高頻功率源是回旋加速器的重要組成部分,擔(dān)負(fù)著為粒子的運(yùn)動(dòng)提供能量的任務(wù),其工作對(duì)加速器運(yùn)行具有重要的影響。高頻功率源的設(shè)計(jì)在實(shí)現(xiàn)大功率輸出、穩(wěn)定頻率的同時(shí),不僅要實(shí)現(xiàn)對(duì)功率源的啟動(dòng)、停止和運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測及記錄,還要具有良好的人機(jī)交互能力和網(wǎng)絡(luò)通信能力。在閱讀文獻(xiàn)資料和了解高頻功率源工作原理及其組成的基礎(chǔ)上,為滿足用戶提出的要求,完成了功放系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。(1)根據(jù)用戶的實(shí)際要求設(shè)計(jì)了高頻功率放大系統(tǒng)。為了獲得足夠大的輸出功率,采用了由功率分配器和功率合成器組成的四級(jí)合成方式,利用多個(gè)750W功放模塊,實(shí)現(xiàn)了高達(dá)40kW的功率輸出;并針對(duì)功放管的散熱采用水循環(huán)的方式進(jìn)行了冷卻,最終完成了高頻功放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。(2)結(jié)合控制系統(tǒng)的要求完成高頻功率源的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。選擇西門子PLC與研華觸摸屏組合的方式,設(shè)計(jì)了以PLC為核心的控制系統(tǒng)硬件組成,實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻功率放大系統(tǒng)中的前級(jí)功放、末級(jí)功放等各個(gè)部分的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,保證控制系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行,同時(shí)利用觸摸屏實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互操作。(3)完成控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。在Step7軟件開發(fā)環(huán)境下,利用梯形圖完成了控制系統(tǒng)的PLC程序設(shè)計(jì),主要包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、開關(guān)機(jī)控制、故障分析處理的設(shè)計(jì)。選擇WINCC作為上位機(jī)界面的組態(tài)軟件,完成了監(jiān)控界面、系統(tǒng)設(shè)置界面和故障顯示界面的組態(tài),同時(shí)具有歷史記錄和故障記錄查詢的功能。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室調(diào)試和現(xiàn)場長時(shí)間的拷機(jī)測試,順利通過了用戶的測試驗(yàn)收。該系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠、人機(jī)界面友好、功能完善,能夠滿足系統(tǒng)的要求。
【學(xué)位單位】：陜西科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TL542
【部分圖文】：

圖 4-4 觸摸屏主板接口示意圖Fig. 4-4 Schematic diagram of touch screen interface board系統(tǒng)中 PLC 作為中央控制器，觸摸屏可以節(jié)省 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)，關(guān)參數(shù)的設(shè)定可以通過觸摸屏輸入給 PLC，PLC 的輸出端指示燈數(shù)、曲線，可以在觸摸屏上顯示，以利于操作人員方便準(zhǔn)確的了作情況。而且觸摸屏可以通過 RS485 與前級(jí)功放進(jìn)行通信，利用m 串口控件，根據(jù)相應(yīng)的通信協(xié)議，利用串口向下層的功率控制器詢功率數(shù)據(jù)，并可對(duì)其進(jìn)行頻率的設(shè)置和升降功率的控制[41]。觸紐，用它來代替原始的控制臺(tái)和顯示器，用于數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示和面還設(shè)有歷史記錄和故障查詢的按鈕，以方便工作人員對(duì)接收 PL和處理；而且觸摸屏界面上還設(shè)有開關(guān)機(jī)控制按鈕，通過進(jìn)行人作等。而且選擇的觸摸屏擁有雙網(wǎng)卡構(gòu)成，其中一個(gè)網(wǎng)口用于和和遠(yuǎn)程客戶機(jī)之間通信，如果客戶機(jī)較多，需要交換機(jī)或路由器遠(yuǎn)程訪問和監(jiān)控。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

模擬量濾波開關(guān)量監(jiān)測開關(guān)機(jī)控制故障分析處理圖 4-5 PLC 程序主流程圖Fig. 4-5 The PLC program flowchart（1）數(shù)據(jù)采集針對(duì)高頻功率數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，采用先對(duì)其原始數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一采集，然后對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一濾波。Step7 環(huán)境下的功能模塊 FC11 和 FC2 負(fù)責(zé)對(duì)高頻功率源所有模擬量數(shù)據(jù)和所有開關(guān)量，每隔 500ms 處理和采集一次，然后把這些處理好的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來。模擬量的濾波操作是通過 FC22 功能塊和 OB35 中斷組織塊，二者循環(huán)配合實(shí)現(xiàn)，采集四次，進(jìn)行次均值濾波操作，最后才把處理后的數(shù)據(jù)輸出。如圖所示，圖 4-6 左為部分模擬量數(shù)據(jù)的采集程序，圖 4.6 右為模擬量數(shù)據(jù)的濾波程序。

而且具有鎖存的功能，即對(duì)導(dǎo)致故障發(fā)生的原因進(jìn)行鎖存處理，方便人員查詢。a) b)圖4-8 故障處理程序Fig. 4-8 The program of fault treatment另外，還有一個(gè)特殊類故障，即整機(jī)負(fù)載過荷，該故障是由于高頻能量在傳輸?shù)倪^程中，產(chǎn)生的部分能量反射與前進(jìn)的部分干擾匯合，發(fā)生了駐波，最終變成熱量，使得饋線升溫。因此針對(duì)駐波比過大時(shí)，要有過荷保護(hù)的功能。本課題中針對(duì)駐波比保護(hù)最大值為2，即如若3秒內(nèi)持續(xù)駐波比大于2或連續(xù)3次瞬時(shí)駐波比大于2，將會(huì)出現(xiàn)過荷保護(hù)；由于其過程不是憑借一次異常判定的，需要一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)且多次出現(xiàn)時(shí)才能夠判定的故障，所以處理時(shí)較為復(fù)雜。如圖4-9所示
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