1.电气控制系统组组成
离子化学热处理设备电气控制系统主要由抽排气、炉内气压、温度检测、辉光电源供电系统等组成。图9-8所示为LD系列离子渗氮炉电器操作控制原理图，其中M1为真空泵，M2为机柜冷却风机，M3为可控元件冷却风机，ZKJ为真空仪表，XMT为温控仪表，SA1为总电源开关，SA2为报警器开关，SW为控制电源开关，KM1为主电路接触器，KM2为限流电阻接触器，KM3为真空泵接触器，FR1为热过载继电器，FA为过流继电器，YV1为电磁阀等。
图9-8 LD系列离子渗氮炉电器操作控制原理图
2.离子化学热处理电源分类
根据离子化学热处理原理、辉光放电特点及加工工件种类，可采用不同类型的离子化学热处理电源。
从电源的控制类型看，离子化学热处理电源可分为直流电源和直流脉冲电源，进一步划分，前者分为调电压控制型和调电流控制型，后者又分为斩波控制型和逆变控制型。
各种离子化学热处理电源有其不同的特点，其中调电压控制型直流电源是其早期产品，工作稳定性较差，维护复杂，而调电流控制型电源工作比较稳定，减少了限流电阻，降低了能耗。由于离子化学热处理是通过带电离子不断轰击工件表面实现的，炉内温度、气压的变化将影响轰击离子的溅射效率和工件表面的电流密度，因此，控制电流更接近于实际工况。辉光放电时存在空心阴极效应，给带有小孔、窄槽、深沟的工件处理造成许多困难，直流脉冲电源可较好地解决了空心阴极效应，其灭弧时间进一步减少，能耗进一步降低，由于脉冲电源不是连续供电，工作效率有所下降。离子化学热处理设备针对不同的处理工件，可增加辅助电阻加热单元，提高加热效率，同时还可减少弧光放电的概率。图9-9～图9-11所示分别为直流调电压/调电流电源、斩波型直流脉冲电源和逆变型直流脉冲电源的电气系统原理图。
图9-9 直流调电压/调电流电源电气系统原理图
图9-10 斩波型直流脉冲电源电气系统原理图
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图9-11 逆变型直流脉冲电源电气系统原理图
整流变压器有一次调压控制（图9-12a）和二次调压控制两种方式，而二次调压控制又分为三相双反Y型串联半控桥式整流（图9-12b）和升压型变压器三相Y型半控桥式整流（图9-12c）。
整流变压器一次调压产生的高次谐波对电网干扰较大，要求可控元件的耐压值高，一般在所用功率不大的情况下选用。在整流变压器的二次调压方式中，双反Y型串联半控桥式整流电路的结构复杂，功率元件数多，但要求元件耐压值低；升压型变压器三相Y型半控桥式整流电路简单，功率元件数少，但其耐压值要求高。一般离子化学热处理电源采用图9-12b、c所示的两种整流电路形式，可控功率器件选用晶闸管。
直流脉冲电源斩波型控制电路比逆变型控制电路简单，但斩波型的脉冲频率比逆变型低，一般为几千赫，而逆变型可达几十千赫。斩波型、逆变型直流脉冲电源中的功率器件，一般选用快速晶闸管、可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）以及绝缘栅双极型晶体管（IGBT）。IGBT为复合功率器件，它是电压控制型，具有驱动功率小、输入阻抗大、控制电路简单、开关损耗小、通断速度快、工作频率高、元件容量大等优点，特别适合在斩波型、逆变型脉冲电源中作为功率开关器件。
图9-12 整流变压器的不同调压形式
a）一次调压 b）三相双反Y型串联半控桥式整流二次调压 c）升压型变压器三相Y型半控桥式整流二次调压
3.离子化学热处理工艺过程的自动控制
采用嵌入式微控制单片机作为控制单元的微处理机来实现离子渗氮工艺过程控制，主要对离子渗氮的辉光电流、电压、温度、气压和气体流量，以及升温速率、保温时间进行控制。在离子渗氮过程中辉光电流、温度和炉内压力相互影响。在手动操作中，由于操作工人的经验不同很难保证处理工件质量的同一性，利用PLC和触摸屏（HMI）对离子渗氮工艺过程进行自动控制，针对不同工件及装炉形态可设置不同的工艺参数进行控制，离子氮化炉工作的各种参数还可以上传到厂级设备监控管理中心实时监控和管理。其控制电气原理图如图9-13所示。离子化学热处理自动控制流程图如图9-14所示。
图9-13 以太网自动控制电气原理图
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