摘 要：將運動型PLC成功的應用于加速器高頻D電路自動調諧系統(tǒng)中，實現(xiàn)系統(tǒng)自動調諧。達到了在強電磁干擾環(huán)境下系統(tǒng)穩(wěn)定運行的要求。根據(jù)鑒相器的輸出的大小,用相應的編程軟件對PLC兩路輸出脈沖進行編程，控制輸出脈沖的頻率，結合使用三相混合式步進驅動器、步進電機及機械傳動系統(tǒng)，從而控制步進電機實現(xiàn)D電路的精確調諧。使用PLC降低系統(tǒng)調試和布線難度，縮短了開發(fā)周期，并為系統(tǒng)調試和維護提供了靈活性。 關鍵詞：D電路 自動調諧 運動型PLC 加速器 一、 概述： 　　D電路頻率自動微調是專門為加速器高頻D電路設計的，完成自動調諧的裝置。 　　D電路由一個高頻腔體構成，這個腔體是加速器的重要組成部分之一，加速器運行時，高頻電壓加在這個D電路上，用來實現(xiàn)對粒子的加速。D電路的示意圖如圖1所示，D電路的調諧是靠改變短路片的位置（粗調），細調是靠改變微調電容對D型盒的距離來實現(xiàn)。在正常運行中，只要高頻機的頻率固定，短路片的位置就固定了，但是由于各種因素的影響（包括熱變型、機械震動等），D電路的參數(shù)是不穩(wěn)定的。因此D電路就不能保持在諧振狀態(tài)，且D電路的Q值很高（5.5Mhz時，可達8800），因此D電壓將不穩(wěn)定。所以要靠頻率微調系統(tǒng)來實現(xiàn)D電路的自動調諧，以實現(xiàn)頻率穩(wěn)定。從而改善束流品質，滿足實驗對束流的要求。 　　具體參數(shù)要求為：頻率穩(wěn)定度為1×10[sup]-6[/sup]。（有自動和手動兩種模式）。 　　隨著科學技術的不斷進步，原有的分離元件的頻調系統(tǒng)，器件老化，技術落后，已滿足不了物理實驗的要求。我們在原有系統(tǒng)積累大量經(jīng)驗的基礎上，設計了新的自動微調系統(tǒng)。該系統(tǒng)由四部分組成，即360度電子移相器、鑒相器、運動型PLC,步進電機驅動器、步進電機及機械部分組成。 [align=center] 圖1[/align] 二、系統(tǒng)組成： 　　1. 360°電子矢量合成移相器見圖1 [align=center] 圖2、矢量合成移相器原理方框圖[/align] 　　 　　當UA不變時UC也不變，因此移相時不伴隨幅度變化的條件是 　　 　　 　　乘法因子K1、K2由控制電壓確定，這樣w和U保持近似線性關系，通過調整K1、K2實現(xiàn)移相。 　　2. 相位檢波器 　　相位檢波器的功能是實現(xiàn)相位差轉換成電壓，即Dw——-V的轉換。從圖2可以看出，電路輸入的兩個原始信號U1、U2分來自高頻發(fā)射機和D電路，前者采用電容耦合，后者則為電感耦合，高頻機與D電路也是電容耦合，因此，當D電路諧振時U1和U2之間的相位差Dw = p/2，失諧時，Dw < p/2或Dw > p/2，這是判別D電路諧振的基本點。由于U2的線太長，會造成傳輸過程的相移，我們在輸入端串入電子移相器，作為相位補償。 　　根據(jù)這種關系，我們選用XR-2208M乘法器作為相位檢波器，該乘法器輸出頻率可達100MHz，組成1808相位檢波器，其輸入兩信號的相位差與輸出直流電壓之間存在下式關系： 　　 　　Dw　——輸入兩信號的相位差 　　Kd ――是相位檢波器的轉換增益，在輸入信號/50mV.rms時，Kd ≈ 2V/弧度。并與信號幅度無關。 　　本相位檢波器的輸出電平有三種狀態(tài)。 　　當Dw = p/2 時，VDw = 0 （諧振） 　　當Dw < p/2 時，VDw >0 （失諧） 　　當Dw > p/2 時，VDw <0 （失諧） 　　3. 可編程控制器（PLC） 　　我們選用日本松下電工面向運動控制的PLC，具有2路10KHz脈沖輸出;2通道輸出時，每通道最高5KHz。且具有兩路A/D和一路D/A。 　　4. 