隨著工業(yè)化程度的提高，全球范圍內(nèi)的環(huán)境污染越來越引起人們的關(guān)注,?？諝庵辛蚧锖拖趸锖康闹鹉暝黾訉θ祟惖纳鏄?gòu)成威脅。對工業(yè)廢氣進行脫硫脫硝現(xiàn)已有多種辦法,，而現(xiàn)階段用高能電子束輻照煙氣是比較有效,、科學(xué)的方法 。很多國家都在積極地研究,。加速器是其中最關(guān)鍵的設(shè)備,，其性能的好壞直接決定脫硫脫硝的效果。
1 加速器的結(jié)構(gòu)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(jīng)變頻器轉(zhuǎn)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(jīng)過倍壓整流后串聯(lián),，產(chǎn)生幾兆伏的直流高壓,，由級聯(lián)高壓系統(tǒng)產(chǎn)生的電場用于加速電子。通過調(diào)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(diào)控,。整個系統(tǒng)的滯后性比較嚴(yán)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(shè)計
　　計算機控制系統(tǒng)控制加速器及其相關(guān)設(shè)備，控制系統(tǒng)組成原理圖如圖2所示,。

　　根據(jù)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(yīng)工業(yè)現(xiàn)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(yīng)急措施,，避免了因故障而導(dǎo)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(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理,、發(fā)布啟動和關(guān)機命令,、修改控制參數(shù)和運行參數(shù)、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(lián)鎖本控站(PLC4)。工控機通過PC/PPI電纜(包括RS232/485轉(zhuǎn)換口)實現(xiàn)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(lián)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(shù)據(jù)大小2.5K 字節(jié),，支持的數(shù)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(jīng)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(jīng)運放、光電隔離裝置,，去控制電子槍中的燈絲電流,，構(gòu)成閉環(huán)回路。而且束流信號與最大" title="最大">最大電流設(shè)定進行比較,，如果束流信號超過最大設(shè)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(diào)量和最快地使束流穩(wěn)定在給定值上,，PID常數(shù)能在控制下做優(yōu)化切換，并設(shè)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(jīng)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(shè)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(zhuǎn)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(lián)鎖系統(tǒng)控制站
　　為了人員和設(shè)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(guān)設(shè)備、系統(tǒng)的工作狀態(tài),，并根據(jù)結(jié)果輸出相應(yīng)信號來直接關(guān)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(shè)置有專門的打火分析系統(tǒng),，以便在加速器出現(xiàn)打火時能及時加以保護。
3 軟件設(shè)計
　　控制軟件分為三層：操作員層,、通訊層和現(xiàn)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(wù),、多線程,、支持國內(nèi)外31種PLC。軟件包括工藝流程圖動態(tài)顯示,、操作顯示,、參數(shù)設(shè)定、運行參數(shù)實時顯示,、修改參數(shù),、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(xiàn)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(shù)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(shù)
　　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(shù)
　　調(diào)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(shè)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(diào)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(xiàn)I/O錯誤，禁止I0.1上升沿中斷
　　LD M5.0
　　DISI //當(dāng)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(jié)構(gòu)化程序設(shè)計。主程序如下：
　　LD SM0.1
　　CALL 0 //調(diào)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(diào)用能量穩(wěn)定子程序
　　LDN I0.1
　　CALL 2 //調(diào)用電壓穩(wěn)定子程序
　　CALL 3 //調(diào)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(shù),。
　　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(shè)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),。