WTDP型人工合成金刚石压机计算机控制设备

　　完成单位：河南省科学院应用物理研究所

　　人造金刚石作为一种超硬材料，正在越来越广泛地应用到国民经济的许多行业和领域，如冶金、机械、电子、煤炭、石油、建材、地质、化学、水电、交通、光学仪器、航空等。金刚石行业已进入一个高速发展的成长阶段，由于它的消耗性和不可替代性，目前市场对金刚石单晶的需求量越来越大，市场前景很好。但面对激烈的市场竞争利不断变化的经营环境，人造金刚石企业为求得长期生存利不断发展的需要，就要追求好的高品质产品，才能在激烈的市场竞争中立于不败之地的。

　　高品级金刚石的生长有它自身的规律，其合成效果的提高首先必须有工艺技术的创新。人造金刚石是在高温高压下合成的，人工合成金刚石过程比较复杂，合成的条条极其恶劣，对控制量的精度、速度和稳定度有很高的要求。这就要求对生产过程精确控制，必须实时快速检测反馈量及时输出给定量，否则生产金刚石的品质达不到要求，更为严重的是会对人身安全构成威胁和造成严重的经济损失。为此，我们河南省科学院应用物理研究所开发研制出了WTDP型人工合成金刚石压机计算机控制设备。WTDP型人工合成金刚石压机计算机控制设备的显著特点是一机双控、多机网控，同时采用最新研制开发的硬件及软件控制模块，使设备控制精度高，反应速度快，可靠性大大提高。

　　WTDP型人工合成金刚石压机计算机控制设备由三级网络构成：现场控制网络、车间生产监控网络和公司管理网络。其中，现场控制网络通过每个机控工作站控制两台压机，完成一个单元内多台金刚石压机生产过程的实时监控，并将实时数据传送至车间生产监控网络和公司管理网络服务器，机控工作站的各参数可由网络服务器下发，车间生产监控网络通过值班主任工作站、工程师工作站及维修工作站等各类工作站完成本车间金刚石生产的全过程监控管理。公司管理网络可在生产管理、技术管理、销售管理、库房管理等各职能管理部门设置工作站，通过共享公司服务器中的实时和历史数据完成本部门相应的管理职责。

　　WTDP型人工合成金刚石压机计算机控制设备，采用Windows 2000网络操作系统利TCP/IP协议构成当前工业控制领域广为流行的客户朋艮务器网络体系结构。三级网络分别设置各自独立的网络服务器，所以各网络可分别独立运行，可按照先现场控制、后车间生产监控、再公司管理的建网顺序逐步完成整个网络建设，使整个金刚石生产实现全过程的计算机监控管理。

　　现场控制网络：主要由机控工作站和单元服务器两部分构成，两部分通过100M/10M集线器(或交换机)构成工业现场控制局域网。

　　机控工作站：由工业控制计算机IPC、压力测控、加热(温度)测控、项锤位移测控利人机交互系统五个部分构成，如图l所示。

　　控制计算机：采刚高速、高可靠性的工业计算机，操作系统为Windows 98多任务32位操作系统。

　　控制计算机主要完成压力、加热、位移等模拟量和开关量的采样，并根据预先设定的工艺曲线和控制策略完成金刚寸;生产过程的自动控制，同时显示整个工艺过程的压力、功率、加热电压利电流等实时参数，并将这些实时参数发送至各级网络服务器。由于采用了自行研制的控制接口板卡和底层设备驱动程序以及实时数据库技术，使得整个设备的数据采样周期和控制响应博鱼APP官网大大减小。在充分利用Windows操作系统多进程、多线程特性的前提啊我们设计了出了独特的一机双控工作模式，即单台工作站控制两台压机同时运行。

　　由于压力测控系统、加热测控系统、位移测控系统利手动操作系统为各压机单独配置，所以一台压机检修或退出运行不会影响另一台压机的正常工作。

　　压力测控系统：通过检测系统压力、阀组状态、泵组状态等信号，反映系统当前所处的压力状态。控制程序将当前压力状态同预存的压力工艺参数进行综合分析对比，形成控制策略利控制量后，由控制压力I/0模块输出到相应的液压泵组、阀组的执行机构，从而构成压力闭环控制系统。

　　加热测控系统：实时检测加热回路的锤头电压、加热电流的真有效值，根据采集到的加热电流及电压的真有效值换算成实际加热功率。加热功率控制I/0模块输出控制信号，控制可控硅的导通角，根据设定的加热工艺曲线，实现恒流控制或恒功率控制。

　　顶锤位移测控系统：检测压机六缸的位置参数。为达到控制精度，位移传感器采川光栅位移传感器作为行程监测。根据检测到的六缸位移，来判定六缸的回程、对准、超程以及六缸同步性能。在合成阶段随时检测每个顶锤的位置变化，根据六缸精确位移检测来进行顶锤控制、保护。

　　人机交互系统：由液晶(或CRT)显示器、台前操作面板和手持机前控制盒三部分组成，完成参数的实时显示和人工控制功能。实时显示功能主要有：压力、功率实时值、设定值和微调值，压力、功率工艺曲线和实时曲线;加热电流、电压及电阻实时值和实时曲线：合成博鱼APP官网、硅控电压、系统压力及六缸位移量实时值;位移开关、泵组及阀组状态量;自动、手动和调整方式转换、恒流和恒功率热控方式转换;操作提示及报警信息;其它特殊量显示。

