完成單位：河南省科學院應用物理研究所
　　人造金剛石作為一種超硬材料，正在越來越廣泛地應用到國民經濟的許多行業(yè)和領域，如冶金、機械、電子、煤炭、石油、建材、地質、化學、水電、交通、光學儀器、航空等。金剛石行業(yè)已進入一個高速發(fā)展的成長階段，由于它的消耗性和不可替代性，目前市場對金剛石單晶的需求量越來越大，市場前景很好。但面對激烈的市場競爭利不斷變化的經營環(huán)境，人造金剛石企業(yè)為求得長期生存利不斷發(fā)展的需要，就要追求好的高品質產品，才能在激烈的市場競爭中立于不敗之地的。
　　高品級金剛石的生長有它自身的規(guī)律，其合成效果的提高首先必須有工藝技術的創(chuàng)新。人造金剛石是在高溫高壓下合成的，人工合成金剛石過程比較復雜，合成的條條極其惡劣，對控制量的精度、速度和穩(wěn)定度有很高的要求。這就要求對生產過程精確控制，必須實時快速檢測反饋量及時輸出給定量，否則生產金剛石的品質達不到要求，更為嚴重的是會對人身安全構成威脅和造成嚴重的經濟損失。為此，我們河南省科學院應用物理研究所開發(fā)研制出了WTDP型人工合成金剛石壓機計算機控制設備。WTDP型人工合成金剛石壓機計算機控制設備的顯著特點是一機雙控、多機網控，同時采用最新研制開發(fā)的硬件及軟件控制模塊，使設備控制精度高，反應速度快，可靠性大大提高。
　　WTDP型人工合成金剛石壓機計算機控制設備由三級網絡構成：現場控制網絡、車間生產監(jiān)控網絡和公司管理網絡。其中，現場控制網絡通過每個機控工作站控制兩臺壓機，完成一個單元內多臺金剛石壓機生產過程的實時監(jiān)控，并將實時數據傳送至車間生產監(jiān)控網絡和公司管理網絡服務器，機控工作站的各參數可由網絡服務器下發(fā)，車間生產監(jiān)控網絡通過值班主任工作站、工程師工作站及維修工作站等各類工作站完成本車間金剛石生產的全過程監(jiān)控管理。公司管理網絡可在生產管理、技術管理、銷售管理、庫房管理等各職能管理部門設置工作站，通過共享公司服務器中的實時和歷史數據完成本部門相應的管理職責。
　　WTDP型人工合成金剛石壓機計算機控制設備，采用Windows 2000網絡操作系統(tǒng)利TCP／IP協(xié)議構成當前工業(yè)控制領域廣為流行的客戶朋艮務器網絡體系結構。三級網絡分別設置各自獨立的網絡服務器，所以各網絡可分別獨立運行，可按照先現場控制、后車間生產監(jiān)控、再公司管理的建網順序逐步完成整個網絡建設，使整個金剛石生產實現全過程的計算機監(jiān)控管理。
　　現場控制網絡：主要由機控工作站和單元服務器兩部分構成，兩部分通過100M／10M集線器(或交換機)構成工業(yè)現場控制局域網。
　　機控工作站：由工業(yè)控制計算機IPC、壓力測控、加熱(溫度)測控、項錘位移測控利人機交互系統(tǒng)五個部分構成，如圖l所示。
　　控制計算機：采剛高速、高可靠性的工業(yè)計算機，操作系統(tǒng)為Windows 98多任務32位操作系統(tǒng)。
　　控制計算機主要完成壓力、加熱、位移等模擬量和開關量的采樣，并根據預先設定的工藝曲線和控制策略完成金剛寸；生產過程的自動控制，同時顯示整個工藝過程的壓力、功率、加熱電壓利電流等實時參數，并將這些實時參數發(fā)送至各級網絡服務器。由于采用了自行研制的控制接口板卡和底層設備驅動程序以及實時數據庫技術，使得整個設備的數據采樣周期和控制響應時間大大減小。在充分利用Windows操作系統(tǒng)多進程、多線程特性的前提啊我們設計了出了獨特的一機雙控工作模式，即單臺工作站控制兩臺壓機同時運行。
