概述：現(xiàn)代工業(yè)竟爭力正面臨工業(yè)結構轉型與升級，也必須做出正確的改變，品質是保持其生存必要條件，如今工業(yè)產品如何提高效能，是所有產業(yè)所必須面臨的課題。如今，設備的更新為的是品質達到一定的水準。當品質保證已經(jīng)不能再提高時，金屬材料的基礎工程更顯的重要，熱處理的基礎工作讓工業(yè)產品的品質未趨完善，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
關鍵詞：液氮深冷箱、AI程序調節(jié)器、AI無紙記錄儀
一、概述：
現(xiàn)代工業(yè)竟爭力正面臨工業(yè)結構轉型與升級，也必須做出正確的改變，品質是保持其生存必要條件，如今工業(yè)產品如何提高效能，是所有產業(yè)所必須面臨的課題。如今，設備的更新為的是品質達到一定的水準。當品質保證已經(jīng)不能再提高時，金屬材料的基礎工程更顯的重要，熱處理的基礎工作讓工業(yè)產品的品質未趨完善，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，方是保證品質的基礎工作。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，對材料進行程序化深冷處理(-196℃)和低溫回火，從而達到改善和強化金屬材料性能的目的。深冷處理是近年來G際上**新的一種改善和強化金屬材料性能的新工藝技術，是目前**有效、**經(jīng)濟的一種技術手段。
所謂深冷處理，即從室溫逐漸降溫**-196℃，然后從一196℃逐漸升溫**室溫的這一過程，采用**新的加熱技術、控溫技術和液氮分散技術，使程控升溫、恒溫、降溫各過程均勻穩(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變?yōu)轳R氏體，特別是過飽和的亞穩(wěn)定馬氏體在處理過程中會降低飽和度，析出彌散、尺寸僅為20-60μ，并與基體保持共格關系的超微細碳化物，可以使馬氏體晶格畸變減少，微觀應力降低，而細小彌散的碳化物在材料塑性變形時可以阻礙位錯運動，
②應用*域
程序溫度控制深冷箱主要是針對金屬材料的低溫處理、低溫回火和時效／應力釋放或樣品冷凍需要的不同降溫速率要求等而研制的。深冷處理改性技術對節(jié)省材料，提高工作效率，提高加工質量，降低成本具有十分明顯的效果，該技術的優(yōu)良特性可以和當今各種鍍膜技術、離子注入技術組合、即深冷處理+鍍膜(注入)技術，形成新的工藝技術，總之，深冷處理技術在十分廣泛的*域均可得到應用，如：
科研、教學、材料實驗和檢測部門的相關應用
硬質合金刀具、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；
精密機械零件尺寸穩(wěn)定性的提高；
機械制造中熱作模具、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深冷箱的結構
深冷處理箱，由冷藏柜和液氮貯槽構成，它是內層箱和外層箱兩層嵌套，上部設有開蓋的箱式結構，內層箱為冷處理箱，由液氮冷卻，外層箱是冷柜。該設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層箱和外層箱兩層嵌套，上部設有開蓋的箱式結構，所述內層箱為冷處理箱，箱體內側設有蛇形管換熱器，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，所述外層箱是一個冷柜，上設開蓋，下部和側面分別設有制冷壓縮機，液氮制冷罐。數(shù)字程序控制儀表及觸摸屏數(shù)字無紙記錄儀。
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)見下圖1。
 
三、溫度程序控制及自整定
1、自動控制功能：程序儀表溫度設定，AI-708P程序儀表，的程序編排是按統(tǒng)－采用溫度－時間－溫度格式，其定義是，從當前段設置溫度，經(jīng)過該段設置的時間到達下一溫度。溫度設置值的單位都是℃，而時間值的單位都是分鐘；
2、數(shù)據(jù)記錄：AI-2057無紙記錄儀全屏顯示溫度數(shù)據(jù)，采用CF卡1～4G存儲記錄空間；數(shù)據(jù)保存按先進先出的原則，轉存數(shù)據(jù)點立即保存；數(shù)據(jù)通過讀卡器在PC上直接打開，串口備份**計算機上，用Excel電子表格打開CSV格式的數(shù)據(jù)文件；無存儲功能時可作終端顯示操作屏使用，主機內存可記錄大約1小時的數(shù)據(jù)及報警參數(shù)，保存15條升降溫程序配方在中。采集的數(shù)據(jù)可通過CF卡在計算機上打印，也可在無紙記錄儀上用微型打印機來打印報表曲線。
