PLC控制地那米加速器的程序設計 PLC論文

龔培榮，劉平，張耀，郭洪雷，朱錦華

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臺用于工業生產之中，并創造了極大的經濟效益。但在山東魯能集團之前安裝的地那米加速器均為手動操作，繼電器控制方式；為了更好地發揮地那米加速器的效能，提高地那米加速器的運行可靠性和故障診斷的識別率，我們采用可編程邏輯控制器（PLC）對其控制進行了改造，在山東曲阜電力電纜廠的地那米加速器上實施了現場調試，并取得了滿意的效果。

關鍵詞：地那米加速器，可編程邏輯控制器，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）是將微機技術與繼電器常規控制方式相融合，以微處理器為核心，專為工業環境下應用而設計的一種數字運算操作的電子學系統。自從1969年第一臺PLC面世以來，其產品不斷更新換代，性能逐漸提高，控制領域也進一步擴大。PLC的高可靠性到目前為止沒有任何一種工業控制設備可以達到，PLC對環境的要求較低，與其它裝置的外部連線和電平轉換極少，可直接接各種不同類型的接觸器或電磁閥等。

PLC的工作過程一般可分為輸入采樣，程序執行和輸出刷新三個主要階段。PLC按順序采樣所有輸入信號并讀入到輸入映像寄存器中存儲，在PLC執行程序時被使用，通過對當前輸入輸出映像寄存器中的數據進行運算﹑處理，再將其結果寫入輸出映像寄存器中保存，當PLC刷新輸出鎖存器時被用作驅動用戶設備，至此完成一個掃描周期。PLC的掃描周期一般在100毫秒以內。

PLC采用模塊化設計，其運行程序也可如此。PLC程序的易修改性、可靠性、通用性、易擴展性、易維護性可和計算機程序相媲美，再加上其體積小、重量輕，安裝調試方便，使其設計加工周期大為縮短，維修也方便，還可重復利用。我們選用了SIEMENS的S7-300型可編程控制器，主控模塊為CPU314，其系統框圖如圖(1)所示。從圖(1)中可以看出，需參與控制的對象有高頻發生器，電子槍的燈絲電流，掃描幅度等；此外，還有輸出能量調節，束流調節和各種安全連鎖信號，總共有60路開關量和14路模擬量，它們分別由各自的傳感器產生并被連接至PLC輸入接口電路板。

PLC控制過程的人機界面簡介

地那米加速器的控制主要有開機﹑關機和換件過程，以及各種模擬量的處理過程；我們選用的人機界面軟件為SIEMENS的PROTOOL/PRO V5.22版本。根據控制過程的要求，地那米加速器的控制界面主要分為登錄畫面﹑主控畫面﹑開機畫面﹑關機畫面和菜單畫面，其相互關系如圖(2)所示。

登錄畫面主要是完成操作人員的確認，只有正確輸入用戶名和密碼的人方可操作加速器。開機和關機界面的主要功能是提供給使用者正確的操作步驟，用醒目的標記顯示當前的操作對象以及相關提示。主控界面用于顯示當前系統的工作狀態，如圖(3)所示，包括輸出能量和束流的大小及其變化趨勢圖，各主要工作部件的運行參數值，各主要接觸器或電磁閥的工作狀態等；主控界面還可顯示出現故障的部件及其類別。換件畫面只是為了加速器在輻照物件時，中途停下來更換物件之用。菜單畫面中包含有消息(故障消息和報警消息)查看，運行參數的歷史趨勢圖，打印消息，步進馬達測試等輔助功能。

PLC的控制流程圖

地那米加速器的PLC控制流程如圖(4)所示。程序設計采用結構化編程和分部編程相結合的方法進行，可簡化程序，方便調試，編程語言為SIEMENS PLC銷售商提供的專用編程軟件STEP7 V5.12運行版。編程時必須注意以下幾個方面：

1. PLC控制輸出的最終執行元件為接觸器或電磁閥，在控制其開或關的過程中，必須留有足夠的動作時間，以便其可靠地接通或斷開。如在束擋板的開關過程中，由于其采用氣動控制，需給出至少2秒的動作時間。

2. 各部件之間的連鎖關系，任一部件出現故障最終都導致高頻封鎖，因此，可用高頻解鎖輸出信號及其回饋觸點信號來判斷是否有故障產生，至于是何部件故障，由其相應的傳感器信號顯示出來。

3. 掃描幅度隨輸出能量的變化，可采用查表方式進行，但掃描幅度不能為零，即使能量為零。

4. 除了束流大小的輸出外，其余的模擬量輸出都必須具有RAMP的功能，最好變化時間可調，以滿足不同模擬量的需要。另外，各模擬量應有缺省值設定功能。

5. 正常工作時，地那米加速器要求輸出束流必須在能量輸出穩定以后進行；束流降為零后方可降低能量至零。

6. 束流大小的調節是由兩只步進馬達控制兩只電位器實現的，分為粗﹑細調。正常開機時，必須先動作粗調，再調節細調電位器至所要求的束流大小；關機時，先退回細調電位器到底，再退粗調電位器。

結束語

安裝在山東曲阜電力電纜廠的地那米加速器是第一臺應用PLC進行控制的加速器，現場調試結果令人滿意。所有的控制電路經受住了加速器打火的考驗，實現了加速器能量輸出的穩定控制(其穩定度好于1%)，各種基本控制得以順利地實施，對提高和改善地那米加速器的性能邁出了堅實的一步。但是，對地那米加速器PLC控制需改進的方面還很多，如束流輸出穩定加PID調節功能，地那米加速器運行的自動控制，地那米加速器的遠程監控或故障診斷等等。

參考文獻

1. 宋德玉主編，可編程序控制器原理與應用系統設計技術 北京：冶金工業出版社，1999.7

2. SIEMENS: SIMATIC HMI 基于WINDOWS系統的通信用戶手冊， 版本01/99

3. SIEMENS: SIMATIC MANUAL COLLECTION 02/2001

4. 鄭晟等編著，現代可編程序控制器原理與應用 北京：科學出版社，2000年6月