单片机在人造金刚石合成控制中的应用:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />
刘德生
摘要：本文介绍人造金刚石生产过程的压力控制和温度控制系统，该系统采用的单片机C8051系列为控制核心芯片，用C语言编写控制处理程序，实现了压机自动控制的智能化，控制精度高，重复性好，保证了合成金刚石的品级。是一种低成本、简单可靠的解决方案。
关键字：单片机，人造金刚石，六面顶金刚石压机，自动控制
一、 引言
随着国内外基建行业技术水平的迅猛发展，市场对金刚石粉末锯片、砂轮、磨料等人造金刚石制品的需求量越来越大。
人造金刚石是利用石墨在高温、高压的环境中，在触媒的催化作用下，其原子结构发生改变，合成人造金刚石这一机理来实现的。六面顶金刚石压机可以利用机械、液压装置从六个方向向主机中心加压，在主机中心硬质合金顶锤的作用下使生产原料形成一个密封的正方体高压容腔，同时通过电加热装置对该腔体加热，该腔体就可以产生合成人造金刚石所需的高温、高压条件。整个设备的工作过程需要由电控系统与机械、液压系统相配合完成一系列工作。其中，电控系统主要通过对由大、小柱塞泵和十几个电磁阀组成的液压系统以及电加热装置等的控制来完成自动、调整等不同模式下的工作。整个设备是一种典型的机、电、液一体化集成产品。
为此，我们借鉴金刚石行业技术，结合多年来对金刚石工艺的深入研究，研制出用单片机控制的压机控制器。本控制器分为YPC-Ⅲ型六面顶压机控制仪和KT-Ⅲ型智能曲线加热电源。
二、 YPC-Ⅲ型六面顶压机控制仪
YPC-Ⅲ型六面顶压机控制仪以单片机为控制核心，采用进口集成电路组成硬件接口，采集压机压力信号、行程开关位置信号，结国内人造金刚石的生产工艺流程，对国产六面顶压机进行电气和压力自动控制，有利于提高经济效益。
1、六面顶压机控制仪的硬件设计
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2、六面顶压机控制仪的软件设计
3、调整状态
⑴、按下自动调整键，调整指示灯亮，说明控制仪进入调整状态。
⑵、操作主机、附键盘大泵控制键，可随意启动或停止大泵。
⑶、操作主机加热控制键，可随意启动或停止加热。
⑷、操作主机或附键盘其它调整键，可从输出接口控制相应的电磁阀，释放调整键则电磁阀全断电。调整键的操作方式为单键锁定。
4、自动状态
⑴、在自动循环等待工步下，工步流程数码管显示0；
⑵、向压机装入合成块，按一下工作键，工步流程数码管显示1，压机控制仪进入空程前进工步，可从控制输出表格中监测到电磁阀、大泵、小泵、加热的状态。在此工步内，右、前、上三缸前进，哪缸前进到位（压上相应限位开关)，哪缸停止(断相应电磁阀）；
⑶、右、前、上三缸均前进到位，转暂停工步；
⑷、暂停工步，暂停时间到，若限压前进时间≠0，转限压前进；
⑸、限压前进时间到，若限压充液时间≠0，转限压充液；
⑹、限压充液时间到，转充液；
⑺、充液工步，压力到充液终压力时，立即转压1工步；
⑻、压1工步，压力至保压1压力，转保压1工步；保压1时间到转压2工步，以此类推一直到保压3工步结束；
⑼、一旦进入增压器卸压，压机控制仪立即检查加热停止的时间是否已过停热延时，若过则立即有控制输出；若未过，则输出全断电，等待“停热计时”到才有控制输出；若未停止加热，则关闭加热输出全断电，停热延时30秒才有控制输出。
⑽、增压器卸压工步压力降到转增回压力时，则转入增压器回程工步；
⑾、增压器回程到底行程开关压上发令后，开始按增回时间延时，增回时间到则转快速回程工步；
⑿、快速回程工步中，右前上三缸快速后退，待三缸到底行程开关均压上时发令，则转入循环等待工步。
5、加热流程
压1工步开始以后至增压器卸压工步之前这段区域是允许加热区，在此区域之外，控制仪不执行加热指令。控制仪具备手动加热和自动加热两种功能。
⑴、手动加热
在允许加热区，操作一次加热控制键可方便地进行加热，再操作一次加热控制键可停止加热，同时停热延时开始。
⑵、自动加热
在允许加热区，当压力≥加热压力时，控制仪可自动加热。自动加热时间到，开始停热延时，操作加热键可停止加热。
6、压力控制曲线
7、保护功能
六面顶压机控制仪有压保护、六缸程和增压器程等保护功能。
三、KT-Ⅲ型智能曲线加热电源
该电源采集压机加热顶锤电压的真有效值，用作反馈控制，可由用户自由设定实现10条折线组成的升温曲线，具有手动自动工作状态，具有过电压、过电流、掉电流保护报警功能。
1、智能曲线加热电源的硬件设计
2、智能曲线加热电源软件设计
3、智能曲线加热电源自动加热曲线如下图，用户可根据需要调整。
4、为了方便压机预热，本加热电源还具有手动加热功能，该加热曲线如下图：
5、智能曲线加热电源具有过电压、过电流、掉电流保护功能，当出现报警时，利用报警点给六面顶压机控制仪一个信号，使压机急停，从而保护压机。
本控制系统在山东、河南、安徽、江苏等金刚石厂使用说明：
1、本控制系统的价格便宜；
2、本控制系统使用操作方便，减轻操作人员的劳动强度，可实现一人看多台压机；
3、本控制系统性能可靠，重复性好；
4、本系统系统有利于提高了人造金刚石压机的控制精度，提高金刚石质量和单产，保持工艺的稳定性。
作者简介：
刘德生，北京世纪光宇科技有限公司电子工程师，有丰富的工业控制经验，电话：，E-mail：deshengliu@126.com。
