專利名稱：六面頂高壓合成壓機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種設(shè)備的自動(dòng)控制系統(tǒng)，特別涉及的是一種六面頂高壓合成壓機(jī)的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。
六面頂高壓合成壓機(jī)是目前合成金剛石超硬材料的典型設(shè)備，它以石墨等為原料，根據(jù)產(chǎn)品品質(zhì)的要求，遵照適合的合成工藝進(jìn)行操作，控制油壓驅(qū)動(dòng)三對(duì)頂錘形成六面同步擠壓并控制功率加熱，使合成腔內(nèi)的合成塊處于高壓高溫狀態(tài)，從而生成金剛石。金剛石的合成工藝與原輔材料的品質(zhì)，以及產(chǎn)品的品質(zhì)要求有關(guān)，不同的原輔材料以及不同的產(chǎn)品品質(zhì)要求，所制定的合成工藝也不相同。合成工藝的操作是一個(gè)復(fù)雜的操作，它不僅有工序轉(zhuǎn)換的控制，而且還有工序過程中的狀態(tài)控制，每一個(gè)工序或工序中的狀態(tài)不僅控制開關(guān)量，而且還要控制模擬量。同時(shí)，由于金剛石是在高壓高溫這樣的特定條件下生成的，再加上六面頂?shù)奶赜袪顩r，任何操作的失誤，工作狀態(tài)的失控都必然造成三對(duì)頂錘形不成六面同步擠壓的條件，很容易造成設(shè)備出現(xiàn)異常情況，合成失敗，甚至出現(xiàn)爆錘等事故的發(fā)生。因此，采用什么辦法來記憶合成工藝方案，采用什么控制方法來執(zhí)行工藝，采用什么措施來監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)是實(shí)現(xiàn)壓機(jī)自動(dòng)控制的技術(shù)關(guān)鍵及技術(shù)難點(diǎn)。
目前傳統(tǒng)的六面頂高壓合成壓機(jī)主要是憑人工操作的控制方法，因而存在以下幾方面的不足和嚴(yán)重缺陷(1)不能實(shí)現(xiàn)智能化控制；(2)壓力控制為簡(jiǎn)單的繼電器控制，穩(wěn)態(tài)控制精度差，不能達(dá)到±0.2MPa，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，不能達(dá)到1s，并且壓力運(yùn)行曲線不連續(xù)；(3)設(shè)備工作狀態(tài)監(jiān)控不完備，須人工進(jìn)行大量的異常工作狀態(tài)判別處理，特別是沒有監(jiān)控頂錘位移同步差，從而不能預(yù)測(cè)爆錘前兆，不能及時(shí)有效地制止設(shè)備事故的發(fā)生；(4)沒有合成工藝方案記憶功能，大量的工藝須人工記憶，因而工序控制的準(zhǔn)確性，可靠性差；(5)沒有合成工藝自動(dòng)跟蹤控制，須進(jìn)行大量繁雜的人工操作，因而無法克服人工操作帶來的產(chǎn)品品質(zhì)離散性大等不足；(6)不能全部反映設(shè)備的各種運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)，沒有合成過程的數(shù)據(jù)存貯和記錄打印，從而不能為合成工藝的優(yōu)選、編制提供充分的理論依據(jù)。
本發(fā)明的目的是為了克服以上的不足和缺陷，滿足工藝需要而提出的一種嶄新的自動(dòng)控制方法——六面頂高壓合成壓機(jī)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)六面頂高壓合成壓機(jī)控制的自動(dòng)化、智能化，使設(shè)備的控制具備合成工藝自動(dòng)跟蹤、異常工作狀態(tài)分析處理、工藝方案庫管理、動(dòng)態(tài)過程顯示和記錄打印等功能，提高設(shè)備控制的可靠性、穩(wěn)定性和安全性，穩(wěn)定提高產(chǎn)品品質(zhì)。
本發(fā)明是一個(gè)六面預(yù)高壓合成壓機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。它包括操作控制臺(tái)1、顯示器2、打印機(jī)3、工藝方案庫外存貯器4、運(yùn)行記錄庫外存貯器5、主機(jī)(計(jì)算機(jī))6、開關(guān)量輸入板7、頂錘位置采集器8、閥組位置采集器9、A/D轉(zhuǎn)換器10、位移傳感器11、壓力變送器12、電壓變送器13、電流變送器14、D/A轉(zhuǎn)換器15、液壓泵組16、液壓閥組17、六面頂18、合成塊19、可控硅變流器20、開關(guān)量輸出板21各組成部分。


圖1.所示的是本發(fā)明的六機(jī)頂高壓合成壓機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)組成方框圖。
