专利名称：氮气闭环控制方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及回流焊接炉领域，特别是控制回流焊接炉中需要氮气保护 的各单元的氧气浓度值的一种方法，具体地说是一种氮气闭环控制方法及 系统。
背景技术：
目前，回流焊炉用于印刷电路板的表面焊接。在生产过程中，电子元 件被压入到」种由焊剂、黏性物、粘合剂和其它组分混合而成的软膏中。 焊料膏中的粘合剂将此元件保持在印刷线路板上。在回流焊接炉通路中一 个传送装置携带印刷线路板和所述电子元件通过回流炉中具有不同温度 的区域，每一个区域执行回流处理中的一个特定步骤，包括预热、保温、 回流和冷却区域，焊料膏从熔融到凝固，形成一个成品电子线路。欧盟两
个指令WEEE和RoHS的正式颁发使焊料膏由有铅转向无铅。无铅焊料的 熔点一般高出有铅焊料30~40°C，焊接时整体温度相应提高；电子产品的 小型、轻型、高密度化，使得焊接工艺更为复杂。为减少焊盘和引脚的高 温氧化及焊接缺陷，防止印刷线路板被灼伤，就必须使用氮气保护的回流 焊接炉。而氧气浓度的高低直接决定氮气的消耗量，从而影响整个设备的 加工生产成本。
现有的回流焊接炉中需要氮气保护的各单元的氧气浓度控制方法主 要采用氮气开环控制法和氮气半闭环控制法。然而，氮气开环控制法的各 温区流量计的开闭度按照预先设定好的满足最佳回流温度曲线的最大值 设定。如果情况变化，不能调整需要氮气保护的各单元温区的氧气浓度， 所以该方案氮气耗费量很大。氮气半闭环控制方法，增加了一个在线检测 炉内环境的氧气分析仪，实时监测回流区的氧气浓度，通过反馈，手动调
整各温区氮气流量，及时校正氧气浓度值。但是，手动调整的可靠性差， 不能及时准确地对氧气浓度进行实时监控。因此，现有的氧气浓度控制方 法不能满足生产工艺的需要。
发明内容
本发明的目的是针对现有回流焊接炉中需要氮气保护的各单元氧气 浓度控制方法中存在的氮气耗费量很大、生产成本高、氧气浓度调整的可 靠性差的问题，提供了一种利用氧气分析仪对炉内回流区氧气浓度进行周
期性采样，通过比例、积分、微分调节器进行PID调节，实时控制各温区 内的氧气浓度的氮气闭环控制方法及系统，以达到实际产品所需要的温度 曲线和满意的焊接效果。
本发明的技术方案是
1、 一种氮气闭环控制方法，其特征是它包括以下步骤
(a) .在回流焊接炉刚刚启动时，使流量比例阀调整至最大流量，氮 气以最大流量进入回流焊接炉中需要氮气保护的各单元，快速达到设定的 氧气浓度值；
(b) .回流焊接炉中需要氮气保护的各单元达到理想的氧气浓度值 后，流量比例阀将自动减少氮气流量，维持设定的氧气浓度值；
(c) .回流焊接炉正常运行时，氧分析仪对炉内回流区的氧气浓度进 行实时采样，与设定的氧气浓度值进行比较，通过比例、积分、微分调节 器即PID调节器，调节流量比例阀的开度，控制氮气的输出维持设定的氧 气浓度值。
一种氮气闭环控制系统，其特征是它包括各温区氮气流量计、需要氮 气保护的各单元、比例、积分、微分调节器即PID调节器、流量比例阀、 氧气分析仪、空气单向阀、空气开关阀、氮气单向阀和氮气开关阀，需要 氮气保护的各单元与各温区氮气流量计相连，各温区氮气流量计与空气单 向阀连接，空气单向阀的进气口与空气开关阀的出气口连接，在氮气回路
的进气口总管上设有流量比例阀，流量比例阀上设有PID调节器，流量比
