CN205485358U - 六面顶人造金刚石加热调功系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种六面顶人造金刚石加热调功系统，包括中央处理器、变压器和连接于中央处理器的输入端上的电压测量模块、电流测量模块，中央处理器的控制端与变压器主回路上的调压装置连接，变压器副回路上连接有待加工的石墨，还包括PLC控制器，PLC控制器的输入端与中央处理器的控制端连接、其输出端与变压器副回路上的控制开关连接。本实用新型通过采用中央处理器和PLC控制器来实现同时关闭变压器的加热主、副回路的目的，实现电路的双重保护；本实用新型除了采用了PID控制器进行寻优整定外，还采用基于模糊RBF神经网络模块进行寻优计算，达到稳定调节加热电功率的目的，并减小了系统的震荡，增强了鲁棒性，提高了系统的抗干扰能力。

Description

六面顶人造金刚石加热调功系统

技术领域

本实用新型涉及一种人造金刚石的加热装置，具体涉及一种六面顶人造金刚石加热调功系统。

背景技术

国内人造金刚石的制造过程大多都会用到六面顶压机，通过三对顶锤来自六个面给石墨片加压，同时在顶锤上加入低压大电流(大约3V，1500A)，使得合成块内部的石墨片产生大量热量，达到加热的目的。

目前，广泛使用的六面顶人造金刚石压机制造金刚石的加热系统一般采用单片机或PLC为主要控制器，通过控制主回路上的电压、电流值，间接控制电功率值，与程序设定的指定温度值进行PID调节，PID计算出可控硅导通角，通过可控硅来调压，以控制主回路的电压值，电压改变会引起电流的改变，从而间接控制人造金刚石的加热温度。然而，在实际的工厂调试过程，发现上述的六面顶人造金刚石加热调功系统在使用过程存在如下缺陷：

1)当系统检测到温度过高、过低或其他异常情况时，只能通过关闭加热变压器上的主回路来保护系统，这样易出现由于信息传送滞后或其他系统故障原因，这样不能及时停止金刚石的合成工作，系统的安全性低；

2)控制的温度精度不高，检测得到的电能参数需要进行滤波处理，而传统的均值、中值滤波，不能滤除偶然出现的脉冲性干扰，以及不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差，导致PID误调节；

3)传统PID控制参数较单一，易超调，控制精度不高，且专家PID控制效果很大程度上依赖于专家的经验正确性，导致人造金刚石加热过程的恒功率稳定调节的精度不高。

实用新型内容

针对上述的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种六面顶人造金刚石加热调功系统，它能实现加热功率稳定及精准调节，且系统的响应时间快。

为解决上述问题，本实用新型通过以下技术方案实现：

六面顶人造金刚石加热调功系统，包括中央处理器、变压器和连接于中央处理器的输入端上的电压测量模块、电流测量模块，所述中央处理器的控制端与串接于变压器主回路上的调压装置连接，变压器副回路上连接有待加工的石墨，还包括PLC控制器，所述PLC控制器的输入端与中央处理器的控制端连接，其输出端与串接于变压器副回路上的控制开关连接。当系统检测到温度过高、过低时，通过关闭PLC控制的变压器副回路的控制开关，停止金刚石的合成，中央处理器则是通过控制调压装置同时关闭变压器主回路，起到变压器主副回路双重保护，防止系统异常、电路异常或工况异常等对设备的损坏。

上述方案中，所述中央处理器包括均值滤波器、模糊RBF神经网络模块和连接有显示器的PID控制器，均值滤波器的输入端连接有放大电路、其输出端与模糊RBF神经网络模块的输入端连接，模糊RBF神经网络模块的输出端与PID控制器的输入端，PID控制器的输出端经信号转换电路后、与变压器主回路上的调压装置连接。

上述方案中，为了提高滤波效果，使得即使在干扰条件下也能得到光滑的测量电压、电流、电功率瞬时值，为达到上述目的，在均值滤波器的输出端与模糊RBF神经网络模块的输入端之间连接有一卡尔曼滤波器。

