關(guān)鍵詞：D電路 自動調(diào)諧 運動型PLC 加速器

一钳雄、 概述：

　　D電路頻率自動微調(diào)是專門為加速器高頻D電路設(shè)計的，完成自動調(diào)諧的裝置婴悠。

　　D電路由一個高頻腔體構(gòu)成匀枪，這個腔體是加速器的重要組成部分之一，加速器運行時罐闰，高頻電壓加在這個D電路上凿栅，用來實現(xiàn)對粒子的加速。D電路的示意圖如圖1所示噪芭，D電路的調(diào)諧是靠改變短路片的位置（粗調(diào)）涝露，細(xì)調(diào)是靠改變微調(diào)電容對D型盒的距離來實現(xiàn)。在正常運行中吏口，只要高頻機的頻率固定奄容，短路片的位置就固定了冰更，但是由于各種因素的影響（包括熱變型产徊、機械震動等），D電路的參數(shù)是不穩(wěn)定的蜀细。因此D電路就不能保持在諧振狀態(tài)舟铜，且D電路的Q值很高（5.5Mhz時，可達(dá)8800）奠衔，因此D電壓將不穩(wěn)定谆刨。所以要靠頻率微調(diào)系統(tǒng)來實現(xiàn)D電路的自動調(diào)諧，以實現(xiàn)頻率穩(wěn)定归斤。從而改善束流品質(zhì)痊夭，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^-6脏里。（有自動和手動兩種模式）她我。

　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，原有的分離元件的頻調(diào)系統(tǒng)迫横，器件老化番舆，技術(shù)落后，已滿足不了物理實驗的要求飘缨。我們在原有系統(tǒng)積累大量經(jīng)驗的基礎(chǔ)上吗修，設(shè)計了新的自動微調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由四部分組成很洽，即360度電子移相器鼠泊、鑒相器、運動型PLC,步進(jìn)電機驅(qū)動器川痛、步進(jìn)電機及機械部分組成耽坤。

二蚜冀、系統(tǒng)組成：

　　1. 360°電子矢量合成移相器見圖1

　　乘法因子K1逞扰、K2由控制電壓確定，這樣w和U保持近似線性關(guān)系威视，通過調(diào)整K1唾浙、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(zhuǎn)換成電壓捂齐，即Dw——-V的轉(zhuǎn)換蛮放。從圖2可以看出，電路輸入的兩個原始信號U1奠宜、U2分來自高頻發(fā)射機和D電路包颁，前者采用電容耦合，后者則為電感耦合压真，高頻機與D電路也是電容耦合娩嚼，因此，當(dāng)D電路諧振時U1和U2之間的相位差Dw = p/2滴肿，失諧時岳悟，Dw < p/2或Dw > p/2，這是判別D電路諧振的基本點泼差。由于U2的線太長贵少，會造成傳輸過程的相移，我們在輸入端串入電子移相器堆缘，作為相位補償滔灶。

　　根據(jù)這種關(guān)系，我們選用XR-2208M乘法器作為相位檢波器怒忧，該乘法器輸出頻率可達(dá)100MHz拿翠，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(guān)系：

　　Dw　——輸入兩信號的相位差

　　Kd ――是相位檢波器的轉(zhuǎn)換增益飘示，在輸入信號/50mV.rms時绷冈，Kd ≈ 2V/弧度。并與信號幅度無關(guān)每竿。

　　本相位檢波器的輸出電平有三種狀態(tài)帐等。

　　當(dāng)Dw = p/2 時，VDw = 0 （諧振）

　　當(dāng)Dw < p/2 時塞俗，VDw >0 （失諧）

　　當(dāng)Dw > p/2 時颤赤，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通道輸出時皱埋，每通道最高5KHz暑锈。且具有兩路A/D和一路D/A糊批。

　　4. 德國百格拉三相混合式步進(jìn)電機及驅(qū)動系統(tǒng)

