكة لا تقل عن 30 مم؛ وإطار تثبيت صينية المواد الذي يتلامس مع قطعة العمل مصنوع أيضًا من الفولاذ المقاوم للصدأ 310S. تم تصميم جهاز توصيل الكاثود كتوصيل صلب لتجنب مشاكل السخونة الزائدة الناتجة عن وصلات سريعة غير محكمة.
يتم إدخال مزدوجين حراريين من لوحة قاع الفرن ووضعهما في منتصف لوحة الكاثود لمحاكاة رأس قياس درجة الحرارة. يُستخدم أحدهما للتحكم في درجة الحرارة بواسطة مصدر الطاقة النبضي للتسخين الأيوني، والآخر متصل بجهاز الإنذار للمراقبة متعددة الاتجاهات لدرجة الحرارة. يحتوي مركز القاعدة على منفذ استخلاص فراغ ومدخل كاثود، متصلين بشافطات، وأنبوب فولاذي مقاوم للصدأ سميك الجدار، ووصلات فولاذية مقاومة للصدأ، مع توفير إحكام بواسطة حلقات إحكام مطاطية فلورية مقاومة لدرجات الحرارة العالية.
يُستخدم نظام التفريغ للتهيئة المسبقة لجسم الفرن ولتبديل الجو وتفريغ غاز العادم أثناء عملية النتردة. تم تجهيز النظام بمضخة دوارة ذات ريش 2X15 كوحدة تفريغ. تتضمن مجموعة المضخة مضخة تفريغ كهرومغناطيسية مع صمام نفخ وصمام فراغ عالي. المضخة الدوارة ذات الريش هي وحدة من سلسلة Guangdong Xunda 2X، مقاومة لتآكل غاز العملية، ويتم التحكم فيها بواسطة محول تردد، ومجهزة بصمام فراغ عالي GI-50 كصمام تحكم رئيسي.
يقيس قياس التفريغ جهاز إرسال ضغط مطلق بسعة غشائية من النوع ZJ-1C. لا يتأثر مقياس التفريغ هذا بنوع وتركيب الوسط المقاس، مما يوفر قياسًا دقيقًا وموثوقًا، مع عرض القيمة المقاسة بواسطة جهاز عرض رقمي والمشاركة في التحكم في ضغط الفرن.
يُستخدم نظام توزيع الغاز للتحكم في إدخال غاز العملية إلى الفرن، ويتكون من مصدر غاز، ومقياس تدفق، وخطوط أنابيب مقابلة. يتم توفير غازات العملية (مثل الأمونيا) من قبل المستخدم، وتمر عبر مقياس تدفق كتلي ثم يتم إدخالها إلى جسم الفرن من خلال خزان خلط مخصص وفقًا لصيغة العملية. خطوط أنابيب الغاز مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ، مع تجهيز كل خط غاز بصمام تخفيض ضغط، وصمام إغلاق يدوي، وفلتر، ومقياس ضغط، وصمام لولبي.
يعتمد نظام مياه التبريد طريقة تبريد دورانية، ويتم توفير مصدر المياه من برج التبريد ومضخة المياه (مسؤولية المشتري). متطلبات مياه التبريد: درجة حرارة مياه الدخول لا تتجاوز 31 درجة مئوية، وضغط مياه الدخول من 0.15 إلى 0.25 ميجا باسكال، ومعدل تدفق إجمالي يبلغ 20 متر مكعب/ساعة. تم تجهيز كل فرع من فروع مياه التبريد بصمامات دخول وخروج منفصلة لضبط التدفق الفردي. جميع أنابيب مياه التبريد والصمامات والتجهيزات المرفقة بالمعدات مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ.
تم تركيب مقياس ضغط تلامس كهربائي على أنبوب الدخول الرئيسي للإنذارات في حالة وجود ضغط دخول غير طبيعي، وسيتخذ نظام التحكم إجراءات حماية مقابلة. تم تركيب صمام دخول مياه احتياطي في أنبوب مدخل المياه الرئيسي، متصل بأنبوب مياه الصنبور الخاص بالمستخدم - في حالة انقطاع التيار الكهربائي أو انقطاع المياه بشكل غير متوقع، يمكن تبريد جسم الفرن بمياه الصنبور.
