低能紧凑型回旋加速器真空控制系统研发

摘要

作为生产医用同位素的重要装置，低能回旋加速器目前在商业领域主要依赖进口，对其进行自主开发与研究不仅能为加速器领域培养专业型人才，还能打破国外垄断。回旋加速器是一项复杂的电物理设备，其理论、工程技术基础涉及诸多学科，真空系统是其中一个重要组成部分。带电粒子束的产生、加速和传输均在真空环境中实现，真空度能否达到设计指标将直接影响束流的品质，因此开发一套安全、稳定运行的真空系统极为重要。
　　针对紧凑型医用回旋加速器的结构特性和运行方式，本文阐释了真空系统的特点和控制需求。以同类加速器不同真空度下的束流损失情况为基础，确定了真空度需求，结合真空系统气载、流导等相关参数的分析，对真空泵的有效抽速进行了计算，从而完成对真空系统设备的选型。
　　真空控制系统开发中，首先在对比回旋加速器中几种常用的底层控制器后选择了PLC作为主控制器，结合紧凑型回旋加速器对真空系统高稳定性和可靠性的要求，搭建了基于西门子S7-1200PLC的硬件平台；接着针对部分真空设备设计了信号检测电路，包括扩散泵过热保护和高压空气等信号的检测，提高了系统的安全性；然后，基于有限状态机的理论对真空系统的控制逻辑进行了仿真验证，在TIA软件平台中完成了控制系统软件部分的设计，结合真空系统的功能需求编写了真空控制程序；其中，针对涉及安全的状态切换信号，采用了多路触发的方式，增强了系统安全冗余。最后采用LabVIEW软件开发了上位机监控程序，通过OPC技术实现上位机与PLC之间的数据传输，完成总控单元对PLC的数据采集和监控。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

2 真空系统分析与设计

2.2 PET用回旋加速器真空度要求及残余气体束流损失

2.3 真空系统气载与抽气分析

2.4 本章小结

3 控制系统硬件方案

3.2 控制系统硬件设计与搭建

3.3 本章小结

4 控制仿真与程序设计

4.1 基于有限状态机的控制系统仿真

4.2 PLC软件程序设计

4.3 真空系统调试与实验结果

4.4 本章小结

5 真空监控系统

5.1 基于OPC技术的LabVIEW与PLC通讯

5.2 监控系统上位机开发

5.3 本章小结

6 全文总结与展望

6.2 未来工作展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表论文

附录2 真空控制系统电气接线图