【海外實例-北京 #2】PLC控制整合真空設備系統控制技術支援
隆忠海外工程技術支援真空系統控制整合案件,前情提要:【海外實例-北京 #1】真空系統整合控制工程
隆忠為客戶提供解決辦法
隆忠為業主規劃用PLC控制整合真空設備真空度、真空計、真空泵、真空閥、溫度、真空壓力感測等,考量種類繁多元件的真空性能機械傳動、封合密封品質、電源訊號引入及系統間連接正確設計,用PLC邏輯程式去做到低溫泵的自動再生程序,系統自動監測低溫泵內資訊及運作時間判斷進入自動再生程序,確保整體真空設備系統真空度可以維持在超高真空。
真空設備工件大小種類眾多、抽真空技術複雜,此案要求真空系統真空度必須是達到1×10−8Pa以下環境。要達到超高真空環境需要不同種類、特性之真空泵互相協作抽氣/排氣,隆忠針對業主要求控制腔體內溫度與壓力變化系統程序反應,設計PLC自動控制達到自動化技術的管控,以避免造成真空設備損害。
隆忠設計模擬真空環境流程為:利用螺杆泵抽成真空、真空計量測壓力值達到後將真空閥啟動開閉、控制壓力達到平衡時,搭配分子泵抽成高真空環境。若是要模擬超高真空環境時則需要再搭配低溫泵來協作。透過PLC邏輯整合控制真空設備操作系統,按照業主於不同實驗階段需要不同真空度的抽氣系統控制要求下,循序漸進的真空、高真空、超高真空切換各個真空泵或真空閥切換真空度過程,依然能夠保持有條不紊順暢的自動化運行系統。
接著就來講講整體PLC控制真空系統案件的操作過程!
隆忠工程師規劃透過西門子PLC S7-1500邏輯程式控制低溫泵的介面,原本考慮以目前主要的序列通訊介面:RS-232 的通信方法去連結控制,但由於是比較早期的通訊介面標準,在連結控制上有些不足的地方。除了傳輸速率較低、抗干擾能也比較差之外,RS-232傳輸限制只有15公尺的距離,除了不利於現場施工環境的位置,點對點的通訊方式也較為不合適。
後來將RS-232用設備連網伺服器轉成乙太網路的方式連接西門子S7-1500 PLC程式,再透過網路與低溫泵通訊就能完美解決問題。該真空系統的控制系統由PLC程式設計編程後組成,可自動依據業主測試環境要求進行真空度的調整。此案件業主所需要監控的資料較多且複雜,隆忠的工程師們用PLC整合真空設備系統控制,將4台螢幕資訊整合於一台主機,讓業主方便掌握數據全貌且一目了然。
真空抽取設備介紹

通常會運用真空泵來抽真空,這個案子使用其中之一的真空泵是:
分子泵
分子泵是利用高速旋轉的轉子把動量傳輸給氣體分子,使之獲得定向速度,再運用前級抽取被壓縮、被驅向排氣口的空氣,達成真空環境。

螺杆泵
乾式螺杆泵適用於與中低真空有關的應用,在其中需要無機油的真空區域,通過內部壓縮保護軸承和密封件,達成高真空環境。

低溫泵
低溫泵是利用低溫表面冷凝氣體的真空泵,又稱為 冷凝泵。低溫泵以吸附的方式,可以獲得抽氣速率最大、極限壓力最低的清潔真空,以達超高真空環境。在此環境中,所有物質都會變成靜止的離子狀態(離子化像是結冰 )
之前有提過低溫泵的運作原理,是透過吸附粒子的方式以獲得真空環境,因此等到低溫泵吸附粒子的極限已達之後,需要將它做再生還原的動作。
低溫泵的再生是使泵內吸附凝結所貯存的氣體解析和脫附的過程,再生的方式有多種,其所需時間和再生效果也有所不同。從原理上講,低溫泵捕集的氣體可以以固態、氣態或液態方式除去,由於以固態方式除去冷凝物存在著一定的技術難度,所以目前大多低溫泵所採用的都是用氣態或液態這兩種再生方式。
低溫泵再生方式
根據加熱方式的不同,再生方式一般分為:自然加熱再生、氣體沖洗再生、電加熱再生三種類型。
● 自然加熱再生:是最簡單的低溫泵再生方法,是利用泵壁與周圍空氣的熱交換來使泵升溫的,在剛開始再生時,由於泵內真空度較高,因此主要是依靠泵壁的熱輻射和泵內的熱傳導使冷板逐漸升溫。這個升溫過程相當緩慢,自然加熱再生一般只用於一些對泵性能要求不高的場合。
● 氣體沖洗再生:是很普遍應用的一種方法,利用衝入泵內的室溫或加熱的干燥的惰性氣體(氮N2 或 氬Ar)對泵進行加熱,有恆壓法和脈沖沖洗法兩種形式。因為能夠進行有效的對流熱交換,所以可以縮短再生時間,且氣體沖洗有利於水蒸氣從活性炭中脫附出來,提高了低溫泵的再生質量,另外還能稀釋泵內貯存的有毒和爆炸性的氣體。
● 電加熱再生:是一種經濟的再生方法,目前有兩種不同的加熱方式,一種是利用加熱帶裹在泵壁外表進行加熱,另一種是利用泵內冷頭上的加熱板進行加熱。由於低溫泵中的部分元件不能承受高溫,因而需要對加熱過程進行控制。
( 低溫泵再生資料來源:真空技術網 )
隆忠此案規畫主要是運用液態氮為低溫泵做再生,並且將再生所需的操作及數據資料透過PLC整合SCADA,強大的西門子S7-1500 PLC整合控制真空系統,可將全面提升為自動化。
此次北京公家研究單位的案件就在這邊告一段落。
從一開始隆忠工程人員頻繁的台陸往返、沒見面時也積極與業主進行多次跨海通話討論,為的就是確保雙方對此真空系統控制技術案件的方向有達成共識。雖然當地氣候及種種因素皆不斷提升此PLC整合真空設備系統控制工程的難度,不過這也是考驗隆忠危機處理能力的好機會。
俗話說真金不怕火煉,我們隆忠靠著多年以來的自動控制經驗,一路披荊斬棘的將沒有接觸過的PLC邏輯控制真空設備系統案件完成,達成此回初次合作業主的海外工程技術支援成功!最主要還是要感謝客戶的信任與支持,也感謝雙方團隊的配合與鼓勵,得以替隆忠寫下了這項新的里程碑。
To Be Continued⋯⋯
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