يحتوي النظام على وظائف إنذار لارتفاع درجة الحرارة، وزيادة الضغط، وتلف المزدوج الحراري، ونقص المياه، وفقدان الطور، مع إنذارات صوتية ومرئية وإنذارات واجهة التحكم، واتخاذ إجراءات حماية مقابلة مثل منع التشغيل، ومنع التسخين، وقطع أو استئناف التسخين وفقًا لمشاكل محددة.
يمكن لنظام التحكم تحقيق التشخيص الذاتي لأعطال المعدات، وتوجيه المستخدمين لفحص وإصلاح نقاط الأعطال المقابلة. عند حدوث عطل، يقوم النظام تلقائيًا بإغلاق جميع الصمامات. يحتوي نظام التفريغ على وظائف بدء وإيقاف متسلسلة، ومجهز بآلية تشابك كاملة وتشابك متبادل، مع كون جميع الصمامات من نوع الإغلاق عند انقطاع التيار الكهربائي.
تتعلق دراسة الحالة هذه بفرن نتردة أيونية ذكي أوتوماتيكي بالكامل، طراز WDL-IV-30A، يعتمد على هيكل عمودي بوعاء جرس واحد ومحطة واحدة. الجهاز قادر على إجراء عمليات النتردة الأيونية والنتردة الأيونية الناعمة لسبائك التيتانيوم، والصلب السبائكي، وصلب القوالب، والصلب المقاوم للصدأ.
يبلغ قطر منطقة العمل الفعالة لجسم الفرن 300 مم وارتفاعه 400 مم، مع قدرة تحميل قصوى تبلغ 100 كجم. يتراوح نطاق درجة حرارة التشغيل الشائعة من 500 إلى 600 درجة مئوية، مع درجة حرارة تشغيل قصوى تبلغ 650 درجة مئوية. درجة الفراغ القصوى لا تزيد عن 6.7 باسكال، ومعدل ارتفاع الضغط لا يزيد عن 5 باسكال/ساعة، والوقت المطلوب للضخ من الضغط الجوي إلى الفراغ القصوى لا يتجاوز 30 دقيقة. لا يتجاوز ارتفاع درجة حرارة سطح غلاف الفرن 55 درجة مئوية.
في تسمية الطراز، يمثل IV الجيل الرابع من نظام التحكم الرقمي، ويمثل 30 متوسط التيار الأقصى لمصدر الطاقة النبضي عند 30 أمبير، ويمثل A النوع الذكي الأوتوماتيكي بالكامل.
تُجرى النتردة الأيونية في بيئة تفريغ غاز منخفض الضغط، ومنحنى خصائص الجهد والتيار الخاص بها غير خطي. تعمل النتردة الأيونية للمواد المعدنية بشكل عام في جزء "التفريغ غير الطبيعي" من منحنى خصائص الجهد والتيار، وتعتبر النقطة العلوية G لهذا الجزء نقطة انعطاف خطيرة. يمثل التفريغ الغازي، كمصدر للطاقة، حملاً بخصائص مقاومة سلبية. تؤثر شكل السطح والبيئة المحيطة (تكديس قطعة العمل) لقطعة العمل، التي تعمل ككاثود، على كثافة التيار السطحي.
تحدد هذه الخصائص المادية أن مصدر طاقة الأيونات يجب أن يتغلب على ثلاث صعوبات تقنية. الأولى هي تفريغ القوس: عندما لا يكون سطح قطعة العمل نظيفًا، يمكن أن تتشكل طبقة زيت غير موصلة بسهولة. عندما تتراكم الشحنة على السطح إلى حد معين، فإنها تنهار وتشكل تفريغًا لحظيًا عالي التيار، مما ينتج عنه شرارات عالية الطاقة. إذا لم يتم قطعها بسرعة، فسيؤدي ذلك إلى فشل الطاقة وتلف قطعة العمل. الثانية هي تأثير الكاثود المجوف: عندما تحتوي قطع العمل على ثقوب أو شقوق، أو فجوات بين قطع العمل، أو انحناءات غير متساوية، تحدث حالة حرجة لتداخل تفريغ التوهج عند ضغوط غاز معينة. يتجلى هذا في سطوع تفريغ التوهج غير المتساوي عبر سطح قطعة العمل، مما يتوافق مع كثافة التيار السطحي غير المتساوية، مما يسبب توزيعًا غير متساوٍ لدرجة الحرارة. الثالثة هي العلاقة الترابطية بين كثافة التيار وضغط الغاز: يؤثر ضغط الغاز على سمك التوهج، والذي بدوره يؤثر على كثافة التيار - ينتج الضغط الأعلى توهجًا أرق، وهو مفيد لتوحيد درجة الحرارة؛ ومع ذلك، عندما يكون الضغط مرتفعًا بما يكفي لتغطية جميع أسطح الأخدود والثقوب بشكل موحد، سيتجاوز التيار بكثير الطاقة المطلوبة لعزل قطعة العمل.
