拉晶炉及用于拉晶炉的真空泵控制系统的制作方法

1.本发明涉及一种用于拉晶炉的真空泵控制系统及拉晶炉。


背景技术：

2.目前，被广泛使用的拉晶炉常使用油式或干式真空泵浦，不具备变频控炉压的条件，炉体的入口一般搭配比例调节阀门调节拉晶炉内压力。上述方案搭配使用的比例调节阀门的成本相当高，并且在应对客户端粉尘时的响应能力减弱，增大了炉压误差。
3.同时，现有的解决方案中通常采用定频的真空泵浦机组，因而有启动瞬时电流高、电源冲击大的缺点，且在恒压条件下，定频频率高，降低了泵浦的平均寿命。
4.因此，亟需设计一种拉晶炉及用于拉晶炉的真空泵控制系统，以至少部分缓解或消除现有解决方案存在的上述缺陷。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是为了克服现有的拉晶炉存在炉压控制不够理想、成本较高以及真空泵浦机组的使用寿命较短的缺陷，提出一种新的用于拉晶炉的真空泵控制系统及拉晶炉。
6.本发明是通过采用下述技术方案来解决上述技术问题的：
7.本发明提供了一种用于拉晶炉的真空泵控制系统，其特点在于，所述真空泵控制系统包括单片机控制板、强电控制系统、弱电控制系统、真空泵机组，所述真空泵机组包括变频器、电机和真空泵浦，其中所述真空泵浦具有前级泵和主泵；
8.其中，所述强电控制系统电连接至所述真空泵机组，以便控制所述变频器、所述电机和所述真空泵浦的工作，并且其中，所述前级泵用于定频运行，所述变频器经由所述电机电连接至所述主泵，以便变频地驱动所述主泵运行。
9.根据本发明的一些实施方式，所述前级泵为螺杆干泵，所述主泵为罗茨泵，所述螺杆干泵被配置为作为所述罗茨泵的前级泵工作，从而使得所述罗茨泵达到预定的启动压力。
10.根据本发明的一些实施方式，所述变频器还包括pid控制器，并被配置为由所述pid控制器控制驱动所述罗茨泵运行，以便通过所述变频器的输出频率控制所述电机运转，进而控制所述罗茨泵的转速。
11.根据本发明的一些实施方式，所述真空泵控制系统还包括用于检测所述拉晶炉的炉压的炉压传感器，所述变频器电连接至所述炉压传感器，以便接收来自所述炉压传感器的炉压检测信号作为所述pid控制器的输入量。
12.根据本发明的一些实施方式，所述真空泵控制系统还包括真空泵机组仪表，所述单片机控制板电连接至所述真空泵机组仪表。
13.根据本发明的一些实施方式，所述真空泵机组仪表包括电阻温度计、水流量计、氮气流量计、比流器。
14.根据本发明的一些实施方式，所述变频器的最高操作频率为60hz，所述前级泵的工作频率为50hz。
15.根据本发明的一些实施方式，所述真空泵控制系统还包括主电源，所述主电源经由所述强电控制系统电连接至所述真空泵机组，以便为所述真空泵机组提供380v的电源
16.本发明还提供了一种拉晶炉，其包括如上所述的用于拉晶炉的真空泵控制系统。
17.在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
18.本发明的积极进步效果在于：
19.根据本发明的用于拉晶炉的真空泵控制系统及拉晶炉，有助于实现对炉压的适当且及时的控制，使得炉体压力恒定，同时降低设备成本，增加设备的使用寿命。
附图说明
20.图1为根据本发明优选实施例的用于拉晶炉的真空泵控制系统的示意图。
21.附图标记说明
22.1：单片机控制板
23.2：强电控制系统
24.3：弱电控制系统
25.4：变频器
26.5：电机
27.61：螺杆干泵
28.62：罗茨泵
具体实施方式
29.下面结合说明书附图，进一步对本发明的优选实施例进行详细描述，以下的描述为示例性的，并非对本发明的限制，任何的其他类似情形也都将落入本发明的保护范围之中。
30.在以下的具体描述中，方向性的术语，例如“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”等，参考附图中描述的方向使用。本发明各实施例中的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。
31.参考图1所示，根据本发明优选实施方式的一种用于拉晶炉的真空泵控制系统，所述真空泵控制系统包括单片机控制板1、强电控制系统2、弱电控制系统3、真空泵机组，所述真空泵机组包括变频器4、电机5和真空泵浦，其中所述真空泵浦具有前级泵和主泵。
32.其中，所述强电控制系统2电连接至所述真空泵机组，以便控制所述变频器4、所述电机5和所述真空泵浦的工作，并且其中，所述前级泵用于定频运行，所述变频器4经由所述电机5电连接至所述主泵，以便变频地驱动所述主泵运行。
33.根据本发明的一些优选实施方式，所述前级泵为螺杆干泵61，所述主泵为罗茨泵62，所述螺杆干泵61被配置为作为所述罗茨泵62的前级泵工作，从而使得所述罗茨泵62达到预定的启动压力。
