PLC控制地那米加速器的程序设计

龚培荣，刘平，张耀，郭洪雷，朱锦华

摘要：中科院上海原子核所制造加工的地那米加速器已有多台用于工业生产之中，并创造了极大的经济效益。但在山东鲁能集团之前安装的地那米加速器均为手动操作，继电器控制方式；为了更好地发挥地那米加速器的效能，提高地那米加速器的运行可靠性和故障诊断的识别率，我们采用可编程逻辑控制器（PLC）对其控制进行了改造，在山东曲阜电力电缆厂的地那米加速器上实施了现场调试，并取得了满意的效果。

关键词：地那米加速器，可编程逻辑控制器，控制

A Design of PLC Program for Controlling Dynamitron

GONG PEIRONG, LIU PING, ZHANG YAO, GUO HONGLEI, ZHU JINHUA

Shanghai Institute of Nuclear Research, the Chinese Academy of Sciences

(Shanghai 201800, China)

Abstract: Eight Dynamitrons manufactured by Shanghai Institute of Nuclear Research has been applied in industry successfully within passed twenty years. However these accelerator were controlled by relay box. This year Shandon QUFU power cable CO., Ltd purchased a Dynamitron with Programmable Logic Controller (PLC), SIEMENS S7-300 serial PLC was selected to control the Dynamitron. This is first to use PLC to manage the Dynamitron and to improve Dynamitron running reliability, its assemble and test were successful.

Keywords: Dynamitron, Programmable Logic Controller, control.

引言：

PLC（Programmable Logic Controller）是将微机技术与继电器常规控制方式相融合，以微处理器为核心，专为工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子学系统。自从1969年第一台PLC面世以来，其产品不断更新换代，性能逐渐提高，控制领域也进一步扩大。PLC的高可靠性到目前为止没有任何一种工业控制设备可以达到，PLC对环境的要求较低，与其它装置的外部连线和电平转换极少，可直接接各种不同类型的接触器或电磁阀等。

PLC的工作过程一般可分为输入采样，程序执行和输出刷新三个主要阶段。PLC按顺序采样所有输入信号并读入到输入映像寄存器中存储，在PLC执行程序时被使用，通过对当前输入输出映像寄存器中的数据进行运算﹑处理，再将其结果写入输出映像寄存器中保存，当PLC刷新输出锁存器时被用作驱动用户设备，至此完成一个扫描周期。PLC的扫描周期一般在100毫秒以内。

PLC采用模块化设计，其运行程序也可如此。PLC程序的易修改性、可靠性、通用性、易扩展性、易维护性可和计算机程序相媲美，再加上其体积小、重量轻，安装调试方便，使其设计加工周期大为缩短，维修也方便，还可重复利用。我们选用了SIEMENS的S7-300型可编程控制器，主控模块为CPU314，其系统框图如图(1)所示。从图(1)中可以看出，需参与控制的对象有高频发生器，电子枪的灯丝电流，扫描幅度等；此外，还有输出能量调节，束流调节和各种安全连锁信号，总共有60路开关量和14路模拟量，它们分别由各自的传感器产生并被连接至PLC输入接口电路板。

PLC控制过程的人机界面简介

地那米加速器的控制主要有开机﹑关机和换件过程，以及各种模拟量的处理过程；我们选用的人机界面软件为SIEMENS的PROTOOL/PRO V5.22版本。根据控制过程的要求，地那米加速器的控制界面主要分为登录画面﹑主控画面﹑开机画面﹑关机画面和菜单画面，其相互关系如图(2)所示。

登录画面主要是完成操作人员的确认，只有正确输入用户名和密码的人方可操作加速器。开机和关机界面的主要功能是提供给使用者正确的操作步骤，用醒目的标记显示当前的操作对象以及相关提示。主控界面用于显示当前系统的工作状态，如图(3)所示，包括输出能量和束流的大小及其变化趋势图，各主要工作部件的运行参数值，各主要接触器或电磁阀的工作状态等；主控界面还可显示出现故障的部件及其类别。换件画面只是为了加速器在辐照物件时，中途停下来更换物件之用。菜单画面中包含有消息(故障消息和报警消息)查看，运行参数的历史趋势图，打印消息，步进马达测试等辅助功能。

PLC的控制流程图

地那米加速器的PLC控制流程如图(4)所示。程序设计采用结构化编程和分部编程相结合的方法进行，可简化程序，方便调试，编程语言为SIEMENS PLC销售商提供的专用编程软件STEP7 V5.12运行版。编程时必须注意以下几个方面：

1.       PLC控制输出的最终执行元件为接触器或电磁阀，在控制其开或关的过程中，必须留有足够的动作时间，以便其可靠地接通或断开。如在束挡板的开关过程中，由于其采用气动控制，需给出至少2秒的动作时间。

2.       各部件之间的连锁关系，任一部件出现故障最终都导致高频封锁，因此，可用高频解锁输出信号及其回馈触点信号来判断是否有故障产生，至于是何部件故障，由其相应的传感器信号显示出来。

3.       扫描幅度随输出能量的变化，可采用查表方式进行，但扫描幅度不能为零，即使能量为零。

4.       除了束流大小的输出外，其余的模拟量输出都必须具有RAMP的功能，最好变化时间可调，以满足不同模拟量的需要。另外，各模拟量应有缺省值设定功能。

5.       正常工作时，地那米加速器要求输出束流必须在能量输出稳定以后进行；束流降为零后方可降低能量至零。

6.       束流大小的调节是由两只步进马达控制两只电位器实现的，分为粗﹑细调。正常开机时，必须先动作粗调，再调节细调电位器至所要求的束流大小；关机时，先退回细调电位器到底，再退粗调电位器。

结束语

安装在山东曲阜电力电缆厂的地那米加速器是第一台应用PLC进行控制的加速器，现场调试结果令人满意。所有的控制电路经受住了加速器打火的考验，实现了加速器能量输出的稳定控制(其稳定度好于1%)，各种基本控制得以顺利地实施，对提高和改善地那米加速器的性能迈出了坚实的一步。但是，对地那米加速器PLC控制需改进的方面还很多，如束流输出稳定加PID调节功能，地那米加速器运行的自动控制，地那米加速器的远程监控或故障诊断等等。

参考文献

1.       宋德玉主编，可编程序控制器原理与应用系统设计技术  北京：冶金工业出版社，1999.7

2.       SIEMENS: SIMATIC HMI 基于WINDOWS系统的通信用户手册， 版本01/99

3.       SIEMENS: SIMATIC MANUAL COLLECTION 02/2001

4.       郑晟等编著，现代可编程序控制器原理与应用  北京：科学出版社，2000年6月