龔培榮，劉平，張耀，郭洪雷，朱錦華

摘要：中科院上海原子核所制造加工的地那米加速器已有多臺(tái)用于工業(yè)生產(chǎn)之中，并創(chuàng)造了極大的經(jīng)濟(jì)效益。但在山東魯能集團(tuán)之前安裝的地那米加速器均為手動(dòng)操作，繼電器控制方式；為了更好地發(fā)揮地那米加速器的效能，提高地那米加速器的運(yùn)行可靠性和故障診斷的識(shí)別率，我們采用可編程邏輯控制器（PLC）對(duì)其控制進(jìn)行了改造，在山東曲阜電力電纜廠的地那米加速器上實(shí)施了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，并取得了滿(mǎn)意的效果。

關(guān)鍵詞：地那米加速器，可編程邏輯控制器，控制

A Design of PLC Program for Controlling Dynamitron

GONG PEIRONG, LIU PING, ZHANG YAO, GUO HONGLEI, ZHU JINHUA

Shanghai Institute of Nuclear Research, the Chinese Academy of Sciences

(Shanghai 201800, China)

Abstract: Eight Dynamitrons manufactured by Shanghai Institute of Nuclear Research has been applied in industry successfully within passed twenty years. However these accelerator were controlled by relay box. This year Shandon QUFU power cable CO., Ltd purchased a Dynamitron with Programmable Logic Controller (PLC), SIEMENS S7-300 serial PLC was selected to control the Dynamitron. This is first to use PLC to manage the Dynamitron and to improve Dynamitron running reliability, its assemble and test were successful.

Keywords: Dynamitron, Programmable Logic Controller, control.

引言：

PLC（Programmable Logic Controller）是將微機(jī)技術(shù)與繼電器常規(guī)控制方式相融合，以微處理器為核心，專(zhuān)為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子學(xué)系統(tǒng)。自從1969年第一臺(tái)PLC面世以來(lái)，其產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，性能逐漸提高，控制領(lǐng)域也進(jìn)一步擴(kuò)大。PLC的高可靠性到目前為止沒(méi)有任何一種工業(yè)控制設(shè)備可以達(dá)到，PLC對(duì)環(huán)境的要求較低，與其它裝置的外部連線(xiàn)和電平轉(zhuǎn)換極少，可直接接各種不同類(lèi)型的接觸器或電磁閥等。

PLC的工作過(guò)程一般可分為輸入采樣，程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)主要階段。PLC按順序采樣所有輸入信號(hào)并讀入到輸入映像寄存器中存儲(chǔ)，在PLC執(zhí)行程序時(shí)被使用，通過(guò)對(duì)當(dāng)前輸入輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算﹑處理，再將其結(jié)果寫(xiě)入輸出映像寄存器中保存，當(dāng)PLC刷新輸出鎖存器時(shí)被用作驅(qū)動(dòng)用戶(hù)設(shè)備，至此完成一個(gè)掃描周期。PLC的掃描周期一般在100毫秒以?xún)?nèi)。

PLC采用模塊化設(shè)計(jì)，其運(yùn)行程序也可如此。PLC程序的易修改性、可靠性、通用性、易擴(kuò)展性、易維護(hù)性可和計(jì)算機(jī)程序相媲美，再加上其體積小、重量輕，安裝調(diào)試方便，使其設(shè)計(jì)加工周期大為縮短，維修也方便，還可重復(fù)利用。我們選用了SIEMENS的S7-300型可編程控制器，主控模塊為CPU314，其系統(tǒng)框圖如圖(1)所示。從圖(1)中可以看出，需參與控制的對(duì)象有高頻發(fā)生器，電子槍的燈絲電流，掃描幅度等；此外，還有輸出能量調(diào)節(jié)，束流調(diào)節(jié)和各種安全連鎖信號(hào)，總共有60路開(kāi)關(guān)量和14路模擬量，它們分別由各自的傳感器產(chǎn)生并被連接至PLC輸入接口電路板。

PLC控制過(guò)程的人機(jī)界面簡(jiǎn)介

地那米加速器的控制主要有開(kāi)機(jī)﹑關(guān)機(jī)和換件過(guò)程，以及各種模擬量的處理過(guò)程；我們選用的人機(jī)界面軟件為SIEMENS的PROTOOL/PRO V5.22版本。根據(jù)控制過(guò)程的要求，地那米加速器的控制界面主要分為登錄畫(huà)面﹑主控畫(huà)面﹑開(kāi)機(jī)畫(huà)面﹑關(guān)機(jī)畫(huà)面和菜單畫(huà)面，其相互關(guān)系如圖(2)所示。

