真空联锁保护控制系统的研制

摘要

简述了国家同步辐射实验室NSRL(National Synchrotron RadiationLaboratory)实验站的光束线前端区的结构，由此阐述了光束线真空联锁保护对确保储存环安全运行的重要意义。回顾了传统的PLC系统设计的不足。随着电子技术的不断发展与进步，传统的设计方法正逐步退出历史舞台，而基于EDA技术的芯片设计正在成为电子系统设计的主流。基于可编程逻辑器件的设计使设计工程师只要在办公室或实验室里就可以设计出所需的专用集成电路，从而大大缩短了产品上市时间，降低了开发成本。 本文对真空联锁保护所用开关电源的基本原理以及电路结构进行了简要的介绍。另外对复杂可编程逻辑控制器件CPLD也进行了比较详细的介绍，同时对运用可编程逻辑控制器件进行系统设计的流程和开发环境都一一的加以说明。从中进一步了解到具有静态可重复编程和动态在系统重构特性的可编程逻辑器件设计的优越性。 在此基础上设计出了NSRL的U20站和U7站的真空联锁保护控制系统。主要包括控制主电路、驱动电路、保护电路及显示电路的设计，还包括快阀保护驱动电路的开关电源的设计以及整流电路设计。该真空联锁保护控制系统是基于复杂可编程逻辑器件CPLD的设计，克服了传统的PLC系统电路结构过于复杂的不足；另外，PLC的工作速度也不是很快。而CPLD工作速度很快，设计灵活，发现错误可以及时修改，尤其是应用于真空联锁保护这种专门的系统设计，使系统电路结构大大简化，同时系统的安全性和可靠性都进一步得以提高。 本文的最后给出了快阀全关闭时间的测量装置和测量结果。另外，也进行了其他一些联锁保护动作的多次反复测试。测试结果表明，该真空联锁保护控制系统有较好的可靠性与安全性，已经成功地运行于NSR-L上的光电子能谱U20站和U7站上。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1电子储存环上光束线系统结构

1.2光束线前端真空保护控制原理

1.3本课题研究背景、意义及研究目标

1.4论文工作的主要内容及本人所做的工作

第二章系统整体结构设计

2.1系统整体硬件结构

2.2系统在线工作结构

第三章系统控制电路的设计

3.1快阀控制电路的设计

3.1.1开关电源

3.1.2 PWM器件的选择

3.1.3 PWM控制参数的计算与选择

3.1.4整流输出电路

3.1.5储能电容C的放电过程

3.2可编程逻辑器件

3.2.1可编程逻辑器件的原理结构

3.2.2基于可编程逻辑器件的数字系统的设计

3.3选用的可编程逻辑器件CPLD的性能参数与设计流程

3.3.1选用的CPLD的性能参数

3.3.2系统软件控制设计流程

第四章系统其它模块的设计

4.1驱动电路模块的设计

4.1.1快阀的驱动电路设计

4.1.2其它阀门的驱动

4.2保护电路的设计

4.2.1快阀断线保护电路设计

4.2.2实验仓的Hutch保护电路的设计

4.3输入电路

4.3.1真空传感器

4.3.2光纤通信

4.4显示电路的设计

4.5电路PCB设计

4.5.1布局

4.5.2布线

4.5.3 PCB及电路抗干扰措施

第五章实验与测试

5.1系统测试

5.1.1快阀响应时间的测试

5.1.2联锁保护动作测试

5.2结论与展望

5.2.1结论

5.2.2展望

参考文献

附录1系统主要的电路原理图

附录2系统主要源程序

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文