隨著工業(yè)化程度的提高,，全球范圍內的環(huán)境污染越來越引起人們的關注?？諝庵辛蚧锖拖趸锖康闹鹉暝黾訉θ祟惖纳鏄嫵赏{,。對工業(yè)廢氣進行脫硫脫硝現已有多種辦法，而現階段用高能電子束輻照煙氣是比較有效,、科學的方法 ,。很多國家都在積極地研究。加速器是其中最關鍵的設備,，其性能的好壞直接決定脫硫脫硝的效果,。
1 加速器的結構及其特點
　　此類加速器屬于直流高壓加速器，交流380V/50Hz輸入電壓經變頻器轉換為交流400HZ電壓給加速器初級線圈供電,。次級線圈66個,，每一個次級輸出電壓經過倍壓整流后串聯,，產生幾兆伏的直流高壓，由級聯高壓系統(tǒng)產生的電場用于加速電子,。通過調解變頻器的交流輸出電壓(即改變初級線圈電壓)可達到改變能量或穩(wěn)定能量的目的,。束流強度通過燈絲進行調控。整個系統(tǒng)的滯后性比較嚴重,，因此要求系統(tǒng)的可靠性要高,。整個系統(tǒng)及其控制如圖1所示。

　　加速器主要由八部分組成：①供電系統(tǒng),；②高壓系統(tǒng),；③電子槍、加速管系統(tǒng),；④束流引出系統(tǒng),；⑤真空系統(tǒng)；⑥絕緣氣體系統(tǒng),；⑦冷卻系統(tǒng),；⑧計算機控制系統(tǒng)。
2 硬件設計
　　計算機控制系統(tǒng)控制加速器及其相關設備,，控制系統(tǒng)組成原理圖如圖2所示,。

　　根據加速器的特點，要求控制系統(tǒng)長時間安全可靠地運行,，以適應工業(yè)現場環(huán)境并具有強的抗電磁干擾能力,，因而我們采用集散控制系統(tǒng)，降低了故障危險,。如果一個控制站" title="控制站">控制站發(fā)生故障不能正常工作,，此信號會被別的控制站采集到而采取應急措施，避免了因故障而導致整個系統(tǒng)的崩潰,。每一個控制站都有一套完整的控制,、監(jiān)測、報警功能,。
　　在整個控制系統(tǒng)中,，我們采用研華586工控機作為上位機，執(zhí)行對下位機的管理,、數據采集,、數據處理、發(fā)布啟動和關機命令,、修改控制參數和運行參數,、記錄等功能；下位機采用可編程序控制器(PLC)作為本地控制站。本系統(tǒng)有四個PLC本控站,，分別是：束流穩(wěn)定系統(tǒng)" title="穩(wěn)定系統(tǒng)">穩(wěn)定系統(tǒng)本控站(PLC1),、能量穩(wěn)定系統(tǒng)本控站(PLC2)、引出系統(tǒng)本控站(PLC3)和輔助聯鎖本控站(PLC4),。工控機通過PC/PPI電纜(包括RS232/485轉換口)實現PPI通訊,。PC/PPI電纜的RS232端接到工控機的通訊口(COM1或COM2)，各本控站進行簡單并聯即可,。
　　我們采用德國西門子公司的PLC作為本控站,，其CPU為216，用戶程序大小4K字節(jié),，用戶數據大小2.5K 字節(jié),，支持的數字量I/O為64輸入/64輸出，模擬輸入可擴展到 31路,，模擬輸出可擴展到31路,，128個中斷，中斷事件28個,，PID回路7個,。每個本控站使用的I/O擴展模塊不完全相同。
2.1 束流穩(wěn)定控制站
　　束流穩(wěn)定工作原理圖如圖3所示,。

　　首先通過取樣電阻R_S采得最后次級線圈上的電流信號(此信號代表電子束流大小),，束流信號送到PLC1的模擬輸入端，經過PLC1的比較,、PID回路的運算后,，由PLC1的模擬輸出端給出控制信號，經運放,、光電隔離裝置,，去控制電子槍中的燈絲電流，構成閉環(huán)回路,。而且束流信號與最大" title="最大">最大電流設定進行比較,，如果束流信號超過最大設定,，由硬件給出保護信號,。為保證電子槍的使用壽命，盡量減少束流的過調量和最快地使束流穩(wěn)定在給定值上,，PID常數能在控制下做優(yōu)化切換,，并設有保護功能。
2.2 能量穩(wěn)定控制站
　　能量穩(wěn)定系統(tǒng)工作原理圖如圖4所示,。

