control system for ic-100 cyclotron

CONTROL SYSTEM FOR IC-100 CYCLOTRON
Aleinikov V.V., Bondarenko P.G,. Krylov A.I., Nikiforov A S., Paschenko S.V, JINR, FLNR,
Dubna, RUSSIA
STRUCTURE OF CONTROL SYSTEM
Система управления собрана в 5 19”стойках.
Структурная схема системы управления приведена на
рис 1. Управление всей аппаратурой осуществляется
через универсальные контроллеры Smartbox 4.
Описание контроллера приводится ниже. В системе
используется
14
контроллеров.
Управление
контроллеров осуществляется по последовательному
интерфейсу RS-485. Каждый контроллер имеет
уникальный адрес, который определяется местом
установки его в системе при помощи перемычек на
ответном разьеме в крейте. Контроллер определяет
свой адрес при включении питания.
Управление всей аппаратурой осуществляется по
последовательным каналам связи. В системе
Ethernet
Ethernet
6XRS
Operator Console
Main Operator
Console
RS-485
RF SYSTEM
INJECTION
(AMI 12100PS+
AMI 420)
RS-422 UHF Generator
GM1718-02
POWER
SUPPLIES
IN
OUT
SMARTBOX-4
VACCUM AND
DIAGNOSTIC
SMARTBOX-4
Converters RS-485
to Fiber Optic
1 Mbaud
IN
OUT
IN
OUT
SMARTBOX-4
3 x RS-232
RS-485
SMARTBOX-4
При использовании унифицированных систем
промышленной автоматизации [1]. для управления
ускорительной техники встает вопрос приобретения
или разработки специализированных модулей.
Например, модули обработки сигналов с токовых
пробников с диапазонами токов до 1 мкА, модули
контроля
и
управления
высокочастотными
сигналами. Разработка и изготовление систем
управления, в которых будут использоваться часть
стандартных модулей, а другая часть самостоятельно
разработанная, признано нами не правильным
решением. Главной причиной этого является не
оперативная эксплуатация и ремонт аппаратуры. В
Лаборатории ядерных реакций разработана линейка
унифицированных контроллеров серии Smartbox, а
также все необходимые специальные блоки. На
основе разработанных модулей уже разработаны и
эксплуатируются
системы
управления
для
ускорителей DC-72, EA10-10, ИЦ-100, проводятся
работы по модернизации систем управления
ускорителей У-400, МЦ-400. В настоящей статье
описывается система управления ускорителя ИЦ-100.
QNX 4
QNX 4
INTRODUCTION
CONTROL ROOM
HUB
ETHERNET
IN
OUT
IN
OUT
The control System for IC-100 cyclotron IC-100
cyclotron was designed and developed in Flerov’s
Laboratory of nuclear reactions. Remote control by the
accelerator from the remote computer through a
laboratory local network is realized. The software based
on a QNX operational system platform and SCADA
FLEX CONTROL is developed. Application of the
universal controller has allowed to create the flexible and
simple system which has shown high operational
characteristics. The structure of a control system and the
specialized blocks is described in present article.
используются интерфейсы RS232, RS422, RS485,
IEEE 802. Для управления по каналам связи RS*** в
персональном компьютере используется Industrial 4
port RS232/RS422/485 serial board produced by Moxa
Technologies. Использование различных интерфейсов
объясняется невозможностью приобретения аппараты
с унифицированным интерфейсом и протоколом
связи.
IN
OUT
IN
OUT
Abstract
HV PLATFORM
Figure 1: Structure of IC-100 control system.
Ethernet используется в системе для……………..б а
также для возможности подключения LAPTOP
computer c целью проведения ремонтных и
наладочных работ в стойках удаленных от control
room.
Для управления оборудованием, находящимся под
потенциалом ECR источника (до 30 кV), установлены
два converter RS-485 to fiber optic, обеспечивающих
изоляцию контроллера по линии связи RS-485.
Для управления магнитными элементами каналов
транспортировки используются источники тока серий
ES, SM фирмы DELTA ELEKTRONIKA BV,
Netherlands.
В вакуумной системе для управления вакуумными
турбомолекулярными насосами на основе наших
технических заданий освоено производство блоков
питания БУ-150, БУ-500 в конструктиве Euro-19” с
шириной передней панели 21TE и высотой 6HE.
