引言

輻射工業(yè)是指將高能物質(zhì)（如紫外線、γ射線、C0源、加速器產(chǎn)生的高速電子束、中子等）的高能特性運(yùn)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中的一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，而EPS加速器則是輻射工業(yè)中使用極為廣泛的一種輻射源，其應(yīng)用領(lǐng)域涉及到科研、醫(yī)療、電力產(chǎn)品的深加工等方面。目前國內(nèi)的加速器設(shè)備絕大部分是從國外引進(jìn)的，而又缺少相應(yīng)的自動(dòng)控制設(shè)備來實(shí)現(xiàn)輻射工藝的自動(dòng)控制。從這一點(diǎn)出發(fā)，研制一套可靠實(shí)用的加速器輻射工藝自動(dòng)控制系統(tǒng)就尤顯重要，但加速器本身就是一個(gè)強(qiáng)電磁輻射源，這就對(duì)自動(dòng)檢測和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了很高的要求。

利用EPS加速器所產(chǎn)生的高速電子束流來照射材料，用以改變材料的性能，這是其加工目的，但不同材料所需輻射劑量不盡相同，輻射劑量與V×I成正比關(guān)系（V為載料小車在輻射束下的運(yùn)行速度，I為電子束流強(qiáng)度）。通過改變V或I就可調(diào)整材料受輻射的劑量。此系統(tǒng)通過控制加速器束下送料小車的運(yùn)行速度來實(shí)現(xiàn)車載材料輻射劑量的控制。

1、設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)由檢測子系統(tǒng)、控制子系統(tǒng)及其它外圍設(shè)施組成。

檢測子系統(tǒng)主要由傳感器、A/D卡和工控機(jī)組成，完成EPS加速器重要參數(shù)的數(shù)據(jù)采集、顯示及相應(yīng)參數(shù)的組合報(bào)警；控制子系統(tǒng)以PLC（可編程控制器）為核心，通過變頻器、變頻電機(jī)完成小車速度控制，小車運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控及故障報(bào)警；上位機(jī)采用抗干擾能力較強(qiáng)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，使用VC++語言開發(fā)人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)定、顯示及現(xiàn)場實(shí)時(shí)模擬。

2、系統(tǒng)組成及功能

2.1檢測子系統(tǒng)

通過分析EPS加速器各重要運(yùn)行參數(shù)的特性，選擇適當(dāng)?shù)碾娏總鞲衅骱?a href="http://www.www27dydycom.cn/tags/變送器/" target="_blank">變送器，將模擬電量信號(hào)傳送到PCL-818L數(shù)據(jù)采集卡，然后進(jìn)入工控機(jī)。

該子系統(tǒng)完成對(duì)加速器重要運(yùn)行參數(shù)的采集、顯示和組合報(bào)警，同時(shí)用戶可以通過上位機(jī)軟件完成各參數(shù)報(bào)警上下限的設(shè)定及故障查詢。

2.2控制子系統(tǒng)

控制子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)的重點(diǎn)及難點(diǎn)所在。本系統(tǒng)需要根據(jù)車載材料要求的輻射工藝速度完成對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，并通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)最終實(shí)現(xiàn)對(duì)小車車速的控制。該系統(tǒng)選用變頻器和變頻電機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制，是考慮到兩個(gè)主要因素：其一、變頻器和變頻電機(jī)組成的調(diào)速系統(tǒng)可調(diào)速度范圍寬；其二、普通電機(jī)通常工作在工頻（50 Hz）左右，其在低頻下電機(jī)發(fā)熱量大運(yùn)行不穩(wěn)定，而變頻電機(jī)在低速運(yùn)行情況下電機(jī)發(fā)熱量相比于普通電機(jī)增加不大，運(yùn)行穩(wěn)定；該控制子系統(tǒng)完成的主要功能有如下幾方面。

2.2.1控制參數(shù)及控制信號(hào)的輸入

可通過上位機(jī)（工控機(jī)）輸入?yún)?shù)，經(jīng)RS232串口送入PLC，也可以通過MPT終端實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)的輸入；可以通過開關(guān)及按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC的開關(guān)量的輸入，通過A/D模塊實(shí)現(xiàn)模擬量的輸入。

