人造金剛石作為一種超硬材料，正在越來越廣泛地應(yīng)用到國民經(jīng)濟(jì)的許多行業(yè)和領(lǐng)域，如冶金、機(jī)械、電子、煤炭、石油、建材、地質(zhì)、化學(xué)、水電、交通、光學(xué)儀器、航空等。金剛石行業(yè)已進(jìn)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(jīng)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(zhì)產(chǎn)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(shù)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(fù)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(chǎn)過程精確控制，必須實(shí)時快速檢測反饋量及時輸出給定量，否則生產(chǎn)金剛石的品質(zhì)達(dá)不到要求，更為嚴(yán)重的是會對人身安全構(gòu)成威脅和造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。為此，我們河南省科學(xué)院應(yīng)用物理研究所開發(fā)研制出了WTDP型人工合成金剛石壓機(jī)計(jì)算機(jī)控制設(shè)備。WTDP型人工合成金剛石壓機(jī)計(jì)算機(jī)控制設(shè)備的顯著特點(diǎn)是一機(jī)雙控、多機(jī)網(wǎng)控，同時采用最新研制開發(fā)的硬件及軟件控制模塊，使設(shè)備控制精度高，反應(yīng)速度快，可靠性大大提高。
　　WTDP型人工合成金剛石壓機(jī)計(jì)算機(jī)控制設(shè)備由三級網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成：現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)、車間生產(chǎn)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和公司管理網(wǎng)絡(luò)。其中，現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)通過每個機(jī)控工作站控制兩臺壓機(jī)，完成一個單元內(nèi)多臺金剛石壓機(jī)生產(chǎn)過程的實(shí)時監(jiān)控，并將實(shí)時數(shù)據(jù)傳送至車間生產(chǎn)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和公司管理網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，機(jī)控工作站的各參數(shù)可由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器下發(fā)，車間生產(chǎn)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)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(chǎn)的全過程監(jiān)控管理。公司管理網(wǎng)絡(luò)可在生產(chǎn)管理、技術(shù)管理、銷售管理、庫房管理等各職能管理部門設(shè)置工作站，通過共享公司服務(wù)器中的實(shí)時和歷史數(shù)據(jù)完成本部門相應(yīng)的管理職責(zé)。
　　WTDP型人工合成金剛石壓機(jī)計(jì)算機(jī)控制設(shè)備，采用Windows 2000網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)利TCP／IP協(xié)議構(gòu)成當(dāng)前工業(yè)控制領(lǐng)域廣為流行的客戶朋艮務(wù)器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。三級網(wǎng)絡(luò)分別設(shè)置各自獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，所以各網(wǎng)絡(luò)可分別獨(dú)立運(yùn)行，可按照先現(xiàn)場控制、后車間生產(chǎn)監(jiān)控、再公司管理的建網(wǎng)順序逐步完成整個網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，使整個金剛石生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)全過程的計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理。
　　現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)：主要由機(jī)控工作站和單元服務(wù)器兩部分構(gòu)成，兩部分通過100M／10M集線器(或交換機(jī))構(gòu)成工業(yè)現(xiàn)場控制局域網(wǎng)。
　　機(jī)控工作站：由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)IPC、壓力測控、加熱(溫度)測控、項(xiàng)錘位移測控利人機(jī)交互系統(tǒng)五個部分構(gòu)成，如圖l所示。
