Назначение оборудования
Назначение – высокотемпературный нагрев под пайку и термообработку изделий с вращением в нейтральной газовой среде при атмосферном давлении, с вакуумированием внутренних полостей изделия.
Агрегат ЭКУ-Н является механизированной муфельной индукционной печью повышенной частоты, оснащенной устройством загрузки-выгрузки, вакуумной системой, источником питания и аппаратурой управления технологическим процессом в автоматическом режиме.
Нагрев сборочной единицы осуществляется излучением тонкостенного экрана-муфеля, разогреваемого энергией электромагнитного поля, создаваемого индуктором.
Загрузка сборочной единицы с технологической оснасткой в рабочее пространство печи осуществляется устройством загрузки-выгрузки.
Вращение сборочной единицы с технологической оснасткой производится шпинделем устройства загрузки выгрузки от регулируемого частотного электропривода.
Откачка атмосферы из полости сборочной единицы осуществляется через полый шпиндель устройства загрузки-выгрузки, также внутри шпинделя проходят в воды (выводы) термопреобразователей муфеля и сборочной единицы.
Поджатие стенки и рубашки сборочной единицы достигается избыточным давлением инертной атмосферы, создаваемым в объеме корпуса печи.
Форсированное охлаждение сборочной единицы под избыточным давлением инертной атмосферы достигается путем принудительной циркуляции атмосферы по замкнутому контуру: рабочее пространство печи – теплообменник – вентиляторная установка – рабочее пространство печи.

Конструкция агрегата
Агрегат электротермический компрессионный для пайки и термообработки сборочных единиц состоит из следующих основных узлов и систем:
- Печь вакуумная компрессионная (ПВК);
- Устройство загрузки выгрузки;
- Система вакуумная;
- Система водоохлаждения;
- Станция гидропривода;
- Сиситема газонаполнения;
- Шкаф управления;
- Преобразователь частоты тиристорный.

Печь вакуумная компрессионная (ПВК)
Печь состоит из водоохлаждаемого корпуса, индуктора, магнитопроводов, теплообменника, вентиляторной установки, колена, трубопровода, контрольно-предохранительного устройства, коллектора и байонетного затвора.
Индуктор двухсекционный, водоохлаждаемый, токоподводы которого выходят наружу через фланцевые отверстия заднего корпуса печи.
Индуктор установлен на трех нижних магнитопроводах. Между индуктором и магнитопроводами проложена электроизоляция (стеклотекстолит).
Назначение магнитопроводов – защита компрессионного корпуса от воздействия на него магнитного поля, создаваемого индуктором.
Теплообменник кожухотрубчатый, водоохлаждаемый. В центральных фланцах теплообменника установлены тепловые заслонки, открывающиеся под напором циркулирующей газовой атмосферы по замкнутому контуру. Задача заслонок – снижение тепловых потерь при естественной конвекции газовой атмосферы.
Теплообменник состыкован с корпусом печи и вентиляторной установкой водоохлождаемыми трубопроводом и коленом.
Контрольно-предохранительное устройство установлено на корпусе печи. Функции контрольно-предохранительного устройства:
- невозможность открытия байонетного затвора, когда избыточное давление в корпусе превышает 0,003 МПа;
- предотвращение подачи сжатого газа в уплотнение камеры при открытой крышке.
Коллектор установлен на корпусе печи и подключен к шкафу газонаполнения для подачи инертной атмосферы. На коллекторе установлены: мановакуумметр, клапан для аварийного сброса давления с ручным приводом, клапан предохранительный и регулировочный клапан сброса избыточного давления при отклонении от технических параметров. Коллектор связан трубопроводами с преобразователем давления и надувным уплотнением корпуса-крышки.
Дренажный клапан (сброс давления) установлен в верхней части корпуса. Отсечной клапан препятствует проникновению инертной атмосферы в вакуумную систему при избыточном давлении в рабочей камере.
Рабочее пространство печи теплоизолировано шамотом легковесным.

Устройство загрузки выгрузки
Устройство загрузки выгрузки представляет собой самоходную установку, обеспечивающую следующие операции при осуществлении технологического процесса:
- загрузку-выгрузку сборочной единицы с технологической оснасткой из пространства печи;
- вращение сборочной единицы с технологической оснасткой относительно горизонтальной оси;
- вакуумирование полости сборочной единицы;
- проверку сборочной единицы на герметичность;
- создание локального избыточного давления при нагреве сборочной единицы.
Несущей конструкцией устройства загрузки-выгрузки является приводная рама, перемещающаяся по рельсовому пути посредством электромеханических приводов. Приводы так же обеспечивают вращение вала со сборочной единицей и муфелем во время пайки. Плавность вращения вала СЕ обеспечена с помощью встроенного частотного преобразователя.

