1 引言

特種金剛石聚晶的合成，對加工工藝要求的非常嚴格，產品質量好壞受合成爐加溫工藝、加壓工藝影響較大。目前傳統的金剛石聚晶加工合成設備采用人工通過監測電流、壓力顯示儀表進行手工操作控制，對操作工素質的要求較高，產品的合格率及生產效率也難以提高。本課題項目，主要研究基于總線技術的控制系統，給特種 金剛石聚晶合成控制提供一個硬件基礎，改變原來的監控手段，實現了加工工藝參數的自動精確監測和按造加工工藝控制，減少人為因素造成的不合格產品，提高產品的成品率。本文介紹系統的設計與性能測試方法。

2 系統體系結構及實現

2.1 系統體系結構

考慮到金剛石聚晶合成現場強電設備較多，現場噪聲干擾嚴重等，如采用傳統的模擬信號長距離傳輸采集，不易保證信號質量;再加上各合成設備分布較散、監測點 比較分散，監控中心距各監測點距離又較遠，因此系統采用如圖1所示的基于rs-485總線的分層分布開放式體系結構模型，即系統由加工工藝監測中心(遠 方)、集中監測層和就地數據采集、控制層組成，實現管理集中、監測分散的設計思想。從體系模型結構上，分為三個層次:

(1) 數據采集、控制層—主要包括由合成裝置、智能數據采集、控制器及傳感器構成的數據采集控制層，現場數據傳輸總線采用rs-485總線，完成現場裝置控制工 藝參數從監控層計算機的下載接收。

(2) 現場集中監測層—由現場監測計算機組成，主要完成從上層下載工藝參數及對每個合成爐的加工工藝加載、數據采集、初步處理和現場監控，并將數據傳輸到遠控監測管理層。

(3) 遠控管理監測層—主要面向具有管理和調度權限的管理人員，由監測計算機和服務器等組成，在此完成集中監測管理及對每個合成爐加工設備的工藝輸入。

3 系統硬件設計

硬件系統如圖1所示，主工控機采用研華工控整機，根據受控設備現場分布情況，選擇rs-485總線結構，遠程數據采集控制硬件選用具有rs-485總線輸 出的ad4000系列模塊和開發具有rs-485總線輸出的智能傳感器。

圖1 系統結構圖

3.1 智能傳感器模塊

智能傳感器模塊有溫度傳感器、電流傳感器、壓力傳感器。傳感器結構如圖2所示:

圖2 智能傳感器設計結構圖

3.2 輸入輸出模塊

ad4000系列其內建的微處理器具有信號處理、模擬量信號輸出、開關量信號輸入輸出接口，可通過rs-485總線網絡，獨立提供智能信號調理，具有傳輸 距離遠、抗干擾能力強、使用靈活、維護方便、便于聯網和擴展等優點。

4 系統軟件設計

由于分布式集散控制系統的使用，使管理和操作人員在勞動強度減輕的同時，所要監測的范圍也更寬了。傳統的監測系統，信息的主要表現是文本以及一些簡單的開關狀態的顯示，這很難適應現代化企業的優化管理的要求。21世紀末，隨著多媒體技術的發展，信息媒體的多樣性、交互性和集成性，使用戶能夠更直觀有效地控制和使用信息。在監控系統中引入多媒體技術，將大大提高生產自動化水平。

4.1 組態軟件的選取

開發一個在線生產監控系統，必然要涉及到很多不同類別的設備驅動、數據采集和傳輸控制、多種媒體信息的處理和集成等。若采用傳統的最底層編程的方式，人力物力耗費較大，開發周期長等缺點。因此選用組態軟件作為本系統的軟件開發平臺和開發環境。它包含目前流行的多種硬件設備驅動程序，支持 adm4000系 列，支持rs-485、rs-232、rs-422以及tcp/ip等通訊協議，具有activex控件及動畫功能、32位程序，可運行于win98、 win2000/nt平臺。

4.2 系統軟件的設計

軟件核心部分:數據采集與處理、控制算法模塊、輸出控制模塊、通訊模塊、加工參數數據庫、歷史數據庫等組成，系統軟件結構示意圖如圖3所示:

圖3 系統控制軟件結構示意圖

軟件采用面向對象模塊化開發方法，對各工程模塊進行獨立組態設計，再利用組態軟件提供的工程合并功能，在管理監測層進行系統集成。在開發過程中也使用了系統化方法:

(1) 測點的系統編碼:對所有的測點和設備模塊的可能故障和狀態進行系統化編碼，最終存入數據庫中，可以更加高效的快速查詢，保證系統的實時性。

(2) 變量的系統描述:設計中利用組態軟件對變量可以中文命名等優點，對被監測的參數進行系統化定義，包括監測點參數的類型、監測位置、監測點編號等，增強了系統軟件的可讀性和維護性。

5 遠程監測的實現及現場應用

本監控系統采取的是現場在線監控方式。我們利用企業局域網實現了現場與遠端管理層之間的數據共享;也實現了對于局域網內的任何一臺計算機(安裝了監測軟 件)的聯網遠程監測功能。隨著現代通信技術和計算機技術的迅速發展，如何實現資源共享以及遠程監測是進一步研究方向。另一方面，現場設備的故障遠程診斷及設備狀態的遠程監測功能，對企業生產自動化的遠程監測具有更重的意義。

以上介紹的適用于企業生產的監控系統，主要解決了以下幾個問題:

(1) 采用集散分布式監測模式解決了集中管理和分布監控的問題;

(2) 提出適和復雜工業環境的監測網絡結構，既保證數據的高可靠性，又便于資源共享;

(3) 采用組態技術和多媒體技術實現生產過程實時自動化模擬顯示和監測;

(4) 實現了局域網內遠程實時監測和數據共享。

6 結束語

經現場實際投入運行，證實該系統完全適合這種復雜的工業環境，對促進生產過程監控自動化，提高工作效率具有積極的作用。同時該系統的應用實踐證明，本系統設計思想同樣適用開發其它其他工業環境下的監控系統。