超硬材料压机智能自动控制基于PLC控制研究创新

超硬材料压机智能自动控制基于 PLC控
制研究创新
摘要
由于超硬材料合成需要在高温高压条件下运行，所以要求对六面顶压机的合
成腔内的压力、温度、及各缸位移需要一个稳定精确的控制。

介绍基于工业自动
化PLC控制器+人机终端上位机（计算机）+组态王专用工业软件为基础，结合变
频控制、比例控制技术、PID调节技术为一体的超硬材料金刚石压机控制系统的
组成与工作原理，给出了控制系统的硬件组成和软件设计方案，实现智能自动化
工业系统控制。

实践结果表明该系统实现简单、运行稳定、自动化高、实用性强、行业超前、社会经济价值高。

关键词：超硬材料，金刚石，钻石，智能制造，动态补压，PLC ，变频调速，比例控制，上位机计算机，
Research and innovation of intelligent automatic control of superhard material press based on PLC
Jiang Xiao Ping
(Guilin_TongLy Automation System Co.,LTD., Guangxi Guilin
541004,china)
Abstract
Because the synthesis of superhard materials needs to operate
under high temperature and high pressure, it is required to have a stable and accurate control over the pressure, temperature and displacement of each cylinder in the synthesis chamber of the hexahedral top press. This paper introduces the composition and
working principle of the control system of superhard material diamond press based on industrial automation PLC controller + man-machine terminal upper computer (computer) + Kingview special industrial software, combined with frequency conversion control, proportional control technology and PID regulation technology. The hardware composition and software design scheme of the control system are given to realize the intelligent automatic industrial system control. The practice results show that the system has the advantages of simple implementation, stable operation, high automation, strong practicability, advanced industry and high social and economic value.
Key words: superhard material, diamond, diamond, intelligent manufacturing, dynamic voltage supplement, PLC, variable frequency speed regulation, proportional control, host computer,
一：系统简介
针对不同类型六面顶压机的工艺特点新近开发研究的新一代TA-PCS09-19D
型高精度超硬材料压机自动控制系统，它融合了国内外超硬材料生产工艺专家的经验和建议，是目前国内技术先进、功能完善、性能可靠、贴近超硬材料生产厂家工艺要求的六面顶压机自动控制系统，该控制系统广泛用于金刚石及复合片的生产、立方氮化硼的生产、大单晶金刚石的合成、钻石修复、宝石级人造钻石生产等领域。

系统主要器件都采用进口器件，核心控制采用日本欧姆龙公司生产的可编程控制器（PLC），上位机采用国际知名品牌电脑，全中文（英文）操作界面，使得系统具有显示直观、操作方便、可靠性高、维修方便等特点。

并具有网络扩展功能，远程维修操作，在千里之外都能监测用户设备运行好坏，及时为用户提供免费周到的服务，且系统采用小泵变频动态超保压及比例动态控压技术，可实现压力恒定或压力曲线控制。

采用精确电流、电压、功率、温度校正技术，使屏幕显示和实际值保持高度一致，可实现加热功率的精确控制。

具有多块合成参数记录（包括超保压曲线参数、加热曲线、电流、电压、功率等多个参数），
方便领导层管理、分析金刚石生长情况，以及设备的性能状况和监督检查合成工的生产情况。

二：系统结构及原理
本控系统以日本欧姆龙公司生产的工业专用可编程控制器(PLC)为控制核心并配以国际知名公司生产的显示终端(上位机),使得整个系统具有可靠性高、操作方便等特点。

其抗干扰与稳定性优于其它控制系统，并具有多种保护和预防措施，从而减少压机运行中的事故发生。

系统结构图及原理图如下图1所示：
图1
三：硬件配置
3．1：控制器(PLC)和显示终端(上位机电脑)
控制系统通过可编程控制器(PLC)的开关量输入端以及高精度的模拟输入端
对压机现场开关信号以及压力、电流、电压等模拟信号进行检测，并通过PLC的
输出端对压机的压力、加热曲线以及电磁阀的动作加以控制。

系统的所有参数的设定和状态的显示都是通过显示终端(上位机电脑)来完成
的（包括压力参数、时间参数、加热参数的设定和显示以及压力曲线的设定、加
热曲线设定、电磁阀动作情况等等）。

3．2：开关电源
开关电源是给触摸屏、压力传感器以及继电器组线圈供电的直流24V电源。

具有输入电压范围宽、电压稳定等特点，并具有短路保护等功能。

3．3：变频器及比例阀
用于实现小泵动态补压和压力曲线控制。

实现精准压力控制。

3．4：继电器组
用于驱动电磁阀、变频器启停以及大泵启停、加热启停的中间过度。

通过继
电器组的扩展有利于保护PLC的输出触点，延长PLC的寿命，并可提高系统的抗
干扰能力。

3．5：隔离变压器
隔离变压器（220V/200V）用于给PLC供电，由于目前国内电网电压波动较大，有的地区相电压最高时可达260V以上，而PLC的供电电压范围是100~240V。

因此通过隔离变压器给PLC供电可以有效的保护PLC，与电网电源隔离，提高系
统抗干扰能力。

3．6：隔离变送器
温度、加热电流以及加热电压信号的采集全部采用隔离变送器，同时加热电流、加热电压信号均取自加热变压器的副边，测量出来的值是有效值，因而反映出来的加热电流、加热电压及加热功率能真实的反映实际加热效果。

3.7其他电气元件
如接触器等，不再一一介绍。

四：软件编程
该系统运用工业专用控制技术，自动检测六面顶压机运行中的压力、加热电流、电压、位移等参数，并且动态显示各种参数、数据和工艺曲线，精确控制压机的合成工作。

所以对自动化软件控制提出更高要求，如下：
4.1 PLC程序
plc从软件配置上有系统程序和用户程序。

系统程序装配在cpu模块上随硬件的产品而来。

用户程序是电脑上通过日本欧姆龙编程软件CX-P并根据系统工艺要求编好程序后输入到可编程序控制器的存储模块，程序是采用块式结构形式。

因此，在plc软件中使各种功能的程序模块通过主程序有机的结合起来。

程序部分组织形式如下图2所示
图2
4.2人机终端上位机程序
组态王程序主要有主画面、参数设置、供电回路、实时曲线、PLC输入输出，曲线记录，手动调整，加热方式，报警显示等屏幕，通过屏幕应用程序在计算机
上编好传输到屏幕。

画面构成图3及主画面图4
画面构成图
主监控画面图4
五：结束语
尤其是中高端产品与特殊工艺产品更能适应市场的发展，才能增加企业的竞争优势，在原材料与工艺无法突破的情况下，对液压与控制技术提出了更高的控制精度要求，为满足不同产品的开发与品质需求，针对不同工艺和液压特点开发的比例压力控制系统，满足了不同客户需求，为生产厂家能生产出高品质产品提供了可靠的手段，同时为特种超硬材料行业智能制造提供基础控制。

已广泛应用于国内外市场生产，同时创造更多社会经济价值。

参考文献
[1] 传感器综合样本日本OMRON，2001
[2] 可编程手册日本OMRON, 2001
[3] 组态王软件6.55手册北京亚控公司, 2011
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