一种基于平推流反应动力模型的等温化学气相渗透plc-ipc控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种基于平推流反应动力模型的等温化学气相渗透（ICVI）的可编程控制器（PLC）-工控机（IPC）控制系统，包括工控机IPC、与工控机IPC进行通讯的PLC控制器、真空隔膜泵、加热单元、质量流量阀,以及流量、压力和温度传感器和I/O接口,工控机IPC包括人机界面（HMI）、有效滞留时间计算单元和流量计算单元；PLC控制器包括三个控制回路，为压力控制回路、温度控制回路和流量控制回路。本实用新型基于工控机IPC和PLC控制器的优势，对原有的控制系统进行了全面的改造，将现有的详细反应机理应用到气相渗透炉的工艺参数控制和优化中，通过平推流的动力学模型对有效滞留时间这一中间测量量进行实时的计算，达到对其有效的控制。
【专利说明】一种基于平推流反应动力模型的等温化学气相渗透PLC-1PC控制系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种含有平推流反应动力模型内核的控制系统，用于实现采用等温化学气相渗透反应炉制备复合材料的过程中对压力、温度以及滞留时间的有效控制。
【背景技术】
[0002]等温/等压化学气相渗透工艺(Isothermal/IsobaricChemical VaporInfiltration, ICVI)是制备高性能纤维增强碳基和陶瓷基复合材料最为重要、应用最为广泛的技术手段。以碳/碳复合材料制造过程为例，其基本过程如下:一种或多种气态前驱体在适当的压力条件下，经过预热区达到预期的温度；在等温区段内发生热解和沉积过程，在预制体的表面和孔隙内生成不同的热解碳组分；残留气体最终经过冷却区后离开气相渗透炉。由于生成的热解碳性质是由气相反应和表面沉积过程共同决定的，因此气相渗透过程的工艺参数控制尤为重要。在1969年Bokros[l]就清晰地阐明了影响热解炭沉积的主要参数:前驱体气体种类、热解反应温度和压力、气体在反应器中的停留时间和反应器结构几何关系。而Feron[2]和Huettinger等[3]也在研究中也强调了滞留时间是一个重要参数，他们的结果表明在定压情况下，随着气体滞留时间的延长，热解炭的显微结构出现光滑层(SL)->粗糙层(GL)->光滑层(SL)的变化趋势。当前对等温ICVI工艺体系而言，若采用压力和温度传感器，那么这两个可直接测量的工艺参数通常可达到精确地控制。而滞留时间是指气体(包括前驱气体和稀释气体)从完全充满到完全排出预制体所在的等温区可自由流动空间所用的时间，即有效滞留时间。该空间就是指图1中样品周围的圆筒状环隙空间。
[0003]理想条件下滞留时间的计算公式如下:
【权利要求】
1.一种基于平推流反应动力模型的等温化学气相渗透PLC-1PC控制系统，包括工控机IPC、与工控机IPC进行通讯的PLC控制器、真空隔膜泵、加热单元、流量阀，以及流量、压力和温度传感器和I/o接口，其特征在于:工控机IPC包括HM1、有效滞留时间计算单元和流量计算单元，该PLC控制器分别包括控制三个控制回路，为压力控制回路、温度控制回路和流量控制回路，该压力控制回路为气体依次经过第一进气阀、压力传感器、压力控制器、真空隔膜泵、ICVI反应器再回到该第一进气阀而构成，该温度控制回路为气体依次经过第二进气阀、温度传感器、温度控制器、加热单元、ICVI反应器再回到第二进气阀而构成，该流量控制回路为气体依次经过流量传感器、第三进气阀、流量控制器、流量阀、ICVI反应器再回到第三进气阀所构成；工控机IPC按照用户对有效滞留时间的设定值，给出质量流量的期望值，并发送给流量控制器。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于:所述有效滞留时间计算单元是一个运行在IPC上的XAE工程的TcCOM组件。
3.根据权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于:所述的流量计算单元是另一个TcCOM组件，它采用MATLAB的查表模块。
4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于:所述的压力、温度和流量控制回路集中在一个PLC控制器上完成。
5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于:所述工控机IPC与PLC控制器之间采用TCP/IP或RS232通讯方式。
6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于:所述I/O接口通过EtherCAT总线与主CPU进行通讯。
【文档编号】G05B19/04GK203561850SQ201320782111
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2013年11月27日
【发明者】张丹, 李爱军, 白瑞成, 戚景赞, 张家宝, 任慕苏, 孙晋良 申请人:上海大学, 李爱军