CPU
~230 V
Power
Supply
Isolation
Isolation
A, B
Isolated
RS-485
Data Interface
Local BUS
Нормализаторы сигналов
Для измерения сигналов с токовых пробников
разработана линейка блоков преобразователей тока в
напряжение. Все преобразователи построены по
трехкаскадной
схеме
инвертирующий
преобразователь «ток – напряжение» с цепями
защиты входа, активный фильтр второго порядка
низкой частоты с Кu = 1, инвертирующий каскад
усиления напряжения с Кu = 10.
Схема
обеспечивает
подавление
помехи
нормального вида частоты 50\60 Гц не менее 60 дб.
Блоки выполнены в конструктиве Euro-19 Rack
Mount с шириной передней панели 7ТЕ и высотой
6HE.
Питание
блоков
осуществляется
от
унифицированного источника питания 24 В.
СVС-01. Модуль обеспечивает преобразование
токовых сигналов профилометра диапазона 0 –1 мкА
в сигналы напряжения 0 – 10 В. Основные
технические характеристики модуля:
-число каналов преобразования 32;
-номинальное
значение
коэффициента
преобразования канала 10 Мом;
основная
погрешность
коэффициента
преобразования 50 кОм;
СVС-02. Модуль обеспечивает для преобразования
токовых сигналов апертурных диафрагм диапазона 0
–20 мкА в сигналы напряжения 0 – 10 В, а также для
количественной оценки внутреннего сопротивления
источника
сигналов.
Основные
технические
характеристики модуля:
-число каналов преобразования 12;
-номинальное
значение
коэффициента
преобразования канала 500 кОм;
-основная
погрешность
коэффициента
преобразования 2,5 кОм;
-диапазон
контролируемых
сопротивлений
источника сигнала с погрешностью не более  20 %
50 кОм – 5 Мом;
СVС-03. Модуль обеспечивает для преобразования
токовых сигналов апертурных диафрагм диапазона 0
–1 мА в сигналы напряжения 0 – 10 В, а также для
измерения внутреннего сопротивления источника
сигналов. Основные технические характеристики
модуля:
число входов - 16, каналов преобразования -1;
диапазоны измерения - 1мкА, 10 мкА, 100 мкА, 1
мА;
основная
относительная
погрешность
коэффициента преобразования 0,5 % предела
преобразования;
диапазон
контролируемых
сопротивлений
источника сигнала с погрешностью не более  20 %
10 кОм – 100 Мом;
ADC U
16 ch, 16 bit
DAC
8 ch, 12 bit
D in
32 ch
D out
32 ch
Программируемые
контроллеры
семейства
SMARTBOX
были
применены
в
системе
автоматизации управления ускорителя U-400. Тогда
это были гибридные модули, выполненные в
конструктиве
“Камак”,
но
управление
уже
осуществлялось по линии RS-232. Практика показала
перспективность
применения
контроллеров
с
последовательным каналом связи в системах
автоматизации. В системе управления циклотроном
ИЦ-100 применены интеллектуальные логические
контроллеры (PLC) четвертого поколения семейства
SMARTBOX.
Контроллеры
SMARTBOX-4
распределены по подсистемам ускорителя и
осуществляют сбор данных и выдачу управляющих
сигналов. Функциональная схема контроллера
приведена на рисунке 1. Контроллер выполнен в
стандарте 19” евромеханики в виде универсального
модуля с питанием от сети переменного тока 230
VAC. SMARTBOX-4 имеет 32 дискретных входа, 32
дискретных выхода, 16 аналоговых входов и 8
аналоговых выходов. Все входы-выходы изолированы
по группам от цифровой части, более подробно
технические характеристики приведены в табл.1.
Контроллеры SMARTBOX-4 объединяются в сеть на
базе высокоскоростного промышленного стандарта
последовательной связи EIA RS-485 и протоколу
PROFIBUS. На данный момент разработан и
применяется в других проектах для автоматизации
контроллер пятого поколения. На пятой версии
разработка в направлении одноплатных контроллеров
с фиксированным набором входов и выходов
прекращена и в настоящее время уже создан прототип
системы сбора данных модульного типа под рабочим
названием SMARTBOX-6