يتميز مصدر الطاقة النبضي المجهز لهذا الجهاز بتردد خرج يبلغ 20,000 هرتز، وشكل موجة خرج مربع، وجهد خرج قابل للتعديل باستمرار من 0 إلى 900 فولت بدون قفزة مفاجئة فوق 200 فولت، ودورة تشغيل قابلة للتعديل باستمرار ضمن النطاق من 10٪ إلى 85٪، ومتوسط تيار خرج نبضي أقصى يبلغ 30 أمبير، ووقت إطفاء القوس لا يزيد عن 2 ميكرو ثانية.
تُعرّف دورة التشغيل على أنها نسبة وقت التشغيل إلى فترة النبضة. يساوي متوسط طاقة التسخين الجهد الذروي مضروبًا في التيار، ثم مضروبًا في دورة التشغيل. يؤدي إدخال دورة تشغيل قابلة للتعديل في مصدر الطاقة النبضي إلى حل التناقض بين متوسط طاقة التسخين والشروط الحدية المطلوبة لمعالجة قطعة العمل - جوهر هذا التناقض هو أنه لتلبية كثافة التيار المطلوبة لتغطية التوهج الموحد، قد تتجاوز طاقة التسخين الطاقة المطلوبة للحفاظ على درجة حرارة قطعة العمل، وتسمح تعديلات دورة التشغيل بفصل هذين الأمرين.
يتم تحقيق إطفاء القوس السريع عن طريق استخدام مبدأ الحث الكهرومغناطيسي في دائرة التفريغ للكشف السريع عن إشارة القوس (مع تأخير يكاد يكون معدومًا)، ثم التحكم فورًا في المفتاح الإلكتروني عالي السرعة لدائرة التيار الرئيسية من خلال أجهزة المنطق الرقمي عالية السرعة، وإطفاء القوس في غضون 2 ميكرو ثانية.
يؤدي تطبيق مصدر الطاقة النبضي أيضًا إلى تحقيق العديد من التأثيرات العملية: وقت الإيقاف المطلق للنبضة قصير نسبيًا، وبعد إيقاف تشغيل الطاقة، لا ينخفض تركيز الجسيمات المشحونة فورًا إلى الصفر ولكنه ينخفض ببطء. قبل أن ينخفض بشكل كبير، تصل النبضة التالية، مما يؤدي إلى تركيز أعلى لمتوسط الإلكترونات وزيادة معدل التأين؛ ويتم قمع تأثير الكاثود المجوف بفعالية؛ ولأن مصدر الطاقة النبضي يوسع نطاق تعديل معلمات عملية النتردة، مع إمكانية تعديل كل معلمة بشكل مستقل، يمكنه تحسين توحيد تغطية التوهج على قطع العمل ذات الأشكال السطحية المعقدة، وبالتالي تحسين جودة طبقة الاختراق ونعومة السطح.
يستخدم نظام التحكم وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة وشاشة تعمل باللمس كمركز تحكم رئيسي. وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة هي وحدة من سلسلة FX3G بسعة ذاكرة برنامج تبلغ 32 ألف خطوة، وسرعة معالجة تعليمات أساسية تبلغ 0.21 ميكرو ثانية، وواجهتي اتصال عالي السرعة (RS422 و USB). الشاشة التي تعمل باللمس هي شاشة TFT LCD مقاس 12 بوصة بدقة 1920 × 1080، تعمل باللمس المقاوم بأربع أسلاك، وتردد رئيسي يبلغ 1 جيجاهرتز، وبرنامج تكوين McgsPro مثبت مسبقًا.
يعتمد النظام بنية رقمية بالكامل تعتمد على الإدارة المركزية متعددة المهام والتحكم الموزع، قادرة على تحقيق التحكم المغلق لثلاثة معلمات رئيسية في النتردة الأيونية في وقت واحد: دقة التحكم في درجة الحرارة ± 1 درجة مئوية، ودقة التحكم في الضغط ± 1 باسكال، ودقة التحكم في التدفق ± 0.5٪.
