加速器控制技术

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1、加速器控制技术王春红高能所加速器中心自控组1第六届OCPASchool2010.8.5引言©加速器控制是通过计算机和接口装置对组成加速器的元器件如磁铁电源、真空、高频等实施控制和监测。©控制是加速器的神经网络,确保加速器设备间协调运作。©控制涵盖的内容广：计算机、网络、操作系统、数据库、应用软件、设备接口及驱动、信号处理和反馈、电子学等多方面的技术©加速器控制属于大型的控制系统，集成度要求高2第六届OCPASchool2010.8.5主要内容©第一章控制系统的基本概念©第二章加速器控制技术2.1总线及I/O接口2.2电磁兼容与接地2.3网络与数据通讯2.4时间信息的获取与传输

2、2.5实时多任务系统2.6控制软件设计2.7系统可靠性©第三章分布式控制系统实例--EPICS系统©第四章CSNS控制系统设计3第六届OCPASchool2010.8.5第一章控制系统的基本概念1.模拟自动控制与计算机控制的区别①模拟自动控制②计算机控制2.现代控制系统的组成3.控制系统的体系结构①嵌入式系统②机箱式系统③分布式系统4.控制系统的工作方式①开环控制②闭环控制5.分布式控制系统4第六届OCPASchool2010.8.51.1模拟自动控制©所谓模拟自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控

3、对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。∑分析电炉温度控制系统原理∑系统的被控对象为电炉，被控量为电炉温度，输入量为电阻丝的电压。∑炉温实际值由热电偶检测，并转换成电压，经放大后给电动机提供一定的工作电压，驱动电动机通过改变电阻丝的工作电压，从而改变电阻丝中的电流大小，达到控制炉温的目的。5第六届OCPASchool2010.8.51.2计算机控制©随着微处理器的出现和微电子学、计算机及网络技术的发展，现代控制系统发展成为完全数字化的、以计算机为核心的系统，通称为计算机控制。©分析电阻炉微型计算机温度控制系统原理：电阻丝通过晶闸管主电路加热，炉温期望值

4、用计算机键盘预先设置，炉温实际值由热电偶检测，并转换成电压，经放大、滤波后，由A/D变换器将模拟量变换为数字量送入计算机，在计算机中与所设置的温度期望值比较后产生偏差信号，计算机便根据预定的控制算法计算出相应的控制量，再经D/A变换器变换成电流，通过触发器控制晶闸管导通角，从而改变电阻丝中电流大小，达到控制炉温的目的。©该系统既有精确的温度控制功能，还有实时屏幕显示和打印功能，以及超温、极值和电阻丝、热电偶损坏报警等功能。热电偶总线A/D放大变滤波换电炉器计算D/A总线机电触变阻发换丝器器电阻炉微型计算机温度控制系统原理示意图6第六届OCPASchool2010.8.52.现

5、代计算机控制系统的基本组成©输入/输出模块，提供输入/输出通道（I/OChannels)。输入通道通过传感器与被控设备接口取得设备的状态信息，如温度、压力、流量、磁场强度以及各种开关状态。输出通道通过动作器与被控设备接口向设备传送控制指令或设定各种控制量。©以微处理器(Microprocessor)为核心的处理机。©人机界面(Human-MachineInterface,HMI).操作者通过人机界面对被控对象进行操作与调整，了解被控对象的状态。测量值/状态输入通道传感器人被控机处理机对象界（设备）面输出通道动作器7第六届OCPASchool2010.8.53.控制系统体系结构

6、©根据规模的不同，控制系统大致可以分为：①嵌入式系统②机箱式系统③分布式系统©嵌入式系统本身是一个相对模糊的定义。目前国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。©虽然嵌入式系统是近几年才风靡起来的，但是这个概念并非新近才出现。从20世纪七十年代单片机的出现到今天各式各样的嵌入式微处理器，微控制器的大规模应用，嵌入式系统已经有了近30年的发展历史。©所谓嵌入式系统（EmbeddedSystem)是一种“嵌”在被控设备中的控制系统8第六届OCPASchool2010.8.53

7、.1嵌入式系统©一般而言，嵌入式系统的构架可以分成四个部分：处理器、存储器、输入输出（I/O）和软件。©从硬件结构来看，嵌入式系统主体通常包括在一个电路模块中或在一个芯片中（StSystem-on-ChiSCChip,SoC）。©从软件结构来看，低端的嵌入式系统通常采用“超循环”方法处理多任务，较复杂的系统则在实时操作系统（内核）管理下运行。©人机界面：多数是比较简单的小型显示屏/指示灯和按键/旋钮©嵌入式系统的硬件结构是根据具体应用而设计的，不便于改动，适合于批量生产的产品。例如：手机、打印机、复印机