脉冲功率装置能源计算机控制技术(doc7)(1)eipw.docx

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1、脉冲功率率装置能能源计算算机控制制技术摘要 介介绍一种种多分布布传式MMARXX发生器器能源计计算机监监控系统统详细细叙述了了系统的的硬件构构成,计计算机与与各能源源系统之之间的通通讯原理理和通讯讯协议,以及系系统的软软件实现现，同时时简要说说明了系系统抗干干扰解决决办法。关键词 MARX发生器 程控电源 RS485总线 Visual Basic1 引言 脉冲能源装置在加速器、自由电子激光研究、X光闪光照相和粒子聚变等脉冲功率技术研究领域广泛使用，通常使用数量较多，分布较广，同时周围电磁干扰较强，控制操作和参数测量都比较复杂，同时也需要较多的人力来维护。随着计算机技术的发展，当今世界上基于PC

2、的自动化方案已成为主流，PC在自动化领域的应用正迅速增长，通过将所有的功能集成于这个统一开放的平台上，通过人机界面可以使复杂的控制和数据处理变得更加简单化。 2控制系统硬件构成整个系统有多台Marx需要控制，每台发生器由充电控制和触发两部分组成，需要控制的量有充电电压的起停控制、电压检测、接地装置的通断控制、触发以及开关上的气压检测等，通过一条总线将将系统中的各个被控量连接在一起，构成一分布式控制系统，这里采用工业上广泛使用的RS485总线，RS485总线是美国电子工业协会（EIA）制定的平衡发送、平衡接收的标准异步串行总线，具有传输距离远、通讯速率高，抗干扰能力强，软硬件支持丰富与现场仪表接

3、口简单，易于实现和扩展等特点，接口总线上可连接32个设备，加中继器后最多可达255个设备，因此完全满足该能源控制要求。该系统由由一台主主控上位位机PCC和一系系列MAARX发发生器充充电电源源设备构构成，由由于环境境电磁干干扰较为为严重，在在选择通通信介质质时可优优先采用用光纤通通信方式式，通讯讯速率557.66kB/s，通通讯距离离可达11.2kkm，通通过上位位机（PPC）发发送参数数及控制制命令，给给电容器器充电到到事先设设定的电电压值（00到1000kVV之间任任意值）。在在以上各各子设备备中，经经常要用用程控电电源去控控制MAARX发发生器的的充电电电压、充充电速度度。通过过一台工工

4、控PCC机灵活活地控制制多台充充电电源源，以达达到控制制各MAARX发发生器充充电的目目的。针针对这一一需要，采采用带有有RS4485通通信接口口的具有有线性升升压功能能的可编编程交流流电源，该该电源内内部自带带单片机机系统和和看门狗狗定时器器，每个个电源赋赋予各自自独立的的地址码码用以识识别身份份，同时时它属于于正弦波波调压，可可有效避避免采用用传统的的采用可可控硅调调压方式式时屡次次损坏高高压变压压器的情情况，使使操作者者能够方方便灵活活地对其其进行控控制。每每路Maarx发发生器充充电部分分包括程程控电源源、双极极性高压压变压器器，分压压器和接接地装置置等三部部分，程程控电源源给高压压变

5、压器器初级提提供缓慢慢上升的的电压，变变压器高高压侧经经整流后后给MAARX发发生器充充电，电电压检测测是通过过100000：1的高高压分压压器将分分压后的的信号送送给程控控电源内内部A/D转换换，经内内部单片片机处理理，并与与设定的的电压值值进行比比较，比比较后的的结果用用来实现现自停控控制，这这样可有有效防止止通讯故故障所造造成失控控现象。3 MAARX发发生器能能源制过过程 程控电电源接通通供电电电源时的的输出为为0伏，开开关量输输出为假假（开路路）。首先上上位机发发出各种种设置参参数到指指定地址址程控电电源。如如,上升升时间、上上升速度度、保持持时间、充充电电压压等。程控电电源收到到电

6、压回回传命令令后，将将两路模模拟量的的值传送送到上位位机。上位机机发出启启动指令令后，指指定地址址程控电电源的输输出开始始从0伏伏慢慢线线性上升升到设定定值，保保持到指指定的时时间后关关断输出出。当上上位机发发出所有有电源都都启动指指令后，所所有程控控电源都都启动。上位机发出立即停止指令后，指定地址程控电源的输出立即停止上升，保持到指定的时间后关断输出，当上位机发出所有电源都停止指令时，所有程控电源都立即停止。上位机发出接地打开指令后，指定地址程控电源的开关量输出为1，电磁铁吸合，当上位机发出所有程控电源的接地都断开命令时，所有程控电源的接地电磁铁都吸合。上位机发出接地指令后，指定地址程控电源