Система вакуумная
Система вакуумирования предназначена для откачки воздушной среды в камере агрегата перед заполнением нейтральным газом и создания вакуума полости СЕ во время пайки. Система вакуумирования камеры агрегата располагается стационарно вблизи корпуса камеры, система вакуумирования полости сборочной единицы располагается на платформе загрузочного устройства или рядом с ней на подкатной тележке.
Система вакуумная включает в себя:
- плунжерный и двухроторный вакуумные насосы;
- аварийный клапан;
- вакуумный клапан с электромеханическим приводом Ду100;
- аварийно-напускной с электромагнитным приводом Ду10;
- фильтр;
- трубопроводы.
В вакуумной системе есть место подключения гелиевого течеискателя. Предусмотрена регулируемая скорость охлаждения (скорость вращения двигателя вентилятора установки частотным преобразователем).

Система водоохлаждения Система водоохлаждения проточная, подключается к цеховой системе, состоит из двух коллекторов, клапанов для регулирования расхода воды, реле потока и трубопроводов.

Станция гидропривода
Станция гидропривода предназначена для приведения в действие гидроцилиндров байонетного затвора.
Включение и отключение станции гидропривода осуществляется с пульта управления.

Система газонаполнения
Система газонаполнения предназначена для заполнения полости агрегата нейтральным газом и поддержания давления газа во время пайки. Система адаптирована к подаче газа из баллонов, криогенного сосуда или цеховой сети.
Шкаф газонаполнения обеспечивает подачу инертной атмосферы в объем корпуса, а также сжатого воздуха в уплотнение и пневмоцилиндр контрольно-предохранительного устройства, от цеховой системы давления воздуха в 20 МПа.
Шкаф газонаполнения состоит из каркаса, задних дверей, лицевой панели и передних дверей.
Внутри шкафа установлены:
- понижающий редуктор;
- предохранительные клапаны;
- электромагнитные клапаны;
- обратный клапан;
- клапан для сброса воздуха.
На передней панели шкафа расположены приборы измерения давления и штурвалы запорно-регулирующей аппаратуры.

Шкаф управления
Шкаф управления обеспечивает:
- проведение технологического процесса в автоматизированном режиме по программе;
- возможность завершения технологического процесса в ручном режиме в случае выхода из строя системы автоматического регулирования.
Конструкция шкафа аналогична конструкции шкафа газонаполнения и состоит из каркаса, задних дверей, лицевой панели и передних дверей. Обслуживание шкафа двухстороннее.
На лицевой панели шкафа расположены органы управления агрегатом, мнемосхема, приборы контроля электрических параметров, параметров вакуума, а также промышленный компьютер.
На раме с электроаппаратурой расположен PLC-контроллер, блоки реле, автоматические выключатели, зуммер и другая электроаппаратура, в совокупности, представляющие собой систему управления электротермическим агрегатом.
Система управления (СУ) агрегатом выполняет требования технологического процесса по скорости нагрева, проведению выдержек при определенных температурах, скорости охлаждения, по параметрам избыточного давления в корпусе агрегата и в сборочной единицы. СУ базируется на современной компьютерной технологии.
СУ организует интерфейс с оператором-технологом; последовательно-параллельное управление механизмами вакуумной системы, программное управление процессом нагрева, идентификацию состояния технологической системы, документирование технологического процесса и диспетчеризацию приведенных выше задач.
Управление работой системы на нижнем уровне производиться от сертифицированного сетевого контроллера. Управление работой системы на верхнем уровне производиться от персонального компьютера. Контроллер выполняет все функции управления технологическим процессом, компьютер выполняет только терминальную задачу управления – ввод, редактирование и запись программ нагрева и движения, визуализация состояния элементов технологического оборудования, хранение файлов истории технологического процесса, диагностики и ошибок.
СУ интегрирует весь поток информации: организация интерфейса с оператором и технологом (терминальная задача); последовательно-параллельное управление механизмами системы (логическая задача); программное управление процессом нагрева (технологическая задача), регулирование скорости вращения шпинделя (геометрическая задача), идентификация состояния технологической системы (диагностическая задача), документирование технологического процесса (архивная задача), диспетчеризация приведённых выше задач (системная задача).
Программное обеспечение верхнего уровня обеспечивает реализацию следующих функций:
- цветной графический интерфейс с оператором, визуализацию значений технологических параметров и состояния механизмов;
- интеллектуальную поддержку функций управления, редактирование мнемосхем, программ вращения и нагрева, архива;
- автоматическое формирование оперативных сообщений на основе анализа аварийных и внештатных ситуаций;
- ведение архива;
- диагностика ПЛК.
Управление установкой осуществляется с помощью сенсорного дисплея промышленного компьютера. При касании управляемого элемента выдаётся контекстная подсказка (какое действие можно произвести), управление возможно только в этом состоянии и осуществляется касанием на соответствующей клавише.
Интерфейс оператора реализован на базе следующих принципов:
1. Наличие основного окна - “Оперативное управление технологическим процессом”, которое содержит мнемосхему установки.
2. Архивная информация об истории технологического процесса хранится в виде таблиц (формат Excel)
3. Из основного окна можно вызвать вспомогательные экраны, с помощью которых оператором задаются изменения параметров и настроек системы управления и производится диагностика системы.
4. Для просмотра результатов и построения графика техпроцесса архивирования на компьютере должен быть установлен редактор таблиц Excel.
5. При возникновении ошибки в работе системы на мониторе персонального компьютера открывается окно, на котором индицируется код ошибки

