專利名稱：氮氣閉環控制系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及回流焊接爐領域，特別是控制回流焊接爐中需要氮氣 保護的各單元的氧氣濃度值的一種系統，具體地說是一種氮氣閉環控制系 統。
背景技術：
目前，回流焊爐用于印刷電路板的表面焊接。在生產過程中，電子元 件被壓入到i種由焊劑、黏性物、粘合劑和其它組分混合而成的軟膏中。 焊料膏中的粘合劑將此元件保持在印刷線路板上。在回流焊接爐通路中一 個傳送裝置攜帶印刷線路板和所述電子元件通過回流爐中具有不同溫度 的區域，每一個區域執行回流處理中的一個特定步驟，包括預熱、保溫、 回流和冷卻區域，焊料膏從熔融到凝固，形成一個成品電子線路。歐盟兩
個指令WEEE和RoHS的正式頒發使焊料膏由有鉛轉向無鉛。無鉛焊料的 熔點一般高出有鉛焊料30~40°C，焊接時整體溫度相應提高；電子產品的 小型、輕型、高密度化，使得焊接工藝更為復雜。為減少焊盤和引腳的高 溫氧化及焊接缺陷，防止印刷線路板被灼傷，就必須使用氮氣保護的回流 焊接爐。而氧氣濃度的高低直接決定氮氣的消耗量，從而影響整個設備的 加工生產成本。
現有的回流焊接爐中需要氮氣保護的各單元的氧氣濃度控制系統主 要采用氮氣開環控制法和氮氣半閉環控制法。然而，氮氣開環控制法的各 溫區流量計的開閉度按照預先設定好的滿足最佳回流溫度曲線的最大值 設定。如果情況變化，不能調整需要氮氣保護的各單元溫區的氧氣濃度， 所以該方案氮氣耗費量很大。氮氣半閉環控制方法，增加了一個在線檢測 爐內環境的氧氣分析儀，實時監測回流區的氧氣濃度，通過反饋，手動調整各溫區氮氣流量，及時校正氧氣濃度值。但是，手動調整的可靠性差， 不能及時準確地對氧氣濃度進行實時監控。因此，現有的氧氣濃度控制系 統不能滿足生產工藝的需要。
發明內容
本實用新型的目的是針對現有回流焊接爐中需要氮氣保護的各單元 氧氣濃度控制系統中存在的氮氣耗費量很大、生產成本高、氧氣濃度調整 的可靠性差的問題，提供了一種利用氧氣分析儀對爐內回流區氧氣濃度進
行周期性采樣，通過比例、積分、微分調節器進行PID調節，實時控制各 溫區內的氧氣濃度的氮氣閉環控制系統，以達到實際產品所需要的溫度曲 線和滿意的焊接效果。
本實用新型的技術方案是
1、 一種氮氣閉環控制系統，其特征是它包括各溫區氮氣流量計、需 要氮氣保護的各單元、比例、積分、微分調節器即PID調節器、流量比例 閥、氧氣分析儀、空氣單向閥、空氣開關閥、氮氣單向閥和氮氣開關閥， 需要氮氣保護的各單元與各溫區氮氣流量計相連，各溫區氮氣流量計與空 氣單向閥連接，空氣單向閥的進氣口與空氣開關閥的出氣口連接，在氮氣
回路的進氣口總管上設有流量比例閥，流量比例閥上設有PID調節器，流
量比例閥與各溫區氮氣流量計相連，流量比例閥的控制端與氧氣分析儀連 接，氧氣分析儀采樣信號從回流焊接爐需要氮氣保護的各單元中的回流區 引入，氮氣單向閥的出氣口與流量比例閥的進氣口連接，氮氣開關閥的出 氣口與氮氣單向閥的進氣口連接。
本實用新型的有益效果
1、 本實用新型采用氧分析儀實時采樣，通過比例、積分、微分調節 器即PID調節器進行周期性控制，可以實時調整氮氣保護溫區的氧氣濃度， 從而保證適當的氮氣消耗，降低生產成本。
2、 本實用新型可以自動檢測回流爐內的氣體環境狀況，自動調整爐內需要氮氣保護的各單元溫區的氧氣濃度，盡快達到理想的氧氣設定濃度
值，并通過PID調整維持此設定值，以保證焊接過程中環境穩定，確保焊
接質量，從而節約氮氣的消耗量，降低生產成本。
圖l是氮氣閉環控制系統圖。
具體實施方式
以下結合附圖1和實施例對本實用新型作進一步的說明。
本實用新型的氮氣閉環控制系統，其系統如圖1所示回流焊接爐剛 剛啟動時，流量比例閥將自動調整至最大流量，氮氣以最大流量進入回流 焊接爐中需要氮氣保護的各單元，快速達到設定的氧氣濃度值；回流焊接 爐中需要氮氣保護的各單元達到理想的氧氣濃度值后，流量比例閥將自動 減少氮氣流量，維持設定的氧氣濃度值；
本實用新型的回流焊接爐正常運行時，氧分析儀對爐內回流區的氧氣 濃度進行實時采樣，與設定的氧氣濃度值進行比較，通過比例、積分、微 分調節器即PID調節器，周期性調節流量比例閥的開度，控制氮氣的輸出 維持設定的氧氣濃度值。
本實用新型的氮氣閉環控制系統，回流焊接爐的氮氣閉環控制系統設 定了備用模式standby,當回流焊接爐的入口傳感器檢測到無印刷電路板進 入爐內時，氮氣閉環控制系統進入備用模式standby,回流焊接爐中需要氮 氣保護的各單元的氮氣供入量降低。