7、的开关量输出为0，电磁铁释放，当上位机发出所有程控电源都接地时，所有程控电源的接地电磁铁都释放。4 监控软件设计软件采用Visual Basic6.0编程，作出十分直观的人机界面，采用RS-485通信标准和上述的问答方式进行数据通信，通过上位机向串口读写数据，并通过光纤485总线将各种控制信息传送到现场的每路MARX充电子系统，上位机就可以监控网络上任何一台MARX能源了，予置数值可以分别显示在PC机软件窗口和单片机系统的予置数字表头上。同时，现场实测电压信号也可以实时显示在PC机的界面上。此设计界面直观，而且利于对现场信号进行实时监测。因此，采用本系统，大大提高了现场信号予置精度，对实验操作

8、人员来说人机界面良好，简单易懂。根据系统功能的要求，上位机需发送2种类型的命令：（1）同期命令，它由定时器触发引起，每隔一个定时周期发送1次，例如发往各充电单元的数据和状态回传命令；（2）非周期性命令，它由操作者按动相应命令按钮引起，非周期性发送。所有命令均采用ASCII码方式传送，为了防止通讯错误，各子机正确收到上位机发来的命令后返回相应的确认字符。在VB6.0中使用了MSCOMM控件，用来实现串行通信。MSComm控件有很多属性，其中最基本的有以下几个：Commport属性设置并返回通信端口号，用于指定使用PC机的哪一个串行端口。Setting属性以字符串的形式设置并返回波特率、奇偶校验、

9、数据位和停止位。Portopen属性设置并返回通信端口的状态，用于打开或关闭端口。Output属性用于发送数据，可以是文本数据或二进制数据。Input属性从接收缓冲区返回和删除字符，用于接收数据。本系统VB程序初始化上位机通信程序如下：MSComm1.CommPort=2；选串行端口2MSComm1.Settings=“57600，n，8，1” 设置通信参数 MSComm1.OutBufferSize=512 设置发送缓冲区大小MSComm1.OutBufferCount=0 清除输出缓冲区Mscomm1.Inputlen=0 读入接收缓冲区全部字符 MSComm1.PortOpen=True

10、 打开串行端口由于数据是动态接收，所以数据的处理也是动态进行,程序中使用了一个Timer控件，其命令发出与数据的接收均在Timer控件的定时期间进行，在Timer控件的定时期间依次调用模拟量和状态量返回子过程，同时监视是否有命令按钮按下，当按下某操作命令按钮时调用命令处理子过程，部分程序如下：Private Sub Timer1_Timer()IF CmdPress=True Then Call SendCmd 当按下某操作命令按钮时转入命令处理子过程UpdateAI 更新各模拟量数据的显示UpdateDI更新各状态量End SubPrivate Sub sendCmd()UpdateDO (

11、Cmd) 输出控制开关量End Sub5 系统抗干扰问题监控系统在工业中的应用越来越多，由于现场的电气环境比较复杂，容易形成各种干扰源，特别是在大电流、强脉冲实验环境中，因此研究解决系统抗干扰问题对确保系统的稳定运行有着非常的意义。该系统中使用RS485总线，RS485总线是采用差分平衡电气接口，本身具有较强的抗电磁干扰能力，但在实际当中仍然会现一些问题，为此应注意以下几个方面：（1）与远距离上位机通讯采用光纤传输，子机之间不方便采用用光纤传输时，应选择合理的网络拓扑结构。（2）采用双绞线作为RS485传输线时，虽然对电磁感应噪声有较强的抑制能力，但对静电感应引起噪声的抑制能力较差，因此应选用

12、带屏蔽的双绞线，同时双绞线的屏蔽层要正确接地。（3）通过在总线两端加入匹配电阻的方法，解决信号反射问题（4）系统的供电方式有两种：一种是集中供电方式，即电源都引自同一处，另一种是分布式供电，各子设备在安装位置附近取电源，从抗干扰效果的角度讲，应选择集中供电方式，这样可基本消除各处参考电位不等的情况。6 结束语本文提出的主从分布式多机通信系统硬件电路简单，控制灵活。与其他语言相比，用VB语言实现上位机数据传送的优点是可方便地控制通信对象的选择，具有较大的灵活性，且编程容易。此外，由于RS485总线的通讯方式仍属于串行通讯方式，在通讯速度上有些偏低，在操作上表现为数据刷新时间稍微偏长，当系统子设备较多时，其控制的实时性不很理想，此时需对控制系统作进一步的改进。