基于RTX51的HIRFL电源控制系统开发

　　在1988年建成出束的兰州重离子加速器(HIRFL)是目前世界上已有的8台大型重离子加速器之一,也是国内现有的台大型加速器之一。它的建成,对我国核物理事业的发展和加速器技术的提高起到了极大的推动作用。像世界上所有加速器系统一样,改进提高工作始终没有停止过。HIRFL原有的控制系统是一种集中式管理、分控站控制的主从系统。由于受到上世纪80年代计算机技术和自控技术的限制,已经不能有效地控制HIRFL-CSR结构的大型加速器及束运的正常运行。随着物理实验和CSR工程对HIRFL原有加速器系统的新要求,如建模、操作员I/O、束流析、管理档案、分时分区供束等等,必须对原来的控制模式、控制理念和陈旧老化的控制设备进行彻底的更新,这对提高HIRFL运行效率和运行水平具有重要意义。

　　本文概述了近代物理研究所研制的新型HIRFL电源的嵌入式控制系统,主要叙述基于RTX51嵌入式实时操作系统(RTOS)开发HIRFL电源嵌入式控制系统的情况。利用嵌入式系统术开发HIRFL电源控制系统能够满足HIRFL-CSR结构的大型加速器对HIR-FL原有加速器系统的新要求。

　　1　HIRFL电源控制系统功能介绍

　　HIRFL电源控制系统能够及时有效接收

　　物理人员发出的电源变化指令,控制器对指令进行识别、校验、分析,然后启动相应的任务,完成对脉冲量、继电器、众多电源开关量的控制,调节DAC输出精确电压值,并且通过ADC采集电源当前值,同时必须通过输入口监控电源状态,随时做出调整。整个过程形成闭环控制。HIRFL电源控制系统为了使DAC输出量不产生突变而损坏电源,在嵌入式控制器中加入了DDS模块,该模块能够实现控制器给出电压值平缓上升或下降,操作者只须给出目标输出值,即可实现电源平稳变化。这种实现方式极大程度保护了电源。

　　为了实时监控现场状况,在嵌入式控制器系统中还加入了实时查询功能。例如当输出过压或负载状态异常将会启动相应的报警信号,从而避免电源等相关设备的损坏。由于加速器控制操作者不能在现场操作,只能采用有缆遥控操作,并且对有线通讯系统的可靠性要求很高。HIRFL电源控制系统是通过RS-485协议实现相互之间远距离、高速、高可靠性通讯。

　　操作人员可以通过上位机监视作业现场的状态;通过操作各路脉冲、开关量、电压输出值完成各种作业。控制器有四路DAC输出,八路ADC输入,十六路数字输入,八路数字输出,八路继电器触点输出。这些都保证了操作人员可以全面了解电源具体运行状态,控制电源满足物理实验要求。

　　2　HIRFL电源控制系统嵌入式控制系统设计