例阀与各温区氮气流量计相连，流量比例阀的控制端与氧气分析仪连接， 氧气分析仪采样信号从回流焊接炉需要氮气保护的各单元中的回流区引 入，氮气单向阀的出气口与流量比例阀的进气口连接，氮气开关阀的出气 口与氮气单向阀的进气口连接。
本发明的有益效果
1、 本发明采用氧分析仪实时采样，通过比例、积分、微分调节器即 PID调节器进行周期性控制，可以实时调整氮气保护温区的氧气浓度，从 而保证适当的氮气消耗，降低生产成本。
2、 本发明可以自动检测回流炉内的气体环境状况，自动调整炉内需
要氮气保护的各单元温区的氧气浓度，尽快达到理想的氧气设定浓度值，
并通过PID调整维持此设定值，以保证焊接过程中环境稳定，确保焊接质
量，从而节约氮气的消耗量，降低生产成本。
图l是氮气闭环控制系统图。
具体实施例方式
下面结合附图1和实施例对本发明作进一步的说明。
本发明的氮气闭环控制方法，其系统如图l所示，它包括以下步骤
(a) .回流焊接炉刚刚启动时，流量比例阀将自动调整至最大流量，
氮气以最大流量进入回流焊接炉中需要氮气保护的各单元，快速达到设定
的氧气浓度值；
(b) .回流焊接炉中需要氮气保护的各单元达到理想的氧气浓度值 后，流量比例阀将自动减少氮气流量，维持设定的氧气浓度值-，
(c) .回流焊接炉正常运行时，氧分析仪对炉内回流区的氧气浓度进 行实时采样，与设定的氧气浓度值进行比较，通过比例、积分、微分调节
器即PID调节器，周期性调节流量比例阀的开度，控制氮气的输出维持设 定的氧气浓度值。
本发明的氮气闭环控制方法，回流焊接炉的氮气闭环控制系统设定了 备用模式standby,当回流焊接炉的入口传感器检测到无印刷电路板进入炉 内时，氮气闭环控制系统进入备用模式standby,回流焊接炉中需要氮气保 护的各单元的氮气供入量降低。
本发明的氮气闭环控制方法，当回流焊接炉生产批次更改时，回流焊 接炉的氮气闭环控制装置实时快速调整氧气浓度，并将氧气浓度参数存入 回流焊接炉的配方程序中，以备调用。
本发明的氮气闭环控制系统，其特征是它包括各温区氮气流量计、需 要氮气保护的各单元、流量比例阀、氧气分析仪、空气单向阀、空气开关 阀、氮气单向阀和氮气开关阀，需要氮气保护的各单元与各温区氮气流量 计相连，各温区氮气流量计与空气单向阀连接，空气单向阀的进气口与空 气开关阀的出气口连接，在氮气回路的进气口总管上设有流量比例阀，流 量比例阀与各温区氮气流量计相连，流量比例阀的控制端与氧气分析仪连 接，氧气分析仪采样信号从回流焊接炉需要氮气保护的各单元中的回流区 引入，氮气单向阀的出气口与流量比例阀的进气口连接，氮气开关阀的出 气口与氮气单向阀的进气口连接。
具体实施时
氮气闭环控制方法是当机器刚刚启动时，由于炉内氧气含量比较高， 回流焊接炉中氮气总管上装有的流量比例阀将自动调整至最大流量，氮气 以最大流量进入回流焊接炉中需要氮气保护的各单元，快速达到设定的氧 气含量值。接着氮气闭环控制系统将自动减少氮气流量，以经济省氮气的 方式维持理想的设定氧气浓度值。每个批次调整好后，可以将氧气浓度参 数存入氮气闭环控制系统的配方程序中，以利氮气闭环控制系统快速调 用，提高设备的运行效率。另外，设备也设定了备用模式standby,如果回
流焊接炉入口传感器检测到无印刷线路板进入炉内，系统就会调用此模
式，自动降低氮气供入量，提高氧气浓度到1500 2000PPM，并维持此浓 度值，这样就可以有效节约氮气的消耗。
