用可编程序控制器（PLC）控制加速器

作者：兰州中科院近代物理研究所电子辐照研究室(７３００００) 武林俊 刘振灏 朱立新 来源：《电子技术应用》 摘要：介绍了加速器的工作原理，分析了加速器的结构和特点。采用德国西门子公司的ｐｌｃ作为下位机对加速器进行实时控制，工控机作为上位机对加速器的控制进行动态显示、给出或修改控制参数。给出了控制系统的硬件组成部分和部分软件。 关键词：ｐｌｃ 加速器 集散控制 随着工业化程度的提高，全球范围内的环境污染越来越引起人们的关注。空气中硫化物和硝化物含量的逐年增加对人类的生存构成威胁。对工业废气进行脱硫脱硝现已有多种办法，而现阶段用高能电子束辐照烟气是比较有效、科学的方法 。很多国家都在积极地研究。加速器是其中最关键的设备，其性能的好坏直接决定脱硫脱硝的效果。 １ 加速器的结构及其特点 此类加速器属于直流高压加速器，交流３８０ｖ／５０ｈｚ输入电压经变频器转换为交流４００ｈｚ电压给加速器初级线圈供电。次级线圈６６个，每一个次级输出电压经过倍压整流后串联，产生几兆伏的直流高压，由级联高压系统产生的电场用于加速电子。通过调解变频器的交流输出电压（即改变初级线圈电压）可达到改变能量或稳定能量的目的。束流强度通过灯丝进行调控。整个系统的滞后性比较严重，因此要求系统的可靠性要高。整个系统及其控制如图１所示。 加速器主要由八部分组成：①供电系统；②高压系统；③电子枪、加速管系统；④束流引出系统；⑤真空系统；⑥绝缘气体系统；⑦冷却系统；⑧计算机控制系统。 ２ 硬件设计 计算机控制系统控制加速器及其相关设备，控制系统组成原理图如图２所示。 根据加速器的特点，要求控制系统长时间安全可靠地运行，以适应工业现场环境并具有强的抗电磁干扰能力，因而我们采用集散控制系统，降低了故障危险。如果一个控制站发生故障不能正常工作，此信号会被别的控制站采集到而采取应急措施，避免了因故障而导致整个系统的崩溃。每一个控制站都有一套完整的控制、监测、报警功能。 在整个控制系统中，我们采用研华５８６工控机作为上位机，执行对下位机的管理、数据采集、数据处理、发布启动和关机命令、修改控制参数和运行参数、记录等功能；下位机采用可编程序控制器（ｐｌｃ）作为本地控制站。本系统有四个ｐｌｃ本控站，分别是：束流稳定系统本控站（ｐｌｃ１）、能量稳定系统本控站（ｐｌｃ２）、引出系统本控站（ｐｌｃ３）和辅助联锁本控站（ｐｌｃ４）。工控机通过ｐｃ／ｐｐｉ电缆（包括ｒｓ２３２／４８５转换口）实现ｐｐｉ通讯。ｐｃ／ｐｐｉ电缆的ｒｓ２３２端接到工控机的通讯口（ｃｏｍ１或ｃｏｍ２），各本控站进行简单并联即可。 我们采用德国西门子公司的ｐｌｃ作为本控站，其ｃｐｕ为２１６，用户程序大小４ｋ字节，用户数据大小２．５ｋ 字节，支持的数字量ｉ／ｏ为６４输入／６４输出，模拟输入可扩展到 ３１路，模拟输出可扩展到３１路，１２８个中断，中断事件２８个，ｐｉｄ回路７个。每个本控站使用的ｉ／ｏ扩展模块不完全相同。 ２.１ 束流稳定控制站 束流稳定工作原理图如图３所示。 首先通过取样电阻ｒｓ采得最后次级线圈上的电流信号（此信号代表电子束流大小），束流信号送到ｐｌｃ１的模拟输入端，经过ｐｌｃ１的比较、ｐｉｄ回路的运算后，由ｐｌｃ１的模拟输出端给出控制信号，经运放、光电隔离装置，去控制电子枪中的灯丝电流，构成闭环回路。而且束流信号与最大电流设定进行比较，如果束流信号超过最大设定，由硬件给出保护信号。为保证电子枪的使用寿命，尽量减少束流的过调量和最快地使束流稳定在给定值上，ｐｉｄ常数能在控制下做优化切换，并设有保护功能。 ２.２