一種環(huán)真空監控系統設計方案

傳統的現場(chǎng)控制技術(shù)(例如BITBUS，RS-485,RS-422等)其不足之處主要有：

　　(1)主從結構網(wǎng)絡(luò )上只能有一個(gè)主節點(diǎn)，其余為從節點(diǎn)。其造成的潛在危害是：一旦主節點(diǎn)出現故障，則整個(gè)系統將處于癱瘓狀態(tài)。

　　(2)數據通訊方式為命令響應型。在許多實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合，這是致命的弱點(diǎn)。錯誤處理能力不強。

　　(3)不能提供類(lèi)似LAN那樣的網(wǎng)絡(luò )管理(network management)功能，從而不能對整個(gè)系統進(jìn)行實(shí)時(shí)、有效、方便的監控和維護。

　　現場(chǎng)總線(xiàn)很好地解決上述問(wèn)題。其中較有代表性的有Motorola的LON(local operation network);Bosch公司的CAN(control area network)。其中LON適用于一些大型的、對響應時(shí)間要求不太高的分布式控制系統;而CAN則適用于小型的、實(shí)時(shí)要求高的系統。

　　CAN協(xié)議規定的網(wǎng)絡(luò )系統結構由ISO-OSI七層結構中的三層組成，即物理層、數據鏈路層和應用層。它是一種專(zhuān)門(mén)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò )，不同于以太網(wǎng)等管理及信息處理網(wǎng)絡(luò )，其物理特性和網(wǎng)絡(luò )協(xié)議更強調自動(dòng)化的底層監測和控制。從物理結構上看，它屬于總線(xiàn)式通訊網(wǎng)絡(luò )，但其獨特的技術(shù)和設計，可靠性及性能遠高于BITBUS，RS-485等傳統現場(chǎng)控制技術(shù)。特點(diǎn)主要有：可以多主方式工作，網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)可分優(yōu)先級，采用非破壞性總線(xiàn)裁決技術(shù)，直接通訊距離最遠可達10 km(5 kb/s以下)，通訊速率最高可達1 Mb/s(距離40 m)，信息傳輸采用短幀結構，每幀信息都有CRC校驗，保證了數據出錯率極低，在錯誤嚴重的情況下節點(diǎn)可以自動(dòng)關(guān)閉，切斷與總線(xiàn)的聯(lián)系，通訊介質(zhì)采用雙絞線(xiàn)。

　　1　系統組成和工作原理

　　合肥國家同步輻射實(shí)驗室(NSRL)的儲存環(huán)直徑為22 m，每條光束線(xiàn)的長(cháng)度約15 m。用于環(huán)真空檢測的真空計約10臺，5條光束線(xiàn)平均5臺真空計，共計約35臺真空檢測裝置，另外每條光束線(xiàn)還利用一臺真空計作為傳感器用于真空聯(lián)鎖保護裝置。由于真空檢測裝置及聯(lián)鎖保護裝置必須靠近監測點(diǎn)，它們遍布整個(gè)儲存環(huán)大廳。這些真空計是84年建立實(shí)驗室后逐年購進(jìn)的，基本沒(méi)有數據通訊接口，制造廠(chǎng)家也千差萬(wàn)別。儲存環(huán)真空檢測主要有德國、日本、美國的真空計，光束線(xiàn)主要是國產(chǎn)真空計?？捎糜谡婵諜z測的模擬電平也不盡相同，另外儲存環(huán)大廳有很多電磁鐵和高功率電源，是典型的強噪聲環(huán)境，用模擬電平進(jìn)行監測控制和組網(wǎng)是不切實(shí)際的，也是不可靠的。因此目前NSRL的環(huán)真空監測是采用人工記錄的方法，光束線(xiàn)真空監測基本不作記錄。目前光束線(xiàn)用于控制各種閥門(mén)的真空聯(lián)鎖保護裝置是模擬電路系統，為了提高響應速度，直接從真空計的離子流放大器上取出0～10 V的模擬電平，與聯(lián)鎖保護裝置的連接電纜阻抗非常高，很容易造成閥門(mén)的錯誤關(guān)斷，也容易影響真空計的讀數，甚至損壞真空計的離子流放大器。所有這些關(guān)系到束流運行的穩定和壽命，是迫切需要解決的。

　　經(jīng)過(guò)多方調研和比較，提出采用適合于高噪聲環(huán)境運行的CAN總線(xiàn)組網(wǎng)。多個(gè)真空計及其聯(lián)鎖保護單元通過(guò)CAN控制器掛到CAN總線(xiàn)上，通過(guò)CAN總線(xiàn)與監控計算機互聯(lián)，形成多主機局部控制網(wǎng)。目前NSRL的儲存環(huán)和光束線(xiàn)需要監控的節點(diǎn)約40個(gè)，二期改建工程完成后需要監控的節點(diǎn)將擴大到80個(gè)，而一條CAN網(wǎng)絡(luò )可控制110個(gè)節點(diǎn)，完全能滿(mǎn)足要求。該分布式測控系統結構組成如圖1所示。

　　該系統的工作原理是通過(guò)監控計算機、真空傳感器(真空計)、真空聯(lián)鎖保護單元，對儲存環(huán)、光束線(xiàn)的真空狀態(tài)和各閥門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監控。監控計算機根據實(shí)測值與安全設定值進(jìn)行比較、分析和處理，及時(shí)提供語(yǔ)音、字符、圖形、各種報警信號及相應的控制措施。由于儲存環(huán)、光束線(xiàn)實(shí)驗站的真空狀態(tài)要求相差很大，為了提高對真空事故的反應速度和可靠性，儲存環(huán)和每個(gè)光束線(xiàn)實(shí)驗站有相應的真空聯(lián)鎖保護單元。該單元直接接收來(lái)自真空傳感器的報警信號，可自動(dòng)地或人為地作出相應的安全控制措施。該單元也通過(guò)CAN控制器掛到CAN總線(xiàn)上，使各種不安全因素得以及時(shí)、有效地調整和控制。