六面頂人造金剛石加熱調(diào)功系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種六面頂人造金剛石加熱調(diào)功系統(tǒng)，包括中央處理器、變壓器和連接于中央處理器的輸入端上的電壓測(cè)量模塊、電流測(cè)量模塊，中央處理器的控制端與變壓器主回路上的調(diào)壓裝置連接，變壓器副回路上連接有待加工的石墨，還包括PLC控制器，PLC控制器的輸入端與中央處理器的控制端連接、其輸出端與變壓器副回路上的控制開(kāi)關(guān)連接。本實(shí)用新型通過(guò)采用中央處理器和PLC控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)同時(shí)關(guān)閉變壓器的加熱主、副回路的目的，實(shí)現(xiàn)電路的雙重保護(hù)；本實(shí)用新型除了采用了PID控制器進(jìn)行尋優(yōu)整定外，還采用基于模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊進(jìn)行尋優(yōu)計(jì)算，達(dá)到穩(wěn)定調(diào)節(jié)加熱電功率的目的，并減小了系統(tǒng)的震蕩，增強(qiáng)了魯棒性，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
六面頂人造金剛石加熱調(diào)功系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種人造金剛石的加熱裝置，具體涉及一種六面頂人造金剛石加熱調(diào)功系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]國(guó)內(nèi)人造金剛石的制造過(guò)程大多都會(huì)用到六面頂壓機(jī)，通過(guò)三對(duì)頂錘來(lái)自六個(gè)面給石墨片加壓，同時(shí)在頂錘上加入低壓大電流(大約3V，1500A)，使得合成塊內(nèi)部的石墨片產(chǎn)生大量熱量，達(dá)到加熱的目的。
[0003]目前，廣泛使用的六面頂人造金剛石壓機(jī)制造金剛石的加熱系統(tǒng)一般采用單片機(jī)或PLC為主要控制器，通過(guò)控制主回路上的電壓、電流值，間接控制電功率值，與程序設(shè)定的指定溫度值進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，PID計(jì)算出可控硅導(dǎo)通角，通過(guò)可控硅來(lái)調(diào)壓，以控制主回路的電壓值，電壓改變會(huì)引起電流的改變，從而間接控制人造金剛石的加熱溫度。然而，在實(shí)際的工廠調(diào)試過(guò)程，發(fā)現(xiàn)上述的六面頂人造金剛石加熱調(diào)功系統(tǒng)在使用過(guò)程存在如下缺陷:
[0004]I)當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到溫度過(guò)高、過(guò)低或其他異常情況時(shí)，只能通過(guò)關(guān)閉加熱變壓器上的主回路來(lái)保護(hù)系統(tǒng)，這樣易出現(xiàn)由于信息傳送滯后或其他系統(tǒng)故障原因，這樣不能及時(shí)停止金剛石的合成工作，系統(tǒng)的安全性低；
[0005]2)控制的溫度精度不高，檢測(cè)得到的電能參數(shù)需要進(jìn)行濾波處理，而傳統(tǒng)的均值、中值濾波，不能濾除偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾，以及不能迅速反應(yīng)系統(tǒng)當(dāng)前所受干擾的嚴(yán)重程度，濾波效果差，導(dǎo)致PID誤調(diào)節(jié)；
[0006]3)傳統(tǒng)PID控制參數(shù)較單一，易超調(diào)，控制精度不高，且專(zhuān)家PID控制效果很大程度上依賴(lài)于專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)正確性，導(dǎo)致人造金剛石加熱過(guò)程的恒功率穩(wěn)定調(diào)節(jié)的精度不高。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]針對(duì)上述的不足，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種六面頂人造金剛石加熱調(diào)功系統(tǒng)，它能實(shí)現(xiàn)加熱功率穩(wěn)定及精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，且系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間快。