操作控制臺(tái)1連接到主機(jī)6上，向主機(jī)發(fā)送操作命令信號(hào)；顯示器2連接到主機(jī)6上，接受主機(jī)的顯示控制命令；打印機(jī)3連接到主機(jī)6上，接受主機(jī)6的打印控制命令；工藝方案庫外存貯器4連接到主機(jī)6上，互相傳遞合成工藝方案信息；運(yùn)行記錄庫外存貯器5連接到主機(jī)6上，互相傳遞運(yùn)行記錄信息；開關(guān)量輸入板7連接到主機(jī)6上，向主機(jī)6發(fā)送設(shè)備的開關(guān)量信息；頂錘位置采集器8連接到六面頂18上，采集頂錘位置的狀態(tài)；閥組位置采集器9連接到開關(guān)量輸入板7上，向開量輸入板7發(fā)送閥組位置狀態(tài)信息；閥組位置采集器9連接到液壓閥組17上，采集閥組位置的狀態(tài)；A/D轉(zhuǎn)換器10連接到主機(jī)6上，向主機(jī)6發(fā)送設(shè)備的模擬量信息；位移傳感器11連接到A/D轉(zhuǎn)換器10上，向A/D轉(zhuǎn)換器10發(fā)送頂錘位移信息；位移傳感器11連接到六面頂18上，采集頂錘位移量；壓力變送器12連接到A/D轉(zhuǎn)換器10上，向A/D轉(zhuǎn)換器10發(fā)送液壓壓力信號(hào)；壓力變送器12連接到液壓閥組17上，采集液壓的運(yùn)行壓力；電壓變送器13連接到A/D轉(zhuǎn)換器10上，向A/D轉(zhuǎn)換器10發(fā)送加熱電壓信號(hào)；電壓變送器13連接到可控硅變流器20上，采集加熱的運(yùn)行電壓；電流變送器14連接到A/D轉(zhuǎn)換器10上，向A/D轉(zhuǎn)換器10發(fā)送加熱電流信號(hào)；電流變送器14連接到可控硅變流器20上，采集加熱的運(yùn)行電流；D/A轉(zhuǎn)換器15連接到主機(jī)6上，接受主機(jī)6的模擬量控制信號(hào)；開關(guān)量輸出板21連接到主機(jī)6上，接受主機(jī)6的開關(guān)量控制信號(hào)；液壓泵組16連接到D/A轉(zhuǎn)換器15上，接受D/A轉(zhuǎn)換器15的壓力控制信號(hào)；液壓泵組16連接到開關(guān)量輸出板21上，接受開關(guān)量輸出板21的壓力控制啟動(dòng)信號(hào)；液壓閥組17連接到液壓泵組16上，接受液壓組16的壓力；液壓閥組17連接到開關(guān)量輸出板21上，接受開關(guān)量輸出板21的閥組開關(guān)控制信號(hào)；六面頂18連接到液壓閥組17上，接受液壓閥組17的液壓控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)六個(gè)頂錘工作；合成塊19連接到六面頂18上，接受六面頂18的六面同步擠壓力；可控硅變流器20連接到D/A轉(zhuǎn)換器上，接受D/A轉(zhuǎn)換器15的加熱功率控制信號(hào)；可控硅變流器20連接到開關(guān)量輸出板21上，接受開關(guān)量輸出板21的加熱控制啟動(dòng)信號(hào)；合成塊19連接到可控硅變流器20上，接受可控硅變流器20的加熱。
圖2.所示的是本發(fā)明的六面頂高壓合成壓機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的主程序流程圖，其工作步驟如下A、主程序開始；B、系統(tǒng)初始化；C、查找程序入口地址，根據(jù)入口地址，分別轉(zhuǎn)D1a步，D2步，D3步執(zhí)行；D1a、控制方案確定；D1b、開定時(shí)中斷，中斷程序投入運(yùn)行；D1c、工藝自動(dòng)跟蹤；D1d、運(yùn)行記錄；D1e、動(dòng)態(tài)顯示
D1f、合成過程結(jié)束？，若斷別為N，轉(zhuǎn)回D1c步循環(huán)；若判別為Y，轉(zhuǎn)回C步循環(huán)；D2、工藝方案管理，出口轉(zhuǎn)回C步循環(huán)；D3、記錄打印，出口轉(zhuǎn)回C步循環(huán)。
圖3.所示的是本發(fā)明的主程序中的系統(tǒng)初始化程序流程圖，其工作步驟如下A、系統(tǒng)初始化開始；B、關(guān)中斷；C、清數(shù)據(jù)緩沖；D、設(shè)置寄存器；E、清開關(guān)量輸出；F、清模擬量輸出；G、清顯示緩沖；H、置控制初值；I、返回。
圖4.所示是本發(fā)明的主程序中的控制方案確定程序流程圖，其工作步驟如下A、控制方案確定開始；B、查詢工藝方案地址；C、取工藝方案，按工序展開，共有七個(gè)工序D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7；D1、頂錘前進(jìn)；D2、充液；D3、加壓加熱；D4、穩(wěn)壓冷卻；D5、卸壓；D6、頂錘回程；D7、合成結(jié)束；E、置最初工序；F、返回。
圖5.所示的是本發(fā)明的主程序中的開定時(shí)中斷后運(yùn)行的中斷程序流程圖，其工作步驟如下A、中斷程序開始；B、關(guān)中斷；C、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)；D、動(dòng)態(tài)采集；E、異常狀態(tài)分析處理；F、動(dòng)態(tài)控制；G、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)；H、中斷返回。
