六面顶金刚石压机自动控制系统

编辑兴顺金刚石选型机

摘要: 本文针对六面顶金刚石压机的复杂工艺流程特点，设计研发了一套六面顶金刚石压机计算机自动控制系统。该系统主要包括硬件结构设计和软件设计两部分。软件部分主要解决了压机的定位控制与同步调整题目，并给出了工艺曲线设定方法、控制算法及其主要运行结果。该控制装置与某超硬材料公司六面顶金刚石压机及相关液压系统配套组成金刚石全自动生产装置，实现了全视窗界面、触摸屏操纵，控制算法新奇，图形界面良好，控制精度高，保证了合成金刚石的品级。

关键词：人造金刚石;六面顶金刚石压机;监控系统

Abstract：The automatic control system of the cubic synthetic diamond press is developed in the paper aiming at the complex craftwork characteristic. The system main includes in the designs of hardware and the designs of software. The problems of orientation control and synchronous tuning of the press are solved successfully. The initialization of craftwork curve, control arithmetic and running results also are introduced in the paper. The control equipment combined hydraulic pressure system of the cubic synthetic diamond press to buildup the whole automatic control produce equipment which has realized the interface of full inspecting window, operation through touching screen, the novelty of control arithmetic, better graphical interfaces so as to ensure the grades of Synthetic diamond

Key words: synthetic diamond; cubic synthetic diamond press; inspecting system

1.引言

金刚石俗称钻石，是碳的一种同素异形体，是人类发现最早的一种最硬的自然矿物。石墨可在高温、高压的环境中，在触媒的催化作用下，其原子结构发生改变，从而合成人造金刚石。人造金刚石超硬材料的独特性能使其在建材建筑产业、地质钻探、石油开采、机械加工、光学仪器等领域得到广泛应用。

六面顶金刚石合成压机是我国超硬材料生产的关键设备。由于国内人造金刚石的生产工艺还比较落后，现有的生产设备自动化程度不高,相当一部分还停留在人工操纵阶段,尤其是压力与加热控制现状很难满足金刚石生产工艺的要求,精度较低,致使生产出的金刚石多为中低品级产品。为此，作者设计开发了新型的六面顶金刚石压机自动控制系统，该系统与某超硬材料公司六面顶金刚石压机及相关液压系统配套组成金刚石生产装置。该监控系统实现了全视窗界面、触摸屏操纵，图形界面良好，控制精度高，保证了合成金刚石的品级。

2. 六面顶金刚石压机的生产流程

人造金刚石压机的上、前、右、下、后、左六个油缸顶锤从分别六个方向向位于压机中心的石墨叶腊石合成块运动，从而构成六面顶压机;液压油泵输出的液压油，通过油路中各阀门的开、闭控制各油缸顶锤的前进后退;人造金刚石合成中所需的超高压的是通过增压器实现的。

人造金刚石常用的生产工序是：放进待合成的石墨叶腊石合成块至压机中心，按下“空程前进”按钮，上、前、右三个活缸顶锤前进至停锤位，与下、后、左三个死缸一起从六面轻压石墨叶腊石合成块;按下“加压合成”按钮，进进“充液”工步，六缸顶锤同时向压机中心前进，将石墨叶腊石合成块压紧，随即进进“联通超压”工步，对石墨叶腊石合成块施加高温、超高压，并使加热功率、压力跟踪预先设定的工艺设定曲线，加热和保压时间到达后系统会自动转进“卸压”、“回程”工步，六缸顶锤回到起始位，完成一个工作循环。

3.金刚石压机自动控制系统硬件结构设计

本系统由控制柜、手操器及现场仪表（元件）构成。控制柜内包括产业控制计算机、触摸屏显示器、过程输进输出模板、阀用比例放大器、直流电源、可控硅及调功板、电量变送器和有关电气控制部分。现场部分包括位移传感器、压力变送器、温度传感器、电流互感器及电液比例阀等。

控制系统I/O通道如图1所示。该系统通过24路A/D接进六缸位移、油压、电压、电流、油温、水温等信号，通过64路开进点接进各种开关量输进信号，通过12路D/A输出各种电液比例控制信号及加热功率控制信号，通过32路开出点输出各种开关量输出信号。

图1 I/O通道

4.金刚石压机自动控制系统软件设计

六面顶金刚石压机自动控制系统软件由工控组态软件与可视化编程语言相结合编制而成，其中工艺设定曲线由可视化编程语言编写，帮助文件采用网页HTML形式编制，调用IE浏览器浏览;其他全为使用工控组态软件组态而成。通过 DDE 方式进行工控组态软件与可视化编程程序间的双向动态数据交换。压机工艺流程及监控系统主画面和其他相关画面可通过触摸屏点击相应按钮自由切换，可实现工艺流程动态图形显示、实时数据棒形图显示、实时数据趋势曲线显示、参数越限报警以及实现压力、功率工艺曲线的快速设定;实现历史数据记录与追忆;在符合授权口令的条件下进行各控制系统参数的在线整定。

4.1系统特点与控制功能

¨采用电液比例控制技术，实现液压系统压力、超高压压力及六缸位移的连续控制。

¨采用产业控制计算机控制技术，实现全视窗界面、触摸屏操纵，技术先进、操纵方便，控制可靠。

¨采用高精度位移传感器及悬臂式位移检测机构丈量六缸的位移，定位控制精度大幅进步;提出新型控制算法，利用六面顶金刚石压机系统油缸的单向容量特性，精确实现无超调、无余差的六缸定位控制;采用新型的压机充液同步调整控制方案，各缸可单独调整，相互影响小，调整方便。

¨开发成功压力、功率工艺曲线程序设定模块，用户可自由设定多达15段折线组成的