在回流焊接炉正常运行时，利用氧分析仪对炉内回流区的氧气浓度进 行实时采样，与设定的氧浓度值进行比较。通过比例、积分、微分调节器 即PID调节器，周期性调节流量比例阀开度，控制氮气的输出，形成全闭 环控制；如果更改生产印刷电路板的批次，重新设定氧气浓度值，新的氧 浓度值远高于目前的设定值，那么打开空气开关阀注入空气，快速提高炉 内氧浓度，以减少调试时间。
如图1所示，是可控制的氮气流量的氮气闭环控制系统图。氮气通过 开关阀控制其通断，各温区流量计的开闭度按照预先设定好的满足最佳回 流温度曲线的最大值设定。在氮气回路入口总管上设有一种可连续控制阀 口开度的流量比例阀。通过氧气分析仪在线检测回流焊接炉内回流区的氧 气浓度，由比例、积分、微分调节器即PID调节器周期性调节比例，利用 流量比例阀的开度变化控制氮气的输出。同时，增加一路空气开关阀控制 回路，用于印刷电路板组件生产批次改变时，如果所需氧气的浓度值远高 于目前炉内检测值时，快速提高氧气浓度，减少调试时间。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
权利要求
1、一种氮气闭环控制方法，其特征是它包括以下步骤(a).在回流焊接炉刚刚启动时，使流量比例阀调整至最大流量，氮气以最大流量进入回流焊接炉中需要氮气保护的各单元，快速达到设定的氧气浓度值；(b).回流焊接炉中需要氮气保护的各单元达到理想的氧气浓度值后，流量比例阀将自动减少氮气流量，维持设定的氧气浓度值；(c).回流焊接炉正常运行时，氧分析仪对回流炉需要氮气保护的各单元的回流区中的氧气浓度值进行实时采样，与设定的氧气浓度值进行比较，通过比例、积分、微分调节器即PID调节器，调节流量比例阀的开度，控制氮气的输出维持设定的氧气浓度值。
2、 一种氮气闭环控制系统，其特征是它包括各温区氮气流量计、需要氮 气保护的各单元、比例、积分、微分调节器即PID调节器、流量比例阀、 氧气分析仪、空气单向阀、空气开关阀、氮气单向阀和氮气开关阔，需要 氮气保护的各单元与各温区氮气流量计相连，各温区氮气流量计与空气单 向阀连接，空气单向阀的进气口与空气开关阀的出气口连接，在氮气回路 的进气口总管上设有流量比例阀，流量比例阀上设有PID调节器，流量比 例阀与各温区氮气流量计相连，流量比例阀的控制端与氧气分析仪连接， 氧气分析仪采样信号从回流焊接炉需要氮气保护的各单元中的回流区引 入，氮气单向阀的出气口与流量比例阀的进气口连接，氮气开关阔的出气 口与氮气单向阀的进气口连接。
全文摘要
一种氮气闭环控制方法及系统，用于回流焊接炉需要氮气保护的各单元温区的氧气浓度调整，利用氧气含量分析仪在线检测回流焊接炉内气体的氧含量，通过闭环反馈，PID调节器周期调整比例控制阀的开度，控制氮气流量。本发明可以自动检测回流炉内的气体环境状况，自动调整回流焊接炉内各温区的氧气浓度，尽快达到理想的设定氧气浓度值，并维持此设定值，本发明具有保证焊接环境稳定，确保焊接质量，节约氮气的消耗量，降低生产成本的优点。
文档编号G05D11/13GK101364115SQ20081015705
公开日2009年2月11日 申请日期2008年9月23日 优先权日2008年9月23日
发明者何杏兴, 安晨霞, 杨定香, 潘红斌, 石宝钱, 陆小军 申请人:熊猫电子集团有限公司;南京熊猫电子股份有限公司