MeV地那米加速器的控制上海应用物理研究所.DOC

3.0MeV高频高压电子加速器计算机监控系统的研制 龚培荣 刘 平 李纪明 郭洪雷 李民熙 (中国科学院上海应用物理研究所 上海 201800) 摘要 描述了基于PLC的高频高压电子加速器的计算机监控系统在满足加速器正常操作的基础上，增加了能量反馈控制回路，提高了输出能量的稳定度(1%)；保证了扫描电流的大小随输出能量变化的自动跟踪调节；在故障诊断方面也提供了有效的手段帮助排除故障或分析故障原因。关键词 高频高压电子加速器，监控，PLC，流程图中图分类号 中国科学院上海应用物理研究所已成功制造安装了近台用于工业生产的高频高压电子加速器，并创造了可观的经济效益。前期安装的高频高压电子加速器均为手动操作，继电器逻辑控制方式。为了改善提高高频高压电子加速器的性能，我们研制与开发了用于该加速器的计算机监测与控制系统，研制的计算机监控系统已成功应用在山东曲阜电力电缆厂的3.0MeV高频高压电子加速器的控制中，达到了设计指标要求，并取得了较为满意的结果。 高频高压电子加速器的控制信号 高频高压电子加速器(地那米加速器)是一个用高频振荡器并联驱动﹑串联整流的系统，通过电感应耦合将低压交流电转变成高压直流电并用于加速电子的装置。主要构成为：高频电压发生器直流电压发生器电子束产生器加速管扫描引出设备真空系统六氟化硫气体处理和安全防护设施等。 按加速器的运行要求，需参与控制的对象包括高频发生器灯丝电流扫描幅度输出电压调节，束流调节和各种安全联锁信号，总共有60路开关量和17路模拟量。根据加速器控制信号的实际情况，我们选用了SIEMENS的S7-300型可编程控制器进行设计，其主控模块为CPU314，系统框图如图1所示，其中开关量的冗余为输入2路、输出2路，模拟量冗余为3路输入。 PLC控制过程简介 PLC(Programmable Logic Controller)是将微机技术与继电器常规控制方式相融合，以微处理器为核心，专为工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子学系统。 PLC的工作过程一般可分为输入采样程序执行和输出刷新三个主要阶段。PLC通电后先进行自检，确定自身的完整性和I/O连接的正确与否，清零或复位，然后循环扫描用户程序。PLC按顺序采样所有输入信号并读入到输入映像寄存器中存储，在PLC执行程序时对当前输入输出映像寄存器中的数据进行运算﹑处理，再将其结果写入输出映像寄存器中保存，并在PLC刷新输出锁存器时驱动用户设备，至此完成一个扫描周期[1]。PLC的扫描周期一般在100ms以内。 抗干扰措施 高频高压电子加速器的干扰主要来自高频机中的可控硅和钢筒里的高压打火。为了有效地抑制干扰信号，除了必要的信号滤波外，常规采用光电隔离的办法[2]。考虑到PLC模块的光隔电路一旦损坏，该模块就不能工作，为保证控制系统和加速器的正常工作，本系统另增加一级光电隔离，并将它模块化，一方面改善PLC工作的环境，另一方面可提高加速器的运行可靠性。 抗打火的另一种有效方法是在输入/输出端使  图1 高频高压电子加速器计算机监控系统框图 Fig.1 diagram of monitor and control system of the HFHVEA 用TVS二极管[2]。TVS瞬变电压抑制器，有单个二极管封装和二极管阵列封装等，其雪崩击穿时，动态电阻较小，响应速度快(理论上高达10(12)，器件面积大，可吸收大的浪涌电流；被广泛用于通信宇航工业和计算机领域中的抗高压保护器件。我们选用了单向TVS二极管P6KE30A，其阻断电压28.5V，工作电压25.6V，脉冲峰值电流14.7A，典型的响应时间小于1。 高频高压电子加速器的打火现象，无论安装调试阶段，还是运行过程中都是难免的因此，要求参与加速器控制的所有元器件都必须具有抗打火冲击的能力。为了有效地减少打火对元器件的损坏，除了上述两种方法外，还要求在整个电路的连线上始终保证各电流回路间不相混淆，特别是大电流回路与其控制回路间的公共线走向高电压回路与低压回路间的交汇点及接地点的正确使用等；在适当的电路中加入RC滤波器也可起到缓冲作用。 能量稳定控制电路 高频高压电子加速器的能量调节，在无控制系统时是通过手动调节控制台上的电位器，输出一个0—?12V的电压信号给高频机的可控硅触发电路，产生某一相应的导通角来控制输出能量的大小。当改变输出束流的大小时，由于可控硅的负载变化，会引起输出电压降低或升高，输出能量也会相应变化为了维持输出能量不变，操作人员必须不断地调节电位器。 高频机本身已有如图2所示的反馈控制电路。从中可以看出，该反馈电路只是通过一个放大倍数(约2倍)较小的比例放大器稳定高频变压器的初级端电压(Vo)，这种稳定作用只能是间接地稳定输出能量，要实现输出能量的稳定，