圖6.所示的是本發(fā)明的主程序中的開定時(shí)中斷后進(jìn)行的中斷程序中的動(dòng)態(tài)采集程序流程圖，其工作步驟如下A、動(dòng)態(tài)采集開始；B、啟動(dòng)A/D取壓力信號(hào)；C、啟動(dòng)A/D取電壓信號(hào)；D、啟動(dòng)A/D取電流信號(hào)；E、計(jì)算加熱功率；F、啟動(dòng)A/D取頂錘位移信號(hào)；G、模擬信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化處理；H、取閥組開關(guān)狀態(tài)；I、取頂錘位置狀態(tài)；J、開關(guān)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化處理；K、返回圖7.所示的是本發(fā)明的主程序中的開定時(shí)中斷后進(jìn)行的中斷程序中的異常狀態(tài)分析處理程序流程圖，其工作步驟如下A、異常狀態(tài)分析處理開始；B、頂錘位移同步差判別；C、開關(guān)狀態(tài)判別，下分三種狀態(tài)判別D1、D2、D3；D1、頂錘超程；
D2、增壓器超程；D3、液壓閥異常；E、開關(guān)狀態(tài)分析處理結(jié)果送緩沖；F、超限判別下分七種超限判別G1、G2、G3、G4、G5、G6、G7；G1、頂錘位移超限；G2、壓力超限；G3、壓力波動(dòng)超限；G4、功率超限；G5、電流超限；G6、電流波動(dòng)超限；G7、合成塊電阻率超限；H、超限分析處理結(jié)果送緩沖；I、返回。
圖8.所示的是本發(fā)明的主程序中的開定時(shí)中斷后進(jìn)行的中斷程序中的異常狀態(tài)分析處理程序中的頂錘位移同步差判別程序流程圖，其工作步驟如下A、頂錘位移同步差判別開始；B、指向第一個(gè)頂錘；C、取這個(gè)頂錘位移采集值V1、V2；D、V1-V2＞誤差？，若判別為N，進(jìn)入E1a步；若判別為Y，進(jìn)入E2步；E1a、計(jì)算這個(gè)頂錘位移值Ui，Ui＝(V1+V2)/2；E1b、指向下一個(gè)頂錘；E1c、全部檢查完？，若判別為N，轉(zhuǎn)回C步循環(huán)；若判別為Y，進(jìn)入E1d步；E1d、計(jì)算每對(duì)頂錘位移同步差ΔU；E1e、ΔU＞限值？，若判別為N，進(jìn)入E1f步；若判別為Y，進(jìn)入E1i步；
E1f、計(jì)算每對(duì)頂錘位移同步差變化率ΔU/Δt；E1g、ΔU/Δt＞限值？若判別為N，進(jìn)入E1h步；若判別為Y，進(jìn)入E1i步；E1h、頂錘工作正常處理，出口進(jìn)入F步；E1i、爆錘故障處理，出口進(jìn)入F步；E2、位移傳感器失效處理，出口進(jìn)入F步；F、頂錘位移同步差分析 結(jié)果送緩沖；G、返回。
圖9.所示的是本發(fā)明的主程序中的開定時(shí)中斷后運(yùn)行的中斷程序中的動(dòng)態(tài)控制程序流程圖，其工作步驟如下A、動(dòng)態(tài)控制開始；B、取異常狀態(tài)分析結(jié)果；C、有異常標(biāo)志？，若判別為N，進(jìn)入D1a步；若判別為Y，進(jìn)入D2a步；D1a、壓力數(shù)字調(diào)節(jié)；D1b、壓力控制送緩沖；D1c、功率數(shù)字調(diào)節(jié)；D1d、功率控制送緩沖；D1e、開關(guān)控制送緩沖、出口進(jìn)E步；D2a、取異常狀態(tài)處理措施；D2b、模擬控制送緩沖；D2c、開關(guān)控制送緩沖，出口進(jìn)E步；E、D/A輸出；F、開關(guān)量輸出；G、返回。
圖10.所示的是本發(fā)明的主程序中的工藝自動(dòng)跟蹤程序流程圖，其工作步驟如下A、工藝自動(dòng)跟蹤開始；B、工序轉(zhuǎn)換判別控制，下分七種工序轉(zhuǎn)換C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7；
C1、有啟動(dòng)命令，進(jìn)入頂錘前進(jìn)；C2、到停錘點(diǎn)，進(jìn)入充液；C3、到合成點(diǎn)，進(jìn)入加壓加熱；C4、到停熱點(diǎn)，進(jìn)入穩(wěn)壓冷卻；C5、到卸壓點(diǎn)，進(jìn)入卸壓；C6、到回程點(diǎn)，進(jìn)入頂錘回程；C7、到結(jié)束點(diǎn)，進(jìn)入合成結(jié)束；D、工序控制送設(shè)定緩沖；E、返回。
圖11.所示的是本發(fā)明的主程序中的運(yùn)行記錄程序流程圖，其工作步驟如下A、運(yùn)行記錄開始；B、有記錄標(biāo)志？，判別為N，進(jìn)入C1a；判別為Y，進(jìn)入C2步；C1a、合成開始？，判別為N，進(jìn)J步；判別為Y，進(jìn)入C1b；C1b、置記錄標(biāo)志；C1c、定記錄時(shí)間間隔，出口進(jìn)C2步；C2、到記錄時(shí)間？，判別為N，進(jìn)入F步；判別為Y，進(jìn)入D步；D、取異常分析處理結(jié)果，存入記錄緩沖；E、取運(yùn)行數(shù)據(jù)，存入記錄緩沖；F、合成結(jié)束？，判別為N，進(jìn)入J步；判別為Y，進(jìn)入G步；G、清記錄標(biāo)志；H、制定本次記錄索引；I、記錄緩沖內(nèi)容送記錄庫；J、返回。
