一种kJ脉冲激光器控制系统技术方案

一种kJ脉冲激光器控制系统采用优化的高可靠性控制模型，硬件设计为以太网和EtherCAT总线混合型架构基础上的分区集中的分布式计算机控制系统，软件设计为基于CORBA中间件C/S调用模式的三层结构体系。kJ脉冲激光器控制系统只通过一套PLC控制系统、一套EtherCAT总线运动控制系统、四台交换机和二台同步机，就能满足在较小的空问、恶劣的电磁环下对分布分散的控制对象进行有序控制，实现装置正常打靶工作的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种kJ脉冲激光器控制系统所属
本专利技术涉及一种控制系统，尤其涉及一种kJ脉冲激光器控制系统。
技术介绍
kJ脉冲激光器用于提供背光照明光源，其控制系统作为“神经中枢”，对整个激光器的控制对象进行有序控制，与加速器装置同步工作，完成装置正常打靶运行和测试、维护。按照总体配置，kJ脉冲激光器由前端系统、预放大系统、主放大系统、靶场系统、光束控制与参数测量系统和控制系统等六大系统组成口]。控制系统多以分系统为单位进行控制系统设计，这种设计模式的资源利用率低，控制设备占用空间较大，不适用于受限环境。kJ脉冲激光器建设在一个占地面积4001712左右的空间内，各控制单元间距离远，分布分散。kJ脉冲激光器功能复杂，控制设备的种类和数量多，主要有：近百个步进电机、真空泵组、传感器(包括温度、湿度、气体流量、压力等)、高压源(包括预放大系统能源、主放大系统能源和主光路电光开关的驱动)、温控系统、气体控制阀门、几十台CCD、光路准直模拟光源、示波器、能量测量卡记等。kJ脉冲激光器在加速器装置打靶时同步工作。加速器装置瞬态发射时的电流特别大，使得kJ脉冲激光器工作在强电磁干扰环境下。另外，激光器的各种高压源工作时也是瞬态单次放电的强电磁干扰源，影响周围控制设备的正常工作。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了最大限度优化资源配置，减小设备占地空间，设计了一种kJ脉冲激光器控制系统。本专利技术解决其技术间题所采用的技术方案是。kJ脉冲激光器控制系统由6个控制分区组成，分区间通过光纤以太网络连接，形成一个完整、协调统一的操作控制平台，完成系统打靶运行和维护所需的监测、控制和数据管理任务。kJ脉冲激光器控制系统采用以太网和EtherCAT总线混合型架构。所述的以太网为基础网络，实现从现场层到管理层的无缝信息集成，并提供一个开放的基础架构。各个控制分区都配置了二层的网络交换机。全系统的交换机都基于MAC寻址，保证网络触发能在最小的延迟下广播到整个网络。核心交换机位于控制间，它提供到控制系统每一个汇聚交换机的连接，使得任何两个分系统间通信只经过一到两个交换机，保证点对点间的延迟最低。控制系统的信息传输特点是瞬态、实时的，数据吞吐量大，因此以太网采用1000Mbit/s网速。所述的EtherCAT总线是一个可用于现场控制的超高速I／O网络，使用主从模式介质访间控制，各从站通过EtherCAT总线与主站相连，整个系统由主站进行控制；EtherCAT总线用于实现步进电机的实时控制。所述的各控制分区的网络和总线采用光纤通信，以实现电气隔离，避免相互间的电磁干扰。所述的系统有一台微秒同步机和一台纳秒同步机，为实现远距离、低抖动传输，同步信号通过光纤传输到各控制现场，在终端经过光电转换成电脉冲信号，触发激光装置工作。同步机有两种工作模式：内时钟模式和外触发模式。内时钟模式主要用于kJ脉冲激光器独立运行。同步机工作在外触发模式时，由加速器装置启动同步机工作，实现与加速器装置同步打靶任务。所述的微秒同步机提供20路微秒同步信号，用于启动能源装置充电和示波器等测量设备工作。所述的纳秒同步机提供20路纳秒同步信号，用于实现激光装置的发射精确时序控制。所述的系统在控制间设置一台服务器，安装SQLSERVER数据库管理系统。服务器单元为全系统数据管理、控制监测及其他应用服务提供硬件平台。用于部署CORBA通用服务、中间层集成服务程序和运行支撑环境，并负责实验数据的存储和管理。所述的系统的现场设备层网络处于控制系统的最底层，用于连接现场传感器、执行机构、远程I/O、数据采集器等现场设备，工作环境恶劣且为实时控制。所述的现场控制信号主要有：串口、数字I／O，4～20mA模拟I／O、接点信号。串口通信采用光纤通过串口服务器接入以太网，数字I／O、模拟I／O、接点信号和电源控制通过PLC控制器接入以太厂网，需要大规模参数计算、复杂逻辑控制和通信数据大的分区增加FEP设备。所述的控制系统设计了两级数据库模式，公用数据库和专用数据库。公用数据库主要保存公用信息库及完整的子系统参数及试验数据。各控制FEP上配置现场控制的专用数据库。本专利技术的有益效果是。