摘 要：直流高壓電源在離子束流傳輸中，對(duì)離子束進(jìn)行加速、偏轉(zhuǎn)和引出。本文介紹了基于研華ADAM-4000系列分布式模塊實(shí)現(xiàn)了10KV高壓直流電源的遠(yuǎn)程控制，其控制功能包括遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)量操作、實(shí)時(shí)獲取電源運(yùn)行狀態(tài)和輸出高壓調(diào)節(jié)等。 關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程控制;分布式模塊;高壓 1 引言 　　直流高壓電源在離子束流傳輸中，對(duì)離子束進(jìn)行加速、偏轉(zhuǎn)和引出。在實(shí)際操作中，需要頻繁調(diào)節(jié)輸出高壓值，用電位器調(diào)節(jié)往往達(dá)不到輸出電壓調(diào)節(jié)精度的要求，也不易調(diào)節(jié)精確的輸出高壓值。由于高壓電源在離子束流傳輸中的重要性，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓電源的遠(yuǎn)程控制尤為重要。研華ADAM-4000系列分布式模塊采用RS-485總線標(biāo)準(zhǔn)，有多種功能模塊，其中有數(shù)字量輸入輸出、數(shù)模轉(zhuǎn)換、模數(shù)轉(zhuǎn)換和通信等功能模塊。我們結(jié)合相應(yīng)模塊的功能，通過(guò)設(shè)計(jì)附加電路，實(shí)現(xiàn)了10KV高壓電源的遠(yuǎn)程控制。通過(guò)主控計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流高壓電源遠(yuǎn)程開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)和故障復(fù)位等開(kāi)關(guān)量操作，實(shí)時(shí)獲取電源的運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)節(jié)輸出高壓等遠(yuǎn)程控制功能。 2 RS-485總線概述 　　RS-485是總線型通信網(wǎng)絡(luò)，支持半雙工通信和全雙工通信模式。RS-485以差分平衡方式傳輸信號(hào)，從根本上消除信號(hào)地線，具有很強(qiáng)的抗共模干擾能力，允許在一對(duì)雙絞線上一個(gè)發(fā)送器驅(qū)動(dòng)多個(gè)負(fù)載設(shè)備以及傳輸線成本低的特性。典型RS-485半雙工通信網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。在RS-485網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)站點(diǎn)有固定的地址。同一時(shí)刻只能有一個(gè)站點(diǎn)與上位機(jī)建立數(shù)據(jù)通信，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而其他站點(diǎn)則只能處于接收狀態(tài)，以免發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞錯(cuò)誤。在標(biāo)準(zhǔn)的RS-485總線上最大允許接入32個(gè)控制節(jié)點(diǎn)。 [align=center] 圖1. 典型RS-485半雙工通信網(wǎng)絡(luò)[/align] 　　在當(dāng)前的自動(dòng)化領(lǐng)域中，由于RS-485構(gòu)成的控制網(wǎng)絡(luò)具有接口簡(jiǎn)單、信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)（達(dá)到4000英尺）、傳輸速率高（最大為10M）和可靠性高等特點(diǎn)而被廣泛采用。同時(shí)，由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，由RS-485總線構(gòu)成的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)網(wǎng)關(guān)等技術(shù)接入以太網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化控制的目的。 3 功能概述 　　主控計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)字量輸入輸出模塊和電源內(nèi)部相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓電源遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)機(jī)操作和電源運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)采集;通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊對(duì)高壓電源的輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié);通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換獲取電源的輸出高壓值和輸出電流值。ADAM-4000系列的數(shù)字量輸入輸出模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采用RS­-485標(biāo)準(zhǔn)總線，每個(gè)功能模塊均可設(shè)置地址。在RS-485網(wǎng)絡(luò)中使用的是主從模式，主控計(jì)算機(jī)作為一個(gè)主節(jié)點(diǎn)，其余的功能模塊都是從節(jié)點(diǎn)。在組成控制系統(tǒng)后，主控計(jì)算機(jī)通過(guò)訪問(wèn)各功能模塊的地址，發(fā)送控制指令字符串實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。