圖12.所示的是本發(fā)明的主程序中的動(dòng)態(tài)顯示程序流程圖，其工作步驟如下A、動(dòng)態(tài)顯示開始；B、有異常標(biāo)志？，若判別為N，進(jìn)入C1a步；若判別為Y，進(jìn)入C2a步；
C1a、進(jìn)入運(yùn)行畫面；C1b、顯示頂錘數(shù)據(jù)與狀態(tài)；C1c、顯示壓力數(shù)據(jù)與曲線；C1d、顯示功率數(shù)據(jù)與曲線；C1e、顯示液壓閥組工作狀態(tài)；C1f、顯示當(dāng)前工序；C1g、顯示工作方式，出口進(jìn)入D步；C2a、進(jìn)入異常狀態(tài)畫面；C2b、取異常分析結(jié)果；C2c、異常狀態(tài)顯示；C2d、異常排除？，判別為N，進(jìn)入D步，判別為Y，進(jìn)入C2e步；C2e、退出異常狀態(tài)畫面；D、返回。
圖13.所示的是本發(fā)明的主程序中的工藝方案管理程序流程圖，其工作步驟如下A、工藝方案管理開始；B、工藝人機(jī)界面；C、當(dāng)前工藝方案送緩沖區(qū)；D、查詢操作鍵，下分六種操作E1、E2、E3、E4、E5、E6；E1、工藝選擇；E2、參數(shù)增大；E3、參數(shù)減??；E4、參數(shù)選擇；E5、壓力曲線繪制；E6、加熱曲線繪制；F、方案確定？，判別為N，轉(zhuǎn)回D步循環(huán)；判別為Y，進(jìn)入G步；G、確定工藝方案代號(hào)；H、存入工藝方案庫；I、返回。
圖14.所示的是本發(fā)明的主程序中的記錄打印程序流程圖所示，其工作步驟如下A、記錄打印開始；B、記錄打印人機(jī)界面；C、選擇記錄索引；D、取記錄；E、打印輸出；F、返回。
本發(fā)明對(duì)人造金剛石生產(chǎn)的積極效果為<1>實(shí)現(xiàn)了合成工藝的跟蹤控制。消除了設(shè)備操作中的人為因素，保證了工藝執(zhí)行的準(zhǔn)確性、可靠性，為穩(wěn)定提高產(chǎn)品品質(zhì)奠定了基礎(chǔ)；<2>實(shí)現(xiàn)了設(shè)備異常工作狀態(tài)的分析和自行處理，預(yù)測(cè)設(shè)備事故發(fā)生的前兆，為減少或避免設(shè)備事故的發(fā)生提供了堅(jiān)強(qiáng)的保障；<3>建立了工藝方案庫，方便了生產(chǎn)中的工藝管理和生產(chǎn)控制，同時(shí)為研究開發(fā)金剛石合成工藝提供了一個(gè)工具；<4>實(shí)現(xiàn)了過程的動(dòng)態(tài)顯示，全面反映了設(shè)備工作的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，方便了操作人員的監(jiān)控；<5>建立了運(yùn)行記錄庫，為管理人員檢查工藝執(zhí)行情況，技術(shù)人員研究分析合成工藝提供了依據(jù)；<6>在頂錘上增設(shè)了位移傳感器，實(shí)現(xiàn)了爆錘事故前兆的預(yù)測(cè)；<7>使用帶調(diào)速器的液壓泵組，替代了傳統(tǒng)的繼電器控制方式，保證了壓力控制的精度，實(shí)現(xiàn)了壓力曲線的連續(xù)性；<8>本系統(tǒng)的模擬量檢測(cè)精度為0.2％，壓力穩(wěn)態(tài)控制精度為±0.2MPa，壓力動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間為1s；加熱功率穩(wěn)態(tài)控制精度為±0.02KW，加熱功率動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間為0.1s；<9>本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、智能化，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，大大提高了設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性和安全性，為促進(jìn)超硬材料行業(yè)的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
本發(fā)明的六面頂高壓合成壓機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)已在UDs-I型壓機(jī)上得到應(yīng)用，效果良好，實(shí)現(xiàn)了上述性能及技術(shù)指標(biāo)。
附圖簡(jiǎn)要說明圖1為本發(fā)明的六面頂高壓合成壓機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成方框圖。
圖2為本發(fā)明的六面頂高壓合成壓機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的主程序流程圖。
圖3為本發(fā)明的主程序中的系統(tǒng)初始化程序流程圖。
圖4為本發(fā)明的主程序中的工藝方案確定程序流程圖。
圖5為本發(fā)明的主程序中的開定時(shí)中斷后運(yùn)行的中斷程序流程圖。
圖6為本發(fā)明的主程序中的開定時(shí)中斷后運(yùn)行的中斷程序中的動(dòng)態(tài)采集程序流程圖。
