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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)周圍電磁干擾較強(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)，通過將所有的功能集成于這個(gè)統(tǒng)一開放的平臺(tái)上，通過人機(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停控制、電壓檢測(cè)、接地裝置的通斷控制、觸發(fā)以及開關(guān)上的氣壓檢測(cè)等，通過一條總線將將系統(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
3 MARX發(fā)生器能源制過程
① 程控電源接通供電電源時(shí)的輸出為0伏，開關(guān)量輸出為假（開路）。
②首先上位機(jī)發(fā)出各種設(shè)置參數(shù)到指定地址程控電源。如,上升時(shí)間、上升速度、保持時(shí)間、充電電壓等。
③程控電源收到電壓回傳命令后，將兩路模擬量的值傳送到上位機(jī)。
④上位機(jī)發(fā)出啟動(dòng)指令后，指定地址程控電源的輸出開始從0伏慢慢線性上升到設(shè)定值，保持到指定的時(shí)間后關(guān)斷
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