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）的高能特性運用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程當中的一個生產(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，其應用領域涉及到科研、醫(yī)療、電力產(chǎn)品的深加工等方面。目前國內(nèi)的加速器設備絕大部分是從國外引進的，而又缺少相應的自動控制設備來實現(xiàn)輻射工藝的自動控制。從這一點出發(fā)，研制一套可靠實用的加速器輻射工藝自動控制系統(tǒng)就尤顯重要，但加速器本身就是一個強電磁輻射源，這就對自動檢測和控制系統(tǒng)的設計提出了很高的要求。

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成正比關系（V為載料小車在輻射束下的運行速度，I為電子束流強度）。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行速度來實現(xiàn)車載材料輻射劑量的控制。

1、設計方案

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

檢測子系統(tǒng)主要由傳感器、A/D卡和工控機組成，完成EPS加速器重要參數(shù)的數(shù)據(jù)采集、顯示及相應參數(shù)的組合報警；控制子系統(tǒng)以PLC（可編程控制器）為核心，通過變頻器、變頻電機完成小車速度控制，小車運行狀況的實時監(jiān)控及故障報警；上位機采用抗干擾能力較強的工業(yè)控制計算機，使用VC++語言開發(fā)人機界面實現(xiàn)參數(shù)設定、顯示及現(xiàn)場實時模擬。

2、系統(tǒng)組成及功能

2.1檢測子系統(tǒng)

通過分析EPS加速器各重要運行參數(shù)的特性，選擇適當?shù)碾娏總鞲衅骱?a href="http://m.1cnz.cn/tags/變送器/" target="_blank">變送器，將模擬電量信號傳送到PCL-818L數(shù)據(jù)采集卡，然后進入工控機。

該子系統(tǒng)完成對加速器重要運行參數(shù)的采集、顯示和組合報警，同時用戶可以通過上位機軟件完成各參數(shù)報警上下限的設定及故障查詢。

2.2控制子系統(tǒng)

控制子系統(tǒng)的設計是本系統(tǒng)的重點及難點所在。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電機轉(zhuǎn)速的控制，并通過傳動機構最終實現(xiàn)對小車車速的控制。該系統(tǒng)選用變頻器和變頻電機實現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制，是考慮到兩個主要因素：其一、變頻器和變頻電機組成的調(diào)速系統(tǒng)可調(diào)速度范圍寬；其二、普通電機通常工作在工頻（50 Hz）左右，其在低頻下電機發(fā)熱量大運行不穩(wěn)定，而變頻電機在低速運行情況下電機發(fā)熱量相比于普通電機增加不大，運行穩(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)及控制信號的輸入

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

2.2.2小車車號識別及位置確定

該系統(tǒng)最終控制參數(shù)是25個送料小車的速度值，每個小車要求的工藝速度不盡相同，所以有必要識別每一個小車。為區(qū)別1號小車與其它小車，1號車上安裝有兩塊金屬感應片，而其它小車上只安裝有一塊金屬感應片。每當1號車經(jīng)過接近開關時，在一定時間內(nèi)將產(chǎn)生兩個連續(xù)脈沖信號，而其它小車經(jīng)過接近開關時只會產(chǎn)生一個脈沖信號，據(jù)此可識別出1號小車。同時利用PLC的浮點運算功能，可計算出1號小車的實時位置，經(jīng)過相應的處理其位置精度可達到毫米級。最后，依據(jù)事先已確定并存儲到PLC中的各車相對位置信息，可以確定其余小車的實時位置及車號。

2.2.3控制信號輸出

輸出的控制信號包括開關量和模擬量兩類。開關量包括：報警器控制信號、指示燈控制信號。當檢測到故障時相應報警器輸出報警信號；指示燈用來指示小車的狀態(tài)，每一個小車都和一個指示燈相對應，對應關系如下：

模擬量輸出信號有輸出到變頻器的0～10V的電壓信號，它作為變頻器的控制信號（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、復位、緊急停車、加速器緊急切斷、手動/自動切換等功能在此不一一敘述。

3、軟件設計

該系統(tǒng)軟件設計包括兩大部分：上位機軟件和下位機軟件。

3.1上位機軟件

上位機操作系統(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)出的管理軟件可實現(xiàn)參數(shù)設定、顯示及報警提示、小車運行狀態(tài)實時模擬、故障查詢，生成統(tǒng)計報表等功能，而且該軟件具有高效，可擴展及實時性好等特點，同時通過企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)可將該系統(tǒng)納入全廠的計算機管理系統(tǒng)中。

4、系統(tǒng)可靠性及抗干擾設計

4.1系統(tǒng)可靠性設計

此系統(tǒng)采用工控機＋PLC的上下位機的控制模式，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)的可靠性設計還主要體現(xiàn)在：采用了三級控制措施以確保系統(tǒng)的正常運行。通常情況下，小車速度控制系統(tǒng)由：工控機＋PLC＋變頻器＋變頻電機＋傳動機構＋小車組成；但是當上位機發(fā)生故障時，可采用備用輸入/輸出設備MPT實現(xiàn)參數(shù)的設定和修改。MPT終端通過擴展端口與PLC相連，事先通過上位機串口將編制好的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)，從而實現(xiàn)參數(shù)的設定和修改；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現(xiàn)變頻調(diào)速。

4.2抗干擾設計

系統(tǒng)的抗干擾設計主要體現(xiàn)在以下幾個方面

1. 采用軟件濾波，過濾掉干擾脈沖信號。

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

5、結論

所設計的基于PLC的EPS加速器輻射工藝自動控制系統(tǒng)提供了三種不同層次的變頻調(diào)速的方式，與傳統(tǒng)的手動電機轉(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，運行穩(wěn)定，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。