摘要：本文主要論述永宏P(guān)LC及永宏HMI在制藥行業(yè)的滅菌干燥上的系統(tǒng)集成應(yīng)用原理，展示同構(gòu)平臺機(jī)電自動化產(chǎn)品的系統(tǒng)集成優(yōu)勢。

      關(guān)鍵詞：微波，真空，人機(jī)界面PLC

　　一．微波發(fā)生原理：

      產(chǎn)生微波的設(shè)備是磁控管。通過PLC控制中間固態(tài)繼電器來驅(qū)動升壓變壓器，電壓約為6000V。磁控管是一種用來產(chǎn)生微波能的電真空器件。實質(zhì)上是一個置于恒定磁場中的二極管。管內(nèi)電子在相互垂直的恒定磁場和恒定電場的控制下，與高頻電磁場發(fā)生相互作用，把從恒定電場中獲得能量轉(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.陽極

　　陽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相互作用的空間。在恒定磁場和恒定電場的作用下，電子在此空間內(nèi)完成能量轉(zhuǎn)換的任務(wù)。磁控管的陽極除與普通的二極管的陽極一樣收集電子外，還對高頻電磁場的振蕩頻率起著決定性的作用。

　　陽極由導(dǎo)電良好的金屬材料（如無氧銅）制成，并設(shè)有多個諧振腔，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。

　　陽極諧振腔的型式常為孔槽形、扇形和槽扇型，陽極上的每一個小諧振腔相當(dāng)于一個并聯(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。

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

　　磁控管的陽極諧振系統(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,常用隔型帶來隔離干擾模式.隔型帶把陽極翼片一個間隔一個地連接起來,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,這些電子打上陽極使陽極溫度升高,陽極收集的電子越多(即電流越大),或電子的能量越大(能量轉(zhuǎn)換率越低),陽極溫度越高,因此,陽極需有良好的散熱能力.一般情況下功率管采用強迫風(fēng)冷,陽極帶有散熱片.大功率管則多用水冷,陽極上有冷卻水套。

　　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組成部分。陰極的性能對管子的工作特性和壽命影響極大，被視為整個管子的心臟。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間短和抗電子轟擊能力強等優(yōu)點，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溫度很高，常用強迫風(fēng)冷散熱。磁控管工作時陰極接負(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極過熱，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損耗，無擊穿地通過微波，保證管子的真空密封，同時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極諧振腔高頻磁場最強的地方。放置一個耦合環(huán)，當(dāng)穿過環(huán)面的磁通量變化時，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。大功率連續(xù)波磁控管常用軸向能量輸出器，輸出天線通過極靴孔洞連接到陽極翼片上。天線一般做成條狀或圓棒也可為錐體。整個天線被輸出窗密封。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損耗的通過和具有良好的真空氣密性。大功率管的輸出窗常用強迫風(fēng)冷來降低由于介質(zhì)損耗所產(chǎn)生的熱量。

　　4.磁路系統(tǒng)磁控管

      正常工作時要求有很強的恒定磁場，其磁場感應(yīng)強度一般為數(shù)千高斯。工作頻率越高，所加磁場越強。磁控管的磁路系統(tǒng)就是產(chǎn)生恒定磁場的裝置。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，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，可以很方便的靠改變磁場強度的大小，來調(diào)整輸出功率和工作頻率。另外，還可以將陽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

      由于設(shè)備的加熱部分是靠微波來加熱的，所以必須要考慮到微波帶來的干擾源問題。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。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，信號為4—20MA。永宏P(guān)LC的模擬量板精度是12位。且在每個掃描周期都讀取模擬量值，所以是實時更新的，加上模擬量板價格適中，客戶都肯接受。

　　三．工藝流程

　　四．永宏電機(jī)簡介

      永宏電機(jī)股份有限公司于1992年由一群從事PLC設(shè)計工作多年的工程師創(chuàng)立與臺灣。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。一直以來，本公司全心專注在高功能的中小型PLC市場領(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比產(chǎn)品一直是永宏的宏愿，多年的默默耕耘與實踐終于能開花結(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)的動作控制

　　如圖3是微波真空干燥滅菌機(jī)手動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)的自動狀態(tài)控制，每檔溫度時間都有顯示，第一檔溫度控制結(jié)束自動跳到第2檔，依次往下控制

　　六．模擬量板說明

      采用永宏性價比較高的模擬量板FBS-B4AD控制溫度。FBS-B4AD是12位精度，模擬量板是單極性的測量范圍為：0—20MA或0—10V。永宏P(guān)LC設(shè)計是以14位的方式表示法，即：0—16380對應(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

      永宏優(yōu)越的質(zhì)量，超強的應(yīng)用指令功能，多樣話的通訊方式，使得我們在生產(chǎn)設(shè)計中起到了關(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，面對客戶對整體服務(wù)的需求，產(chǎn)品擁有廣闊長遠(yuǎn)的市場拓展空間。