圖7為本發(fā)明的主程序中的開定時(shí)中斷后運(yùn)行的中斷程序中的異常狀態(tài)分析處理程序流程圖。
圖8為本發(fā)明的主程序中的開定時(shí)中斷后運(yùn)行的中斷程序中的異常狀態(tài)分析處理程序中的頂錘位移同步差判別程序流程圖。
圖9為本發(fā)明的主程序中的開定時(shí)中斷后運(yùn)行的中斷程序中的動(dòng)態(tài)控制程序流程圖。
圖10為本發(fā)明的主程序中的工藝自動(dòng)跟蹤程序流程圖。
圖11為本發(fā)明的主程序中的運(yùn)行記錄程序流程圖。
圖12為本發(fā)明的主程序中的動(dòng)態(tài)顯示程序流程圖。
圖13為本發(fā)明的主程序中的工藝方案管理程序流程圖。
圖14為本發(fā)明的主程序中的記錄打印程序流程圖。
本發(fā)明設(shè)計(jì)出的一種裝配在UDs-I型壓機(jī)上六面頂高壓合成壓機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)施例，它由操作控制臺(tái)、顯示器、打印機(jī)、工藝方案庫外存貯器，運(yùn)行記錄庫外存貯器，主機(jī)(計(jì)算機(jī))、開關(guān)量輸入板，頂錘位置采集器、閥組位置采集器、A/D轉(zhuǎn)換器、位移傳感器、壓力變送器、電壓變送器、電流變送器、D/A轉(zhuǎn)換器、液壓泵組、液壓閥組、六面頂、合成塊、可控硅變流器和開關(guān)量輸出板等部分組成。
各部分詳細(xì)描述如下1、操作控制臺(tái)為選擇開關(guān)和功能按鍵的組合，主要產(chǎn)生系統(tǒng)操作命令，實(shí)現(xiàn)工藝方案管理，記錄打印和工作運(yùn)行的人機(jī)界面功能。
2、顯示器為帶接口的14″彩色監(jiān)視器。
3、打印機(jī)為帶接口的40字符面板式打印機(jī)。
4、工藝方案庫外存貯器為帶接口的，具有掉電保護(hù)功能的32K存貯板。
5、運(yùn)行記錄庫外存貯器為帶接口的，具有掉電保護(hù)功能的32K存貯板。
6、主機(jī)(計(jì)算機(jī))為sTD總線的8088CPU板。
7、開關(guān)量輸入板為32路帶光電隔離的開關(guān)量輸入板。
8、頂錘位置采集器為六個(gè)位置開關(guān)傳感器組合，分別安裝在六面頂?shù)牧鶄€(gè)頂錘上，檢測(cè)這六個(gè)頂錘是否有超程現(xiàn)象。
9、閥組位置采集器為十七個(gè)位置開關(guān)傳感器組合，分別安裝在液壓閥組中的各個(gè)液壓閥上，檢測(cè)增壓器超程和液壓閥的工作情況。
10、A/D轉(zhuǎn)換器為12位32路帶光電隔離的模擬量輸入板。
11、位移傳感器為十二個(gè)直滑式位移傳感器組合，兩個(gè)一組分別安裝在六面頂?shù)牧鶄€(gè)頂錘上，檢測(cè)這六個(gè)頂錘的位移量。直滑式位移傳感器的量程為100mm，測(cè)量精度0.1％，輸出電壓范圍0-5VDC。
12、壓力變送器為量程150MPa，測(cè)量精度0.2％，輸出電壓范圍0-5VDC。
13、電壓變送器為量程6VAC，測(cè)量精度0.2％，輸出電壓范圍0-5VDC。
14、電流變送器為量程5000A，測(cè)量精度0.2％，輸出電壓范圍0-5VDC。
15、D/A轉(zhuǎn)換器為12位四路帶光電隔離的模擬量輸出板。
16、液壓泵組為由兩個(gè)泵組成的泵組，其中一個(gè)泵的電機(jī)帶變頻調(diào)整器驅(qū)動(dòng)，另一個(gè)泵的電機(jī)是簡(jiǎn)單的起動(dòng)停止控制。
當(dāng)壓力設(shè)定值與壓力實(shí)際值比較，其偏差為正且大于某一預(yù)定值時(shí)，這兩個(gè)泵全部投入工作，其偏差為正但小于某一預(yù)定值時(shí)或偏差為負(fù)時(shí)，僅剩一個(gè)帶變頻調(diào)速器的泵工作，從而保證壓力的控制精度。
17、液壓閥組為十三個(gè)電磁閥、兩個(gè)液控組閥和一個(gè)增壓器組成的閥組，這是本控制系統(tǒng)的控制對(duì)象。
18、六面頂為六個(gè)頂錘的組合，它完成對(duì)合成塊從六面施加壓力，它是本控制系統(tǒng)液壓控制的對(duì)象。
19、合成塊為以石墨等為材料組成的正方體，在高壓高溫下生成金剛石。
20、可控硅變流器為功率30KW，輸出電壓0-6VAC，輸出電流0-5000AAC，控制電壓0-10VDC，輸入電源電壓380VAC。
21、開關(guān)量輸出板為48路帶光電隔離的繼電器輸出板。
系統(tǒng)所配置的操作程序，主要設(shè)置了如下系統(tǒng)功能(1)合成工藝自動(dòng)跟蹤；(2)異常工作狀態(tài)分析處理；(3)工藝方案管理；(4)動(dòng)態(tài)顯示；(5)記錄打??；整個(gè)系統(tǒng)工作過程可描述如下設(shè)備上電后，首先進(jìn)入系統(tǒng)初始化工作，預(yù)置系統(tǒng)初始管理參數(shù)和狀態(tài)，預(yù)置接口或終端的初始工作方式等，然后查詢系統(tǒng)操作工作方式。
在工藝工作方式下，系統(tǒng)進(jìn)入工藝方案管理工作，操作人員可通過操作控制臺(tái)，將系統(tǒng)控制參數(shù)和合成工藝方案送入計(jì)算機(jī)，并且還可以修正、建立工藝方案庫中的工藝方案。
