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中国科学院上海应用物理研究所上海光源波荡器及段间控制系统

上海光源是一台高性能第三代同步辐射光源,它的英文全名为Shanghai Synchrotron Radiation facility,简称SSRF。它是我国迄今为止最大的大科学装置和大科学平台,在科学界和工业界有着广泛的应用价值,每天能容纳数百名来自全国或全世界不同学科、不同领域的科学家和工程师在这里进行基础研究和技术开发。

        同步辐射是由以接近光速运动的电子在磁场中作曲线运动改变运动方向时所产生的电磁辐射,其本质与我们日常接触的可见光和X光一样,都是电磁辐射。为了将需要的特定光源引出到线站(实验场所)需要制造一套EPU控制系统(改变磁隙大小)。


        技术难点:

        1、控制精度要求高,最终的定位重复精度5微米。

        2、控制中要求其中4个电机和2个电机分别作同步运动。同步精度为5微米。

        3、由于EPU设备中具有永磁结构,磁场干涉导致没有运动的轴也会受影响。

        4、因为最终的中央控制通过EPICS控制,需要解决PLC与上层控制通讯接口问题。


       解决方案:

        1、因为定位控制精度要求高,首先考虑采用了西门子的伺服控制系统,利用伺服电机的定位精度高的特性保证控制输出。同时在设在EPU设备的几个运动轴的最终侧配置了海德汉绝对值光栅尺LC481。光栅尺的分辨率是0.1微米,整个精度是3微米。这样就能保证测量的最终定位重复精度在5微米的要求。有效解决了最终定位精度5微米的控制要求问题。

        2、本控制对同步的定位精度要求也很高。控制系统最终采用了西门子MASTERDRIVE系统。这个系统的伺服驱动器本身就接了伺服电机的编码器,同时可以直接接海德汉光栅尺。实现了速度环和位置环的同步反馈确保同步性能。并且该系统驱动器之间使用SIMOLINK光纤连接。在给出运动定位输出前,各个驱动器先一步进行同步给出协调。使得各个电机之间的同步输出进一步得到保证。

        3、当其中2个侧向电机移动的时候,由于本设备的磁场干扰因素,导致在正面4个电机控制的磁隙上会有10微米左右的变化。为了能使最终调节的位置符合客户要求。经过多次测试,对软件程序进行修改。增加了实时定位修补程序。实现了客户要求。

        4、与上层通讯接口问题。考虑到欧洲科研机构曾经与西门子PLC通讯成功的例子。翻阅了一些欧洲科研机构的技术文档,最后确定使用西门子S7-300PLC。经过不断编程并与客户的EPICS系统反复测试。最后完美的对接成功。












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