單片機(jī)在閥門控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
BEPCⅡ直線加速器是中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所BEPCII正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的束流加速器，直線加速器由200米56節(jié)加速管組成，共6個(gè)區(qū)段。采用冷陰極潘寧規(guī)作為高真空測(cè)量，極限真空度達(dá)到2×10-7 Pa。8只冷規(guī)作為電子槍、各區(qū)段的真空度測(cè)量和區(qū)段閥保護(hù)。
1、需要區(qū)段閥門控制系統(tǒng)的原因
由于加速器有200 m長(zhǎng)，微波和真空器件多，特別是高壓陶瓷件多，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，有時(shí)發(fā)生陶瓷裂縫導(dǎo)致真空泄露。如果區(qū)段閥不及時(shí)關(guān)閉，能在幾分鐘內(nèi)使整個(gè)加速器暴露大氣，導(dǎo)致電子槍陰柵組件，速調(diào)管陶瓷窗，離子泵的損壞。從發(fā)現(xiàn)問(wèn)題到現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)關(guān)閉閥門，時(shí)間不容許，為使發(fā)生真空泄漏時(shí)，損失減到最小，需要一種可監(jiān)控各區(qū)段真空，和及時(shí)自動(dòng)關(guān)閉區(qū)段閥的控制系統(tǒng)。由于閥門動(dòng)關(guān)閉，可以保護(hù)其它區(qū)段的真空。維修人員可以有的放矢地針對(duì)某一破壞的區(qū)段進(jìn)行檢漏和維修，使設(shè)備損失和真空恢復(fù)時(shí)間減到最小。
2、真空區(qū)段閥連鎖保護(hù)的設(shè)計(jì)原理
研制真空閥門控制儀，控制電子槍，6個(gè)區(qū)段共7個(gè)VAT全金屬區(qū)段閥的開(kāi)關(guān)。并提供“開(kāi)關(guān)”狀態(tài)量信號(hào)給控制室顯示真空區(qū)段閥的“開(kāi)關(guān)”狀態(tài)。控制原理就是使用冷規(guī)作為真空傳感器，當(dāng)電子槍，各區(qū)段中有一個(gè)區(qū)段的真空度下降到設(shè)定值時(shí)，真空度的變壞使真空計(jì)的模擬信號(hào)電平產(chǎn)生變化使區(qū)段閥全部關(guān)閉，并鎖死，保持其它區(qū)段的真空，等待處理和維修。
3、真空閥門控制系統(tǒng)概述
3.1、真空閥門控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
傳感器由冷規(guī)和配套真空計(jì)組成（圖1），真空度經(jīng)真空計(jì)輸出變換為0~10V模擬信號(hào)提供給閥門控制器作為輸入信號(hào)。
圖1 冷規(guī)和真空計(jì)
硬件系統(tǒng)中輸入電路為多路高阻抗跟隨器，接受真空計(jì)的輸出模擬信號(hào)。輸入的高阻抗電壓跟隨器具有輸入阻抗高，輸出阻抗低，高精度，可以直接驅(qū)動(dòng)單片機(jī)的I/O端，減少中間環(huán)節(jié)（圖2）。
圖2 模擬量轉(zhuǎn)換示意圖
由AT89C51單片機(jī)作為主處理器，AT89C51是一個(gè)低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，20K的FLASH只讀程序存儲(chǔ)器，256K字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），使用MCS- 51指令系統(tǒng)，采用通用編程方式，適用于嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)。輸出為多路SSR固態(tài)繼電器，具有驅(qū)動(dòng)電壓低，光電隔離抗干擾，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。
該系統(tǒng)集成在兩塊電路板上，組裝在機(jī)箱內(nèi)，前面板有閥開(kāi)關(guān)指示燈，和手動(dòng)開(kāi)關(guān)，停機(jī)檢修時(shí)采用“手動(dòng)”模式，可以手動(dòng)開(kāi)關(guān)每一只閥門。運(yùn)行期間，采用“自動(dòng)”模式，系統(tǒng)全自動(dòng)控制閥門，不用人為干預(yù)。后面板輸出采用多芯航空插座，有驅(qū)動(dòng)閥門的，有連接中控室控制采樣的，分類明確，安裝連接很方便。由于集成化程度高，機(jī)箱小巧，造價(jià)低（圖3）。
圖3 硬件設(shè)計(jì)框圖
3.2、硬件設(shè)計(jì)
用8251單片機(jī)的P1口作為數(shù)據(jù)輸入口，采集P1.0- P1.7口的數(shù)據(jù)送入累加器A 進(jìn)行比較，當(dāng)P1.0- P1.7口的輸入電平中都是“1”電平時(shí)，表示所有區(qū)段的真空狀態(tài)良好，轉(zhuǎn)向“開(kāi)閥”子程序，并循環(huán)采集P1口數(shù)據(jù)。當(dāng)P1.0- P1.7口的輸入電平中有“0”電平時(shí)，表示某區(qū)段的真空狀態(tài)變壞，轉(zhuǎn)向“關(guān)閥”子程序運(yùn)行，發(fā)出關(guān)閥指令，延時(shí)后，對(duì)重新采集的數(shù)據(jù)比較，如果還有“0”電平，不再轉(zhuǎn)回“開(kāi)閥”子程序，保持“關(guān)閥”指令。
圖4 監(jiān)控單元圖