2.2.2小車車號(hào)識(shí)別及位置確定

該系統(tǒng)最終控制參數(shù)是25個(gè)送料小車的速度值，每個(gè)小車要求的工藝速度不盡相同，所以有必要識(shí)別每一個(gè)小車。為區(qū)別1號(hào)小車與其它小車，1號(hào)車上安裝有兩塊金屬感應(yīng)片，而其它小車上只安裝有一塊金屬感應(yīng)片。每當(dāng)1號(hào)車經(jīng)過接近開關(guān)時(shí)，在一定時(shí)間內(nèi)將產(chǎn)生兩個(gè)連續(xù)脈沖信號(hào)，而其它小車經(jīng)過接近開關(guān)時(shí)只會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，據(jù)此可識(shí)別出1號(hào)小車。同時(shí)利用PLC的浮點(diǎn)運(yùn)算功能，可計(jì)算出1號(hào)小車的實(shí)時(shí)位置，經(jīng)過相應(yīng)的處理其位置精度可達(dá)到毫米級(jí)。最后，依據(jù)事先已確定并存儲(chǔ)到PLC中的各車相對(duì)位置信息，可以確定其余小車的實(shí)時(shí)位置及車號(hào)。

2.2.3控制信號(hào)輸出

輸出的控制信號(hào)包括開關(guān)量和模擬量兩類。開關(guān)量包括：報(bào)警器控制信號(hào)、指示燈控制信號(hào)。當(dāng)檢測到故障時(shí)相應(yīng)報(bào)警器輸出報(bào)警信號(hào)；指示燈用來指示小車的狀態(tài)，每一個(gè)小車都和一個(gè)指示燈相對(duì)應(yīng)，對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：

模擬量輸出信號(hào)有輸出到變頻器的0～10V的電壓信號(hào)，它作為變頻器的控制信號(hào)（在系統(tǒng)中變頻器采用V/F控制方式）。

2.2.4其它功能

除上述功能外，該系統(tǒng)還具有：自檢、單步、復(fù)位、緊急停車、加速器緊急切斷、手動(dòng)/自動(dòng)切換等功能在此不一一敘述。

3、軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括兩大部分：上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件。

3.1上位機(jī)軟件

上位機(jī)操作系統(tǒng)采用Microsoft公司的Windows 2000 Server，數(shù)據(jù)庫采用Microsoft公司的SQL Server 2000，開發(fā)工具選用Visual Studio C++ 6.0，開發(fā)出的管理軟件可實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)定、顯示及報(bào)警提示、小車運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)模擬、故障查詢，生成統(tǒng)計(jì)報(bào)表等功能，而且該軟件具有高效，可擴(kuò)展及實(shí)時(shí)性好等特點(diǎn)，同時(shí)通過企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)可將該系統(tǒng)納入全廠的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)中。

4、系統(tǒng)可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)

4.1系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)

此系統(tǒng)采用工控機(jī)＋PLC的上下位機(jī)的控制模式，從硬件上就極大地提高了系統(tǒng)的可靠性，除此之外，系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)還主要體現(xiàn)在：采用了三級(jí)控制措施以確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。通常情況下，小車速度控制系統(tǒng)由：工控機(jī)＋PLC＋變頻器＋變頻電機(jī)＋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)＋小車組成；但是當(dāng)上位機(jī)發(fā)生故障時(shí)，可采用備用輸入/輸出設(shè)備MPT實(shí)現(xiàn)參數(shù)的設(shè)定和修改。MPT終端通過擴(kuò)展端口與PLC相連，事先通過上位機(jī)串口將編制好的MPT程序下載到MPT，用戶可通過MPT直接操作PLC的數(shù)據(jù)區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)參數(shù)的設(shè)定和修改；若PLC發(fā)生故障，用戶可通過變頻器操作面板上的按鍵直接操作變頻器實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。

4.2抗干擾設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面

1. 采用軟件濾波，過濾掉干擾脈沖信號(hào)。

2. 由于加速器本身就是一個(gè)強(qiáng)干電磁擾源，此外生產(chǎn)現(xiàn)場也存在大量的電磁干擾，而本系統(tǒng)采集的電量信號(hào)主要為兩類：其一為單向直流信號(hào)，另一為工頻交流信號(hào)，所以在進(jìn)入A/D卡之前采用RC濾波，過濾掉高頻干擾信號(hào)。

5、結(jié)論

所設(shè)計(jì)的基于PLC的EPS加速器輻射工藝自動(dòng)控制系統(tǒng)提供了三種不同層次的變頻調(diào)速的方式，與傳統(tǒng)的手動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制方式相比，無論是安全性、可靠性還是控制精度方面都得到了極大的改善，該系統(tǒng)已投入工業(yè)現(xiàn)場使用，運(yùn)行穩(wěn)定，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。