在記錄打印工作方式下，系統(tǒng)進(jìn)入記錄打印管理工作，操作人員可通過操作控制臺(tái)，選擇要打印的工藝記錄，啟動(dòng)打印機(jī)打印。
在運(yùn)行工作方式下，系統(tǒng)先進(jìn)入工藝方案確定工作，根據(jù)選定的工藝方案，分解出各個(gè)工序的控制模型。然后，打開定時(shí)中斷，中斷程序投入工作，使系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。
系統(tǒng)嚴(yán)格按照頂錘前進(jìn)→充液→加壓加熱→穩(wěn)壓冷卻→卸壓→頂錘回程→合成結(jié)束的順序進(jìn)行工作，每一個(gè)工序都有一個(gè)開關(guān)量控制集合Ag控制液壓泵組、液壓閥組以及可控硅變流器的工作狀態(tài)。當(dāng)工作狀態(tài)分別滿足啟動(dòng)、停錘點(diǎn)、合成點(diǎn)、停熱點(diǎn)、卸壓點(diǎn)、回程點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)等工序轉(zhuǎn)換控制條件時(shí)，系統(tǒng)將分別自動(dòng)轉(zhuǎn)入頂錘前進(jìn)、充液、加壓加熱、穩(wěn)壓冷卻、卸壓、頂錘回程和合成結(jié)束等工序中進(jìn)行工作。
壓機(jī)工作時(shí)，壓力變送器12不斷采集合成塊上的壓力，并轉(zhuǎn)換成壓力電信號(hào)UPf；電壓變送器13和電流變送器14不斷采集合成塊上的加熱電壓和加熱電流，并分別轉(zhuǎn)換成電壓電信號(hào)Uvf和電流電信號(hào)UIf，然后計(jì)算出加熱功率UWf＝Uvf×UIf；隨時(shí)間變化的壓力設(shè)定Upg與實(shí)測(cè)值Upf比較，經(jīng)過壓力最優(yōu)控制數(shù)字調(diào)節(jié)，得到一個(gè)壓力控制信號(hào)Upk，控制液壓泵組的電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而使工作壓力保持工藝確定狀態(tài)；隨時(shí)間變化的加熱功率設(shè)定Uwk與實(shí)測(cè)值Uwf比較，經(jīng)過功率最優(yōu)控制數(shù)字調(diào)節(jié)，得到一個(gè)功率控制信號(hào)Uwk，控制可控硅變流器的輸出功率，從而使加熱功率保持工藝確定狀態(tài)。
在工作的同時(shí)，系統(tǒng)不斷測(cè)量并計(jì)算頂錘的位移同步差，從而預(yù)測(cè)爆錘事故發(fā)生的可能性；不斷采集頂錘和液壓工作閥的狀態(tài)，從而判定頂錘超程、增壓器超程和液壓閥異常；不斷根據(jù)頂錘位移信號(hào)、壓力信號(hào)、加熱功率信號(hào)、加熱電壓信號(hào)和加熱電流信號(hào)，按照預(yù)定的限值，分別判斷出是否存在頂錘位移超限、壓力超限、壓力波動(dòng)超限、功率超限、電流超限、電流波動(dòng)超限、合成塊電阻率超限等異常情況，并根據(jù)不同的異常狀態(tài)采取相應(yīng)的處理措施，保證設(shè)備可靠、安全地運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.一種六面頂高壓合成壓機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，它包括主機(jī)、顯示器、打印機(jī)、操作控制臺(tái)、工藝方案庫外存貯器、運(yùn)行記錄庫外存貯器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、六面頂、可控硅變流器、液壓閥組、液壓泵組、電流變送器、電壓變送器、壓力變送器、開關(guān)量輸入板、開關(guān)量輸出板、合成塊、頂錘位置采集器、閥組位置采集器、位移傳感器，其特征在于主機(jī)分別與操作控制臺(tái)、顯示器、打印機(jī)、工藝方案庫外存貯器、運(yùn)行記錄庫外存貯器、開關(guān)量輸入板、開關(guān)量輸出板、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器相接，頂錘位置采集器分別與開關(guān)量輸入板和六面頂相接，閥組位置采集器分別與開關(guān)量輸入板和液壓閥組相接，位移傳感器分別與A/D轉(zhuǎn)換器和六面頂相連，電壓變送器和電流變送器分別與A/D轉(zhuǎn)換器及可控硅變流器相接，液壓泵組分別與D/A轉(zhuǎn)換器、開關(guān)量輸出板、液壓閥組相接，液壓閥組還和開關(guān)量輸出板及六面頂相接，六面頂又和合成塊相接，可控硅變流器還和六面頂開關(guān)量輸出板、D/A轉(zhuǎn)換器及合成塊相接。
