用可编程序控制器(PLC)控制加速器

2006-05-07 15:49:33来源: 电子技术应用

控制,工控机作为上位机对加速器的控制进行动态显示、给出或修改控制参数。给出了控制系统的硬件组成部分和部分软件。

硬件设计

    计算机控制系统控制加速器及其相关设备,控制系统组成原理图如图2所示。

    根据加速器的特点,要求控制系统长时间安全可靠地运行,以适应工业现场环境并具有强的抗电磁干扰能力,因而我们采用集散控制系统,降低了故障危险。如果一个控制站发生故障不能正常工作,此信号会被别的控制站采集到而采取应急措施,避免了因故障而导致整个系统的崩溃。每一个控制站都有一套完整的控制、监测、报警功能。

    在整个控制系统中,我们采用研华586工控机作为上位机,执行对下位机的管理、数据采集、数据处理、发布启动和关机命令、修改控制参数和运行参数、记录等功能;下位机采用可编程序控制器(PLC)作为本地控制站。本系统有四个PLC本控站,分别是:束流稳定系统本控站(PLC1)、能量稳定系统本控站(PLC2)、引出系统本控站(PLC3)和辅助联锁本控站(PLC4)。工控机通过PC/PPI电缆(包括RS232/485转换口)实现PPI通讯。PC/PPI电缆的RS232端接到工控机的通讯口(COM1或COM2),各本控站进行简单并联即可。

    我们采用德国西门子公司的PLC作为本控站,其CPU为216,用户程序大小4K字节,用户数据大小2.5K 字节,支持的数字量I/O为64输入/64输出,模拟输入可扩展到 31路,模拟输出可扩展到31路,128个中断,中断事件28个,PID回路7个。每个本控站使用的I/O扩展模块不完全相同。

2.1 束流稳定控制站

    束流稳定工作原理图如图3所示。

    首先通过取样电阻RS采得最后次级线圈上的电流信号(此信号代表电子束流大小),束流信号送到PLC1的模拟输入端,经过PLC1的比较、PID回路的运算后,由PLC1的模拟输出端给出控制信号,经运放、光电隔离装置,去控制电子枪中的灯丝电流,构成闭环回路。而且束流信号与最大电流设定进行比较,如果束流信号超过最大设定,由硬件给出保护信号。为保证电子枪的使用寿命,尽量减少束流的过调量和最快地使束流稳定在给定值上,PID常数能在控制下做优化切换,并设有保护功能。

2.2 能量稳定控制站

    能量稳定系统工作原理图如图4所示。

    通过分压电阻RH取得的束流能量E0的分压值,被送到PLC2的模拟输入端,经过PLC2的比较、PID回路的运算,最后由PLC2的模拟输出端给出控制信号;此信号控制变频器的输出电压,改变初级线圈上的电压值,达到稳定能量的目的。同样,从RH上取得的电压值与最大能量设定进行比较,由硬件给出保护信号。

2.3 束流引出系统控制站

    该系统的主要作用是保证束流均匀穿越钛箔进入辅照加工物品,不致使束流过于集中在钛箔的局部区域,造成钛箔烧毁或寿命降低。该系统还可以使进入空气后的电子按所需要的轨迹运动,以满足一些特殊的辅照工艺要求。控制电子在X、Y两个方向扫描,高频扫描(Y)频率:1800Hz;低频扫描(X)频率:100~120Hz。给偏转线圈提供三角波电流,控制束流轨迹,使之在钛箔上均匀扫描。

2.4 辅助联锁系统控制站

    为了人员和设备的绝对安全,该系统有两种工作模式:硬件工作模式和软件工作模式。在硬件工作模式下,系统通过自身的逻辑电路,分析各个相关设备、系统的工作状态,并根据结果输出相应信号来直接关闭加速器,或禁止启动加速器。另一种模式是软件工作模式。该系统还设置有专门的打火分析系统,以便在加速器出现打火时能及时加以保护。

3 软件设计

    控制软件分为三层:操作员层、通讯层和现场控制层。在人机交互界面这部分,采用Kingview5.0作为操作界面的编程软件。它运行于WIN95/98NT平台,是32位程序、实时多任务、多线程、支持国内外31种PLC。软件包括工艺流程图动态显示、操作显示、参数设定、运行参数实时显示、修改参数、控制命令发布、报警并打印报表等功能。

3.1 束流稳定系统

    此系统要求能实时控制束流大小,是通过精确控制电子枪灯丝电流来实现的。不允许灯丝电流超过其最大值实时采集束流大小,进行PID运算(包含比例、积分、微分回路),使系统达到稳定状态。为了能让数字计算机处理PID控制,连续算式必须离散化处理。计算机处理的PID算式如下:

    Mn=Kc×En+K×En+MX+K×(En-En-1)

    输出=比例项+积分项+微分项

    其中:

    Mn——第n次采样时刻的计算值

    KC——PID回路比例项增益

    En——第n 次采样时刻的偏差值(是给定值与过程变量值之差)

    En-1——第n-1次采样时刻的偏差值

    K——积分项比例常数

    MX——积分项前值(在第n-1采样时刻的积分值)

    K——微分项比例常数

    调用中断事件号2(即I0.1上升沿)控制束流值越界。正常工作时,I0.1为低电平,通过硬件比较束流值是否超过最大设定值;如超过最大值,硬件给出一高电平,并接到I0.1输入端口。这样就可以快速调用中断程序。部分程序如下:

    LD SM0.0 //定义始能端

    ATCH 0,2 //定义中断程序0为处理I0.1上升沿中断2的中断程序

    ENI //全局允许中断

    LD SM5.0

    DTCH 2 //如果发现I/O错误,禁止I0.1上升沿中断

    LD M5.0

    DISI //当M5.0为ON时,禁止所有中断

    ... ...

    MEND

    INT 0 //中断程序0

    ... ...

    RETI

3.2 能量稳定系统

    为增加程序的可读性,采用结构化程序设计。主程序如下:

    LD SM0.1

    CALL 0 //调用初始化子程序

    LD I0.1 //判定控制使能端

    CALL 1 //调用能量稳定子程序

    LDN I0.1

    CALL 2 //调用电压稳定子程序

    CALL 3 //调用中断子程序

    END

    在初始化子程序中,首先要检测系统是否正常工作,如不能正常工作,给出故障信号使加速器不能加高压。然后给出初始化运行的各种参数。

    在能量稳定和电压稳定子程序中,都要进行PID运算,输出模拟控制量,其过程类似于束流稳定系统。中断子程序起到快速处理故障作用。

    在所有的系统中,都要采集外设信号。为了能读到正确的信号、最大可能地减少干扰,同时考虑到控制的实时性,须对信号进行多次采样(一般来说采样5~10次可满足要求)。

关键字:控制器  控制

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/PLC/200605/111.html
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