يستخدم التحكم في درجة الحرارة وحدات تحكم رقمية يابانية من سلسلة Shimaden SRS13 مع تنظيم PID، لتشكيل نظام تحكم مغلق لدرجة الحرارة مع دائرة التحكم في درجة الحرارة والمزدوج الحراري. يستخدم التحكم في الضغط أيضًا وحدات تحكم رقمية من سلسلة Shimaden SRS13، لتشكيل نظام تحكم مغلق للضغط مع محول تردد ومستشعر ضغط. تم تكوين التحكم في التدفق باستخدام مقياس تدفق كتلي مخصص واحد للتحكم في تدفق الغاز.
مسار تنفيذ حلقة الضغط المغلقة هو كما يلي: يقيس مرسل الضغط ضغط الفرن ويخرج إشارة تيار قياسية إلى وحدة التحكم الرقمية. تقوم وحدة التحكم بإجراء حسابات PID بناءً على قيمة الضغط المحددة والقيم المسجلة في الوقت الفعلي، ثم تخرج إشارة تيار قياسية إلى محول التردد. عن طريق تعديل سرعة محرك مضخة التفريغ، يتم تعديل سرعة الضخ، وبالتالي الحفاظ على ضغط الفرن ثابتًا عند قيمة العملية المحددة. يحقق طريقة التحكم هذه دقة ± 1 باسكال، بينما يقلل الاستخدام المشترك لمضخة التفريغ ومحول التردد بشكل كبير من التآكل الميكانيكي لجسم المضخة أثناء بدء التشغيل، ويمكن أن يؤدي التشغيل طويل الأمد بسرعة منخفضة إلى إطالة العمر التشغيلي بشكل كبير.
يستخدم التحكم في التدفق مقاييس تدفق كتلي يابانية من سلسلة HORIBA S500، مع وقت استجابة أقل من 0.3 ± 2٪ ثانية من حالة الإغلاق الكامل إلى الوصول إلى نقطة الضبط عند بدء التحكم وعند تغيير نقطة الضبط أثناء التحكم. يغطي نطاق التحكم من 1 إلى 100٪ من المقياس الكامل، ويعمل من مصدر طاقة واحد عالمي DC24V، مع عزل دائرة الطاقة الداخلية عن دوائر الإدخال والإخراج.
يعتمد جسم الفرن على هيكل جرس عمودي، يتكون من جزأين: الجرس والقاعدة. يعتمد أسطوانة الجرس على هيكل مزدوج الجدار مبرد بالماء ونظام تبريد مياه متعدد القنوات لضمان توحيد درجة حرارة الفرن. تم تركيب ست طبقات من دروع الحرارة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ 310S داخل الأسطوانة، وطبقتين من دروع الحرارة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ في الجزء العلوي من قاعدة الفرن، مما يتيح التشغيل طويل الأمد في درجات حرارة عالية وتوفيرًا كبيرًا في الطاقة. تمت إضافة طبقة من قطن العزل المصنوع من سيليكات الألومنيوم بسماكة 20 مم داخل طبقة العزل بالقرب من جدار الفرن.
يتم دعم لوحة الكاثود على قاعدة الفرن بثلاث مجموعات من الميكا المصبوبة عالية الجودة، مع ارتفاع قابل للتعديل. لوحة الكاثود مصنوعة من لوح فولاذي مقاوم للصدأ 310S بسماكة لا تقل عن 30 مم؛ وإطار تثبيت صينية المواد الذي يتلامس مع قطعة العمل مصنوع أيضًا من الفولاذ المقاوم للصدأ 310S. تم تصميم جهاز توصيل الكاثود كتوصيل صلب لتجنب مشاكل السخونة الزائدة الناتجة عن وصلات سريعة غير محكمة.
يتم إدخال مزدوجين حراريين من لوحة قاع الفرن ووضعهما في منتصف لوحة الكاثود لمحاكاة رأس قياس درجة الحرارة. يُستخدم أحدهما للتحكم في درجة الحرارة بواسطة مصدر الطاقة النبضي للتسخين الأيوني، والآخر متصل بجهاز الإنذار للمراقبة متعددة الاتجاهات لدرجة الحرارة. يحتوي مركز القاعدة على منفذ استخلاص فراغ ومدخل كاثود، متصلين بشافطات، وأنبوب فولاذي مقاوم للصدأ سميك الجدار، ووصلات فولاذية مقاومة للصدأ، مع توفير إحكام بواسطة حلقات إحكام مطاطية فلورية مقاومة لدرجات الحرارة العالية.
