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4MeV静电离子加速器控制系统设计

冶铁  
【摘要】: 我校从美国引进一台4MeV范德格喇夫静电离子加速器。它的主要设备情况良好,一旦恢复使用,将成为原子核物理,生物诱变,材料改性等科研工作的重要工具。但是其控制系统属于传统继电器控制系统,该控制系统设备体积大,动作速度慢,功能单一,接线复杂,通用性和灵活性差,加之控制设备严重老化,给日后的维护工作带来巨大困难。原系统采用同步电机和自藕变压器对束电流、充气量、聚焦度进行人工调节控制。这些调节参数存在于加速器400万伏高压端,导致传统的数据采集通道无法完成数据的采集,这种控制方式存在着操作不够灵活方便,调节参数不能采集和自动记录,试验的历史数据无法自动查询等缺点。 考虑到以上原因,故采用了现代的可编程控制器、工业现场总线和计算机网络技术来取代原有的控制系统。由于加速器内部异常复杂的电磁干扰环境和多层的高电压分布,给技术改造工作带来了巨大的困难,但随着技术方案不断改进,终于确定了比较成熟的且具有可行性的技术方案。由控制微机,可编程控制器和新的工业现场总线——PROFIBUS组成的加速器控制系统已经调试成功,它把高压端的信号成功地通过红外线和光纤通路采集到微机,结束了传统静电离子加速器高压端是个黑匣子的局面。上位机中的WINCC程序自动完成控制参数的归档和历史记录,该系统已能满足一定的实验流程需求。在目前缺乏磁分析仪的情况下,该系统虽然还只是开环控制系统,但是一旦加速器中束线分析部分到位,它只需增加模拟量输出模块和采样控制算法,就能形成完善的闭环控制系统。 本文的创新点有:1 利用光纤传输和红外传输在PROFIBUS现场工业总线的实现,巧妙解决了超高压电位间信号传输的问题;2 利用普通数字输出模块+自己编制的步进电机驱动程序=昂贵的步进电机定位模块;3 在PLC中编程实现采样控制算法完成闭环控制系统。 希望今后能在技术细节上不断完善,以适应实际实验对加速器不断提出的新要求。


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