3、程序設置：設置深冷箱控溫經(jīng)過為：25℃經(jīng)過80分鐘降到-180℃，-180℃保溫60分鐘后經(jīng)過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#分頁標題#e#
 

4、自整定的方法：程序控制深冷箱采用AI調節(jié)器結合PID調節(jié)、自學習及模糊控制技術，實現(xiàn)了自整定/自適應功能，及、無欠調的精確調節(jié)，性能遠優(yōu)于傳統(tǒng)PID調節(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部微處理器根據(jù)位式控制產生的震蕩，分析其周期、幅度及波形來自動計算出M5、P、T等控制參數(shù)。PID參數(shù)合適的PID參數(shù)。自適應是PID調節(jié)過程，通過判斷輸出和偏差的變化再對PID參數(shù)進行微調以作為自整定參數(shù)不準確的補充。有時候還需要人工干預微調改變PID參數(shù)。
4、系統(tǒng)監(jiān)測：在環(huán)境恒溫在25℃。在工作腔內用支架空間分布9個測溫點，溫度傳感器用Pt100；分別在深冷箱內溫度達-180℃和160℃并且保溫20分鐘待工作腔內溫度穩(wěn)定后開始測溫。其中測溫點的分布如上圖所示：圖2箱體內測溫點空間分布。
5、控溫結果與分析：深冷箱在-180℃**大溫差為0.97℃，**小溫差為0.21℃；在160℃時**大溫差為1.35℃，**小溫差為0.88℃；具體溫差帶如下圖3、4。
 
通過對分析數(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)給定值和實際輸出值構成控制偏差，將偏差按比例、積分和微分通過線性組合構成控制量，對被控對象進行控制。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象輸出值的差，為系統(tǒng)參考輸入(設定值)，y(t)為系統(tǒng)輸出〔被控量)e(t)=r(t)-A(t),r(t)，稱為偏差信號。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定溫度。從而保證了深冷箱的控溫精度。
6、控制參數(shù)指標：程序儀表可采用PID多段自動調節(jié)，實現(xiàn)定溫控制和降溫速率控制，所有參數(shù)可靈活設置，多達15種工藝曲線，每段溫區(qū)可自行設定，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，通過屏上觸摸設置參數(shù)，顯示工作狀態(tài)，實時溫度曲線。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
保溫時間：任意設置
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：深冷箱結構采用內腔、外殼分離，中間用硬質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稱。硬質聚氨酯泡沫塑料的熱導率為，硬質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，吸濕對熱導率的影響也很小。正是這種保溫材料有效地阻止了深冷箱對外的熱交換，使工作腔均勻保溫。
同時深冷箱采用多元噴射，并配有渦流分風機攪拌單元。這種結構保證了當液氮進入工作腔時呈發(fā)散狀，再經(jīng)過渦流風機攪拌單元使剩余的湍流氣、液相氮均勻的進入工作腔，為工作腔提供均勻穩(wěn)定的冷源。
四、人機界面無紙記錄儀操作控制應用：
在人機界面實時監(jiān)控多臺SZDJLSLX-4186型超低溫深冷箱，在觸摸屏流程圖上實時監(jiān)控運行狀態(tài)，群控低溫深冷箱，用開關量輸入模塊AI-3011D5M模塊來實現(xiàn)低溫深冷箱運行狀態(tài)的反應。
①實時程序監(jiān)控6個數(shù)據(jù)，運行狀態(tài)與數(shù)據(jù)同時顯示，動畫編輯安裝通訊地址來安排連接。圖6
 
 
②觸摸屏參數(shù)設置、升降溫程序配方曲線保存上傳、下載：