　　由于壓力測控系統(tǒng)、加熱測控系統(tǒng)、位移測控系統(tǒng)利手動操作系統(tǒng)為各壓機單獨配置，所以一臺壓機檢修或退出運行不會影響另一臺壓機的正常工作。
　　壓力測控系統(tǒng)：通過檢測系統(tǒng)壓力、閥組狀態(tài)、泵組狀態(tài)等信號，反映系統(tǒng)當前所處的壓力狀態(tài)?？刂瞥绦驅斍皦毫顟B(tài)同預存的壓力工藝參數進行綜合分析對比，形成控制策略利控制量后，由控制壓力I／0模塊輸出到相應的液壓泵組、閥組的執(zhí)行機構，從而構成壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)。
　　加熱測控系統(tǒng)：實時檢測加熱回路的錘頭電壓、加熱電流的真有效值，根據采集到的加熱電流及電壓的真有效值換算成實際加熱功率。加熱功率控制I／0模塊輸出控制信號，控制可控硅的導通角，根據設定的加熱工藝曲線，實現恒流控制或恒功率控制。
　　頂錘位移測控系統(tǒng)：檢測壓機六缸的位置參數。為達到控制精度，位移傳感器采川光柵位移傳感器作為行程監(jiān)測。根據檢測到的六缸位移，來判定六缸的回程、對準、超程以及六缸同步性能。在合成階段隨時檢測每個頂錘的位置變化，根據六缸精確位移檢測來進行頂錘控制、保護。
　　人機交互系統(tǒng)：由液晶(或CRT)顯示器、臺前操作面板和手持機前控制盒三部分組成，完成參數的實時顯示和人工控制功能。實時顯示功能主要有：壓力、功率實時值、設定值和微調值，壓力、功率工藝曲線和實時曲線；加熱電流、電壓及電阻實時值和實時曲線：合成時間、硅控電壓、系統(tǒng)壓力及六缸位移量實時值；位移開關、泵組及閥組狀態(tài)量；自動、手動和調整方式轉換、恒流和恒功率熱控方式轉換；操作提示及報警信息；其它特殊量顯示。
　　人工控制功能主要有：合成過程中的壓力、功率或電流微調；泵組啟、停和加熱啟、停；三缸前進、回程及加壓合成控制；緊急停車；其它特殊控制。
　　單元服務器：由高檔工業(yè)控制計算機IPC、液壓中心油溫測控系統(tǒng)和人機交互系統(tǒng)三個部分構成。
　　單元服務器采用Windows 2000 Server網絡操作系統(tǒng)，同其它機控工作站通過100／10M網絡構成現場控制網絡，并可接入車間局域網和公司局域網，實現數據共享。
　　單元服務器的液壓中心油溫測控系統(tǒng)通過溫度變送器測量液壓油溫并自動控制冷卻系統(tǒng)起、停保證液壓油溫在合理范圍內。運行人員可通過單元服務器的人機交互系統(tǒng)控制整個單元機組的運行要實現以下功能：
　　a．工藝曲線管理。包括工藝曲線的輸入、修改、存儲，并可統(tǒng)一或分別向各機控工作站下傳工藝曲線；
　　b．實時監(jiān)控功能。包括單元內各機組及液壓中心工作參數的實時顯示，系統(tǒng)異常狀態(tài)的緊急停車控制(包括單臺或整個單元的緊急停車)；
　　c．歷史記錄和查詢?？捎涗浐筒樵儐卧獌雀鳈C組的歷史工作曲線；
　　d．統(tǒng)計分析功能?？筛鶕v史記錄完成各機組生產量的統(tǒng)計，并可將歷史記錄同工藝曲線進行對比分析；
　　e．異常狀態(tài)顯示、記錄和保護參數的設定?？上蚋鞴ぷ髡驹O定合成時各保護參數，包括壓力突變保護、電流突變保護、電阻突變保護、互感器二次開路保護、功率突變保護、絕緣保護、頂錘超程保護和頂錘位移異常保護；
