引言

輻射工業是指將高能物質（如紫外線、γ射線、C0源、加速器產生的高速電子束、中子等）的高能特性運用于工農業生產過程當中的一個生產環節，而EPS加速器則是輻射工業中使用極為廣泛的一種輻射源，其應用領域涉及到科研、醫療、電力產品的深加工等方面。目前國內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輻射工藝的自動控制。從這一點出發，研制一套可靠實用的加速器輻射工藝自動控制系統就尤顯重要，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的設計提出了很高的要求。

利用EPS加速器所產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就可調整材料受輻射的劑量。此系統通過控制加速器束下送料小車的運行速度來實現車載材料輻射劑量的控制。

1、設計方案

系統由檢測子系統、控制子系統及其它外圍設施組成。

檢測子系統主要由傳感器、A/D卡和工控機組成，完成EPS加速器重要參數的數據采集、顯示及相應參數的組合報警；控制子系統以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控及故障報警；上位機采用抗干擾能力較強的工業控制計算機，使用VC++語言開發人機界面實現參數設定、顯示及現場實時模擬。

2、系統組成及功能

2.1檢測子系統

通過分析EPS加速器各重要運行參數的特性，選擇適當的電量傳感器和變送器，將模擬電量信號傳送到PCL-818L數據采集卡，然后進入工控機。

該子系統完成對加速器重要運行參數的采集、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報警上下限的設定及故障查詢。

2.2控制子系統

控制子系統的設計是本系統的重點及難點所在。本系統需要根據車載材料要求的輻射工藝速度完成對電機轉速的控制，并通過傳動機構最終實現對小車車速的控制。該系統選用變頻器和變頻電機實現轉速控制，是考慮到兩個主要因素：其一、變頻器和變頻電機組成的調速系統可調速度范圍寬；其二、普通電機通常工作在工頻（50 Hz）左右，其在低頻下電機發熱量大運行不穩定，而變頻電機在低速運行情況下電機發熱量相比于普通電機增加不大，運行穩定；該控制子系統完成的主要功能有如下幾方面。

2.2.1控制參數及控制信號的輸入

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

2.2.2小車車號識別及位置確定

該系統最終控制參數是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號車經過接近開關時，在一定時間內將產生兩個連續脈沖信號，而其它小車經過接近開關時只會產生一個脈沖信號，據此可識別出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，經過相應的處理其位置精度可達到毫米級。最后，依據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，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

上位機操作系統采用Microsoft公司的Windows 2000 Server，數據庫采用Microsoft公司的SQL Server 2000，開發工具選用Visual Studio C++ 6.0，開發出的管理軟件可實現參數設定、顯示及報警提示、小車運行狀態實時模擬、故障查詢，生成統計報表等功能，而且該軟件具有高效，可擴展及實時性好等特點，同時通過企業內部局域網可將該系統納入全廠的計算機管理系統中。

4、系統可靠性及抗干擾設計

4.1系統可靠性設計

此系統采用工控機＋PLC的上下位機的控制模式，從硬件上就極大地提高了系統的可靠性，除此之外，系統的可靠性設計還主要體現在：采用了三級控制措施以確保系統的正常運行。通常情況下，小車速度控制系統由：工控機＋PLC＋變頻器＋變頻電機＋傳動機構＋小車組成；但是當上位機發生故障時，可采用備用輸入/輸出設備MPT實現參數的設定和修改。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的數據區，從而實現參數的設定和修改；若PLC發生故障，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變頻調速。

4.2抗干擾設計

系統的抗干擾設計主要體現在以下幾個方面

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，此外生產現場也存在大量的電磁干擾，而本系統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提供了三種不同層次的變頻調速的方式，與傳統的手動電機轉速控制方式相比，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，該系統已投入工業現場使用，運行穩定，取得了良好的社會效益和經濟效益。