　　控制計(jì)算機(jī)：采剛高速、高可靠性的工業(yè)計(jì)算機(jī)，操作系統(tǒng)為Windows 98多任務(wù)32位操作系統(tǒng)。
　　控制計(jì)算機(jī)主要完成壓力、加熱、位移等模擬量和開關(guān)量的采樣，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的工藝曲線和控制策略完成金剛寸；生產(chǎn)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(shí)時參數(shù)，并將這些實(shí)時參數(shù)發(fā)送至各級網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。由于采用了自行研制的控制接口板卡和底層設(shè)備驅(qū)動程序以及實(shí)時數(shù)據(jù)庫技術(shù)，使得整個設(shè)備的數(shù)據(jù)采樣周期和控制響應(yīng)時間大大減小。在充分利用Windows操作系統(tǒng)多進(jìn)程、多線程特性的前提啊我們設(shè)計(jì)了出了獨(dú)特的一機(jī)雙控工作模式，即單臺工作站控制兩臺壓機(jī)同時運(yùn)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(jī)單獨(dú)配置，所以一臺壓機(jī)檢修或退出運(yùn)行不會影響另一臺壓機(jī)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(dāng)前所處的壓力狀態(tài)?？刂瞥绦?qū)?dāng)前壓力狀態(tài)同預(yù)存的壓力工藝參數(shù)進(jìn)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(yīng)的液壓泵組、閥組的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而構(gòu)成壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)。
　　加熱測控系統(tǒng)：實(shí)時檢測加熱回路的錘頭電壓、加熱電流的真有效值，根據(jù)采集到的加熱電流及電壓的真有效值換算成實(shí)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(dǎo)通角，根據(jù)設(shè)定的加熱工藝曲線，實(shí)現(xiàn)恒流控制或恒功率控制。
　　頂錘位移測控系統(tǒng)：檢測壓機(jī)六缸的位置參數(shù)。為達(dá)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(jù)檢測到的六缸位移，來判定六缸的回程、對準(zhǔn)、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(jù)六缸精確位移檢測來進(jìn)行頂錘控制、保護(hù)。
　　人機(jī)交互系統(tǒng)：由液晶(或CRT)顯示器、臺前操作面板和手持機(jī)前控制盒三部分組成，完成參數(shù)的實(shí)時顯示和人工控制功能。實(shí)時顯示功能主要有：壓力、功率實(shí)時值、設(shè)定值和微調(diào)值，壓力、功率工藝曲線和實(shí)時曲線；加熱電流、電壓及電阻實(shí)時值和實(shí)時曲線：合成時間、硅控電壓、系統(tǒng)壓力及六缸位移量實(shí)時值；位移開關(guān)、泵組及閥組狀態(tài)量；自動、手動和調(diào)整方式轉(zhuǎn)換、恒流和恒功率熱控方式轉(zhuǎn)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(diào)；泵組啟、停和加熱啟、停；三缸前進(jìn)、回程及加壓合成控制；緊急停車；其它特殊控制。
　　單元服務(wù)器：由高檔工業(yè)控制計(jì)算機(jī)IPC、液壓中心油溫測控系統(tǒng)和人機(jī)交互系統(tǒng)三個部分構(gòu)成。
　　單元服務(wù)器采用Windows 2000 Server網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，同其它機(jī)控工作站通過100／10M網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)，并可接入車間局域網(wǎng)和公司局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。
　　單元服務(wù)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(nèi)。運(yùn)行人員可通過單元服務(wù)器的人機(jī)交互系統(tǒng)控制整個單元機(jī)組的運(yùn)行要實(shí)現(xiàn)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(jī)控工作站下傳工藝曲線；
　　b．實(shí)時監(jiān)控功能。包括單元內(nèi)各機(jī)組及液壓中心工作參數(shù)的實(shí)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?nèi)各機(jī)組的歷史工作曲線；
　　d．統(tǒng)計(jì)分析功能?？筛鶕?jù)歷史記錄完成各機(jī)組生產(chǎn)量的統(tǒng)計(jì)，并可將歷史記錄同工藝曲線進(jìn)行對比分析；
