一种气氛控制系统、方法及远程监控系统

本发明涉及防腐领域，具体涉及一种气氛控制系统、方法及远程监控系统。

背景技术：

众所周知，金属材料会发生腐蚀，在不同的自然环境下腐蚀的速度不同。例如在海洋环境下钢铁材料腐蚀速度非常快。据统计各国每年因为金属材料腐蚀，造成的经济损失约占gdp的4％。可见金属材料防腐蚀技术可产生巨大经济效益。气体多元共渗防腐技术是将待处理的工件放在特定的密闭设备中加热到一定温度，然后通入氨气及含其它元素的气体。其它元素是采用液体渗剂，通过气氛发生装置变成气体后进入炉体(根据不同零件的性能要求，确定加热温度与通入物质的种类)。气体多元共渗突出特点是对环境无任何污染。在处理温度下氨气分解出n原子，液体渗剂产生的气体物质分解产生多种活性原子渗入工件的表面。在工件表面形成一层含多种元素的金属间化合物渗层。渗层与基体融合在一起，不可能发生渗层脱落等现象。可以通过调整物质中元素种类、含量及复合处理调整化合物层的成分与结构，从而满足不同性能的要求。因此，如何进行有效的气氛控制将决定防腐的效果好坏。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种气氛控制系统、方法及远程监控系统可以对待处理工件进行有效防腐。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种气氛控制系统，其包括气体多元共渗炉，与气体多元共渗炉相连接的氨气供应装置，与气体多元共渗炉相连接的渗剂装置，以及分别与渗剂装置和氨气供应装置相连接的控制终端；渗剂装置包括渗剂罐、渗剂存储部件、加热部件和空气配给部件；

控制终端，包括设置在空气配给部件与渗剂罐之间的气体质量流量控制阀、与加热部件相连接的温度控制器、设置在气体多元共渗炉与氨气供应装置之间的第四阀门；第四阀门与氨气流量控制器相连接，气体质量流量控制阀与空气流量控制器相连接；氨气流量控制器、空气流量控制器和温度控制器分别与工业控制机相连接，工业控制机与显示器相连接；工业控制机，包括氨气流量控制模块、空气流量控制模块和温度控制模块；

氨气流量控制模块，与氨气流量控制器相连接，用于设置与调整氨气流量；

空气流量控制模块，与空气流量控制器相连接，用于设置与调整空气流量；

温度控制模块，与温度控制器相连接，用于设置与调整渗剂罐内的温度。

进一步地，气体多元共渗炉内设置有用于摆放待处理工件的料架，气体多元共渗炉内还设置有第一加热器和风扇，气体多元共渗炉上还设置有排气管；风扇与设置在气体多元共渗炉外的电机相连接。

进一步地，氨气供应装置包括氨气瓶，氨气瓶通过第一进气管连接气体多元共渗炉；第一进气管上依次设置有第三阀门、流量传感器、第四阀门和第一阀门；流量传感器和第四阀门分别连接氨气流量控制器。

进一步地，渗剂存储部件包括存储罐，存储罐通过水泵与渗剂罐相连接；渗剂罐内设置有浮子开关，浮子开关的输出线与继电器的控制线圈的火线串联，继电器的端子连线与水泵的火线串联。

进一步地，加热部件包括设置在渗剂罐内的第二加热器和电热阻，第二加热器与固态继电器相连，固态继电器和电热阻分别与温度控制器相连。

进一步地，空气配给部件包括空压机，连接空压机与渗剂罐的管道上依次设置有压力表和第五阀门；气体质量流量控制阀设置在第五阀门与渗剂罐之间。

进一步地，渗剂罐通过第二进气管与气体多元共渗炉相连；第二进气管上设置有第二阀门。

提供一种气氛控制方法，其包括以下步骤：

s1、设定气体多元共渗炉内的反应温度、气体多元共渗炉内的保温时间、进入气体多元共渗炉的流量、氨气流量和渗剂温度，并根据进入气体多元共渗炉的流量和渗剂温度设定空气流量；

s2、启动水泵向渗剂罐内添加渗剂，通过浮子开关和继电器实时监控渗剂罐内的液面高度；

s3、启动第二加热器对渗剂罐内的渗剂进行加热，使渗剂温度达到预设值，同时通过电热阻实时获取渗剂的温度并通过温度控制器实时控制第二加热器的加热进度；

s4、调节第五阀门控制空压机提供的气体压力，同时通过气体质量流量控制阀与空气流量控制器实时控制空气流量；

s5、打开第二阀门将渗剂罐内的气体送入气体多元共渗炉；打开第一阀门和第三阀门连通氨气瓶和气体多元共渗炉，通过流量传感器实时获取氨气流量，并通过第四阀门和氨气流量控制器实时控制氨气流量；

s6、启动电机带动风扇混合氨气和来自渗剂罐的气体；启动第一加热器将气体多元共渗炉内的温度加热至设定温度，维持气体多元共渗炉内的温度直至保温时间结束；

s7、判断是否继续进行气氛控制，若是则返回步骤s1，否则关闭第五阀门、固态继电器、水泵、第二阀门、第一阀门、第四阀门和第三阀门，完成气氛控制。

进一步地，步骤s1中根据进入气体多元共渗炉的流量和渗剂温度设定空气流量的方法为：

根据公式：

设定空气流量k；其中w为进入气体多元共渗炉的流量；t为渗剂温度。

提供一种远程监控系统，其包括与工业控制机相连的移动终端，移动终端用于通过工业控制机实时获取空气流量控制器的工作数据、温度控制器的工作数据和氨气流量控制器的工作数据，设定气体多元共渗炉内的反应温度、气体多元共渗炉内的保温时间、进入气体多元共渗炉的流量、氨气流量、空气流量和渗剂温度。

本发明的有益效果为：本发明提供的气氛控制系统、方法及远程监控系统可以实现对工件进行无污染环境的防腐处理，代替目前一些有污染的防腐蚀技术(如电镀、热镀锌等)，只需要设置工作参数即可实现全自动工作，并对工作过程形成的参数进行记录，同时还可以实时调整参数，提高防腐效果。

附图说明

图1为本气氛控制装置的结构示意图；

图2为远程监控系统在厂区部署的示例图；

图3为平板电脑录入数据时的界面示意图；

图4和图5为移动终端的界面示意图。

其中：1、气体多元共渗炉；2、料架；3、待处理工件；4、第一加热器；5、风扇；6、排气管；7、第一进气管；8、第一阀门；9、第二进气管；10、第二阀门；11、氨气瓶；12、第三阀门；13、流量传感器；14、第四阀门；15、氨气流量控制器；16、空压机；17、压力表；18、第五阀门；19、气体质量流量控制阀；20、空气流量控制器；21、渗剂罐；22、第二加热器；23、浮子开关；24、继电器；25、水泵；26、存储罐；27、电热阻；28、固态继电器；29、温度控制器；30、显示器；31、工业控制机；32、电机。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，该气氛控制系统包括气体多元共渗炉1，与气体多元共渗炉1相连接的氨气供应装置，与气体多元共渗炉1相连接的渗剂装置，以及分别与渗剂装置和氨气供应装置相连接的控制终端；渗剂装置包括渗剂罐21、渗剂存储部件、加热部件和空气配给部件；

控制终端，包括设置在空气配给部件与渗剂罐21之间的气体质量流量控制阀19、与加热部件相连接的温度控制器29、设置在气体多元共渗炉1与氨气供应装置之间的第四阀门14；第四阀门14与氨气流量控制器15相连接，气体质量流量控制阀19与空气流量控制器20相连接；氨气流量控制器15、空气流量控制器20和温度控制器29分别与工业控制机31相连接，工业控制机31与显示器30相连接；工业控制机31，包括氨气流量控制模块、空气流量控制模块和温度控制模块；

氨气流量控制模块，与氨气流量控制器15相连接，用于设置与调整氨气流量；

空气流量控制模块，与空气流量控制器20相连接，用于设置与调整空气流量；

温度控制模块，与温度控制器29相连接，用于设置与调整渗剂罐21内的温度。

气体多元共渗炉1内设置有用于摆放待处理工件3的料架2，气体多元共渗炉1内还设置有第一加热器4和风扇5，气体多元共渗炉1上还设置有排气管6；风扇5与设置在气体多元共渗炉1外的电机32相连接。

氨气供应装置包括氨气瓶11，氨气瓶11通过第一进气管7连接气体多元共渗炉1；第一进气管7上依次设置有第三阀门12、流量传感器13、第四阀门14和第一阀门8；流量传感器13和第四阀门14分别连接氨气流量控制器15。

渗剂存储部件包括存储罐26，存储罐26通过水泵25与渗剂罐21相连接；渗剂罐21内设置有浮子开关23，浮子开关23的输出线与继电器24的控制线圈的火线串联，继电器24的端子连线与水泵25的火线串联。

加热部件包括设置在渗剂罐21内的第二加热器22和电热阻27，第二加热器22与固态继电器28相连，固态继电器28和电热阻27分别与温度控制器29相连。

空气配给部件包括空压机16，连接空压机16与渗剂罐21的管道上依次设置有压力表17和第五阀门18；气体质量流量控制阀19设置在第五阀门18与渗剂罐21之间。

渗剂罐21通过第二进气管9与气体多元共渗炉1相连；第二进气管9上设置有第二阀门10。

该气氛控制方法包括以下步骤：

s1、设定气体多元共渗炉1内的反应温度、气体多元共渗炉1内的保温时间、进入气体多元共渗炉1的流量、氨气流量和渗剂温度，并根据进入气体多元共渗炉1的流量和渗剂温度设定空气流量；

s2、启动水泵25向渗剂罐21内添加渗剂，通过浮子开关23和继电器24实时监控渗剂罐21内的液面高度；

s3、启动第二加热器22对渗剂罐21内的渗剂进行加热，使渗剂温度达到预设值，同时通过电热阻27实时获取渗剂的温度并通过温度控制器29实时控制第二加热器22的加热进度；

s4、调节第五阀门18控制空压机16提供的气体压力，同时通过气体质量流量控制阀19与空气流量控制器20实时控制空气流量；

s5、打开第二阀门10将渗剂罐21内的气体送入气体多元共渗炉1；打开第一阀门8和第三阀门12连通氨气瓶11和气体多元共渗炉1，通过流量传感器13实时获取氨气流量，并通过第四阀门14和氨气流量控制器15实时控制氨气流量；

s6、启动电机32带动风扇5混合氨气和来自渗剂罐21的气体；启动第一加热器4将气体多元共渗炉1内的温度加热至设定温度，维持气体多元共渗炉1内的温度直至保温时间结束；

s7、判断是否继续进行气氛控制，若是则返回步骤s1，否则关闭第五阀门18、固态继电器28、水泵25、第二阀门10、第一阀门8、第四阀门14和第三阀门12，完成气氛控制。

步骤s1中根据进入气体多元共渗炉1的流量和渗剂温度设定空气流量的方法为：根据公式：

设定空气流量k；其中w为进入气体多元共渗炉1的流量；t为渗剂温度。

该远程监控系统包括与工业控制机31相连的移动终端，移动终端用于通过工业控制机31实时获取空气流量控制器20的工作数据、温度控制器29的工作数据和氨气流量控制器15的工作数据，设定气体多元共渗炉1内的反应温度、气体多元共渗炉1内的保温时间、进入气体多元共渗炉1的流量、氨气流量、空气流量和渗剂温度。

在本发明的一个实施例中，在温度控制模块中设定温度值，电热阻27测定出液体渗剂温度，并将信号反馈给温度控制器29再反馈给工业控制机31，液体实际温度低于设置温度，工业控制机31通过软件使得固态继电器28呈通路的状态，电源给第二加热器22供电，第二加热器22加热液体。液体实际温度高于设置温度，固态继电器28呈断路的状态，电源停止向第二加热器22供电，实现液体温度自动控制。通过氨气流量控制模块在工业控制机31中设置要求的氨气流量值，该值就显示在显示器30及氨气流量控制器15中。打开氨气瓶11上第三阀门12，氨气就通过测定氨气流量的流量传感器13、控制氨气流量的第四阀门14、第一进气管7及第一阀门8进入到气体多元共渗炉1内。利用流量传感器13测定出实际流量，并将信号传递给氨气流量控制器15及工业控制机31。如果氨气流量超过设定值，工业控制机31通过控制氨气流量控制器15进而控制第四阀门14，使得阀门关小，减少进入多元炉中氨气量。如果测定出实际流量小于设定值，工业控制机31通过控制氨气流量控制器15进而控制第四阀门14，使得阀门开大，增加进入气体多元共渗炉1中的氨气量。直到达到设定值，第四阀门14停止动作。将实际流量值显示到显示器30中。

通过空气流量控制模块在工业控制机31中设置要求的空气流量值，该值就显示在显示器30及空气流量控制器20中。利用第五阀门18将空压机16提供的气体压力控制在一个定值，气体通过气体质量流量控制阀19进入渗剂罐21内，同时气体质量流量控制阀19实现自动调节流量，达到要求的值并将实际流量值显示到空气流量控制器20及显示器30中，实现气体流量自动控制。

当渗剂罐21内装满渗剂时，在浮力作用下，浮子开关23上的浮球就浮在液面之上，处于上端位置，此时浮子开关23的输出线处于断路状态，输出线串联在继电器24控制线圈的火线上，此时继电器24端子断开，继电器24端子连线与水泵25火线串联，因此水泵25不工作。当液体渗剂消耗尽，浮子开关23上浮球就下落直到处于最下端位置。此时浮子开关23的输出线处于联通状态，此时继电器24端子吸合，因此水泵25开始工作，将存储罐26中的液体渗剂抽入到渗剂罐21中。当液体渗剂不断增加，浮子开关23上浮球就不断上升，达到上端位置，继电器24端子断开水泵25停止工作。实现液体渗剂消耗后自动补充。

在具体实施过程中，不同用途的工件性能要求不同，气体多元共渗工艺的参数设置对生产结果有极大影响；生产过程中现场环境参数和人员操作过程对生产结果有重要影响。远程监控系统目的是：让生产管理者随时掌握现场实时数据保证生产结果的稳定性。同时远程监控系统可以长期保存不同批次的生产完整数据构成数据库，为工艺研发人员提供大量数据，进行统计分析和工艺仿真，进而不断优化工艺。对于从排气管6排出的废气，可以进行燃烧处理，降低对环境的污染。

远程监控系统的数据通讯主机主要由工控电脑和数据路由器组构成。数据路由器带有网线接口和无线发射功能，多个路由器可通过桥接方式搭建生产现场局域网。不同点位的若干台监测仪表、控制器和摄像头，通过网线或无线wifi功能接入到生产现场局域网中，并实现数据的双向通讯。工控电脑将局域网中接收到的监测数据上传至网络服务器中；同时接收网络服务器下发的工艺参数设置等控制数据，并通过局域网传输给控制器。

此外，还可以在车间安装平板电脑，让生产操作员直接在软件上填写本次生产的开始结束时间、工艺参数等基础信息；并在生产结束后对产品的性能利用专业仪器测量后填写本批次产品性能，拍摄并上传生产过程相关的现场照片。

还可以在生产场地安装若干安防摄像头，使场地所有区域都在安防摄像的范围中。安防摄像头实时采集现场视频信息，并通过视频推流的方式上传至网络服务器。授权人员在远程监控设备上可直接查看生产现场的视频。此外，每次生产过程的视频流会被转码成视频文件，并长期保存在网络服务器。即便现场发生重大安全事故，也可通过网络服务器中完整视频追溯事故责任。

远程监控系统中所有移动终端在使用前都需输入用户名和密码登录，登录成功服务器会给该移动终端当前使用者下发有期限的数据秘钥文件；其他移动终端在进行数据增删查改操作时，都需要同时上传当前的数据秘钥文件，且秘钥验证成功后才能让数据操作生效；数据秘钥文件一旦过期，需要重新输入用户名和密码登录。

如图4和图5所示，相关人员可以在手机上查看单次生产数据和多批次统计数据。多批次统计数据是将多干个单次生产数据汇总形成统计图表，如工艺参数和产出产品性能数据相关性折线图表。单次生产数据包含一次生产过程中以下数据：

1-本次生产设置的工艺参数，即控制器接收到的理论参数。

2-本次生产中生产线各点位按固定时间间隔记录的实际温度和气体浓度数据，可按列表或时间轴折线图查看。

3-本次生产现场环境数据，即现场环境的温度、湿度和空气质量。

4-本次生产结果，即生产操作员经专业仪器监测后，上报的产品性能数据。

如图2所示，在一处四百平米的生产厂房内部署远程监控系统时，可以采用工业无线局域网路由器和无线局域网桥接器在生产厂区中部署无线局域网。其中，工业无线局域网路由器放置于机房中，与数据通讯主机有线连接并发射和接收无线信号，创建无线局域网基础通道；依据厂区格局和分隔墙体的厚度，部署摆放若干台无线局域网桥接器，用于无线信号的中转和放大。以此保证无线网中部署环境下所有设备均可通过wifi链接与数据通讯主机进行双向数据通讯。

如图3所示，现场操作员通过移动平板电脑可以执行以下操作：

1)在生产过程中，上传关键节点(装炉，通气，出炉等)的数据和照片；

2)在生产完成后，上传产品经专业器材监测后的参数指标。

综上所述，本发明提供的气氛控制系统、方法及远程监控系统可以实现对工件进行无污染环境的防腐处理，代替目前一些有污染的防腐蚀技术(如电镀、热镀锌等)，只需要设置工作参数即可实现全自动工作，并对工作过程形成的参数进行记录，同时还可以实时调整参数，提高防腐效果。