基于PLC技術(shù)的LED微波真空干燥滅菌機(jī)設(shè)計(jì)

產(chǎn)生微波的設(shè)備是磁控管。通過(guò)PLC控制中間固態(tài)繼電器來(lái)驅(qū)動(dòng)升壓變壓器，電壓約為6000V。磁控管是一種用來(lái)產(chǎn)生微波能的電真空器件。實(shí)質(zhì)上是一個(gè)置于恒定磁場(chǎng)中的二極管。管內(nèi)電子在相互垂直的恒定磁場(chǎng)和恒定電場(chǎng)的控制下，與高頻電磁場(chǎng)發(fā)生相互作用，把從恒定電場(chǎng)中獲得能量轉(zhuǎn)變成微波能量，從而達(dá)到產(chǎn)生微波能的目的。

磁控管由于工作狀態(tài)的不同可分為脈沖磁控管和連續(xù)波磁控管兩類。

磁控管由管芯和磁鋼（或電磁鐵）組成。管芯的結(jié)構(gòu)包括陽(yáng)極、陰極、能量輸出器和磁路系統(tǒng)等四部分。管子內(nèi)部保持高真空狀態(tài)。下面分別介紹各部分的結(jié)構(gòu)及其作用。

1.陽(yáng)極

陽(yáng)極是磁控管的主要組成之一，它與陰極一起構(gòu)成電子與高頻電磁場(chǎng)相互作用的空間。在恒定磁場(chǎng)和恒定電場(chǎng)的作用下，電子在此空間內(nèi)完成能量轉(zhuǎn)換的任務(wù)。磁控管的陽(yáng)極除與普通的二極管的陽(yáng)極一樣收集電子外，還對(duì)高頻電磁場(chǎng)的振蕩頻率起著決定性的作用。

陽(yáng)極由導(dǎo)電良好的金屬材料（如無(wú)氧銅）制成，并設(shè)有多個(gè)諧振腔，諧振腔的數(shù)目必須是偶數(shù)，管子的工作頻率越高腔數(shù)越多。

陽(yáng)極諧振腔的型式常為孔槽形、扇形和槽扇型，陽(yáng)極上的每一個(gè)小諧振腔相當(dāng)于一個(gè)并聯(lián)的2C振蕩回路。以槽扇型腔為例，可以認(rèn)為腔的槽部分主要構(gòu)成振蕩回路的電容，而其扇形部分主要構(gòu)成振蕩回路的電感。

磁控管的陽(yáng)極由許多諧振腔耦合在一起，形成一個(gè)復(fù)雜的諧振系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)的諧振腔頻率主要決定于每個(gè)小諧振腔的諧振頻率，我們也可以根據(jù)小諧振腔的大小來(lái)估計(jì)磁控管的工作頻段。

磁控管的陽(yáng)極諧振系統(tǒng)除能產(chǎn)生所需要的電磁振蕩外，還能產(chǎn)生不同特性的多種電磁振蕩。為使磁控管穩(wěn)定的工作在所需的模式上，常用隔型帶來(lái)隔離干擾模式。隔型帶把陽(yáng)極翼片一個(gè)間隔一個(gè)地連接起來(lái)，以增加工作模式與相鄰干擾模式之間的頻率間隔。

另外，由于經(jīng)能量交換后的電子還具有一定的能量，這些電子打上陽(yáng)極使陽(yáng)極溫度升高，陽(yáng)極收集的電子越多（即電流越大），或電子的能量越大（能量轉(zhuǎn)換率越低），陽(yáng)極溫度越高，因此，陽(yáng)極需有良好的散熱能力。一般情況下功率管采用強(qiáng)迫風(fēng)冷，陽(yáng)極帶有散熱片。大功率管則多用水冷，陽(yáng)極上有冷卻水套。

2.陰極

陰極及其引線磁控管的陰極即電子的發(fā)射體，又是相互作用空間的一個(gè)組成部分。陰極的性能對(duì)管子的工作特性和壽命影響極大，被視為整個(gè)管子的心臟。陰極的種類很多，性能各異。連續(xù)波磁控管中常用直熱式陰極，它由鎢絲或純鎢絲繞成螺旋形狀，通電流加熱到規(guī)定溫度后就具有發(fā)射電子的能力。這種陰極具有加熱時(shí)間短和抗電子轟擊能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在連續(xù)波磁控管中得到廣泛的應(yīng)用。此種陰極加熱電流大，要求陰極引線要短而粗，連接部分要接觸良好。大功率管的陰極引線工作時(shí)溫度很高，常用強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱。磁控管工作時(shí)陰極接負(fù)高壓，因此引線部分應(yīng)有良好的絕緣性能并能滿足真空密封的要求。為防止因電子回轟而使陽(yáng)極過(guò)熱，磁控管工作穩(wěn)定后應(yīng)按規(guī)定降低陰極電流以延長(zhǎng)使用壽命。