　　人工控制功能主要有：合成过程中的压力、功率或电流微调;泵组启、停和加热启、停;三缸前进、回程及加压合成控制;紧急停车;其它特殊控制。

　　单元服务器：由高档工业控制计算机IPC、液压中心油温测控系统和人机交互系统三个部分构成。

　　单元服务器采用Windows 2000 Server网络操作系统，同其它机控工作站通过100/10M网络构成现场控制网络，并可接入车间局域网和公司局域网，实现数据共享。

　　单元服务器的液压中心油温测控系统通过温度变送器测量液压油温并自动控制冷却系统起、停保证液压油温在合理范围内。运行人员可通过单元服务器的人机交互系统控制整个单元机组的运行要实现以下功能：

　　a.工艺曲线管理。包括工艺曲线的输入、修改、存储，并可统一或分别向各机控工作站下传工艺曲线;

　　b.实时监控功能。包括单元内各机组及液压中心工作参数的实时显示，系统异常状态的紧急停车控制(包括单台或整个单元的紧急停车);

　　c.历史记录和查询。可记录和查询单元内各机组的历史工作曲线;

　　d.统计分析功能。可根据历史记录完成各机组生产量的统计，并可将历史记录同工艺曲线进行对比分析;

　　e.异常状态显示、记录和保护参数的设定。可向各工作站设定合成时各保护参数，包括压力突变保护、电流突变保护、电阻突变保护、互感器二次开路保护、功率突变保护、绝缘保护、顶锤超程保护和顶锤位移异常保护;

　　f.数据上传功能。可将本单元机组的实时和历史数据上传至车间局域网和公司局域网。

　　车间生产监控网络：由各车间服务器及车间工作站组成，通过100M交换机构成交换式局域网，完成对本车间生产过程的实时监控。通过共享整个车间各单元服务器中的实时和历史数据，主任工作站、工程师工作站及检修工作站可对车间的生产调度、工艺分析调整及机组检修做出迅速及时反映。

　　公司生产管理网络：由公司服务器及设在总经理、总工和其它管理部门的工作站组成，通过i000M交换机构成交换式局域网，完成对公司生产过程的全程监控和管理。同时设立独立的Web服务器，通过防火墙接入Internet，实现网络移动办公和管理。

　　主要技术指标：

　　(1)压力检测范围及显示精度： 0～150Mpa±0.1Mpa

　　(2)加熟电流检测范围及显示精度：0～i0000A±2A

　　(3)加热电压检测范围及显示精度：0～5V ±0.002V

　　(4)加热功率检测范围及显示精度：0～50.OOKW±0.01KW

　　(5)压力控制稳态精度：±0.2Mpa 响应博鱼APP官网：

　　(6)功率控制稳态精度：±0.02KW 响应博鱼APP官网：

　　(7)油温控制误差：<2℃

　　(8)最大加热功率：50KVA

　　WTDP型人工合成金刚石压机计算机控制设备的各项技术指标均满足高品质金刚石生产的控制要求，该设备的应用可提高生产效率，降低工人劳动强度，增强生产的安全系数。

　　新颖性及项目水平

　　WTDP型人工合成金刚石压机计算机控制设备，采用了自行研制的控制接口板卡和底层设备驱动程序以及实时数据库技术，使得整个设备的数据采样周期和控制响应博鱼APP官网大大减小，在充分利用Windows操作系统多进程、多线程特性的前提下，我们设计了出了独特的一机双控工作模式，即单台工作站控制两台压机同时运行。其新颖性特点主要体现在以下几个方面：a.整个设备采用Windows 98操作系统实现一机双控;b.机控工作站采用，自行研制的高速控制接口板卡和底层设备驱动程序以及实时数据库技术，使得整个设备的控制精度、可靠性、稳定性大大提高;巳模拟量和开关量全部采用快速光电隔离，设备具备较强的抗干扰能力;d.具备压力突变、功率突变、电流突变、电阻突变、互感器二次开路、绝缘异常、顶锤超程和顶锤位移异常等多种保护措施，提高安全生产水平，降低生产成本;e.工作方式多样化，可方便地进行恒功率和恒电流两种工作方式切换;f.操作简单方便，具备在线帮助和提示。

　　由于压力测控系统、加热测控系统、位移测控系统和手动操作系统为各压机单独配置，所以一台压机检修或退出运行不会影响另一台压机的正常工作。一机双控、多机网控的工作方式，使一台控制柜可同时控制两台压机正常生产互不影响，同时一台服务器和多台控制柜经网络相连，服务器可与多台控制柜互传数据。

　　WTDP型人工合成金刚石压机计算机控制设备经过国内多家人造金刚石厂使用，经不断完善，完全满足了高品质金刚石生长的控制要求。

　　WTDP型人工合成金刚石压机计算机控制设备是河南省科学院应用物理研究所开发研制的，2004年10月通过省级鉴定，为国内领先水平。

　　WTDP型人工合成金刚石压机计算机控制设备，广泛应用于人造金刚石生产企业，特别适合大型六面顶人工合成金刚石压机的控制及高品级人造金刚石生产线和生产管理的控制。