本實用新型的氮氣閉環控制系統，當回流焊接爐生產批次更改時，回 流焊接爐的氮氣閉環控制裝置實時快速調整氧氣濃度，并將氧氣濃度參數 存入回流焊接爐的配方程序中，以備調用。
本實用新型的氮氣閉環控制系統，其特征是它包括各溫區氮氣流量 計、需要氮氣保護的各單元、流量比例閥、氧氣分析儀、空氣單向閥、空
5氣開關閥、氮氣單向閥和氮氣開關閥，需要氮氣保護的各單元與各溫區氮 氣流量計相連，各溫區氮氣流量計與空氣單向閥連接，空氣單向閥的進氣 口與空氣開關閥的出氣口連接，在氮氣回路的進氣口總管上設有流量比例 閥，流量比例閥與各溫區氮氣流量計相連，流量比例閥的控制端與氧氣分 析儀連接，氧氣分析儀采樣信號從回流焊接爐需要氮氣保護的各單元中的 回流區引入，氮氣單向閥的出氣口與流量比例閥的進氣口連接，氮氣開關 閥的出氣口與氮氣單向閥的進氣口連接。
具體實施時
氮氣閉環控制系統在機器剛剛啟動時，由于爐內氧氣含量比較高，回 流焊接爐中氮氣總管上裝有的流量比例閥將自動調整至最大流量，氮氣以 最大流量進入回流焊接爐中需要氮氣保護的各單元，快速達到設定的氧氣 含量值。接著氮氣閉環控制系統將自動減少氮氣流量，以經濟省氮氣的方 式維持理想的設定氧氣濃度值。每個批次調整好后，可以將氧氣濃度參數 存入氮氣閉環控制系統的配方程序中，以利氮氣閉環控制系統快速調用， 提高設備的運行效率。另外，設備也設定了備用模式standby,如果回流焊 接爐入口傳感器檢測到無印刷線路板進入爐內，系統就會調用此模式，自 動降低氮氣供入量，提高氧氣濃度到1500 2000PPM，并維持此濃度值， 這樣就可以有效節約氮氣的消耗。
在回流焊接爐正常運行時，利用氧分析儀對爐內回流區的氧氣濃度進 行實時采樣，與設定的氧濃度值進行比較。通過比例、積分、微分調節器 即PID調節器，.周期性調節流量比例閥開度，控制氮氣的輸出，形成全閉 環控制；如果更改生產印刷電路板的批次，重新設定氧氣濃度值，新的氧 濃度值遠高于目前的設定值，那么打開空氣開關閥注入空氣，快速提高爐 內氧濃度，以減少調試時間。
如圖1所示，是可控制的氮氣流量的氮氣閉環控制系統圖。氮氣通過 開關閥控制其通斷，各溫區流量計的開閉度按照預先設定好的滿足最佳回
6流溫度曲線的最大值設定。在氮氣回路入口總管上設有一種可連續控制閥 口開度的流量比例閥。通過氧氣分析儀在線檢測回流焊接爐內回流區的氧
氣濃度，由比例、積分、微分調節器即PID調節器周期性調節比例，利用 流量比例閥的開度變化控制氮氣的輸出。同時，增加一路空氣開關閥控制 回路，用于印刷電路板組件生產批次改變時，如果所需氧氣的濃度值遠高 于目前爐內檢測值時，快速提高氧氣濃度，減少調試時間。
本實用新型未涉及部分均與現有技術相同或可采用現有技術加以實現。
權利要求1、一種氮氣閉環控制系統，其特征是它包括各溫區氮氣流量計、需要氮氣保護的各單元、比例、積分、微分調節器即PID調節器、流量比例閥、氧氣分析儀、空氣單向閥、空氣開關閥、氮氣單向閥和氮氣開關閥，需要氮氣保護的各單元與各溫區氮氣流量計相連，各溫區氮氣流量計與空氣單向閥連接，空氣單向閥的進氣口與空氣開關閥的出氣口連接，在氮氣回路的進氣口總管上設有流量比例閥，流量比例閥上設有PID調節器，流量比例閥與各溫區氮氣流量計相連，流量比例閥的控制端與氧氣分析儀連接，氧氣分析儀采樣信號從回流焊接爐需要氮氣保護的各單元中的回流區引入，氮氣單向閥的出氣口與流量比例閥的進氣口連接，氮氣開關閥的出氣口與氮氣單向閥的進氣口連接。
專利摘要一種氮氣閉環控制系統，用于回流焊接爐需要氮氣保護的各單元溫區的氧氣濃度調整，利用氧氣含量分析儀在線檢測回流焊接爐內氣體的氧含量，通過閉環反饋，PID調節器周期調整比例控制閥的開度，控制氮氣流量。本實用新型可以自動檢測回流爐內的氣體環境狀況，自動調整回流焊接爐內各溫區的氧氣濃度，盡快達到理想的設定氧氣濃度值，并維持此設定值，本實用新型具有保證焊接環境穩定，確保焊接質量，節約氮氣的消耗量，降低生產成本的優點。
文檔編號G05D11/16GK201293946SQ20082018708
公開日2009年8月19日 申請日期2008年9月23日 優先權日2008年9月23日
發明者何杏興, 安晨霞, 楊定香, 潘紅斌, 石寶錢, 陸小軍 申請人:熊貓電子集團有限公司;南京熊貓電子股份有限公司