CC BY
107
Солодимов И.А. СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ПРОЦЕССА ОТКАЧКИ ВАКУУМНