基于智能仪表网络的CVI设备温度监控系统

　　炭/炭复合材料是一种大量应用在航空航天领域的优良高温材料[1, 2],其制备方法广泛采用CVI(chemical vapor infiltration)工艺[3]。各种CVI工艺过程都是在高温下进行,对温度的控制精度要求比较严格[4, 5],因此每个CVI设备必须采用适当的温度控制器对其实现精确的温度控制[6]。

　　目前,国内炭/炭复合材料生产和制备的自动化水平普遍不高,各个设备运行要靠人工干预。文献[7]实现了对单台TCVI设备的温度监控,但对多种CVI工艺设备同时进行自动监控尚未见文献报道。采用PLC和传统的PID算法相结合对CVI设备实现温度控制不仅需要多种硬件支持而且要编制复杂的软件程序,实现难度很大。传统PID控制算法无法保证CVI工艺所要求温度的精确度和平稳度。本文采用FP93智能温控仪作为CVI设备的现场级温度控制器,工控机作为各个现场温度控制器的集中管理级,二者构成了一个网络监控系统,初步实现对整个实验室或车间多个CVI设备的温度监控。

　　1　CVI设备监控系统总体方案设计

　　一般炭/炭复合材料车间均有多种CVI设备,其工作原理和工艺温度各不相同,要对这些设备实现自动监控和管理必须作到以下3点: (1)每个设备工作时必须按照预先设定的温度曲线自动运行;(2)控制室的操作人员必须能够实时地对实验室或车间内各个CVI设备实现监控; (3)各个CVI设备工作过程的关键参数必须能够实现自动存储和记录。

　　根据以上要求制定整个温度监控系统的方案如图1所示。整个系统由现场控制级和监控管理级组成。现场控制级放在每个设备的现场,负责现场CVI设备的温度采集和控制。控制核心采用带微处理器的智能温度控制仪。工艺温度曲线存储在温度控制仪的内部存储器中。温度控制仪根据温度曲线自动调节CVI设备的电加热装置,使CVI设备内部的实际温度始终和设定的温度曲线保持一致,并且精度在±1°的范围内。

　　监控管理级的核心是工业控制计算机。现场的温度控制器把CVI设备的工作数据通过485总线传递到计算机中。计算机对所有的这些数据进行存贮和显示实现对现场各个设备的监视和工艺参数的自动记录。同时计算机可以通过485总线对各个现场的温度控制仪下达控制指令和传递数据,用于控制现场温度控制器的工作状态,更改和设定现场温度控制器中的工艺温度曲线。从而达到对各个现场CVI设备的控制目的。

　　监控管理级采用分屏显示技术,即计算机通过视频分配器把视频信号同时分配到两个显示设备,实现车间和控制室异地对整个现场设备工作情况的同步监控。

　　2　CVI设备监控系统的实现