Блок управления источником питания Bertan 210

Разработка блока управления, позволяющего включить блок питания Bertan 210-30 в систему управления установкой. Выбор микроконвертера AduC, интерфейса RS-232 и протокола Modbus. Программное обеспечение. Функции программы. Создание библиотеки Modbus slave.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Содержание

Введение

1. Постановка задачи

1.1 Выбор инструментов

2. Реализуемое решение

2.1 Аппаратная часть

2.2 Программное обеспечение

Заключение

Список литературы

Введение

Установка ГДЛ, работающая в ИЯФ СО РАН, относится к классу открытых ловушек и служит для изучения плазмы. Цикл работы установки начинается с откачки вакуумной камеры, одновременно с этим в течение нескольких минут происходит зарядка энергонакопителей. Суммарный запас энергии в накопителях около 5 МДж. В процессе эксперимента запасённая энергия расходуется на создание магнитного поля, характерное время процесса- десятки миллисекунд. Плазма, создаваемая плазменной пушкой и нагреваемая мощными пучками нейтральных атомов, существует в течение 10мс. В процессе работы высоковольтного оборудования нередки случаи пробоев, при которых характерное время выброса энергии - десятки наносекунд.

Импульсный характер работы установки создаёт специфичные условия эксплуатации электронной аппаратуры.

Во-первых, на работу измерительных приборов влияет неэквипотенциальность поверхности установки. Разность потенциалов двух участков установки, удаленных друг от друга на 1 метр, достигает 40В. Это вызвано импульсным характером магнитного поля установки и паразитными токами, возникающими на поверхности установки.

Во-вторых, работающие устройства подвергаются воздействию электромагнитных помех в широком диапазоне частот.

Для обеспечения (качественной) связи между устройствами в таких условиях совершается дополнительное экранирование проводов, а также применяются гальванические развязки.

В указанных условиях удобней использовать цифровые линии связи, т.к. в сравнении с применением аналоговых линий, стоимость гальванических развязок и экранирования проводов будет значительно ниже. Для цифровых линий связи помехи не влияют на динамический диапазон сигналов. Использование кодов с коррекцией позволяет избегать потерь информации, но из-за возможных повторных передач данных уменьшается скорость работы линии.

Однако многие приборы имеют только аналоговый интерфейс. Можно выделить класс задач о включении аналогового устройства в систему управления установкой с применением цифровых линий.

Для реализации выбранного подхода будет необходимо, во-первых, совершать аналогово-цифровые и цифро-аналоговых преобразования в непосредственной близости от места получения сигнала, а во-вторых, осуществлять передачу данных по выбранному стандартному протоколу в систему управления и обратно.

Современная электроника позволяет решить эти задачи одним недорогим устройством, имеющим ЦАП и АЦП под управлением микропроцессорного ядра.

Однако это решение будет приемлемо только для узкого класса задач, из-за ограничений на быстродействие, количество каналов АЦП и объёмы передаваемых данных.

В то же время эти ограничения несущественны для некоторых задач.

Примером такой задачи, где возникает потребность преобразования сигнала в цифровую форму и дальнейшей передачи, является задача о включении трёх источников питания Bertan 210 в систему управления установкой ГДЛ. Удалённо управлять напряжением на выходе такого блока питания можно только посредством аналоговых сигналов.

Для подключения источника питания была поставлена задача разработать малогабаритное устройство, способное управлять блоком питания и контролировать его текущее состояние.

При приемлемой стоимости данное устройство может быть использовано для решения подобных задач управления относительно простыми приборами, при соблюдении указанных ограничений.

1. Постановка задачи

Блоки питания Bertan 210-30 [1], работающие сейчас на установке ГДЛ, представляют собой прецизионные высоковольтные лабораторные источники напряжения.

ИП Bertan 210-30, вид спереди ИП Bertan 210-30, вид сзади

Таблица 1. Характеристики источника питания Bertan 210-30

1	Выходное напряжение	От 0 до 30кВ
2	Выходной ток	От 0 до 4.5 мА
3	Стабильность	0,02% (поддерживается в течение 8 часов работы)
4	Пульсации	1.5 В
5	Температурный коэффициент	?50ppm/°C
6	Стабильность	?0.01%/час, 0.02% за 8 часов после 0.5 часа прогрева
7	Точность	Контроль напряжения: ±(0.25% от считанного + 0.25% от максимума) Контроль тока: ±(0.5% от считанного + 0.25% от максимума) Удалённое управление: ±(0.25% от установленного + 0.05% от максимума) в диапазоне от 1кВ до 30кВ Передняя панель: ±(0.25 от установленного + 0.05% от максимума) в диапазоне от 1кВ до 30кВ

Сейчас управление каждым блоком питания осуществляется мануально с помощью ручек на передней панели устройства. Значение выходного напряжения отслеживается исходя из показаний потенциометров и стрелочных приборов.

Удалённое управление и контроль над состоянием источника питания может осуществляться посредством разъёма на задней панели блока.

Таблица 2. Описание ножек разъёма для управления/контроля источника питания

№ контакта	Назначение
1	Контроль выходного напряжения, выходное сопротивление 10кОм (от 0 до -5В)
2	-
3	Разрешить / запретить генерацию высокого напряжения
4	Высокоточный выход напряжения -5V относительно аналоговой земли
5	Контроль выходного тока, выходное сопротивление 10кОм (от 0 до -5В)
6	Вход аналогового напряжения для удалённого контроля (от 0 до -5В)
7	Аналоговая земля
8	Цифровая земля
9	Индикатор полярности

Подачей на ножку №6 (Таблица 2, строка 6) этого разъёма напряжения, меняющегося в диапазоне от 0 до +5В, устанавливается значение выходного напряжения источника питания из доступного диапазона(от 0 до 30кВ). Зависимость выходного напряжения от напряжения, подаваемого на разъём, линейна.

Считывая значения напряжения на ножках №1 и №5, можно контролировать соответственно выходное напряжение и ток источника питания.

Отметим, что точность удалённого управления источника питания по напряжению составляет около 0.25% (Таблица 1, строка 7). Температурный коэффициент напряжения не превышает 50ppm/°C. Тогда точность и характеристика зависимости от температуры для подключаемого блока управления должны не ухудшать соответствующие параметры источника питания.

Для обеспечения точности не меньше 0.25% (точность БП) требуется ?9 разрядный ЦАП/АЦП в устройстве управления.

Разрабатываемому устройству необходимо передавать из системы управления устанавливаемое напряжение (слово разрядностью не менее 9 бит).

Для контроля над состоянием источника питания необходимо получать из блока управления следующие параметры:

- Выходное напряжение (слово разрядностью не менее 9 бит)

- Выходной ток (слово разрядностью не менее 9 бит)

- Полярность блока питания (1 бит )

Из чего следуют наличие у устройства управления блоком питания :

- 2 АЦП разрядностью ? 9 бит

- ЦАП разрядностью ? 9 бит

- 1 цифровой вход

- У ЦАП и АЦП тепловой коэффициент напряжения не больше 50ppm/°C

Время между запусками экспериментальной установки составляет десятки минут. Характерное время, необходимое для изменения...