文档介绍：郑州大学
硕士学位论文
4MeV静电离子加速器控制系统设计
姓名:冶铁
申请学位级别:硕士
专业:测试计量技术及仪器
指导教师:吕运朋
20020501
摘要
摘要
我校从美国引进一台范德格喇夫静电离子加速器。它的主要设备情况良好,一
旦恢复使用,将成为原子核物理,生物诱变,材料改性等科研工作的重要工具。但是其控
制系统属于传统继电器控制系统,该控制系统设备体积大,动作速度慢,功能单一,接线
复杂,通用性和灵活性差,加之控制设备严重老化,给日后的维护工作带来巨大困难。原
系统采用同步电机和自藕变压器对束电流、充气量、聚焦度进行人工调节控制。这些调节
参数存在于加速器万伏高压端,导致传统的数据采集通道无法完成数据的采集,这种
控制方式存在着操作不够灵活方便,调节参数不能采集和自动记录,试验的历史数据无法
自动查询等缺点。
考虑到以上原因,故采用了现代的可编程控制器、工业现场总线和计算机网络技术来
取代原有的控制系统。由于加速器内部异常复杂的电磁千扰环境和多层的高电压分布,给
技术改造工作带来了巨大的困难,但随着技术方案不断改进,终于确定了比较成熟的且具
有可行性的技术方案。由控制微机,可编程控制器和新的工业现场总线—组
成的加速器控制系统已经调试成功,它把高压端的信号成功地通过红外线和光纤通路采集
到微机,结束了传统静电离子加速器高压端是个黑匣子的局面。上位机中的程序
自动完成控制参数的归档和历史记录,该系统己能满足一定的实验流程需求。在目前缺乏
磁分析仪的情况下,该系统虽然还只是开环控制系统,但是一旦加速器中束线分析部分到
位,它只需增加模拟量输出模块和采样控制算法,就能形成完兽的闭环控制系统。
本文的创新点有利用光纤传输和红外传输在现场工业总线的实现,巧妙
解决了超高压电位间信号传输的问题利用普通数字输出模块十自己编制的步进电机驱动
程序昂贵的步进电机定位模块在中编程实现采样控制算法完成闭环控制系统。
希望今后能在技术细节上不断完善,以适应速器不断提出的新要求
关键词静电离子加速器,继电器控制系开环控制系统,
闭环控制系统工业现场总线
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卜束线坏缭畏诺缯第一章传统加速器的物理结构与控制系统简介静电加速器物理结构简介加速器是原子核物理研究必不可少的设备之一,是材料改性,放射治疗,生物诱变等见的一种——范德格喇夫静电加速器,其外形如图卜尽恍7丶一高压电极恢鞯缁传统加速器的物理结构与控制系统的简介科研工作的重要工具之一,由于它具有独特的精确性和灵活性,因而一直是卜芰范围内最常用和最理想的加速器。静电加速器是利用高压静电场把带电粒子加速到一定的能量,其原理较为简单:,但数百万伏高压静电场的获得具有相当大难度,由此导致了它较为复杂的物理结构。最近,我校从美国引进一台加速器,它属于加速器中最常图卜驳缂铀倨魍庑
传统加速器的控制系统。传统加速器的物理结构与控制系统的简介恍7丶—钢桶桓哐沟缂一高频振荡器桓咂道胱釉怀蹙巯低一分压电阻ǚ盅蛊一加速管一喷电针排一小发电机~储气瓶一转轴一吸电针排—输电带—保护棍—分压棍一转轴一主电动机一喷电电源件组成。主要包括主电机、喷电电源、输电带、喷电针排、吸电针排组成的电荷输运其内部结构图参考图卜图驳缂铀倨髂诓拷峁原系统的控制采用传统的继电器控制系统,由按钮,继电器,自正矫机等电器元系统;旋转伏特计、高压电极、电晕针构成的高压检测及稳压系统;高频振荡器、高频离子源、初聚系统、加速管等构成的离子源系统,还有外围附属的真空系统和水循环系统等。见框图卜
:喷电针排与电机杏Π之间加上一定高压—后,产生电图卜铀倨骺刂葡低晨蛲主电机、输电带、喷电针排、吸电针排组成了电荷输运系统,它们共同作用把喷电电源产生的电荷输运到高压电极上,由高压电极把电荷储存起来,从而使高压电极与地之间形成高压电场。晕放电,针排针尖附近的气体即发生电离,正离子在电场的作用下飞到输电带上:而输电带是由绝缘材料组成,电荷在其表面不能移动,因此在电机运转的情况下,输电带就把电荷源源不断地输送到了高压端;在高压端,有一与喷电针排类似的吸电针排直接接触输电带,由于静电屏蔽效应,输电带上的电荷通过吸电针排转移到高压电极上。图卜E绲电源的电路图。
传统加速器的物理结构与控制系统的简介桓哐沟缂—输电带一针排慌绲绲缭一绝缘支柱淮涞绱淖V喷电电源的输出电压可利用调压器,手动调节来改变输电的快慢从而影响影响高压电极的电压。技术改造后,利用步进电机旋转调压器来调节高压电场。还应该注意:为了保图绾墒湓讼低呈