德國百格拉三相混合式步進電機及驅動系統(tǒng) 　　驅動器WD-007采用交流伺服原理工作，輸入電壓220VAC，控制脈沖信號電壓為5VDC，輸出為3x325VAC，有過熱、過流、欠壓、過壓保護，電機每轉步數(shù)可依用戶要求分別設定為500、1000、5000、10000步/轉。 　　步進電機采用VRDM-3910，最大扭矩4Nm。 　　5. 機械傳動部分 　　粗調采用蝸輪、渦桿傳動，它的優(yōu)點是可自鎖，但傳動效率低、功率損失大。細調為傘齒傳動 。蝸桿的螺距為2mm, 傘齒的螺距為0.5mm。脈沖當量最小可達0.004mm/脈沖,可滿足調諧要求。 三、實現(xiàn)方法及編程： 　　我們對D電路的調諧是通過對PLC輸出脈沖的編程實現(xiàn)的。自動調諧的實現(xiàn)過程是，把鑒相器的輸出送給A/D轉換器。根據(jù)A/D值進行判斷，通過程序控制脈沖輸頻率和方向，結合使用上述的三相混合式步進驅動器、步進電機及機械傳動系統(tǒng),完成電容板的位置移動，從而實現(xiàn)D電路的精確調諧。（如圖3） [align=center] 如圖3[/align] 　　編程利用PLC脈沖輸出指令F168（SPD1）可以實現(xiàn)梯形控制，根據(jù)指定的初速度、最大速度、加/減速時間和目標值能夠自動輸出脈沖。指令F169（PLS）,可以在執(zhí)行條件（觸發(fā)器）處于ON狀態(tài)時執(zhí)行JOG（點動）操作、從指定的通道輸出脈沖。利用增量型、絕對值型、原點返回控制模式并配合系統(tǒng)寄存器進行輸出脈沖編程，省略了行程限位開關，減少了系統(tǒng)布線，提高系統(tǒng)的靈活性。 　　具體編程方法如下：利用PLC指令F168（SPD1）根據(jù)給定的參數(shù)表自動執(zhí)行梯形控制。 　　以上程序通過輸出端Y0輸出的脈沖初始速度為500Hz，最高速度為5000Hz，加減速時間為200ms，總移動量為10000個脈沖。 　　這時，高速計數(shù)器經(jīng)過值（DT9044和DT9045）會隨脈沖數(shù)增加。 　　脈沖輸出指令（F169） 　　當執(zhí)行條件（觸發(fā)器）為ON時，本指令從指定的通道輸出脈沖，執(zhí)行JOG（點動）運行。 　　當X2處于ON狀態(tài)時，Y0發(fā)出頻率為300Hz、占空比為10%的脈沖。此時，方向輸出Y2為OFF，高速計數(shù)器CH0（DT9044和DT9045）的經(jīng)過值計數(shù)增加。 　　當X6處于ON狀態(tài)時，Y1發(fā)出頻率為700Hz、占空比為10%的脈沖。此時，方向輸出Y3為OFF，高速計數(shù)器CH1（DT9048和DT9049）的經(jīng)過值計數(shù)減少。 四、結論： 　　1、該自動調諧系統(tǒng)采用PLC作為控制設備，用軟件編程完成各信號的邏輯關系處理及脈沖輸出編程，簡化了硬件電路的設計，提高整個系統(tǒng)的靈活性。 　　2、PLC是專為工業(yè)控制設計的，以集成電路為基本元件的電子設備，在設計和制造過程中采取了多層次抗干擾和精選元器件措施，內部處理不依賴觸點。適合于加速器高頻系統(tǒng)強電磁的運行環(huán)境，從根本上保證了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。解決了控制設備在強電強磁環(huán)境下穩(wěn)定工作的要求。 　　目前，這個系統(tǒng)的安裝調試已經(jīng)完成，并以投入使用。基于PLC的加速器高頻D電路頻率自動調諧系統(tǒng)運行穩(wěn)定，達到了1＊10-6 的頻率穩(wěn)定度設計的預期目標。 參考文獻 　　1. [M]NAISPLC《FP系列編程手冊》Matsushita Electric Works, Ltd. 　　2. [M]高鐘毓等《機電一體化系統(tǒng)設計》 機械工業(yè)出版社 1997年4月 　　3. [M]張肅文等《高頻電子線路》 高等教育出版社 1993年4月