用可編程序控制器（PLC）控制加速器

作者：蘭州中科院近代物理研究所電子輻照研究室(７３００００) 武林俊 劉振灝 朱立新 來(lái)源：《電子技術(shù)應(yīng)用》 摘要：介紹了加速器的工作原理，分析了加速器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。采用德國(guó)西門子公司的ｐｌｃ作為下位機(jī)對(duì)加速器進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，工控機(jī)作為上位機(jī)對(duì)加速器的控制進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示、給出或修改控制參數(shù)。給出了控制系統(tǒng)的硬件組成部分和部分軟件。 關(guān)鍵詞：ｐｌｃ 加速器 集散控制 隨著工業(yè)化程度的提高，全球范圍內(nèi)的環(huán)境污染越來(lái)越引起人們的關(guān)注?？諝庵辛蚧锖拖趸锖康闹鹉暝黾訉?duì)人類的生存構(gòu)成威脅。對(duì)工業(yè)廢氣進(jìn)行脫硫脫硝現(xiàn)已有多種辦法，而現(xiàn)階段用高能電子束輻照煙氣是比較有效、科學(xué)的方法 。很多國(guó)家都在積極地研究。加速器是其中最關(guān)鍵的設(shè)備，其性能的好壞直接決定脫硫脫硝的效果。 １ 加速器的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn) 此類加速器屬于直流高壓加速器，交流３８０ｖ／５０ｈｚ輸入電壓經(jīng)變頻器轉(zhuǎn)換為交流４００ｈｚ電壓給加速器初級(jí)線圈供電。次級(jí)線圈６６個(gè)，每一個(gè)次級(jí)輸出電壓經(jīng)過(guò)倍壓整流后串聯(lián)，產(chǎn)生幾兆伏的直流高壓，由級(jí)聯(lián)高壓系統(tǒng)產(chǎn)生的電場(chǎng)用于加速電子。通過(guò)調(diào)解變頻器的交流輸出電壓（即改變初級(jí)線圈電壓）可達(dá)到改變能量或穩(wěn)定能量的目的。束流強(qiáng)度通過(guò)燈絲進(jìn)行調(diào)控。整個(gè)系統(tǒng)的滯后性比較嚴(yán)重，因此要求系統(tǒng)的可靠性要高。整個(gè)系統(tǒng)及其控制如圖１所示。 加速器主要由八部分組成：①供電系統(tǒng)；②高壓系統(tǒng)；③電子槍、加速管系統(tǒng)；④束流引出系統(tǒng)；⑤真空系統(tǒng)；⑥絕緣氣體系統(tǒng)；⑦冷卻系統(tǒng)；⑧計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。 ２ 硬件設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制加速器及其相關(guān)設(shè)備，控制系統(tǒng)組成原理圖如圖２所示。 根據(jù)加速器的特點(diǎn)，要求控制系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間安全可靠地運(yùn)行，以適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境并具有強(qiáng)的抗電磁干擾能力，因而我們采用集散控制系統(tǒng)，降低了故障危險(xiǎn)。如果一個(gè)控制站發(fā)生故障不能正常工作，此信號(hào)會(huì)被別的控制站采集到而采取應(yīng)急措施，避免了因故障而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的崩潰。每一個(gè)控制站都有一套完整的控制、監(jiān)測(cè)、報(bào)警功能。 在整個(gè)控制系統(tǒng)中，我們采用研華５８６工控機(jī)作為上位機(jī)，執(zhí)行對(duì)下位機(jī)的管理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、發(fā)布啟動(dòng)和關(guān)機(jī)命令、修改控制參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)、記錄等功能；下位機(jī)采用可編程序控制器（ｐｌｃ）作為本地控制站。本系統(tǒng)有四個(gè)ｐｌｃ本控站，分別是：束流穩(wěn)定系統(tǒng)本控站（ｐｌｃ１）、能量穩(wěn)定系統(tǒng)本控站（ｐｌｃ２）、引出系統(tǒng)本控站（ｐｌｃ３）和輔助聯(lián)鎖本控站（ｐｌｃ４）。工控機(jī)通過(guò)ｐｃ／ｐｐｉ電纜（包括ｒｓ２３２／４８５轉(zhuǎn)換口）實(shí)現(xiàn)ｐｐｉ通訊。ｐｃ／ｐｐｉ電纜的ｒｓ２３２端接到工控機(jī)的通訊口（ｃｏｍ１或ｃｏｍ２），各本控站進(jìn)行簡(jiǎn)單并聯(lián)即可。 我們采用德國(guó)西門子公司的ｐｌｃ作為本控站，其ｃｐｕ為２１６，用戶程序大?。矗胱止?jié)，用戶數(shù)據(jù)大?。玻担? 字節(jié)，支持的數(shù)字量ｉ／ｏ為６４輸入／６４輸出，模擬輸入可擴(kuò)展到 ３１路，模擬輸出可擴(kuò)展到３１路，１２８?jìng)€(gè)中斷，中斷事件２８?jìng)€(gè)，ｐｉｄ回路７個(gè)。每個(gè)本控站使用的ｉ／ｏ擴(kuò)展模塊不完全相同。 ２.１ 束流穩(wěn)定控制站 束流穩(wěn)定工作原理圖如圖３所示。 首先通過(guò)取樣電阻ｒｓ采得最后次級(jí)線圈上的電流信號(hào)（此信號(hào)代表電子束流大?。?，束流信號(hào)送到ｐｌｃ１的模擬輸入端，經(jīng)過(guò)ｐｌｃ１的比較、ｐｉｄ回路的運(yùn)算后，由ｐｌｃ１的模擬輸出端給出控制信號(hào)，經(jīng)運(yùn)放、光電隔離裝置，去控制電子槍中的燈絲電流，構(gòu)成閉環(huán)回路。而且束流信號(hào)與最大電流設(shè)定進(jìn)行比較，如果束流信號(hào)超過(guò)最大設(shè)定，由硬件給出保護(hù)信號(hào)。為保證電子槍的使用壽命，盡量減少束流的過(guò)調(diào)量和最快地使束流穩(wěn)定在給定值上，ｐｉｄ常數(shù)能在控制下做優(yōu)化切換，并設(shè)有保護(hù)功能。 ２.２