基于PLC的發(fā)射機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　1、引言

　　聚束器NB2是重離子加速器系統(tǒng)中，提高束流品質(zhì)的一個高頻系統(tǒng)。其工作原理如圖1示，

　　
圖1：工作原理圖

　　速度不同的帶電粒子經(jīng)過耦合有大功率高頻信號的真空加速腔時將受到速度調(diào)制，最終粒子的速度趨于一致。即如粒子1以V1，粒子2以V2的速度在束線中運(yùn)動，其中V1小于V2，經(jīng)過相同的時間，粒子2到達(dá)高頻信號的負(fù)半周期，粒子1到達(dá)高頻信號的正半周期，二者都受到由電場力產(chǎn)生的加速度a的作用，由式1-1可知經(jīng)過相同的時間，粒子速度趨于一致，以達(dá)到改善束流的品質(zhì)。

　　V2-a.t=V

　　V1+a.t=V 式1-1

　　高頻發(fā)射機(jī)系統(tǒng)如圖2所示，主要由高頻放大、槽路、冷卻系統(tǒng)和供電系統(tǒng)四部分組成。高頻放大部分是由固態(tài)寬頻帶放大器、電子管構(gòu)成的二級放大系統(tǒng);供電系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)電子管的燈絲、柵極、簾柵極、陽極和寬頻帶放大器的供電;加之整個發(fā)射機(jī)是一個以分布參數(shù)為主的系統(tǒng)，因而槽路是改善發(fā)射機(jī)參數(shù)和性能的重要組成部分。

　　
圖2：發(fā)射機(jī)框圖

　　考慮到發(fā)射機(jī)工作在一個有高壓、低壓、交流、直流、脈沖和模擬信號混合的電磁環(huán)境中，為保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，采用了西門子S7-300系列的PLC、觸摸屏，并結(jié)合Ethernet(工業(yè)以太網(wǎng))技術(shù)設(shè)計(jì)了NB2發(fā)射機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了發(fā)射機(jī)的遠(yuǎn)程控制。

　　Ethernet網(wǎng)絡(luò)是采用商業(yè)以太網(wǎng)通信芯片和物理介質(zhì)，利用以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)各設(shè)備間的點(diǎn)對點(diǎn)連接的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。能同時能支持10M和100M的以太網(wǎng)的商業(yè)產(chǎn)品。它的一個數(shù)據(jù)包最多可達(dá)1500字節(jié)，數(shù)據(jù)傳輸可達(dá)10Mbps或100Mbps;從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸。

　　2、控制系統(tǒng)組成

　　該控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)的連鎖保護(hù)，即發(fā)射機(jī)的冷卻、電源、電子管、槽路中任一個參數(shù)出現(xiàn)異常，系統(tǒng)都能實(shí)現(xiàn)報警并采取相關(guān)的應(yīng)急措施，確保系統(tǒng)的安全?，F(xiàn)場控制的HMI(人機(jī)界面)是用西門子TP270組態(tài)設(shè)計(jì)的，可以實(shí)現(xiàn)本地操作如報警、記錄、打印、參數(shù)的讀取等。

　　還能在控制室實(shí)現(xiàn)對冷卻系統(tǒng)、電源、電子管的各極偏置、以及激勵的遠(yuǎn)程操作;并且能在處于控制室的工業(yè)PC的HMI中顯示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、加速電壓(D電壓)等相關(guān)參數(shù)。