　　e．異常狀態(tài)顯示、記錄和保護(hù)參數(shù)的設(shè)定?？上蚋鞴ぷ髡驹O(shè)定合成時各保護(hù)參數(shù)，包括壓力突變保護(hù)、電流突變保護(hù)、電阻突變保護(hù)、互感器二次開路保護(hù)、功率突變保護(hù)、絕緣保護(hù)、頂錘超程保護(hù)和頂錘位移異常保護(hù)；
　　f．?dāng)?shù)據(jù)上傳功能?？蓪⒈締卧獧C(jī)組的實(shí)時和歷史數(shù)據(jù)上傳至車間局域網(wǎng)和公司局域網(wǎng)。
　　車間生產(chǎn)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)：由各車間服務(wù)器及車間工作站組成，通過100M交換機(jī)構(gòu)成交換式局域網(wǎng)，完成對本車間生產(chǎn)過程的實(shí)時監(jiān)控。通過共享整個車間各單元服務(wù)器中的實(shí)時和歷史數(shù)據(jù)，主任工作站、工程師工作站及檢修工作站可對車間的生產(chǎn)調(diào)度、工藝分析調(diào)整及機(jī)組檢修做出迅速及時反映。
　　公司生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)：由公司服務(wù)器及設(shè)在總經(jīng)理、總工和其它管理部門的工作站組成，通過i000M交換機(jī)構(gòu)成交換式局域網(wǎng)，完成對公司生產(chǎn)過程的全程監(jiān)控和管理。同時設(shè)立獨(dú)立的Web服務(wù)器，通過防火墻接入Internet，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)移動辦公和管理。
　　主要技術(shù)指標(biāo)：
　　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(yīng)時間：
　　6)功率控制穩(wěn)態(tài)精度：±0．02KW 響應(yīng)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(jī)計(jì)算機(jī)控制設(shè)備的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足高品質(zhì)金剛石生產(chǎn)的控制要求，該設(shè)備的應(yīng)用可提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動強(qiáng)度，增強(qiáng)生產(chǎn)的安全系數(shù)。
　　新穎性及項(xiàng)目水平
　　WTDP型人工合成金剛石壓機(jī)計(jì)算機(jī)控制設(shè)備，采用了自行研制的控制接口板卡和底層設(shè)備驅(qū)動程序以及實(shí)時數(shù)據(jù)庫技術(shù)，使得整個設(shè)備的數(shù)據(jù)采樣周期和控制響應(yīng)時間大大減小，在充分利用Windows操作系統(tǒng)多進(jìn)程、多線程特性的前提下，我們設(shè)計(jì)了出了獨(dú)特的一機(jī)雙控工作模式，即單臺工作站控制兩臺壓機(jī)同時運(yùn)行。其新穎性特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
　　a．整個設(shè)備采用Windows 98操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一機(jī)雙控；
　　b．機(jī)控工作站采用，自行研制的高速控制接口板卡和底層設(shè)備驅(qū)動程序以及實(shí)時數(shù)據(jù)庫技術(shù)，使得整個設(shè)備的控制精度、可靠性、穩(wěn)定性大大提高；
　　c．巳模擬量和開關(guān)量全部采用快速光電隔離，設(shè)備具備較強(qiáng)的抗干擾能力；
　　d、頂錘超程和頂錘位移異常等多種保護(hù)措施，提高安全生產(chǎn)水平，降低生產(chǎn)成本；
　　e．工作方式多樣化，可方便地進(jìn)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(jī)單獨(dú)配置，所以一臺壓機(jī)檢修或退出運(yùn)行不會影響另一臺壓機(jī)的正常工作。一機(jī)雙控、多機(jī)網(wǎng)控的工作方式，使一臺控制柜可同時控制兩臺壓機(jī)正常生產(chǎn)互不影響，同時一臺服務(wù)器和多臺控制柜經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相連，服務(wù)器可與多臺控制柜互傳數(shù)據(jù)。
　　WTDP型人工合成金剛石壓機(jī)計(jì)算機(jī)控制設(shè)備經(jīng)過國內(nèi)多家人造金剛石廠使用，經(jīng)不斷完善，完全滿足了高品質(zhì)金剛石生長的控制要求。
　　WTDP型人工合成金剛石壓機(jī)計(jì)算機(jī)控制設(shè)備是河南省科學(xué)院應(yīng)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(nèi)領(lǐng)先水平。
　　WTDP型人工合成金剛石壓機(jī)計(jì)算機(jī)控制設(shè)備，廣泛應(yīng)用于人造金剛石生產(chǎn)企業(yè)，特別適合大型六面頂人工合成金剛石壓機(jī)的控制及高品級人造金剛石生產(chǎn)線和生產(chǎn)管理的控制。