登錄畫(huà)面主要是完成操作人員的確認(rèn)，只有正確輸入用戶(hù)名和密碼的人方可操作加速器。開(kāi)機(jī)和關(guān)機(jī)界面的主要功能是提供給使用者正確的操作步驟，用醒目的標(biāo)記顯示當(dāng)前的操作對(duì)象以及相關(guān)提示。主控界面用于顯示當(dāng)前系統(tǒng)的工作狀態(tài)，如圖(3)所示，包括輸出能量和束流的大小及其變化趨勢(shì)圖，各主要工作部件的運(yùn)行參數(shù)值，各主要接觸器或電磁閥的工作狀態(tài)等；主控界面還可顯示出現(xiàn)故障的部件及其類(lèi)別。換件畫(huà)面只是為了加速器在輻照物件時(shí)，中途停下來(lái)更換物件之用。菜單畫(huà)面中包含有消息(故障消息和報(bào)警消息)查看，運(yùn)行參數(shù)的歷史趨勢(shì)圖，打印消息，步進(jìn)馬達(dá)測(cè)試等輔助功能。

PLC的控制流程圖

地那米加速器的PLC控制流程如圖(4)所示。程序設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)化編程和分部編程相結(jié)合的方法進(jìn)行，可簡(jiǎn)化程序，方便調(diào)試，編程語(yǔ)言為SIEMENS PLC銷(xiāo)售商提供的專(zhuān)用編程軟件STEP7 V5.12運(yùn)行版。編程時(shí)必須注意以下幾個(gè)方面：

1.       PLC控制輸出的最終執(zhí)行元件為接觸器或電磁閥，在控制其開(kāi)或關(guān)的過(guò)程中，必須留有足夠的動(dòng)作時(shí)間，以便其可靠地接通或斷開(kāi)。如在束擋板的開(kāi)關(guān)過(guò)程中，由于其采用氣動(dòng)控制，需給出至少2秒的動(dòng)作時(shí)間。

2.       各部件之間的連鎖關(guān)系，任一部件出現(xiàn)故障最終都導(dǎo)致高頻封鎖，因此，可用高頻解鎖輸出信號(hào)及其回饋觸點(diǎn)信號(hào)來(lái)判斷是否有故障產(chǎn)生，至于是何部件故障，由其相應(yīng)的傳感器信號(hào)顯示出來(lái)。

3.       掃描幅度隨輸出能量的變化，可采用查表方式進(jìn)行，但掃描幅度不能為零，即使能量為零。

4.       除了束流大小的輸出外，其余的模擬量輸出都必須具有RAMP的功能，最好變化時(shí)間可調(diào)，以滿(mǎn)足不同模擬量的需要。另外，各模擬量應(yīng)有缺省值設(shè)定功能。

5.       正常工作時(shí)，地那米加速器要求輸出束流必須在能量輸出穩(wěn)定以后進(jìn)行；束流降為零后方可降低能量至零。

6.       束流大小的調(diào)節(jié)是由兩只步進(jìn)馬達(dá)控制兩只電位器實(shí)現(xiàn)的，分為粗﹑細(xì)調(diào)。正常開(kāi)機(jī)時(shí)，必須先動(dòng)作粗調(diào)，再調(diào)節(jié)細(xì)調(diào)電位器至所要求的束流大小；關(guān)機(jī)時(shí)，先退回細(xì)調(diào)電位器到底，再退粗調(diào)電位器。

結(jié)束語(yǔ)

安裝在山東曲阜電力電纜廠的地那米加速器是第一臺(tái)應(yīng)用PLC進(jìn)行控制的加速器，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試結(jié)果令人滿(mǎn)意。所有的控制電路經(jīng)受住了加速器打火的考驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了加速器能量輸出的穩(wěn)定控制(其穩(wěn)定度好于1%)，各種基本控制得以順利地實(shí)施，對(duì)提高和改善地那米加速器的性能邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。但是，對(duì)地那米加速器PLC控制需改進(jìn)的方面還很多，如束流輸出穩(wěn)定加PID調(diào)節(jié)功能，地那米加速器運(yùn)行的自動(dòng)控制，地那米加速器的遠(yuǎn)程監(jiān)控或故障診斷等等。

參考文獻(xiàn)

1.       宋德玉主編，可編程序控制器原理與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)  北京：冶金工業(yè)出版社，1999.7

2.       SIEMENS: SIMATIC HMI 基于WINDOWS系統(tǒng)的通信用戶(hù)手冊(cè)， 版本01/99

3.       SIEMENS: SIMATIC MANUAL COLLECTION 02/2001

4.       鄭晟等編著，現(xiàn)代可編程序控制器原理與應(yīng)用  北京：科學(xué)出版社，2000年6月