上述方案中，优选地，在中央处理器的输入端上还可以连接有红外传感器和摄像头。

上述方案中，更优选地，在中央处理器的输出端上还连接有存储模块和语音模块。

上述方案中，所述控制开关可以为继电器，用于控制变压器副回路的通断。

上述方案中，所述调压装置为可控硅，用于控制变压器主回路的通断以及调节变压器主回路加热电压的大小。

上述方案中，在中央处理器的输出端上还可以连接有无线模块。

本实用新型的有益效果为：

1)本实用新型通过采用嵌入式中央处理器和PLC控制器来实现同时关闭变压器的加热主、副回路的目的，以防止石墨在加热过程出现的异常情况，实现双重保护；

2)对中央处理器输出的电功率值除了采用均值滤波器外，还采用卡尔曼滤波器进行滤波处理，能快速地滤除电路中的杂波，且对系统噪声有很强的抑制作用，有效地提高了系统的测量精度；

3)本实用新型不仅采用了PID控制器进行寻优整定，还采用了基于模糊RBF神经网络模块进行寻优计算，即采用模糊RBF神经网络的优化算法，调节整定比例Kp、积分ki、微分kd系数，达到稳定调节加热电功率的目的，并减小了系统的震荡，增强了鲁棒性，提高了系统的抗干扰能力。

附图说明

图1为本六面顶人造金刚石加热调功系统的系统结构框图。

图2为具体调节方法使用时的连接框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步的解释说明，但不用以限制本实用新型。

如图1所示，六面顶人造金刚石加热调功系统，包括中央处理器、变压器和连接于中央处理器的输入端上的电压测量模块、电流测量模块，所述中央处理器的控制端与串接于变压器主回路上的调压装置连接，变压器副回路上连接有待加工的石墨，所不同的是：还包括PLC控制器，所述PLC控制器的输入端与中央处理器的控制端连接，其输出端与串接于变压器副回路上的控制开关连接。本实施例中，所述中央处理器具体可以为嵌入式DSP芯片；所述调压装置具体为可控硅，用于控制变压器主回路的通断以及调节变压器主回路加热电压的大小。

所述中央处理器包括均值滤波器、模糊RBF神经网络模块和连接有显示器的PID控制器，均值滤波器的输入端连接有放大电路、其输出端与模糊RBF神经网络模块的输入端连接，模糊RBF神经网络模块的输出端与PID控制器的输入端，PID控制器的输出端经信号转换电路后、与变压器主回路上的调压装置连接。本实施例中，所述控制开关具体为继电器，用于控制变压器副回路的通断。

在中央处理器的输入端上还连接有红外传感器和摄像头，其中所述红外传感器安装于离六面顶压机1.5～1m的范围处。基于金刚石在合成过程处于高温高压环境，或者由于叶蜡石合成装置的密封性不好，可能出现放炮的现象，对现场工作人员造成安全隐患。而红外线的设置能提醒现场工作者不能过于靠近六面顶压机，保证安全运行；摄像头用于监视、记录金刚石合成的整个过程，且记录的数据可发送至存储器进行存储。

在中央处理器的输出端串口上还可连接一无线模块，所述无线模块具体可以为2.4G无线通信模块，能够将实时收到的加热电压值、电流值及电功率值无线传送给远程终端机或是另一台DSP制作的手持式通讯器。

在中央处理器的输出端上还连接有存储模块和语音模块，其中，所述语音模块具体为WT588D系列的语音芯片，用于在加热过程，能够提醒系统状态，到了某一时间，能够提醒到达了哪一步工艺：如加热阶段一、加热阶段二、预热阶段、保温阶段、降温阶段等，还能够在系统出现异常时，发出语音报警。