[0008]為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0009]六面頂人造金剛石加熱調(diào)功系統(tǒng)，包括中央處理器、變壓器和連接于中央處理器的輸入端上的電壓測(cè)量模塊、電流測(cè)量模塊，所述中央處理器的控制端與串接于變壓器主回路上的調(diào)壓裝置連接，變壓器副回路上連接有待加工的石墨，還包括PLC控制器，所述PLC控制器的輸入端與中央處理器的控制端連接，其輸出端與串接于變壓器副回路上的控制開(kāi)關(guān)連接。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到溫度過(guò)高、過(guò)低時(shí)，通過(guò)關(guān)閉PLC控制的變壓器副回路的控制開(kāi)關(guān)，停止金剛石的合成，中央處理器則是通過(guò)控制調(diào)壓裝置同時(shí)關(guān)閉變壓器主回路，起到變壓器主副回路雙重保護(hù)，防止系統(tǒng)異常、電路異?；蚬r異常等對(duì)設(shè)備的損壞。
[0010]上述方案中，所述中央處理器包括均值濾波器、模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊和連接有顯示器的PID控制器，均值濾波器的輸入端連接有放大電路、其輸出端與模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊的輸入端連接，模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊的輸出端與PID控制器的輸入端，PID控制器的輸出端經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路后、與變壓器主回路上的調(diào)壓裝置連接。
[0011]上述方案中，為了提高濾波效果，使得即使在干擾條件下也能得到光滑的測(cè)量電壓、電流、電功率瞬時(shí)值，為達(dá)到上述目的，在均值濾波器的輸出端與模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊的輸入端之間連接有一卡爾曼濾波器。
[0012]上述方案中，優(yōu)選地，在中央處理器的輸入端上還可以連接有紅外傳感器和攝像頭。
[0013]上述方案中，更優(yōu)選地，在中央處理器的輸出端上還連接有存儲(chǔ)模塊和語(yǔ)音模塊。
[0014]上述方案中，所述控制開(kāi)關(guān)可以為繼電器，用于控制變壓器副回路的通斷。
[0015]上述方案中，所述調(diào)壓裝置為可控硅，用于控制變壓器主回路的通斷以及調(diào)節(jié)變壓器主回路加熱電壓的大小。
[0016]上述方案中，在中央處理器的輸出端上還可以連接有無(wú)線模塊。
[0017]本實(shí)用新型的有益效果為:
[0018]I)本實(shí)用新型通過(guò)采用嵌入式中央處理器和PLC控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)同時(shí)關(guān)閉變壓器的加熱主、副回路的目的，以防止石墨在加熱過(guò)程出現(xiàn)的異常情況，實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)；
[0019]2)對(duì)中央處理器輸出的電功率值除了采用均值濾波器外，還采用卡爾曼濾波器進(jìn)行濾波處理，能快速地濾除電路中的雜波，且對(duì)系統(tǒng)噪聲有很強(qiáng)的抑制作用，有效地提高了系統(tǒng)的測(cè)量精度；
[0020]3)本實(shí)用新型不僅采用了 PID控制器進(jìn)行尋優(yōu)整定，還采用了基于模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊進(jìn)行尋優(yōu)計(jì)算，即采用模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化算法，調(diào)節(jié)整定比例Kp、積分k1、微分kd系數(shù)，達(dá)到穩(wěn)定調(diào)節(jié)加熱電功率的目的，并減小了系統(tǒng)的震蕩，增強(qiáng)了魯棒性，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本六面頂人造金剛石加熱調(diào)功系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0022]圖2為具體調(diào)節(jié)方法使用時(shí)的連接框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的解釋說(shuō)明，但不用以限制本實(shí)用新型。
[0024]如圖1所示，六面頂人造金剛石加熱調(diào)功系統(tǒng)，包括中央處理器、變壓器和連接于中央處理器的輸入端上的電壓測(cè)量模塊、電流測(cè)量模塊，所述中央處理器的控制端與串接于變壓器主回路上的調(diào)壓裝置連接，變壓器副回路上連接有待加工的石墨，所不同的是:還包括PLC控制器，所述PLC控制器的輸入端與中央處理器的控制端連接，其輸出端與串接于變壓器副回路上的控制開(kāi)關(guān)連接。本實(shí)施例中，所述中央處理器具體可以為嵌入式DSP芯片；所述調(diào)壓裝置具體為可控硅，用于控制變壓器主回路的通斷以及調(diào)節(jié)變壓器主回路加熱電壓的大小。