34.进一步优选地，所述变频器4还包括pid控制器，并被配置为由所述pid控制器控制
驱动所述罗茨泵62运行，以便通过所述变频器4的输出频率控制所述电机5运转，进而控制所述罗茨泵62的转速。
35.例如，螺杆干泵61为罗茨泵62的前级泵，其能够起到使罗茨泵62达到启动压力的作用。而罗茨泵62能够提高机组抽速，调节大范围的抽速，使真空泵机组的性价比更高、运行效率更高。
36.进一步优选地，所述真空泵控制系统还包括用于检测所述拉晶炉的炉压的炉压传感器，所述变频器4电连接至所述炉压传感器，以便接收来自所述炉压传感器的炉压检测信号作为所述pid控制器的输入量。
37.根据本发明的一些优选实施方式，所述真空泵控制系统还包括真空泵机组仪表，所述单片机控制板1电连接至所述真空泵机组仪表。
38.进一步优选地，所述真空泵机组仪表包括电阻温度计、水流量计、氮气流量计、比流器。
39.更为具体地，举例来说，单片机控制板1主要针对机组仪表(pt1000电阻温度计、水流量计、氮气流量计、ct比流器，等等)监控作用；电磁阀启动逻辑；针对真空泵组启动、停止逻辑、各个报警输出逻辑；输出通讯功能。强电控制系统2可主要针对机组380v供电、电源切断。弱电控制系统3可主要针对单片机控制板1供电、电磁阀供电。
40.根据本发明的一些优选实施方式，所述变频器4的最高操作频率为60hz，所述前级泵的工作频率为50hz。
41.根据一些更为具体的应用实例，所述变频器4可采用如下具体的可选配置。
42.变频器4接收炉体压力传感器信号，链接至外部接线快插端口上，以4-20ma模拟量给定，经过变频器4内部pid调节后，输出频率控制真空泵转速来到达指定压力。变频器4参数调整可详见下表1。
43.表1变频器参数的调整表
44.更改参数原设定值更改后设定值01.00最高操作频率设定50hz60hz01.01电机额定频率50hz60hz02.00第一频率指令来源02.外部讯号aci4～20ma04.15最小aci输入电流4.04.004.16最小aci输入电流对应频率0.033.3(％，相当于20hz)04.17最大aci输入电流20.020.004.18最大aci输入电流对应频率100.0100.0(％，相当于60hz)04.19aci端子切换0002.06aci断线选择12(以最后频率运转)10.00pid参考目标值输入端子选择01：数位操作器10.01检出值输入端子选择00：正反馈
45.根据本发明的一些优选实施方式，所述真空泵控制系统还包括主电源，所述主电源经由所述强电控制系统2电连接至所述真空泵机组，以便为所述真空泵机组提供380v的电源
46.根据本发明的一些优选实施方式，弱电控制系统3可真空泵机组的控制启停逻辑
以及仪表监控等。
47.根据本发明的上述优选实施方式，大体上基于这样一种真空泵控制转速的原理。即，当拉晶炉的腔体通入不同流量的气体时，通过变频器4的pid调节，能够让转速变化，从而到达一个固定的压力值。下表2示出了一种控制真空泵的转速的例子。
48.表2真空泵控制转速的示例
[0049][0050][0051]
根据本发明的一些优选实施方式还提供了一种拉晶炉，所述拉晶炉可包括如前文描述的任一实施方式的真空泵控制系统。
[0052]
根据本发明的上述优选实施方式的用于拉晶炉的真空泵控制系统及拉晶炉，有助于实现对炉压的适当且及时的控制，使得炉体压力恒定，同时降低设备成本，增加设备的使用寿命。
[0053]
更为具体地，根据本发明的上述优选实施方式的用于拉晶炉的真空泵控制系统及拉晶炉，避免了如现有解决方案那样使用比例调节阀门而造成的使用弊端，取消了入口的比例调节阀。并且，这种真空泵浦的控制系统整合了变频器pid调节控制炉压的功能，能够使炉体压力恒定。
[0054]
根据本发明的上述优选实施方式的用于拉晶炉的真空泵控制系统及拉晶炉的进一步较优的技术效果还在于以下方面：
[0055]
1.降低硬件成本：直接取消比例调节阀，降低成本。
[0056]
2.降低运行成本：根据一些测试，单台设备可降低运行电流，可从1.7a降低到0.8a，预计单台/炉功耗可节约592.3w，在216h运行时间内，用电可节约128度。
[0057]
3.降低机组运行温度：相较全频运行，降频运行可以降低机组运行温度。根据一些现场测试，相邻设备温度最大可降低26℃。
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4.提高机组运行稳定性：将机组运行温度降低、频率降低，可降低机组内部油品挥发、减少轴承等密封件磨损，从而达到增加使用寿命，延长保养周期。
[0059]
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，而且这些变更和修改均落入本发明的保护范围。