基于PLC和组态软件的分布式光学组件控制系统

第３９卷第“期

哈尔滨工业大学学报

ＶｏＬ３９Ｎｎｌｌ

２Ｏ０

７年１１月

ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＡＲＢＩＮＩＮＳＴＩＴＵＴＥＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

Ｎｗ．２００７

基于ＰＬＣ和组态软件的分布式光学组件控制系统

富宏亚，韩振宇，王红亮

（哈尔滨工业大学机电工程学院，哈尔滨１５０００ｌ，Ｅ—ｍ枷：ｈｏｎ盯ａｆｕ＠ｈｉｔ．ｅｄｕ．ｃｎ）

摘要：采用集散控制的思想，建立了以ＰＬｃ为底层控制器，以组态软件作为集中管理软件的分布式控制系统．底层控制器利用ＲＳ４８５总线构建了工业控制网络，具有传输速度快，距离远，成本低的特点．利用０ＰＣ接口实现了组态软件与总控服务器的数据交互．该系统已经投入运行，应用效果良好．关键词：ＰＬｃ；组态软件；分布系统；ＲＳ一４８５通讯中图分类号：７Ｉ甲２７３

文献标识码：Ａ

文章编号：０３６７—６２３４（２００７）１１—１７４５—０３

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ｓｏｆｔｗａｒｅ；ｄｉｓｔ曲ｕｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ；ＲＳ４８５ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ

激光惯性约束核聚变是中国工程物理研究院咖ｌＳｙｓｔｅｍ）．ＰＬＣ以其特有的高可靠性和不断增

强的功能，使它在集散中发挥着越来越重要的作用，并且有取代专用Ｄｃｓ控制器的趋势‘２ ３Ｉ．１

控制系统的功能和结构

根据物理实验的要求，原型装置的靶场系统

需要将１２束激光从真空靶室的上方和下方以一定的角度射人真空靶室并经三倍频器、聚焦透镜精确引导至靶点（激光在靶场将依次经过大口径高精度反射镜架模块、终端光学组件模块）．以此为基础，针对核聚变的前沿性物理问题展开探索性实验研究．

光学组件运动控制系统包括反射镜架模块与终端光学组件模块两大部分，共同调节１２束激光Ｃｏｎ一

准直至物理实验靶的指定位置．图１给出了控制系统的结构框图．运动控制系统的设计功能是，“本地控制”工控机（ＩＰＣ）根据“远程集中控制”系统的指令完成各个光路的准直调节，状态监控，

万　

方数据Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｏｆｈａｒｅ嬲ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄｗｈｉｃｈｔｉｏｎａｎｄＫｅｙ承担的国家级科学研究项目，其目标是利用强激光轰击氘氚靶丸，产生受控惯性约束核聚变而释放出聚变能．其中原型装置靶场光电控制系统是保证多路激光束精确引导、投射、基频倍频、精确聚焦的重要组成部分．它首先需要根据靶场反射光路的实际情况自动调整投射和引导反射镜的姿态完成激光的准直引导，然后控制三倍频晶体的匹配角使打靶激光能够按最佳角度入射到ＫＤＰ晶体中，最后精确修正聚焦透镜的离焦量将激光的焦斑调整到坐标系的基准点¨Ｊ．系统要求的设计精度非常高，由靶场瞄准定位控制系统所引入的误差不超过ｌＯ斗ｍ，并且运动机构多且分散，对控制及监控系统在设计理论和技术方案实施方面都提出了很高的要求．适应这种控制要求的系统，

一般称之为集散控制系统（ＤＣＳ，Ｄｉｓｔ曲ｕｔｅｄ

收稿日期：２００５一ｌｌ一２４．

作者简介：富宏亚（１９６３一），男，博士，教授

哈尔滨工业大学学报第３９卷

参数和重要数据记录等工作，从而为激光发射做准备．

嚣程月臣务器｛

Ｉ运动控制系统

１２套反射镜

１２套光学组件

ｌ引导反射镜模块妞射反射镜模劂

倍频器模块

聚焦透镜模块

ｌ

一引导镜俯仰

一投射镜俯仰

一倍频器俯仰

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一倍频器侧摆

倍频器横滚

图１系统结构框图

由于控制电机数量较多（４８台伺服电机和４８台真空步进电机），而且空间位置分散，因此光学组件控制及监测系统采用了分布式控制技术，通过工业控制网络组成先进的过程控制系统和实时、可靠的监控系统．由上位监控计算机对系统进行全面的监控和管理；由安装在现场的４８台日本松下公司型号为ＦＰ—ｅ的ＰＬＣ控制器作为下位控制器与现场电气设备和执行机构直接连接，执行可靠、有效、具体的分散控制．系统的上位ＩＰｃ与现场的各ＰＬｃ控制器距离通常较远，为保证系统的可靠性，采用ＲＳ４８５标准总线网络进行数据传输，这样就构成了分布式控制网络．由于采用了网络拓扑结构，系统扩充非常方便灵活，可适用不同规模系统的控制要求．

系统的控制器和执行机构较多，因此，在设计控制箱时采用了模块化的设计思想．每路激光的控制由８个运动轴单元构成：引导反射镜俯仰轴和侧摆轴，投射反射镜俯仰轴和侧摆轴，倍频器俯仰轴、侧摆轴和滚动轴，以及透镜移动轴．每路激光的电机控制集中在两个控制箱中，分别称作反射镜架控制箱与终端光学组件控制箱，作为分布式控制网络的终端．每一个运动轴的控制由ＰＬＣ、驱动器、电机、通讯适配器等组成．各控制箱与工控机之间同Ｒｓ４８５总线进行信息传递．系统的硬

件配置如图２所示．工控机将位置指令发送给

ＰＬＣ，经驱动器功率放大后由电机带动精密丝杠螺母副驱动反射镜及终端光学组件运动．各运动坐标的极限位置由接近开关检测，以开关量信号形式输入ＰＬＣ进行处理．各光路反射镜、倍频器和透镜的调整电机可同时工作．

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Ｚ

糸貌迥吼

方糖、鬲、竹

系统采用Ｒｓ４８５标准总线，具有速度快（最

大位速率为１０Ｍｂｐｓ），传送距离远（９０ｋｂｐｓ速率

万　

方数据下可传输ｌ

２００

ｍ）的特点．ＲＳ４８５以差分平衡方

式传输信号，具有很强的抗共模干扰的能力，允许

一对双绞线上一个发送器驱动多个负载设备【４】．各节点下位Ｐ …… 此处隐藏：5510字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……