[0025]所述中央處理器包括均值濾波器、模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊和連接有顯示器的PID控制器，均值濾波器的輸入端連接有放大電路、其輸出端與模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊的輸入端連接，模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊的輸出端與PID控制器的輸入端，PID控制器的輸出端經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路后、與變壓器主回路上的調(diào)壓裝置連接。本實(shí)施例中，所述控制開(kāi)關(guān)具體為繼電器，用于控制變壓器副回路的通斷。
[0026]在中央處理器的輸入端上還連接有紅外傳感器和攝像頭，其中所述紅外傳感器安裝于離六面頂壓機(jī)1.5?Im的范圍處?；诮饎偸诤铣蛇^(guò)程處于高溫高壓環(huán)境，或者由于葉蠟石合成裝置的密封性不好，可能出現(xiàn)放炮的現(xiàn)象，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作人員造成安全隱患。而紅外線的設(shè)置能提醒現(xiàn)場(chǎng)工作者不能過(guò)于靠近六面頂壓機(jī)，保證安全運(yùn)行;攝像頭用于監(jiān)視、記錄金剛石合成的整個(gè)過(guò)程，且記錄的數(shù)據(jù)可發(fā)送至存儲(chǔ)器進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0027]在中央處理器的輸出端串口上還可連接一無(wú)線模塊，所述無(wú)線模塊具體可以為2.4G無(wú)線通信模塊，能夠?qū)?shí)時(shí)收到的加熱電壓值、電流值及電功率值無(wú)線傳送給遠(yuǎn)程終端機(jī)或是另一臺(tái)DSP制作的手持式通訊器。
[0028]在中央處理器的輸出端上還連接有存儲(chǔ)模塊和語(yǔ)音模塊，其中，所述語(yǔ)音模塊具體為WT588D系列的語(yǔ)音芯片，用于在加熱過(guò)程，能夠提醒系統(tǒng)狀態(tài)，到了某一時(shí)間，能夠提醒到達(dá)了哪一步工藝:如加熱階段一、加熱階段二、預(yù)熱階段、保溫階段、降溫階段等，還能夠在系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警。
[0029]如圖2所示，所述中央處理器包括均值濾波器、模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊和連接有顯示器的PID控制器，均值濾波器的輸入端連接有放大電路、其輸出端與模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊的輸入端連接，模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊的輸出端與PID控制器的輸入端，PID控制器的輸出端經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路后、與變壓器主回路上的調(diào)壓裝置連接。進(jìn)一步地，在均值濾波器的輸出端與模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊的輸入端之間連接有一卡爾曼濾波器。采用卡爾曼濾波器進(jìn)行濾波處理。這樣使得系統(tǒng)在干擾條件下得到光滑的電壓、電流、電功率瞬時(shí)值，實(shí)現(xiàn)了精細(xì)穩(wěn)定調(diào)節(jié)電功率的目的。
[0030]本六面頂人造金剛石加熱調(diào)功系統(tǒng)在使用過(guò)程具有電路保護(hù)功能和加熱調(diào)功功能，其中
[0031 ]所述電路保護(hù)功能具體為:
[0032]I)開(kāi)始給石墨片加熱:通過(guò)電壓、電流測(cè)量模塊采集變壓器主回路上的電壓、電流瞬時(shí)值;然后發(fā)送至中央處理器，中央處理器經(jīng)放大、濾波處理后再進(jìn)行計(jì)算，得到加熱的電功率瞬時(shí)值；
[0033]2)中央處理器將處理得到的電功率瞬時(shí)值與設(shè)定的參考值進(jìn)行比較，當(dāng)初出現(xiàn)偏移量過(guò)大、過(guò)小…等異常情況時(shí)，向變壓器主回路上的可控硅停止供給導(dǎo)通脈沖信號(hào)，從而起到關(guān)閉加熱主回路的作用，當(dāng)偏移量處于正常范圍內(nèi)不發(fā)出響應(yīng)指令;同時(shí)，中央處理器將該電功率瞬時(shí)值發(fā)送給PLC控制器，PLC控制器將該電功率值與設(shè)定的參考值進(jìn)行比較，當(dāng)與設(shè)定的參考值的偏移量過(guò)大、過(guò)小…等異常情況時(shí)，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)來(lái)關(guān)閉變壓器上的副回路;而當(dāng)偏移量處于正常范圍內(nèi)不發(fā)出響應(yīng)指令。