如图2所示，所述中央处理器包括均值滤波器、模糊RBF神经网络模块和连接有显示器的PID控制器，均值滤波器的输入端连接有放大电路、其输出端与模糊RBF神经网络模块的输入端连接，模糊RBF神经网络模块的输出端与PID控制器的输入端，PID控制器的输出端经信号转换电路后、与变压器主回路上的调压装置连接。进一步地，在均值滤波器的输出端与模糊RBF神经网络模块的输入端之间连接有一卡尔曼滤波器。采用卡尔曼滤波器进行滤波处理。这样使得系统在干扰条件下得到光滑的电压、电流、电功率瞬时值，实现了精细稳定调节电功率的目的。

本六面顶人造金刚石加热调功系统在使用过程具有电路保护功能和加热调功功能，其中

所述电路保护功能具体为：

1)开始给石墨片加热：通过电压、电流测量模块采集变压器主回路上的电压、电流瞬时值；然后发送至中央处理器，中央处理器经放大、滤波处理后再进行计算，得到加热的电功率瞬时值；

2)中央处理器将处理得到的电功率瞬时值与设定的参考值进行比较，当初出现偏移量过大、过小…等异常情况时，向变压器主回路上的可控硅停止供给导通脉冲信号，从而起到关闭加热主回路的作用，当偏移量处于正常范围内不发出响应指令；同时，中央处理器将该电功率瞬时值发送给PLC控制器，PLC控制器将该电功率值与设定的参考值进行比较，当与设定的参考值的偏移量过大、过小…等异常情况时，通过控制开关来关闭变压器上的副回路；而当偏移量处于正常范围内不发出响应指令。

所述加热调功功能在上述电路保护1)的基础上，继续执行，具体为：

中央处理器内的模糊RBF神经网络模块对过滤处理后的电功率瞬时值进行寻优处理，整定出PID控制器中调节系数比例Kp、积分ki、微分kd，并反馈至PID控制器中，PID控制器将各调整系数显示在显示器上，同时PID控制器的输出端经信号转换电路后与串接于变压器主回路上的可控硅连接，通过调节可控硅的导通角来控制变压器主回路的电压，以达到调整金刚石合成加热电功率的目的。从而起到调节金刚石合成的温度。

以上仅为说明本实用新型的实施方式，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.六面顶人造金刚石加热调功系统，包括中央处理器、变压器和连接于中央处理器的输入端上的电压测量模块、电流测量模块，所述中央处理器的控制端与串接于变压器主回路上的调压装置连接，变压器副回路上连接有待加工的石墨，其特征在于：还包括PLC控制器，所述PLC控制器的输入端与中央处理器的控制端连接，其输出端与串接于变压器副回路上的控制开关连接。

2.根据权利要求1所述的六面顶人造金刚石加热调功系统，其特征在于：所述中央处理器包括均值滤波器、模糊RBF神经网络模块和连接有显示器的PID控制器，均值滤波器的输入端连接有放大电路、其输出端与模糊RBF神经网络模块的输入端连接，模糊RBF神经网络模块的输出端与PID控制器的输入端，PID控制器的输出端经信号转换电路后、与变压器主回路上的调压装置连接。

3.根据权利要求2所述的六面顶人造金刚石加热调功系统，其特征在于：在均值滤波器的输出端与模糊RBF神经网络模块的输入端之间连接有一卡尔曼滤波器。

4.根据权利要求1所述的六面顶人造金刚石加热调功系统，其特征在于：在中央处理器的输入端上还连接有红外传感器和摄像头。

5.根据权利要求1或4所述的六面顶人造金刚石加热调功系统，其特征在于：在中央处理器的输出端上还连接有存储模块和语音模块。

6.根据权利要求1所述的六面顶人造金刚石加热调功系统，其特征在于：所述控制开关为继电器，用于控制变压器副回路的通断。

7.根据权利要求1所述的六面顶人造金刚石加热调功系统，其特征在于：所述调压装置为可控硅，用于控制变压器主回路的通断以及调节变压器主回路加热电压的大小。

8.根据权利要求1所述的六面顶人造金刚石加热调功系统，其特征在于：在中央处理器的输出端上还连接有无线模块。