PLC及觸摸屏的發(fā)射機控制系統設計方案

根據遠程控制高頻發(fā)射機和簡(jiǎn)化設計的要求，設計了一種基于PLC和觸摸屏的高頻發(fā)射機控制系統。并結合ProfiBus總線(xiàn)和Ethernet技術(shù)，實(shí)現了與原有系統的組網(wǎng)。采用STEP7、Wincc和Protool分別完成PLC程序設計、上位機人機界面和觸摸屏人機界面設計。重點(diǎn)介紹了系統的硬件配置、網(wǎng)絡(luò )結構、頻率微調、人機界面、軟件設計。該系統設計簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò )結構，提高了可靠性和穩定性。

關(guān)鍵詞：高頻發(fā)射機;遠程控制;聚束器;現場(chǎng)總線(xiàn);可編程控制器。

1、引言

聚束器NB2是重離子加速器系統中，提高束流品質(zhì)的一個(gè)高頻系統。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(guò)耦合有大功率高頻信號的真空加速腔時(shí)將受到速度調制，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(xiàn)中運動(dòng)，其中V1小于V2，經(jīng)過(guò)相同的時(shí)間，粒子2到達高頻信號的負半周期，粒子1到達高頻信號的正半周期，二者都受到由電場(chǎng)力產(chǎn)生的加速度a的作用，由式1-1可知經(jīng)過(guò)相同的時(shí)間，粒子速度趨于一致，以達到改善束流的品質(zhì)。

V2-a.t=V

V1+a.t=V 式1-1

高頻發(fā)射機系統如圖2所示，主要由高頻放大、槽路、冷卻系統和供電系統四部分組成。高頻放大部分是由固態(tài)寬頻帶放大器、電子管構成的二級放大系統;供電系統主要負責電子管的燈絲、柵極、簾柵極、陽(yáng)極和寬頻帶放大器的供電;加之整個(gè)發(fā)射機是一個(gè)以分布參數為主的系統，因而槽路是改善發(fā)射機參數和性能的重要組成部分?？紤]到發(fā)射機工作在一個(gè)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，為保證控制系統的穩定性和可靠性，采用了西門(mén)子S7-300系列的PLC、觸摸屏，并結合Ethernet(工業(yè)以太網(wǎng))技術(shù)設計了NB2發(fā)射機控制系統，實(shí)現了發(fā)射機的遠程控制。

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)交換機實(shí)現各設備間的點(diǎn)對點(diǎn)連接的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。能同時(shí)能支持10M和100M的以太網(wǎng)的商業(yè)產(chǎn)品。它的一個(gè)數據包最多可達1500字節，數據傳輸可達10Mbps或100Mbps;從而實(shí)現數據的高速傳輸[1]。

圖2：發(fā)射機框圖

2、控制系統組成

該控制系統要實(shí)現發(fā)射機的連鎖保護，即發(fā)射機的冷卻、電源、電子管、槽路中任一個(gè)參數出現異常，系統都能實(shí)現報警并采取相關(guān)的應急措施，確保系統的安全?，F場(chǎng)控制的HMI(人機界面)是用西門(mén)子TP270組態(tài)設計的，可以實(shí)現本地操作如報警、記錄、打印、參數的讀取等。還能在控制室實(shí)現對冷卻系統、電源、電子管的各極偏置、以及激勵的遠程操作;并且能在處于控制室的工業(yè)PC的HMI中顯示系統的運行狀態(tài)、加速電壓(D電壓)等相關(guān)參數。

2.1、控制系統的硬件配置

為實(shí)現以上要求，該系統采用了如圖3所示的結構?，F場(chǎng)以西門(mén)子S7-300 PLC和觸摸屏TP270作為高頻發(fā)射機的本地控制器和人機接口，然后經(jīng)Ethernet和交換機接入已有的控制網(wǎng)絡(luò )，最后通過(guò)以太網(wǎng)卡連到控制室工控機，完成遠程控制。

圖3：系統結構和S7-300PLC配置圖

系統中所采用的PLC的配置如圖3所示的配置。電源模塊是PS305，能提供DC24V的電壓和DC5A的電流。CPU 是313-2DP，此CPU模塊自帶32點(diǎn)DI/DO，而且有兩路硬件產(chǎn)生最高頻率為30KHZ的脈沖，以滿(mǎn)足系統中脈沖調制和拖動(dòng)槽路中步進(jìn)電機所需的脈沖。采用SM338 模塊讀取通過(guò)SSI總線(xiàn)傳來(lái)的電機絕對位置編碼數據。為了便于通信，配置了通訊處理器CP3413-1模塊，可以直接用雙絞線(xiàn)與交換機SWITCH相連接入已有的控制網(wǎng)絡(luò )。此外為了產(chǎn)生高精度的模擬量控制信號，采用了16位精度的SM332模塊。采樣信號都是4-20mA的信號，系統配置了SM331模擬量模塊，以完成參數的測量。