人造金刚石压机控制系统的研究和设计

摘要

人造金刚石压机工作在高温高压状态，在合成金刚石的过程中，压力和功率的控制精度对金刚石质量和产量起到至关重要的作用。随着工业生产的发展，控制系统复杂程度的增加及性能指标要求的提高，人造金刚石的合成对控制工艺提出了更高的要求。
　　 本文详细分析了金刚石的合成工艺，在压力控制过程中，将专家控制策略与常规PID控制结合，提出了一种新型的专家PID控制方法，该方法在常规PID控制的基础上，对系统进行分段控制，有效克服了常规PID控制的缺点;在温度控制过程中，采用了模糊自适应PID控制策略，使控制器具有了良好的的动态跟踪特性。
　　 该系统由Wincc及下位机PLC组成二级监控系统，包括下位机PLC程序现场控制系统、上位机监控系统以及它们之间的通讯。根据系统工艺流程及工艺控制要求，下位机采用西门子S7-300PLC，运用STEP7编程软件编制了现场PLC控制程序;上位机采用WinCC组态软件对系统监控功能进行组态，设计了工艺流程、报警查询、实时数据、参数设置、历史数据和数据报表等操作画面，实现现场数据实时记录和监控。
　　 该监控系统操作简单方便，同时它也具有较好的可靠性、稳定性和易扩展性，不仅能够直观、形象地反映现场的实际工况，而且能稳定、精确的控制系统各个参数，具有良好的推广前景。

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摘要

第一章 绪论

1．1 人造金刚石压机控制系统概述

1．2 国内外研究现状

1．3 论文结构安排

第二章 压机控制系统控制原理及整体方案设计

2．1 人造金刚石压机结构及工作原理

2．2 人造金刚石合成工艺对温度和压力的要求

2．2．1 压机控制系统的理论来源

2．2．2 压机控制系统要求

2．2．3 故障处理及参数保护

2．3 控制系统总体方案

2．4 本课题研究内容

第三章 压机控制系统系统硬件设计

3．1 系统硬件设计概述

3．2 系统回路设计

3．3 系统硬件配置

3．4 本章小结

第四章 压机控制系统的智能控制研究及仿真

4．1 专家控制简介

4．2 专家PID控制器的构成

4．3 基于压力控制系统的专家PID控制仿真

4．3．1 压机控制系统保压模型

4．3．2 专家控制策略

4．3．3 专家PID控制算法仿真

4．4 基于温度控制系统的模糊自适应PID仿真

4．4．1 模糊控制策略

4．4．2 模糊自适应PID算法的实现

4．5 本章小结

第五章 压机控制系统的软件设计

5．1 软件设计要求

5．2 SIEP7编程软件简介

5．3 S7-300PLC的用户程序结构

5．4 WinCC简介

5．5 Step-7控制程序设计

5．5．1 硬件组态

5．5．2 连续PID控制器SFB41

5．5．3 压力控制程序结构设计

5．5．4 温度控制程序结构设计

5．6 上位机监控软件设计

5．6．1 上位机监控界面设计

5．6．2 上位机与下位机的通信

5．7 本章小结

第六章 总结

6．1 全文工作总结

6．2 进一步工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文