對于518P、708P、808P程序參數(shù)設置，點擊【A】框，進入【手/自動、編程設置控制平臺】；圖5所示的編程界面：出現(xiàn)【通道一程序編排設置】；程序編排平臺用組別配方來設置程序段【C01】和【T01】表示，以【組1】為例：點擊選中【組1】點擊組名【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）；點擊組名T01下的時間段寫入實際時間值分鐘如15分鐘寫入【15】；設置好程序配方選中配方組如：【組1】在菜單條中點擊【查看】可看到已編排的曲線圖形；點擊【返回】；選中編輯好的配方組【組1】點擊【下載】操作，已編排的程序就下傳給程序儀表；即時可操作【運行】【停止】【暫停】【手動】【自動】【返回】。采用【上傳驗證】儀表中的程序曲線來檢驗程序是否下傳，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，采樣時間默認為6秒，用戶可以設定的范圍是：6秒~3600秒；內存轉CF卡存儲間隔默認為60分鐘，用戶可以設定的范圍是：60分~300分；轉存數(shù)據(jù)按每小時為單位1個數(shù)據(jù)包；數(shù)據(jù)保存按先進先出的原則；#p#分頁標題#e#
觸摸屏的外插CF卡來保存數(shù)據(jù)；【強烈建議斷電后拔插CF卡】！標配1G的電子硬盤。
可擴展CF卡1～4G存儲記錄空間；數(shù)據(jù)可通過微型打印機打印數(shù)據(jù)報表、曲線；或通過CF卡存儲數(shù)據(jù)用讀卡器在PC上用圖形軟件直接打開；也可通過串行COM2口備份Excel電子表格數(shù)據(jù)**上位計算機。CF卡內：【AL】數(shù)據(jù)包是報警報表；【DL】數(shù)據(jù)包是數(shù)據(jù)報表；按年/月/日/小時來保存數(shù)據(jù)源文件。
④多曲線觀察深冷箱運行情況：在觸摸屏上用多曲線的形式來直觀的顯示CF卡記錄中的數(shù)據(jù)，顯示該時間段內相關通道間被測量的變化關系。按通道順序排列1、2、3、4固定組合在一起的通道組合，對于需要比較關鍵參數(shù)通道可將儀表地址編排在同一組顯示趨勢曲線，這樣就更好的進行比較分析工藝參數(shù)的對象變化。點擊【數(shù)據(jù)框】返回【實時畫面】通道。點擊【S】可選擇啟用單條或4條曲線顯示趨勢變化；查詢歷史數(shù)據(jù)設置起始時間及時間跨度；設置數(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。歷史畫面的功能畫面右下角點擊【S】查詢，觸摸屏顯示是當前的起始時間，改倒退起始時間：年/月/日/時/分/秒；修改時間跨度：時/分/秒設置；點擊【確認】按鈕，系統(tǒng)即刻顯示歷史曲線、數(shù)據(jù)報表；報警報表。
⑤計算機圖形軟件使用：專為無紙記錄儀開發(fā)的，一個可在個人計算機上運行的工具軟件，其作用是用來將HMI屏上加密記錄在CF卡上的數(shù)據(jù)集中管理，便于用戶查詢數(shù)據(jù)報表，查看歷史曲線，并可以對其進行打印的功能。點擊【查看報表】按鈕，可以顯示打開的記錄數(shù)據(jù)與報警記錄的文件或是用戶從CF卡里查詢到的數(shù)據(jù)，以報表的形式顯示出來。如下圖8：
⑥數(shù)據(jù)微型打印機打印：
1、歷史曲線可同時打印4條：有2種方式：在屏的歷史曲線畫面才能實現(xiàn)打印曲線功能！
左上角的藍色“Print”：打印屏上所顯示的曲線內容；1條或選4條同時打印；
左上角的紅色“Print”：打印設置中所查詢到的曲線內容；1條或選4條同時打印；
右下角的“S”設置，有關打印機紙張寬度的設置，如果您的打印機的紙張?zhí)珜捇蛱梢酝ㄟ^設置“打印紙張寬度比例”這個值來調整，他的范圍是“0%~500%”
2、歷史數(shù)據(jù)可同時打印5個數(shù)據(jù)：有2種方式：在屏的歷史數(shù)據(jù)畫面才能實現(xiàn)打印數(shù)據(jù)功能！
(1)左上角的藍色“Print”：手動打印屏上所查詢到的報表內容；每行5個數(shù)據(jù)；
(2)右上角的紅色“Print”：手動打印當前剛剛采集到的報表內容；每行5個數(shù)據(jù)；
(3)右下角的“S”設置，有關打印報表的設置，
a.如果您想自動打印采集到的報表，可以啟用“選擇是否自動打印”的功能。
b.“自動打印時間間隔“的設定，是設置多長時間后，打印機開始自動打印。如果此值設為0，則自動的實時打印報表。
c.打印紙寬57mm每次打印5列1行數(shù)據(jù)，每行5個數(shù)據(jù)；大于5列數(shù)據(jù)換行打印；您可以通過設置“打印起始列和打印終止列”來設置您所要打印的那幾個連續(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)報表采樣時間【6】秒（可設置）。
查詢打印可打3000行數(shù)據(jù)；3000×6秒＝18000秒÷3600秒＝5小時；
深冷箱配備了程序控溫儀，無紙記錄儀實現(xiàn)了自動控制。宇電AI程序儀表對深冷箱溫度均勻控制大到了預定的目標：低溫段控溫均勻度值&lt;1℃；②高溫段控溫均勻度<2℃。這個性能指標完全避免了工件批處理時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小型深冷設備技術推向了一個新的高峰。