kJ脉冲激光器控制系统只通过一套PLC控制系统、一套EtherCAT总线运动控制系统、四台交换机和二台同步机，就能满足在较小的空间、恶劣的电磁环境下对分布分散的控制对象进行有序控制，实现装置正常打靶工作的要求。具体实施方式由于控制对象是分散分布的，工作在强电磁干扰环境下，因此，kJ脉冲激光器控制系统设计为一个分区集中控制的分散式计算机控制系统心。将激光装置大厅及靶场等各部分的控制、检测点划分成六个控制分区，分区间通过光纤以太网络连接，形成一个完整、协调统一的操作控制平台，完成系统打靶运行和维护所需的监测、控制和数据管理任务。kJ脉冲激光器控制系统采用以太网和EtherCAT总线混合型架构。以太网为基础网络，实现从现场层到管理层的无缝信息集成，并提供一个开放的基础架构。各个控制分区都配置了二层的网络交换机。全系统的交换机都基于MAC寻址，保证网络触发能在最小的延迟下广播到整个网络。核心交换机位于控制间，它提供到控制系统每一个汇聚交换机的连接，使得任何两个分系统间通信只经过一到两个交换机，保证点对点间的延迟最低。控制系统的信息传输特点是瞬态、实时的，数据吞吐量大，因此以太网采用1000Mbit／s网速。EtherCAT总线是一个可用于现场控制的超高速I／O网络，使用主从模式介质访间控制，各从站通过EtherCAT总线与主站相连，整个系统由主站进行控制。EtherCAT总线用于实现步进电机的实时控制。各控制分区的网络和总线采用光纤通信，以实现电气隔离，避免相互间的电磁干扰。kJ脉冲激光器需要单次的精密时间间隔的工作时序脉冲来触发整个激光装置有序运行，整个时序过程约需1ms，时序脉冲的时间间隔抖动要求小于±1ns，并且根据要求可调整各脉冲的时间间隔阻。本专利技术设计了一台微秒同步机和一台纳秒同步机。微秒同步机提供20路微秒同步信号，用于启动能源装置充电和示波器等测量设备工作。纳秒同步机提供20路纳秒同步信号，用于实现激光装置的发射精确时序控制。为实现远距离、低抖动传输，同步信号通过光纤传输到各控制现场，在终端经过光电转换成电脉冲信号，触发激光装置工作。同步机有两种工作模式：内时钟模式和外触发模式。内时钟模式主要用于kJ脉冲激光器独立运行。同步机工作在外触发模式时，由加速器装置启动同步机工作，实现与加速器装置同步打靶任务。在控制间设置一台服务器，安装SQLSERVER数据库管理系统。服务器单元为全系统数据管理、控制监测及其他应用服务提供硬件平台。用于部署CORBA通用服务、中间层集成服务程序和运行支撑环境，并负责实验数据的存储和管理。现场设备层网络处于控制系统的最底层，用于连接现场传感器、执行机构、远程I/O、数据采集器等现场设备，工作环境恶劣且为实时控制。现场控制信号主要有：串口、数字I／O，4～20mA模拟I／O、接点信号。串口通信采用光纤通过串口服务器接入以太网，数字I／O、模拟I／O、接点信号和电源控制通过PLC控制器接入以太厂网，需要大规模参数计算、复杂逻辑控制和通信数据大的分区增加FEP设备。控制系统软件设计为三层结构体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种kJ脉冲激光器控制系统,由6个控制分区组成，分区间通过光纤以太网络连接，形成一个完整、协调统一的操作控制平台，完成系统打靶运行和维护所需的监测、控制和数据管理任务；kJ脉冲激光器控制系统采用以太网和EtherCAT总线混合型架构。

【技术特征摘要】
1.一种kJ脉冲激光器控制系统,由6个控制分区组成，分区间通过光纤以太网络连接，形成一个完整、协调统一的操作控制平台，完成系统打靶运行和维护所需的监测、控制和数据管理任务；kJ脉冲激光器控制系统采用以太网和EtherCAT总线混合型架构。2.根据权利要求1所述的一种kJ脉冲激光器控制系统，其特征是所述的以太网为基础网络，实现从现场层到管理层的无缝信息集成，并提供一个开放的基础架构；各个控制分区都配置了二层的网络交换机；全系统的交换机都基于MAC寻址，保证网络触发能在最小的延迟下广播到整个网络；核心交换机位于控制间，它提供到控制系统每一个汇聚交换机的连接，使得任何两个分系统间通信只经过一到两个交换机，保证点对点间的延迟最低；控制系统的信息传输特点是瞬态、实时的，数据吞吐量大，因此以太网采用1000Mbit/s网速。3.根据权利要求1所述的一种kJ脉冲激光器控制系统，其特征是所述的EtherCAT总线是一个可用于现场控制的超高速I／O网络，使用主从模式介质访间控制，各从站通过EtherCAT总线与主站相连，整个系统由主站进行控制；EtherCAT总线用于实现步进电机的实时控制。4.根据权利要求1所述的一种kJ脉冲激光器控制系统，其特征是所述的各控制分区的网络和总线采用光纤通信，以实现电气隔离，避免相互间的电磁干扰。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭琳，
申请(专利权)人：郭琳，
类型：发明
国别省市：辽宁,21