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中国科学院上海应用物理研究所上海光源DEPU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DEPU控制系统。这个是国内第一套同时控制2个EPU。


        技术难点:

        1、单个EPU共有6个轴,两个EPU共有12个轴,再加上一个切换轴合计共有13个轴。要求控制机柜尽量少,并要确保完美切换。

        2、由于用户对磁场扫描的要求,运动控制需要走非线性曲线运动。

        3、需要实时保证同步高精度控制要求。


        解决方案:

        1、经过仔细研究,最终确定采用西门子SIMOTION运动控制系统。该系统由控制器、整流模块、电机模块、编码器模块等组成。整个系统仅需一个总的整流模块。然后根据需要配电机模块,还要双轴电机模块节省空间。编码器模块可以单独连接本系统所需的光栅尺。整个系统虽然要控制13个轴,最终只要1个半19英寸标准机柜就放下了。2个EPU框架不相同,为了完美切换,特意增加了切换位置限位,当检测到2个EPU都到达切换位置时方可切换。

        2、运动控制中因为有非线性曲线要求,对编程调试采用了不同传统PLC的编程方式。因为SIMOTION控制器支持IEC标准编程语言SCL,一种结构化文本的编程。所以为了实现用户要求采用了SCL语言编程。编程时设计了一个表格,将用户的非曲线要求的运动轨迹输入这个表格。运动时根据这个表格走阶梯逼近的方式。最后完美实现了用户要求。

        3、因为同步控制精度要求比较高。全部采用了海德汉LC483光栅尺。为了确保实时同步精度,编程流程图设计时进行了有针对的设想。考虑到SIMOTION支持多任务程序,编程时采用了2个任务同时执行的方案。一个任务是正常运动程序,另一个监控任务同时运行。一旦偏差超出需要校正给定值就走校正程序。结束后再回到正常运动程序。实际中发现同步精度控制的非常好。








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