يُستخدم نظام التفريغ للتهيئة المسبقة لجسم الفرن ولتبديل الجو وتفريغ غاز العادم أثناء عملية النتردة. تم تجهيز النظام بمضخة دوارة ذات ريش 2X15 كوحدة تفريغ. تتضمن مجموعة المضخة مضخة تفريغ كهرومغناطيسية مع صمام نفخ وصمام فراغ عالي. المضخة الدوارة ذات الريش هي وحدة من سلسلة Guangdong Xunda 2X، مقاومة لتآكل غاز العملية، ويتم التحكم فيها بواسطة محول تردد، ومجهزة بصمام فراغ عالي GI-50 كصمام تحكم رئيسي.
يقيس قياس التفريغ جهاز إرسال ضغط مطلق بسعة غشائية من النوع ZJ-1C. لا يتأثر مقياس التفريغ هذا بنوع وتركيب الوسط المقاس، مما يوفر قياسًا دقيقًا وموثوقًا، مع عرض القيمة المقاسة بواسطة جهاز عرض رقمي والمشاركة في التحكم في ضغط الفرن.
يُستخدم نظام توزيع الغاز للتحكم في إدخال غاز العملية إلى الفرن، ويتكون من مصدر غاز، ومقياس تدفق، وخطوط أنابيب مقابلة. يتم توفير غازات العملية (مثل الأمونيا) من قبل المستخدم، وتمر عبر مقياس تدفق كتلي ثم يتم إدخالها إلى جسم الفرن من خلال خزان خلط مخصص وفقًا لصيغة العملية. خطوط أنابيب الغاز مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ، مع تجهيز كل خط غاز بصمام تخفيض ضغط، وصمام إغلاق يدوي، وفلتر، ومقياس ضغط، وصمام لولبي.
يعتمد نظام مياه التبريد طريقة تبريد دورانية، ويتم توفير مصدر المياه من برج التبريد ومضخة المياه (مسؤولية المشتري). متطلبات مياه التبريد: درجة حرارة مياه الدخول لا تتجاوز 31 درجة مئوية، وضغط مياه الدخول من 0.15 إلى 0.25 ميجا باسكال، ومعدل تدفق إجمالي يبلغ 20 متر مكعب/ساعة. تم تجهيز كل فرع من فروع مياه التبريد بصمامات دخول وخروج منفصلة لضبط التدفق الفردي. جميع أنابيب مياه التبريد والصمامات والتجهيزات المرفقة بالمعدات مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ.
تم تركيب مقياس ضغط تلامس كهربائي على أنبوب الدخول الرئيسي للإنذارات في حالة وجود ضغط دخول غير طبيعي، وسيتخذ نظام التحكم إجراءات حماية مقابلة. تم تركيب صمام دخول مياه احتياطي في أنبوب مدخل المياه الرئيسي، متصل بأنبوب مياه الصنبور الخاص بالمستخدم - في حالة انقطاع التيار الكهربائي أو انقطاع المياه بشكل غير متوقع، يمكن تبريد جسم الفرن بمياه الصنبور.
يحتوي النظام على وظائف إنذار لارتفاع درجة الحرارة، وزيادة الضغط، وتلف المزدوج الحراري، ونقص المياه، وفقدان الطور، مع إنذارات صوتية ومرئية وإنذارات واجهة التحكم، واتخاذ إجراءات حماية مقابلة مثل منع التشغيل، ومنع التسخين، وقطع أو استئناف التسخين وفقًا لمشاكل محددة.
يمكن لنظام التحكم تحقيق التشخيص الذاتي لأعطال المعدات، وتوجيه المستخدمين لفحص وإصلاح نقاط الأعطال المقابلة. عند حدوث عطل، يقوم النظام تلقائيًا بإغلاق جميع الصمامات. يحتوي نظام التفريغ على وظائف بدء وإيقاف متسلسلة، ومجهز بآلية تشابك كاملة وتشابك متبادل، مع كون جميع الصمامات من نوع الإغلاق عند انقطاع التيار الكهربائي.