　　驅(qū)動器WD-007采用交流伺服原理工作，輸入電壓220VAC哀卿，控制脈沖信號電壓為5VDC叛赚，輸出為3x325VAC，有過熱稽揭、過流俺附、欠壓、過壓保護(hù)溪掀，電機每轉(zhuǎn)步數(shù)可依用戶要求分別設(shè)定為500事镣、1000、5000揪胃、10000步/轉(zhuǎn)璃哟。

　　步進(jìn)電機采用VRDM-3910，最大扭矩4Nm喊递。

　　5. 機械傳動部分

　　粗調(diào)采用蝸輪随闪、渦桿傳動，它的優(yōu)點是可自鎖册舞，但傳動效率低蕴掏、功率損失大障般。細(xì)調(diào)為傘齒傳動 调鲸。蝸桿的螺距為2mm, 傘齒的螺距為0.5mm。脈沖當(dāng)量最小可達(dá)0.004mm/脈沖,可滿足調(diào)諧要求瘾枉。

三称痊、實現(xiàn)方法及編程：

　　我們對D電路的調(diào)諧是通過對PLC輸出脈沖的編程實現(xiàn)的。自動調(diào)諧的實現(xiàn)過程是缆兆，把鑒相器的輸出送給A/D轉(zhuǎn)換器缸日。根據(jù)A/D值進(jìn)行判斷，通過程序控制脈沖輸頻率和方向狡允，結(jié)合使用上述的三相混合式步進(jìn)驅(qū)動器绝话、步進(jìn)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(diào)諧页本。（如圖3）

　　編程利用PLC脈沖輸出指令F168（SPD1）可以實現(xiàn)梯形控制狼隶，根據(jù)指定的初速度、最大速度壮才、加/減速時間和目標(biāo)值能夠自動輸出脈沖赞约。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口箭。利用增量型固弥、絕對值型吻育、原點返回控制模式并配合系統(tǒng)寄存器進(jìn)行輸出脈沖編程，省略了行程限位開關(guān)淤井，減少了系統(tǒng)布線布疼，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)行梯形控制币狠。

　　以上程序通過輸出端Y0輸出的脈沖初始速度為500Hz缎除，最高速度為5000Hz，加減速時間為200ms总寻，總移動量為10000個脈沖器罐。

　　這時，高速計數(shù)器經(jīng)過值（DT9044和DT9045）會隨脈沖數(shù)增加渐行。

　　脈沖輸出指令（F169）

　　當(dāng)執(zhí)行條件（觸發(fā)器）為ON時轰坊，本指令從指定的通道輸出脈沖，執(zhí)行JOG（點動）運行祟印。

　　當(dāng)X2處于ON狀態(tài)時肴沫，Y0發(fā)出頻率為300Hz、占空比為10%的脈沖蕴忆。此時明因，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)增加泡煌。

　　當(dāng)X6處于ON狀態(tài)時扭皿，Y1發(fā)出頻率為700Hz、占空比為10%的脈沖焦莉。此時澄锉，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)減少份帮。

四驮屑、結(jié)論：

　　1、該自動調(diào)諧系統(tǒng)采用PLC作為控制設(shè)備手财，用軟件編程完成各信號的邏輯關(guān)系處理及脈沖輸出編程论稠，簡化了硬件電路的設(shè)計，提高整個系統(tǒng)的靈活性徐扯。

　　2经融、PLC是專為工業(yè)控制設(shè)計的，以集成電路為基本元件的電子設(shè)備倾祈，在設(shè)計和制造過程中采取了多層次抗干擾和精選元器件措施吸占，內(nèi)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)境凿宾，從根本上保證了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性矾屯。解決了控制設(shè)備在強電強磁環(huán)境下穩(wěn)定工作的要求兼蕊。

　　目前，這個系統(tǒng)的安裝調(diào)試已經(jīng)完成件蚕，并以投入使用孙技。基于PLC的加速器高頻D電路頻率自動調(diào)諧系統(tǒng)運行穩(wěn)定排作，達(dá)到了1＊10-6 的頻率穩(wěn)定度設(shè)計的預(yù)期目標(biāo)牵啦。