2.一種六面頂高壓合成壓機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)控制方法，其特征在于主程序流程，其工作步驟為A、主程序開始；B、系統(tǒng)初始化；C、查找程序入口地址，根據(jù)入口地址，分別轉(zhuǎn)D1a步，D2步，D3步執(zhí)行；D1a、控制方案確定；D1b、開定時(shí)中斷，中斷程序投入運(yùn)行；D1c、工藝自動(dòng)跟蹤；D1d、運(yùn)行記錄；D1e、動(dòng)態(tài)顯示；D1f、合成過程結(jié)束？，若斷別為N，轉(zhuǎn)回D1c步循環(huán)；若判別為Y，轉(zhuǎn)回C步循環(huán)；D2、工藝方案管理，出口轉(zhuǎn)回C步循環(huán)；D3、記錄打印，出口轉(zhuǎn)回C步循環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于所述主程序中的控制方案確定程序流程，其工作步驟為A、控制方案確定開始；B、查詢工藝方案地址；C、取工藝方案，按工序展開，共有七個(gè)工序D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7；D1、頂錘前進(jìn)；D2、充液；D3、加壓加熱；D4、穩(wěn)壓冷卻；D5、卸壓；D6、頂錘回程；D7、合成結(jié)束；E、置最初工序；F、返回。所述主程序中的工藝自動(dòng)跟蹤程序流程，其工作步驟為A、工藝自動(dòng)跟蹤開始；B、工序轉(zhuǎn)換判別控制，下分七種工序轉(zhuǎn)換C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7；C1、有啟動(dòng)命令，進(jìn)入頂錘前進(jìn)；C2、到停錘點(diǎn)，進(jìn)入充液；C3、到合成點(diǎn)，進(jìn)入加壓加熱；C4、到停熱點(diǎn)，進(jìn)入穩(wěn)壓冷卻；C5、到卸壓點(diǎn)，進(jìn)入卸壓；C6、到回程點(diǎn)，進(jìn)入頂錘回程；C7、到結(jié)束點(diǎn)，進(jìn)入合成結(jié)束；D、工序控制送設(shè)定緩沖；E、返回。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于所述主程序中的開定時(shí)中斷后運(yùn)行的中斷程序流程，其工作步驟為A、中斷程序開始；B、關(guān)中斷；C、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)；D、動(dòng)態(tài)采集；E、異常狀態(tài)分析處理；F、動(dòng)態(tài)控制；G、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)；H、中斷返回。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在于所述主程序中的開定時(shí)中斷后運(yùn)行的中斷程序中的動(dòng)態(tài)采集程序流程，其工作步驟為A、動(dòng)態(tài)采集開始；B、啟動(dòng)A/D取壓力信號(hào)；C、啟動(dòng)A/D取電壓信號(hào)；D、啟動(dòng)A/D取電流信號(hào)；E、計(jì)算加熱功率；F、啟動(dòng)A/D取頂錘位移信號(hào)；G、模擬信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化處理；H、取閥組開關(guān)狀態(tài)；I、取頂錘位置狀態(tài)；J、開關(guān)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化處理；K、返回所述主程序中的開定時(shí)中斷后運(yùn)行的中斷程序中的動(dòng)態(tài)控制程序流程，其工作步驟為A、動(dòng)態(tài)控制開始；B、取異常狀態(tài)分析結(jié)果；C、有異常標(biāo)志？，若判別為N，進(jìn)入D1a步；若判別為Y，進(jìn)入D2a步；D1a、壓力數(shù)字調(diào)節(jié)；D1b、壓力控制送緩沖；D1c、功率數(shù)字調(diào)節(jié)；D1d、功率控制送緩沖；D1e、開關(guān)控制送緩沖、出口進(jìn)E步；D2a、取異常狀態(tài)處理措施；D2b、模擬控制送緩沖；D2c、開關(guān)控制送緩沖，出口進(jìn)E步；E、D/A輸出；F、開關(guān)量輸出；G、返回。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在于所述主程序中的開定時(shí)中斷后運(yùn)行的中斷程序中的異常狀態(tài)分析處理程序流程，其工作步驟為A、異常狀態(tài)分析處理開始；B、頂錘位移同步差判別；C、開關(guān)狀態(tài)判別，下分三種狀態(tài)判別D1、D2、D3；D1、頂錘超程；D2、增壓器超程；D3、液壓閥異常；E、開關(guān)狀態(tài)分析處理結(jié)果送緩沖；F、超限判別下分七種超限判別G1、G2、G3、G4、G5、G6、G7；G1、頂錘位移超限；G2、壓力超限；G3、壓力波動(dòng)超限；G4、功率超限；G5、電流超限；G6、電流波動(dòng)超限；G7、合成塊電阻率超限；H、超限分析處理結(jié)果送緩沖；I、返回。