【电气】用可编程序控制器（PLC）控制加速器.docVIP

用可编程序控制器（PLC）控制加速器 随着工业化程度的提高，全球范围内的环境污染越来越引起人们的关注。空气中硫化物和硝化物含量的逐年增加对人类的生存构成威胁。对工业废气进行脱硫脱硝现已有多种办法，而现阶段用高能电子束辐照烟气是比较有效、科学的方法 。很多国家都在积极地研究。加速器是其中最关键的设备，其性能的好坏直接决定脱硫脱硝的效果。 １ 加速器的结构及其特点 此类加速器属于直流高压加速器，交流３８０Ｖ／５０Ｈｚ输入电压经变频器转换为交流４００ＨＺ电压给加速器初级线圈供电。次级线圈６６个，每一个次级输出电压经过倍压整流后串联，产生几兆伏的直流高压，由级联高压系统产生的电场用于加速电子。通过调解变频器的交流输出电压（即改变初级线圈电压）可达到改变能量或稳定能量的目的。束流强度通过灯丝进行调控。整个系统的滞后性比较严重，因此要求系统的可靠性要高。整个系统及其控制如图１所示。 加速器主要由八部分组成：供电系统；高压系统；电子枪、加速管系统；束流引出系统；真空系统；绝缘气体系统；冷却系统；计算机控制系统。 ２ 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