本站原创摘 要：该设计采用高温高效过滤器,对进入柜体的热空气进行充分有效的净化,使烘柜腔内的净化级别达到百级,采用基于PLC控制系统使烘柜在0℃～300℃之间恒温,并温度可调.
关 键 词：恒温洁净；烘柜；烘箱；高效过滤器
中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：1009-2374（2013）18-0007-02
在电子及半导体行业,特气零件应用非常广泛.基于工作环境的特殊性,其对洁净度要求非常高,而在零件焊接和部分组件装配过程中,不可避免地会沾染空气中的颗粒物,吸附在管壁或有拐角的地方,用普通的吹扫方式,效果不佳.这就需要对零件进行深度清洗,然而附着在零件表面的水却难以去除.用烘烤的方法可行,但市售的普通烘箱,无法满足其对洁净度的要求.而本设计可以很好地解决以上问题.
1设备整体方案设计
1.1设备预实现的功能及技术指标
（1）该洁净恒温烘柜是由4kW电阻丝加热,控制温度范围为25℃～300℃之间,可调.
（2）可预调节恒温柜温度,干燥过程可实现任意温度恒温控制,温度误差控制在≤2℃以内.
（3）预制时要显示设置温度,恒温时显示实时温度,显示温度精确到0.1℃.
（4）温度超出设定温度3℃时发出警告声音.
（5）柜内洁净度要求能达到百级标准.
（6）升温、降温过程实现可视化操作的人机界面.
1.2设备结构的组成
（1）机械单元：高效过滤器、风机、加热系统、真空挡板阀、真空泵.
（2）电气单元：铠装热电偶、温控器、报警装置、控制总线、驱动器、电阻丝、电磁阀.
（3）控制单元：触摸屏、PLC主机.
1.3设备工作原理
（1）洁净原理：开启真空泵,抽走浮尘,并用纯氮破空；在风机的作用下,将热空气从烘柜一侧通过高温高效过滤器送入柜内,经另一侧排除,经20～30分钟运行后,柜内洁净度可达百级（即含粒径≤0.3um的微粒≤3.5粒/L）.
（2）除湿原理：在高温下液态水蒸发为气态,快速流动的空气带走水蒸气,从而达到去水的效果.
（3）控制系统原理：恒温柜用电热丝来完成对其内部进行加热,因该设备在正常工作时温度较高,且对温度控制精度相对要求高,所以使用精度较高且耐高温的铠装热电偶作为测量温度器件较为合适.恒温烘柜的电源采用三线制单相220V交流电,加热丝的输出功率通过可控硅进行调节.温控系统启动后,PLC将由热电偶采集来的温度测量值与初始设定值进行PID运算,然后输出信号给可控硅,对加热丝的功率进行控制,从而将温度保持在设定值.PLC在进行运算的同时会做出相应的判断,来决定是否输出报警信号等.该温控系统主要由人机界面、主机、温控三部分组成.图1为PLC洁净恒温烘柜温度控制系统图.
2工艺过程
图2为洁净恒温烘柜整体结构示意图,该控制系统采用高温快速气流可以加速液态水蒸发的原理,对放置其中的已完成清洗的零件进行烘干处理.烘烤前,开启真空泵,对柜腔进行抽空,去除浮尘,关闭阀门,并用纯氮进行破空.然后通过人机界面调出存储在内存中的工艺配方,并根据情况选用相应的配方,做好烘干前的准备工作.开始烘干作业后,流程如下：
（1）启动风机,让气流流经烘柜各层.
（2）通过人机界面点击启动按钮,PLC按照既定的参数开始工作.
（3）烘干作业结束后,PLC控制加热丝停止加热.
（4）待烘柜内温度恢复常温,相关控制系统停止风机工作.
3系统硬件设计
3.1控制过程及控制系统组成
控制过程：烘柜开始工作后,实时温度值由热电偶进行采集,并通过模拟量扩展模块传送给PLC,目标温度由人机界面输入CPU,主控单元通过将实测值与设定值进行PID运算,得出相应控制量.该结果由相应模块输出到可控硅（SCR）,再由可控硅控制加热丝进行加热.
该控制系统主要由主控单元、监控单元、温度检测与执行机构四大部分组成.其中,主控单元包括S7-1200系列PLC和模拟量扩展模块；监控单元为TP700触摸显示屏；温度检测单元主要由铠装热电偶来实时完成；执行机构包括可控硅（SCR）单项调压模块和加热丝.
3.2硬件的选型
高温高效过滤器的优点：
（1）性能卓越的过滤介质.
（2）可供选择的过滤介质种类繁多.
（3）持久的过滤能力.
（4）使用简单、维护方便,过滤精度高.
（5）耐高温效果明显.
S7-1200系列小型PLC适用于各种自动化控制系统,该型具有成本低廉、结构紧凑、功能强大的指令集.从而使S7-1200系列PLC成为各种小型自动化控制任务的理想选择.同时,西门子S7-1200系列产品具有基于Windows及多元化的编程工具,能够出色地完成各种小型自动化控制任务.
西门子公司的TP700智能型触摸屏具有突出的优点：
（1）超高的性价比.
（2）前面板经过防水防尘化处理,应用环境范围较为广泛.
（3）Tags界面以及动态化的用户图形.
（4）出色的人机界面设计软件工具.
（5）能够与目前市场上主流的各种小型PLC进行通讯.
（6）具有串行并行通信接口等优点.
铠装热电偶的优点：
（1）由于直接接触被测物体,测量较准确.
（2）测量范围较宽,可供挑选使用的型号多.
（3）与屏蔽线配合使用,抗干扰能力强,耐高温.为了方便操作和使用,我们将烘柜温度控制系统安装在烘柜的外壁上,基于有限空间,我们优先考虑选用体积较小但功能强大的控制类型.另外,温度控制单元安放在工作现场,这就要求其抗干扰以及防水防尘等功能务必非常突出.最后,还要考虑硬件选配的使用成本等问题.综上所述,以下选型较为合适：主控制器选用S7-1200系列PLC,CPU型号为6ES7214-1BE30-OXBO；模拟量扩展模块选用两块4I/2Q可满足使用要求；人机界面选用西门子公司生产的触摸屏,型号为TP700；PLC与触摸屏的通讯可直接采用PPI电缆作为传递信号的媒介；温度传感器采用铠装热电偶.
4软件系统设计
本控制系统主控制器的编程软件采用TIAPortalstep7V11,并使用LAD作为编程语言.
该控制系统采用传统的PID控制模式,其由PID控制器和控制对象组成,PID根据给定值r（t）与实际输出值c（t）构成控制偏差e（t）等于r（t）-c（t）,将偏差的比例（P）、积分（I）、微分（D）通过线性组合构成控制量.
西门子TP700智能触摸屏的编程软件采用TIAPortalsimaticwincc,版本为TIAPortalsimaticwinccV11,该软件是基于Windows的软件,广泛支持Windows系列版本.具有完整的工程项目管理环境,面向图形和动态Tags编辑.
5结语
该控制系统准确、稳定地实现了恒温洁净烘柜工作过程中各个参数实时有效的控制,使用功能强大但体积较小的西门子S7-1200系列PLC和西门子系列智能触摸屏构成的烘柜温控系统,达到了准确、快速、经济、可靠的控制目的.该设备可广泛应用于电子及半导体等对零件洁净度要求较高的行业.