脈沖功率裝置能源計算機控制技術

摘要 介紹一種多分布傳式MARX發生器能源計算機監控系統．詳細敘述了系統的硬件構成,計算機與各能源系統之間的通訊原理和通訊協議,以及系統的軟件實現，同時簡要說明了系統抗干擾解決辦法。

關鍵詞 MARX發生器  程控電源  RS485總線  Visual Basic

1 引言

脈沖能源裝置在加速器、自由電子激光研究、X光閃光照相和粒子聚變等脈沖功率技術研究領域廣泛使用，通常使用數量較多，分布較廣，同時周圍電磁干擾較強，控制操作和參數測量都比較復雜，同時也需要較多的人力來維護。

       隨著計算機技術的發展，當今世界上基于PC的自動化方案已成為主流，PC在自動化領域的應用正迅速增長，通過將所有的功能集成于這個統一開放的平臺上，通過人機界面可以使復雜的控制和數據處理變得更加簡單化。      

2控制系統硬件構成

整個系統有多臺Marx需要控制，每臺發生器由充電控制和觸發兩部分組成，需要控制的量有充電電壓的起停控制、電壓檢測、接地裝置的通斷控制、觸發以及開關上的氣壓檢測等，通過一條總線將將系統中的各個被控量連接在一起，構成一分布式控制系統，這里采用工業上廣泛使用的RS485總線，RS485總線是美國電子工業協會（EIA）制定的平衡發送、平衡接收的標準異步串行總線，具有傳輸距離遠、通訊速率高，抗干擾能力強，軟硬件支持豐富與現場儀表接口簡單，易于實現和擴展等特點，接口總線上可連接32個設備，加中繼器后最多可達255個設備，因此完全滿足該能源控制要求。控制系統框圖如下：

圖1 控制系統結構圖

該系統由一臺主控上位機PC和一系列MARX發生器充電電源設備構成，由于環境電磁干擾較為嚴重，在選擇通信介質時可優先采用光纖通信方式，通訊速率57.6kB/s，通訊距離可達1.2km，通過上位機（PC）發送參數及控制命令，給電容器充電到事先設定的電壓值（0到100kV之間任意值）。在以上各子設備中，經常要用程控電源去控制MARX發生器的充電電壓、充電速度。通過一臺工控PC機靈活地控制多臺充電電源，以達到控制各MARX發生器充電的目的。針對這一需要，采用帶有RS485通信接口的具有線性升壓功能的可編程交流電源，該電源內部自帶單片機系統和看門狗定時器，每個電源賦予各自獨立的地址碼用以識別身份，同時它屬于正弦波調壓，可有效避免采用傳統的采用可控硅調壓方式時屢次損壞高壓變壓器的情況，使操作者能夠方便靈活地對其進行控制。

       每路Marx發生器充電部分包括程控電源、雙極性高壓變壓器，分壓器和接地裝置等三部分，見圖2 所示，程控電源給高壓變壓器初級提供緩慢上升的電壓，變壓器高壓側經整流后給MARX發生器充電，電壓檢測是通過10000：1的高壓分壓器將分壓后的信號送給程控電源內部A/D轉換，經內部單片機處理，并與設定的電壓值進行比較，比較后的結果用來實現自停控制，這樣可有效防止通訊故障所造成失控現象。

圖2  Marx發生器能源部分線路圖

3  M

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