　　f．數據上傳功能?？蓪⒈締卧獧C組的實時和歷史數據上傳至車間局域網和公司局域網。
　　車間生產監(jiān)控網絡：由各車間服務器及車間工作站組成，通過100M交換機構成交換式局域網，完成對本車間生產過程的實時監(jiān)控。通過共享整個車間各單元服務器中的實時和歷史數據，主任工作站、工程師工作站及檢修工作站可對車間的生產調度、工藝分析調整及機組檢修做出迅速及時反映。
　　公司生產管理網絡：由公司服務器及設在總經理、總工和其它管理部門的工作站組成，通過i000M交換機構成交換式局域網，完成對公司生產過程的全程監(jiān)控和管理。同時設立獨立的Web服務器，通過防火墻接入Internet，實現網絡移動辦公和管理。
　　主要技術指標：
　　(1)壓力檢測范圍及顯示精度： 0～150Mpa±0．1Mpa
　　(2)加熟電流檢測范圍及顯示精度：0～i0000A±2A
　　(3)加熱電壓檢測范圍及顯示精度：0～5V ±0．002V
　　(4)加熱功率檢測范圍及顯示精度：0～50．OOKW±0．01KW
　　(5)壓力控制穩(wěn)態(tài)精度：±0．2Mpa 響應時間：
　　(6)功率控制穩(wěn)態(tài)精度：±0．02KW 響應時間：
　　(7)油溫控制誤差：<2℃
　　(8)最大加熱功率：50KVA
　　WTDP型人工合成金剛石壓機計算機控制設備的各項技術指標均滿足高品質金剛石生產的控制要求，該設備的應用可提高生產效率，降低工人勞動強度，增強生產的安全系數。
　　新穎性及項目水平
　　WTDP型人工合成金剛石壓機計算機控制設備，采用了自行研制的控制接口板卡和底層設備驅動程序以及實時數據庫技術，使得整個設備的數據采樣周期和控制響應時間大大減小，在充分利用Windows操作系統(tǒng)多進程、多線程特性的前提下，我們設計了出了獨特的一機雙控工作模式，即單臺工作站控制兩臺壓機同時運行。其新穎性特點主要體現在以下幾個方面：a．整個設備采用Windows 98操作系統(tǒng)實現一機雙控；b．機控工作站采用，自行研制的高速控制接口板卡和底層設備驅動程序以及實時數據庫技術，使得整個設備的控制精度、可靠性、穩(wěn)定性大大提高；巳模擬量和開關量全部采用快速光電隔離，設備具備較強的抗干擾能力；d．具備壓力突變、功率突變、電流突變、電阻突變、互感器二次開路、絕緣異常、頂錘超程和頂錘位移異常等多種保護措施，提高安全生產水平，降低生產成本；e．工作方式多樣化，可方便地進行恒功率和恒電流兩種工作方式切換；f．操作簡單方便，具備在線幫助和提示。
　　由于壓力測控系統(tǒng)、加熱測控系統(tǒng)、位移測控系統(tǒng)和手動操作系統(tǒng)為各壓機單獨配置，所以一臺壓機檢修或退出運行不會影響另一臺壓機的正常工作。一機雙控、多機網控的工作方式，使一臺控制柜可同時控制兩臺壓機正常生產互不影響，同時一臺服務器和多臺控制柜經網絡相連，服務器可與多臺控制柜互傳數據。
　　WTDP型人工合成金剛石壓機計算機控制設備經過國內多家人造金剛石廠使用，經不斷完善，完全滿足了高品質金剛石生長的控制要求。
　　WTDP型人工合成金剛石壓機計算機控制設備是河南省科學院應用物理研究所開發(fā)研制的，2004年10月通過省級鑒定，為國內領先水平。
　　WTDP型人工合成金剛石壓機計算機控制設備，廣泛應用于人造金剛石生產企業(yè)，特別適合大型六面頂人工合成金剛石壓機的控制及高品級人造金剛石生產線和生產管理的控制。