[0034]所述加熱調(diào)功功能在上述電路保護(hù)I)的基礎(chǔ)上，繼續(xù)執(zhí)行，具體為:
[0035]中央處理器內(nèi)的模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊對(duì)過(guò)濾處理后的電功率瞬時(shí)值進(jìn)行尋優(yōu)處理，整定出PID控制器中調(diào)節(jié)系數(shù)比例Kp、積分k1、微分kd，并反饋至PID控制器中，PID控制器將各調(diào)整系數(shù)顯示在顯示器上，同時(shí)PID控制器的輸出端經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路后與串接于變壓器主回路上的可控硅連接，通過(guò)調(diào)節(jié)可控硅的導(dǎo)通角來(lái)控制變壓器主回路的電壓，以達(dá)到調(diào)整金剛石合成加熱電功率的目的。從而起到調(diào)節(jié)金剛石合成的溫度。
[0036]以上僅為說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施方式，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.六面頂人造金剛石加熱調(diào)功系統(tǒng)，包括中央處理器、變壓器和連接于中央處理器的輸入端上的電壓測(cè)量模塊、電流測(cè)量模塊，所述中央處理器的控制端與串接于變壓器主回路上的調(diào)壓裝置連接，變壓器副回路上連接有待加工的石墨，其特征在于:還包括PLC控制器，所述PLC控制器的輸入端與中央處理器的控制端連接，其輸出端與串接于變壓器副回路上的控制開(kāi)關(guān)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六面頂人造金剛石加熱調(diào)功系統(tǒng)，其特征在于:所述中央處理器包括均值濾波器、模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊和連接有顯示器的PID控制器，均值濾波器的輸入端連接有放大電路、其輸出端與模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊的輸入端連接，模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊的輸出端與PID控制器的輸入端，PID控制器的輸出端經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路后、與變壓器主回路上的調(diào)壓裝置連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的六面頂人造金剛石加熱調(diào)功系統(tǒng)，其特征在于:在均值濾波器的輸出端與模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊的輸入端之間連接有一卡爾曼濾波器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六面頂人造金剛石加熱調(diào)功系統(tǒng)，其特征在于:在中央處理器的輸入端上還連接有紅外傳感器和攝像頭。5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的六面頂人造金剛石加熱調(diào)功系統(tǒng)，其特征在于:在中央處理器的輸出端上還連接有存儲(chǔ)模塊和語(yǔ)音模塊。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六面頂人造金剛石加熱調(diào)功系統(tǒng)，其特征在于:所述控制開(kāi)關(guān)為繼電器，用于控制變壓器副回路的通斷。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六面頂人造金剛石加熱調(diào)功系統(tǒng)，其特征在于:所述調(diào)壓裝置為可控硅，用于控制變壓器主回路的通斷以及調(diào)節(jié)變壓器主回路加熱電壓的大小。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六面頂人造金剛石加熱調(diào)功系統(tǒng)，其特征在于:在中央處理器的輸出端上還連接有無(wú)線模塊。
【文檔編號(hào)】G05B13/02GK205485358SQ201620256845
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月30日
【發(fā)明人】何少佳, 覃昱超, 夏振, 紀(jì)效禮, 羅奕, 劉華東
【申請(qǐng)人】桂林電子科技大學(xué)