采用RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器，可以通過(guò)將主控計(jì)算機(jī)的RS-232電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成RS-485總線標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各功能模塊的控制。高壓電源的控制原理如圖2所示。高壓電源遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中采用的模塊分別介紹如下： 　　數(shù)字量輸入輸出模塊ADAM4050：該模塊具有7路數(shù)字量輸入通道和8路數(shù)字量輸出通道。其數(shù)字量輸入信號(hào)為T(mén)TL電平或繼電器節(jié)點(diǎn)，數(shù)字量輸出為集電極開(kāi)路輸出，可驅(qū)動(dòng)微型繼電器。通過(guò)高壓電源內(nèi)部的控制接口驅(qū)動(dòng)電路部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓電源的開(kāi)關(guān)機(jī)操作和運(yùn)行狀態(tài)獲取。 　　模擬量輸出模塊ADAM4024：該模塊可輸出4路模擬量，分辨率為12位。具有電流輸出和電壓輸出方式，采用電壓輸出方式時(shí)的輸出范圍是±10V，其輸出的上升斜率可以通過(guò)編程調(diào)節(jié)。該模塊的一路模擬量輸出作為高壓電源遠(yuǎn)程控制調(diào)節(jié)輸出的電壓基準(zhǔn)。 　　模擬量輸入模塊ADAM4017：該模塊具有6路差分信號(hào)輸入通道和2路單端信號(hào)輸入通道，信號(hào)輸入模式為電流信號(hào)和電壓信號(hào)，其電壓信號(hào)的輸入范圍是±1V、±5V和±10V。其兩路差分信號(hào)輸入端分別采集高壓電壓的輸出電壓值和負(fù)載電流值。 　　隔離RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器ADAM4520：實(shí)現(xiàn)RS-232電平信號(hào)到RS-485總線信號(hào)的轉(zhuǎn)換，隔離電壓為3000VDC。主控計(jì)算機(jī)以RS-485總線協(xié)議實(shí)現(xiàn)與各功能模塊的控制通信。 　　用VisualBasic6.0集成開(kāi)發(fā)環(huán)境開(kāi)發(fā)高壓電源的控制軟件。其控制功能包括：高壓電源的開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)和故障復(fù)位;實(shí)時(shí)獲取電源運(yùn)行狀態(tài);調(diào)節(jié)輸出電壓值和輸出電壓值的實(shí)時(shí)測(cè)量及通信端口檢測(cè)等。通過(guò)在控制軟件中設(shè)計(jì)特殊的定時(shí)器，主控計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)獲取電源的運(yùn)行狀態(tài)和輸出高壓值。 [align=center] 圖2. 高壓電源的控制原理圖[/align] 4 通信軟件設(shè)計(jì) 　　主控計(jì)算機(jī)的控制軟件主要包括主要包含通信模塊、控制功能模塊、數(shù)據(jù)顯示與處理模塊。其中控制功能模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓電源的遠(yuǎn)程開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)、故障復(fù)位、輸出電壓調(diào)節(jié)和電源運(yùn)行狀態(tài)顯示等功能。通過(guò)通信控制軟件實(shí)現(xiàn)與各功能模塊的數(shù)據(jù)通信。當(dāng)計(jì)算機(jī)端發(fā)送數(shù)據(jù)給高壓電源時(shí)，安裝在電源內(nèi)部的相應(yīng)的功能模塊會(huì)返回對(duì)應(yīng)的指令符，將執(zhí)行結(jié)果顯示在操作界面上。每一個(gè)控制指令指令中包含的地址和控制數(shù)據(jù)是以字符串的方式傳輸?shù)较鄳?yīng)的控制模塊，各模塊根據(jù)主控計(jì)算機(jī)發(fā)送的模塊地址和指令相應(yīng)的操作。 　　VB6.0提供了許多供用戶(hù)選擇的控件，其中MSComm32.OCX是用于串行通信的控件。MSComm通信控件具有豐富的用于串口通信的屬性及事件，可以創(chuàng)建全雙工、事件驅(qū)動(dòng)、高效實(shí)用的通信程序。 　　Microsoft Communications Control（以下簡(jiǎn)稱(chēng)MSComm）是Microsoft公司提供的簡(jiǎn)化Windows下串行通信編程的ActiveX控件，它為應(yīng)用程序提供了通過(guò)串行接口收發(fā)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)便方法。可以用它創(chuàng)建全雙工、事件驅(qū)動(dòng)、高效實(shí)用的通信程序。具體的來(lái)說(shuō)，它提供了兩種處理通信的方法：一是事件驅(qū)動(dòng)（Event-driven）方法，一是查詢(xún)法。 　　事件驅(qū)動(dòng)方法，事件驅(qū)動(dòng)通訊是處理串行端口交互作用的一種非常有效的方法。在串口接收到或發(fā)送完指定數(shù)量的數(shù)據(jù)時(shí)，或當(dāng)狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，MSComm控件都觸發(fā)OnComm事件。OnComm 事件還可以檢查和處理通訊錯(cuò)誤。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是程序響應(yīng)及時(shí)，可靠性高。每個(gè)MSComm 控件對(duì)應(yīng)著一個(gè)串行端口。如果應(yīng)用程序需要訪問(wèn)多個(gè)串行端口，必須使用多個(gè) MSComm 控件。 　　