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集成應用原理，展示同構平臺機電自動(dòng)化產(chǎn)品的系統集成優(yōu)勢。 關(guān)鍵詞：微波，真空，人機界面 PLC 
 

 一． 微波發(fā)生原理： 1.
產(chǎn)生微波的設備是磁控管。通過(guò)PLC控制中間固態(tài)繼電器來(lái)驅動(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)中獲得能量轉變成微波能量，從而達到產(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波磁控管兩類(lèi)。
磁控管由管芯和磁鋼（或電磁鐵）組成。管芯的結構包括陽(yáng)極、陰極、能量輸出器和磁路系統等四部分。管子內部保持高真空狀態(tài)。下面分別介紹各部分的結構及其作用。 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，電子在此空間內完成能量轉換的任務(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，還對高頻電磁場(chǎng)的振蕩頻率起著(zhù)決定性的作用。
陽(yáng)極由導電良好的金屬材料（如無(wú)氧銅）制成，并設有多個(gè)諧振腔，諧振腔的數目必須是偶數，管子的工作頻率越高腔數越多。
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)小諧振腔相當于一個(gè)并聯(lián)的2C振蕩回路。以槽扇型腔為例，可以認為腔的槽部分主要構成振蕩回路的電容，而其扇形部分主要構成振蕩回路的電感。
磁控管的陽(yáng)極由許多諧振腔耦合在一起，形成一個(gè)復雜的諧振系統。這個(gè)系統的諧振腔頻率主要決定于每個(gè)小諧振腔的諧振頻率，我們也可以根據小諧振腔的大小來(lái)估計磁控管的工作頻段。
磁控管的陽(yáng)極諧振系統除能產(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.陰極及其引線(xiàn) 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(lèi)很多，性能各異。連續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等優(yōu)點(diǎn)，在連續波磁控管中得到廣泛的應用。 此種陰極加熱電流大，要求陰極引線(xiàn)要短而粗，連接部分要接觸良好。大功率管的陰極引線(xiàn)工作時(shí)溫度很高，常用強迫風(fēng)冷散熱。磁控管工作時(shí)陰極接負高壓，因此引線(xiàn)部分應有良好的絕緣性能并能滿(mǎn)足真空密封的要求。為防止因電子回轟而使陽(yáng)極過(guò)熱，磁控管工作穩定后應按規定降低陰極電流以延長(cháng)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相連接。 小功率連續波磁控管大多采用同軸輸出在陽(yáng)極諧振腔高頻磁場(chǎng)最強的地方。放置一個(gè)耦合環(huán)，當穿過(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。 大功率連續波磁控管常用軸向能量輸出器，輸出天線(xiàn)通過(guò)極靴孔洞連接到陽(yáng)極翼片上。天線(xiàn)一般做成條狀或圓棒也可為錐體。整個(gè)天線(xiàn)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 磁控管正常工作時(shí)要求有很強的恒定磁場(chǎng)，其磁場(chǎng)感應強度一般為數千高斯。工作頻率越高，所加磁場(chǎng)越強。 磁控管的磁路系統就是產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)的裝置。磁路系統分永磁和電磁兩大類(lèi)。永磁系統一般用于小功率管，磁鋼與管芯牢固合為一體構成所謂包裝式。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)強度的大小，來(lái)調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(xiàn)包以提高管子工作的穩定性。
二． 注意事項 由于設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：系統集成片，所以抗干擾能力較強。 由于該設備需要加熱控制就必然用到模擬量模塊，此設備的加熱傳感器是用遠紅外傳感器，信號為4—20MA。永宏P(guān)LC的模擬量板精度是12位。且在每個(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(hù)都肯接受。
三． 工藝流程

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