3.能量輸出器

能量輸出器是把相互作用空間中所產(chǎn)生的微波能輸送到負(fù)載去的裝置。能量輸出裝置的作用是無(wú)損耗，無(wú)擊穿地通過(guò)微波，保證管子的真空密封，同時(shí)還要做到便于與外部系統(tǒng)相連接。小功率連續(xù)波磁控管大多采用同軸輸出在陽(yáng)極諧振腔高頻磁場(chǎng)最強(qiáng)的地方。放置一個(gè)耦合環(huán)，當(dāng)穿過(guò)環(huán)面的磁通量變化時(shí)，將在環(huán)上產(chǎn)生高頻感應(yīng)電流，從而將高頻功率引到環(huán)外。耦合環(huán)面積越大耦合越強(qiáng)。大功率連續(xù)波磁控管常用軸向能量輸出器，輸出天線通過(guò)極靴孔洞連接到陽(yáng)極翼片上。天線一般做成條狀或圓棒也可為錐體。整個(gè)天線被輸出窗密封。輸出窗常用低損耗特性的玻璃或陶瓷制成。它必須保證微波能量無(wú)損耗的通過(guò)和具有良好的真空氣密性。大功率管的輸出窗常用強(qiáng)迫風(fēng)冷來(lái)降低由于介質(zhì)損耗所產(chǎn)生的熱量。

4.磁路系統(tǒng)磁控管

正常工作時(shí)要求有很強(qiáng)的恒定磁場(chǎng)，其磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度一般為數(shù)千高斯。工作頻率越高，所加磁場(chǎng)越強(qiáng)。磁控管的磁路系統(tǒng)就是產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)的裝置。磁路系統(tǒng)分永磁和電磁兩大類。永磁系統(tǒng)一般用于小功率管，磁鋼與管芯牢固合為一體構(gòu)成所謂包裝式。大功率管多用電磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng)，管芯和電磁鐵配合使用，管芯內(nèi)有上、下極靴，以固定磁隙的距離。磁控管工作時(shí)，可以很方便的靠改變磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小，來(lái)調(diào)整輸出功率和工作頻率。另外，還可以將陽(yáng)極電流饋入電磁線包以提高管子工作的穩(wěn)定性。

二．注意事項(xiàng)

由于設(shè)備的加熱部分是靠微波來(lái)加熱的，所以必須要考慮到微波帶來(lái)的干擾源問(wèn)題。永宏P(guān)LC是自主研發(fā)的產(chǎn)品，所有的控制都集成在一塊叫”SOC”的芯片上，即：系統(tǒng)集成片，所以抗干擾能力較強(qiáng)。由于該設(shè)備需要加熱控制就必然用到模擬量模塊，此設(shè)備的加熱傳感器是用遠(yuǎn)紅外傳感器，信號(hào)為4—20MA。永宏P(guān)LC的模擬量板精度是12位。且在每個(gè)掃描周期都讀取模擬量值，所以是實(shí)時(shí)更新的，加上模擬量板價(jià)格適中，客戶都肯接受。

三．工藝流程

四．永宏電機(jī)簡(jiǎn)介

永宏電機(jī)股份有限公司于1992年由一群從事PLC設(shè)計(jì)工作多年的工程師創(chuàng)立與***。1993年推出FBE和FBN系列產(chǎn)品，經(jīng)由多年努力2003年推出FBS全新系列產(chǎn)品倍受業(yè)界好評(píng)。一直以來(lái)，本公司全心專注在高功能的中小型PLC市場(chǎng)領(lǐng)域，創(chuàng)立的自有品牌“FATEK”，目前在業(yè)界已享有頗高的知名度。提供客戶完善的高性價(jià)比產(chǎn)品一直是永宏的宏愿，多年的默默耕耘與實(shí)踐終于能開花結(jié)果。

五．人機(jī)界面

人機(jī)界面采用永宏電機(jī)的新款產(chǎn)品：5.7寸的觸摸屏。

如圖1是微波真空干燥滅菌機(jī)的參數(shù)設(shè)定

如圖2是微波真空干燥滅菌機(jī)的動(dòng)作控制

如圖3是微波真空干燥滅菌機(jī)手動(dòng)控制每路磁控管的工作情況

如圖4是微波真空干燥滅菌機(jī)的自動(dòng)狀態(tài)控制，每檔溫度時(shí)間都有顯示，第一檔溫度控制結(jié)束自動(dòng)跳到第2檔，依次往下控制

六．模擬量板說(shuō)明

采用永宏性價(jià)比較高的模擬量板FBS-B4AD控制溫度。FBS-B4AD是12位精度，模擬量板是單極性的測(cè)量范圍為：0—20MA或0—10V。永宏P(guān)LC設(shè)計(jì)是以14位的方式表示法，即：0—16380對(duì)應(yīng)0—20MA或0—10V，最大分解能力為：2.44mV（電壓）、4.88μA（電流）。采用直接讀取寄存器的方法方便了廣大的編程工作者，其占用固定地址為：D4072～D4075。

七．結(jié)束語(yǔ)

永宏優(yōu)越的質(zhì)量，超強(qiáng)的應(yīng)用指令功能，多樣話的通訊方式，使得我們?cè)谏a(chǎn)設(shè)計(jì)中起到了關(guān)鍵性的作用。伴隨永宏機(jī)電產(chǎn)品的豐富與發(fā)展，功能的不斷提高，面對(duì)客戶對(duì)整體服務(wù)的需求，產(chǎn)品擁有廣闊長(zhǎng)遠(yuǎn)的市場(chǎng)拓展空間。