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脈沖功率裝置能源計(jì)算機(jī)控制技術(shù)
摘要 介紹一種多分布傳式MARX發(fā)生器能源計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng).詳細(xì)敘述了系統(tǒng)的硬件構(gòu)成,計(jì)算機(jī)與各能源系統(tǒng)之間的通訊原理和通訊協(xié)議,以及系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn),同時(shí)簡(jiǎn)要說(shuō)明了系統(tǒng)抗干擾解決辦法。
關(guān)鍵詞 MARX發(fā)生器 程控電源 RS485總線 Visual Basic
1 引言
脈沖能源裝置在加速器、自由電子激光研究、X光閃光照相和粒子聚變等脈沖功率技術(shù)研究領(lǐng)域廣泛使用,通常使用數(shù)量較多,分布較廣,同時(shí)周?chē)姶鸥蓴_較強(qiáng),控制操作和參數(shù)測(cè)量都比較復(fù)雜,同時(shí)也需要較多的人力來(lái)維護(hù)。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,當(dāng)今世界上基于PC的自動(dòng)化方案已成為主流,PC在自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用正迅速增長(zhǎng),通過(guò)將所有的功能集成于這個(gè)統(tǒng)一開(kāi)放的平臺(tái)上,通過(guò)人機(jī)界面可以使復(fù)雜的控制和數(shù)據(jù)處理變得更加簡(jiǎn)單化。
2控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成
整個(gè)系統(tǒng)有多臺(tái)Marx需要控制,每臺(tái)發(fā)生器由充電控制和觸發(fā)兩部分組成,需要控制的量有充電電壓的起?刂啤㈦妷簷z測(cè)、接地裝置的通斷控制、觸發(fā)以及開(kāi)關(guān)上的氣壓檢測(cè)等,通過(guò)一條總線將將系統(tǒng)中的各個(gè)被控量連接在一起,構(gòu)成一分布式控制系統(tǒng),這里采用工業(yè)上廣泛使用的RS485總線,RS485總線是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)制定的平衡發(fā)送、平衡接收的標(biāo)準(zhǔn)異步串行總線,具有傳輸距離遠(yuǎn)、通訊速率高,抗干擾能力強(qiáng),軟硬件支持豐富與現(xiàn)場(chǎng)儀表接口簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展等特點(diǎn),接口總線上可連接32個(gè)設(shè)備,加中繼器后最多可達(dá)255個(gè)設(shè)備,因此完全滿足該能源控制要求。控制系統(tǒng)框圖如下:
圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
該系統(tǒng)由一臺(tái)主控上位機(jī)PC和一系列MARX發(fā)生器充電電源設(shè)備構(gòu)成,由于環(huán)境電磁干擾較為嚴(yán)重,在選擇通信介質(zhì)時(shí)可優(yōu)先采用光纖通信方式,通訊速率57.6kB/s,通訊距離可達(dá)1.2km,通過(guò)上位機(jī)(PC)發(fā)送參數(shù)及控制命令,給電容器充電到事先設(shè)定的電壓值(0到100kV之間任意值)。在以上各子設(shè)備中,經(jīng)常要用程控電源去控制MARX發(fā)生器的充電電壓、充電速度。通過(guò)一臺(tái)工控PC機(jī)靈活地控制多臺(tái)充電電源,以達(dá)到控制各MARX發(fā)生器充電的目的。針對(duì)這一需要,采用帶有RS485通信接口的具有線性升壓功能的可編程交流電源,該電源內(nèi)部自帶單片機(jī)系統(tǒng)和看門(mén)狗定時(shí)器,每個(gè)電源賦予各自獨(dú)立的地址碼用以識(shí)別身份,同時(shí)它屬于正弦波調(diào)壓,可有效避免采用傳統(tǒng)的采用可控硅調(diào)壓方式時(shí)屢次損壞高壓變壓器的情況,使操作者能夠方便靈活地對(duì)其進(jìn)行控制。
每路Marx發(fā)生器充電部分包括程控電源、雙極性高壓變壓器,分壓器和接地裝置等三部分,見(jiàn)圖2 所示,程控電源給高壓變壓器初級(jí)提供緩慢上升的電壓,變壓器高壓側(cè)經(jīng)整流后給MARX發(fā)生器充電,電壓檢測(cè)是通過(guò)10000:1的高壓分壓器將分壓后的信號(hào)送給程控電源內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換,經(jīng)內(nèi)部單片機(jī)處理,并與設(shè)定的電壓值進(jìn)行比較,比較后的結(jié)果用來(lái)實(shí)現(xiàn)自停控制,這樣可有效防止通訊故障所造成失控現(xiàn)象。
圖2 Marx發(fā)生器能源部分線路圖
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