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山东联合阀门分析单片机在阀门控制系统中的应用
时间:2013-1-16 9:13:00 阅读次数:694

山东联合阀门分析单片机在阀门控制系统中的应用

 BEPCⅡ直线加速器是中国科学院高能物理研究所BEPCII正负电子对撞机的束流加速器,直线加速器由200米56节加速管组成,共6个区段。采用冷阴极潘宁规作为高真空测量,极限真空度达到2×10-7 Pa。8只冷规作为电子枪、各区段的真空度测量和区段阀保护。

1、需要区段阀门控制系统的原因

  由于加速器有200 m长,微波和真空器件多,特别是高压陶瓷件多,运行时间长,有时发生陶瓷裂缝导致真空泄露。如果区段阀不及时关闭,能在几分钟内使整个加速器暴露大气,导致电子枪阴栅组件,速调管陶瓷窗,离子泵的损坏。从发现问题到现场手动关闭阀门,时间不容许,为使发生真空泄漏时,损失减到最小,需要一种可监控各区段真空,和及时自动关闭区段阀的控制系统。由于阀门动关闭,可以保护其它区段的真空。维修人员可以有的放矢地针对某一破坏的区段进行检漏和维修,使设备损失和真空恢复时间减到最小。

2、真空区段阀连锁保护的设计原理

  研制真空阀门控制仪,控制电子枪,6个区段共7个VAT全金属区段阀的开关。并提供“开关”状态量信号给控制室显示真空区段阀的“开关”状态。控制原理就是使用冷规作为真空传感器,当电子枪,各区段中有一个区段的真空度下降到设定值时,真空度的变坏使真空计的模拟信号电平产生变化使区段阀全部关闭,并锁死,保持其它区段的真空,等待处理和维修。

3、真空阀门控制系统概述

3.1、真空阀门控制系统的硬件结构

  传感器由冷规和配套真空计组成(图1),真空度经真空计输出变换为0~10V模拟信号提供给阀门控制器作为输入信号。

  硬件系统中输入电路为多路高阻抗跟随器,接受真空计的输出模拟信号。输入的高阻抗电压跟随器具有输入阻抗高,输出阻抗低,高精度,可以直接驱动单片机的I/O端,减少中间环节(图2)。

  由AT89C51单片机作为主处理器,AT89C51是一个低电压、高性能CMOS 8位单片机,20K的FLASH只读程序存储器,256K字节的随机存取数据存储器(RAM),使用MCS- 51指令系统,采用通用编程方式,适用于嵌入式应用系统。输出为多路SSR固态继电器,具有驱动电压低,光电隔离抗干扰,寿命长等特点。

  该系统集成在两块电路板上,组装在机箱内,前面板有阀开关指示灯,和手动开关,停机检修时采用“手动”模式,可以手动开关每一只阀门。运行期间,采用“自动”模式,系统全自动控制阀门,不用人为干预。后面板输出采用多芯航空插座,有驱动阀门的,有连接中控室控制采样的,分类明确,安装连接很方便。由于集成化程度高,机箱小巧,造价低(图3)。

3.2、硬件设计

  用8251单片机的P1口作为数据输入口,采集P1.0- P1.7口的数据送入累加器A 进行比较,当P1.0- P1.7口的输入电平中都是“1”电平时,表示所有区段的真空状态良好,转向“开阀”子程序,并循环采集P1口数据。当P1.0- P1.7口的输入电平中有“0”电平时,表示某区段的真空状态变坏,转向“关阀”子程序运行,发出关阀指令,延时后,对重新采集的数据比较,如果还有“0”电平,不再转回“开阀”子程序,保持“关阀”指令。