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于所述主程序中的開定時(shí)中斷后運(yùn)行的中斷程序中的異常狀態(tài)分析處理程序中的頂錘位移同步差判別程序流程，其工作步驟為A、頂錘位移同步差判別開始；B、指向第一個(gè)頂錘；C、取這個(gè)頂錘位移采集值V1、V2；D、V1-V2＞誤差？，若判別為N，進(jìn)入E1a步；若判別為Y，進(jìn)入E2步；E1a、計(jì)算這個(gè)頂錘位移值Ui，Ui＝(V1十V2)/2；E1b、指向下一個(gè)頂錘；E1c、全部檢查完？，若判別為N，轉(zhuǎn)回C步循環(huán)；若判別為Y，進(jìn)入E1d步；E1d、計(jì)算每對(duì)頂錘位移同步差ΔU；E1e、ΔU＞限值？，若判別為N，進(jìn)入E1f步；若判別為Y，進(jìn)入E1i步；E1f、計(jì)算每對(duì)頂錘位移同步差變化率ΔU/Δt；E1g、ΔU/Δt＞限值？，若判別為N，進(jìn)入E1h步；若判別為Y，進(jìn)入E1i步；E1h、頂錘工作正常處理，出口進(jìn)入F步；E1i、爆錘故障處理，出口進(jìn)入F步；E2、位移傳感器失效處理，出口進(jìn)入F步；F、頂錘位移同步差分析 結(jié)果送緩沖；G、返回。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于所述主程序中的運(yùn)行記錄程序流程，其工作步驟為A、運(yùn)行記錄開始；B、有記錄標(biāo)志？，判別為N，進(jìn)入C1a；判別為Y，進(jìn)入C2步；C1a、合成開始？，判別為N，進(jìn)J步；判別為Y，進(jìn)入C1b；C1b、置記錄標(biāo)志；C1c、定記錄時(shí)間間隔，出口進(jìn)C2步；C2、到記錄時(shí)間？，判別為N，進(jìn)入F步；判別為Y，進(jìn)入D步；D、取異常分析處理結(jié)果，存入記錄緩沖；E、取運(yùn)行數(shù)據(jù)，存入記錄緩沖；F、合成結(jié)束？，判別為N，進(jìn)入J步；判別為Y，進(jìn)入G步；G、清記錄標(biāo)志；H、制定本次記錄索引；I、記錄緩沖內(nèi)容送記錄庫；J、返回。所述主程序中的動(dòng)態(tài)顯示程序流程，其工作步驟為A、動(dòng)態(tài)顯示開始；B、有異常標(biāo)志？，若判別為N，進(jìn)入C1a步；若判別為Y，進(jìn)入C2a步；C1a、進(jìn)入運(yùn)行畫面；C1b、顯示頂錘數(shù)據(jù)與狀態(tài)；C1c、顯示壓力數(shù)據(jù)與曲線；C1d、顯示功率數(shù)據(jù)與曲線；C1e、顯示液壓閥組工作狀態(tài)；C1f、顯示當(dāng)前工序；C1g、顯示工作方式，出口進(jìn)入D步；C2a、進(jìn)入異常狀態(tài)畫面；C2b、取異常分析結(jié)果；C2c、異常狀態(tài)顯示；C2d、異常排除？，判別為N，進(jìn)入D步，判別為Y，進(jìn)入C2e步；C2e、退出異常狀態(tài)畫面；D、返回。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于所述主程序中的工藝方案管理程序流程，其工作步驟為A、工藝方案管理開始；B、工藝人機(jī)界面；C、當(dāng)前工藝方案送緩沖區(qū)；D、查詢操作鍵，下分六種操作E1、E2、E3、E4、E5、E6；E1、工藝選擇；E2、參數(shù)增大；E3、參數(shù)減小；E4、參數(shù)選擇；E5、壓力曲線繪制；E6、加熱曲線繪制；F、方案確定？，判別為N，轉(zhuǎn)回D步循環(huán)；判別為Y，進(jìn)入G步；G、確定工藝方案代號(hào)；H、存入工藝方案庫；I、返回。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于所述主程序中的記錄打印程序流程，其工作步驟為A、記錄打印開始；B、記錄打印人機(jī)界面；C、選擇記錄索引；D、取記錄；E、打印輸出；F、返回。
全文摘要
一種六面頂高壓合成壓機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng),包括:主機(jī)及其附屬設(shè)備,還有A/D、D/A轉(zhuǎn)換器,存貯器,可控硅變流器,液壓閥組、泵組,電壓、電流、壓力變送器,開關(guān)量輸出、輸入板,頂錘、閥組位置采集器、位移傳感器,六面頂,合成塊。由計(jì)算機(jī)控制,使此設(shè)備能進(jìn)行合成工藝自動(dòng)跟蹤、異常狀態(tài)分析處理、工藝方案庫管理、動(dòng)態(tài)過程顯示和記錄打印等,實(shí)現(xiàn)控制的自動(dòng)化、智能化。
文檔編號(hào)G05B15/02GK1178922SQ9711666
公開日1998年4月15日 申請(qǐng)日期1997年8月8日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月8日
發(fā)明者曹慶忠, 張奎, 曹慶文, 胡煒, 張戰(zhàn), 夏恒青, 梁杰, 王利偉, 魏根全, 李鋼領(lǐng), 鐘順偉, 陳超杰, 李國(guó)華, 胡新英 申請(qǐng)人:河南黃河實(shí)業(yè)(集團(tuán))公司