查詢(xún)方法，查詢(xún)方式實(shí)質(zhì)上還是事件驅(qū)動(dòng)，但在有些情況下，這種方式顯得更為便捷。在程序的每個(gè)關(guān)鍵功能之后，可以通過(guò)查詢(xún)MSComm 控件的某些屬性，如CommEvent 屬性和InBufferCount屬性的值來(lái)檢測(cè)事件和通信錯(cuò)誤。如果應(yīng)用程序較小，并且是自保持的，這種方法可能是更可取的。 　　以上兩種通信方式都可以達(dá)到數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的目的，至于使用什么方式，必須根據(jù)實(shí)際的系統(tǒng)環(huán)境而定。對(duì)于高壓電源的控制通信軟件采用查詢(xún)法來(lái)設(shè)計(jì)。通信子程序的功能是將主控計(jì)算機(jī)發(fā)送的命令字符串傳輸?shù)絉S-485總線上，不同的控制模塊接收命令字符串，只有與命令字中所包含的地址信息相同的模塊才執(zhí)行相應(yīng)的控制功能并返回執(zhí)行結(jié)果的字符串，通信軟件子程序清單如下： 　　Private Sub sendadv（Outstring, n） 　　MSComm1.CommPort = Comm_Port ’選擇RS232通信端口 　　MSComm1.Settings = "9600,N,8,1" ’設(shè)置波特率、檢驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位、停止位 　　MSComm1.InputLen = 512 ’設(shè)置緩沖區(qū)大小 　　MSComm1.PortOpen = True ’打開(kāi)串行口 　　MSComm1.RThreshold = n 　　MSComm1.Output = Outstring + Chr（13） ’發(fā)送以回車(chē)符結(jié)束標(biāo)志的字符串 　　Do Until MSComm1.InBufferCount > 0 　　DoEvents 　　Error_Flag = Error_Flag + 1 　　If Error_Flag > 1000 Then 　　Error_info = "發(fā)送控制指令失敗!" 　　ok = MsgBox（Error_info, vbOKOnly + vbExclamation） 　　GoTo Return1 　　End If 　　Loop 　　Instring = MSComm1.Input 　　… … 　　Return1: 　　MSComm1.PortOpen = False 　　End Sub 5 模塊初始化 　　ADAM-4000系列模塊都有相應(yīng)的指令集以便控制軟件實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能，各模塊的指令字是ASCII字符的形式?？刂栖浖砸?guī)定的指令格式將指令發(fā)送到相應(yīng)的模塊，就可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。在控制軟件中，首先對(duì)各功能模塊進(jìn)行初始化，包括對(duì)各模塊的地址、波特率、輸入輸出模式和模塊類(lèi)型等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。對(duì)模塊進(jìn)行設(shè)置的指令以字符串形式發(fā)送出去，以回車(chē)符為結(jié)束標(biāo)志。在控制軟件啟動(dòng)時(shí)對(duì)各模塊分別初始化如下： 　　… … 　　Outstring = "%0101400600" ’設(shè)置4050的地址為01H，I/O模塊，波特率為9600。 　　n = Len（Outstring） 　　Call sendadv（Outstring, n） ’調(diào)用通信子程序 　　Outstring = "%0202000603" ’設(shè)置4024的地址為02H，波特率為9600，輸出模擬量上升斜率。 　　n = Len（Outstring） 　　Call sendadv（Outstring, n） 　　Outstring = "$027C0R32" ’設(shè)置4024的0號(hào)通道的電壓輸出范圍是 -10V-+10V。 　　n = Len（Outstring） 　　Call sendadv（Outstring, n） 　　Outstring = "%0303080600" ’設(shè)置4017的地址為03H，模擬量輸入范圍是±10V，波特率為9600。 　　n = Len（Outstring） 　　Call sendadv（Outstring, n） 　　… … 6 結(jié)論 　　基于分布式模塊的直流高壓電源的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，具有高分辨率的數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，滿(mǎn)足了對(duì)高壓電源輸出調(diào)節(jié)精度要求。由于采用RS485總線控制方式，系統(tǒng)具有較強(qiáng)的靈活性和可擴(kuò)充性;由于采用隔離通訊控制方式，系統(tǒng)的安全性和可靠性得到提高。通過(guò)高壓電源遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)，減少了實(shí)驗(yàn)人員直接在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地調(diào)節(jié)高壓電源輸出的操作，使實(shí)驗(yàn)人員通過(guò)主控計(jì)算機(jī)就可以了解高壓電源的運(yùn)行狀態(tài)及輸出高壓值。經(jīng)過(guò)反復(fù)的調(diào)試和可靠性測(cè)試，達(dá)到了電源遠(yuǎn)程控制的要求。本文作者創(chuàng)新點(diǎn)是利用分布式模塊實(shí)現(xiàn)高壓直流電源的高精度遠(yuǎn)程控制，保證了物理實(shí)驗(yàn)人員地操作安全，在工程實(shí)踐中具有很好的推廣價(jià)值。 參考文獻(xiàn)： 　　[1]范逸之, 陳立元. 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