　　通過分壓電阻R_H取得的束流能量E0的分壓值,，被送到PLC2的模擬輸入端，經過PLC2的比較,、PID回路的運算,，最后由PLC2的模擬輸出端給出控制信號,；此信號控制變頻器的輸出電壓，改變初級線圈上的電壓值,，達到穩(wěn)定能量的目的,。同樣，從R_H上取得的電壓值與最大能量設定進行比較,，由硬件給出保護信號,。
2.3 束流引出系統(tǒng)控制站
　　該系統(tǒng)的主要作用是保證束流均勻穿越鈦箔進入輔照加工物品，不致使束流過于集中在鈦箔的局部區(qū)域,，造成鈦箔燒毀或壽命降低,。該系統(tǒng)還可以使進入空氣后的電子按所需要的軌跡運動，以滿足一些特殊的輔照工藝要求,?？刂齐娮釉赬、Y兩個方向掃描,，高頻掃描(Y)頻率：1800Hz,；低頻掃描(X)頻率：100～120Hz。給偏轉線圈提供三角波電流,，控制束流軌跡,，使之在鈦箔上均勻掃描。
2.4 輔助聯鎖系統(tǒng)控制站
　　為了人員和設備的絕對安全,，該系統(tǒng)有兩種工作模式：硬件工作模式和軟件工作模式,。在硬件工作模式下，系統(tǒng)通過自身的邏輯電路,，分析各個相關設備,、系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并根據結果輸出相應信號來直接關閉加速器,，或禁止啟動加速器,。另一種模式是軟件工作模式。該系統(tǒng)還設置有專門的打火分析系統(tǒng),，以便在加速器出現打火時能及時加以保護,。
3 軟件設計
　　控制軟件分為三層：操作員層、通訊層和現場控制層,。在人機交互界面這部分,，采用Kingview5.0作為操作界面的編程軟件。它運行于WIN95/98NT平臺,，是32位程序,、實時多任務、多線程、支持國內外31種PLC,。軟件包括工藝流程圖動態(tài)顯示,、操作顯示、參數設定,、運行參數實時顯示,、修改參數、控制命令發(fā)布,、報警并打印報表等功能,。
3.1 束流穩(wěn)定系統(tǒng)
　　此系統(tǒng)要求能實時控制束流大小，是通過精確控制電子槍燈絲電流來實現的,。不允許燈絲電流超過其最大值,、實時采集束流大小，進行PID運算(包含比例,、積分,、微分回路)，使系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài),。為了能讓數字計算機處理PID控制,，連續(xù)算式必須離散化處理。計算機處理的PID算式如下：
　　Mn＝Kc×En＋KI×En＋MX＋KD×(En－En－1)
　　輸出＝比例項＋積分項＋微分項
　　其中：
　　Mn——第n次采樣時刻的計算值
　　KC——PID回路比例項增益
　　En——第n 次采樣時刻的偏差值(是給定值與過程變量值之差)
　　En－1——第n－1次采樣時刻的偏差值
　　KI——積分項比例常數
　　MX——積分項前值(在第n－1采樣時刻的積分值)
　　KD——微分項比例常數
　　調用中斷事件號2(即I0.1上升沿)控制束流值越界,。正常工作時,，I0.1為低電平，通過硬件比較束流值是否超過最大設定值,；如超過最大值,，硬件給出一高電平，并接到I0.1輸入端口,。這樣就可以快速調用中斷程序,。部分程序如下：
　　LD SM0.0 //定義始能端
　　ATCH 0、2 //定義中斷程序0為處理I0.1上升沿中斷2的中斷程序
　　ENI //全局允許中斷
　　LD SM5.0
　　DTCH 2 //如果發(fā)現I/O錯誤,，禁止I0.1上升沿中斷
　　LD M5.0
　　DISI //當M5.0為ON時,，禁止所有中斷
　　... ...
　　MEND
　　INT 0 //中斷程序0
　　... ...
　　RETI
3.2 能量穩(wěn)定系統(tǒng)
　　為增加程序的可讀性，采用結構化程序設計,。主程序如下：
　　LD SM0.1
　　CALL 0 //調用初始化子程序" title="子程序">子程序
　　LD I0.1 //判定控制使能端
　　CALL 1 //調用能量穩(wěn)定子程序
　　LDN I0.1
　　CALL 2 //調用電壓穩(wěn)定子程序
　　CALL 3 //調用中斷子程序
　　END
　　在初始化子程序中,，首先要檢測系統(tǒng)是否正常工作，如不能正常工作,，給出故障信號使加速器不能加高壓,。然后給出初始化運行的各種參數。
　　在能量穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定子程序中,，都要進行PID運算，輸出模擬控制量，其過程類似于束流穩(wěn)定系統(tǒng),。中斷子程序起到快速處理故障作用,。
　　在所有的系統(tǒng)中，都要采集外設信號,。為了能讀到正確的信號,、最大可能地減少干擾，同時考慮到控制的實時性,，須對信號進行多次采樣(一般來說采樣5～10次可滿足要求),。