При разработке программного обеспечения предусмотрен ряд решений:
- советчик оператора;
- диагностика достоверности текущих значений температуры.
- формирование архивного файла событий, файла архива технологических параметров и аварийного файла.

Система управления в режиме реального времени производит документирование основных технологических параметров плавки. Документирование происходит в табличном формате (Excel) в подкаталоге PROTOKOL в следующие файлы:
- файл событий
- файл сохранения температур и вакуума
- файл ошибок
и начинается автоматически после запуска программы.
Файл событий.
Заголовок файла событий состоит из
- дата запуска программы
- время запуска программы
- признак, указывающий на файл событий – Event
например, «29.04.21 13.50.22 Event.XLS»
В файл событий с точностью до секунды заносятся
- начальное состояние механизмов
- изменения состояния механизмов
- операции предпринятые оператором

Файл сохранения температур и вакуума.
Заголовок файла сохранения данных технологического процесса состоит из
- дата запуска программы
- время запуска программы
например, «28.04.21 10.56.38.XLS»
В файл сохранения данные технологического процесса заносятся паспортные данных технологического процесса, заполняемые при регистрации и далее раз в минуту значения температуры, вакуума и давления текущего технологического процесса

Используя этот файл средствами Microsoft Excel можно построить графики данных технологического процесса

Файл ошибок.
Заголовок файла ошибок состоит из
- дата запуска программы
- время запуска программы
- признак, указывающий на файл событий – Error
например, «29.04.21 13.50.22 Error.XLS»
В файл ошибок с точностью до секунды заносятся
- код ошибки
- текстовое описание ошибки
СУ обеспечивает работу агрегатом в следующих режимах:
- «Ручное управление»
- «Автоматизированное» (цикл управления включает в себя операции с момента закрытия крышки агрегата до момента разгерметизации корпуса после окончания технологического процесса)
В режиме «Ручное управление» обеспечено:
Персональный компьютер промышленного исполнения предоставляет необходимый для работы сервис:
- многооконный эргономичный интерфейс пользователя с цветной графикой;
- эффективная системная поддержка всех прикладных процессов, использование современных программных продуктов, разработанных для операционной среды MSWindows;
- запись отчета о ходе технологического процесса; файл отчёта может быть вызван на монитор для визуального анализа и на печать в цифровом и графическом виде (протокол) для включения в сопроводительную документацию.
Протокол, выполненного процесса пайки и термообработки содержит следующую информацию:
- Обозначение паяемой СЕ
- Дата пайки
- Температура окружающей среды
- Температура пайки
- Время текущее
- Показания термопар
- Давление защитного газа в полости печи
- Давление защитного газа во внутренней полости СЕ
- Вакуум в полости пайки СЕ
- ФИО оператора

Система управления имеет световую сигнализацию об отклонениях технологического процесса:
- нарушение водоохлаждения;
- обрыв термопар;
- другие отклонения от штатной работы агрегата.
Для обеспечения безопасной работы агрегата и обслуживающего персонала, предотвращения неправильных действий оператора выполнены необходимые блокировки.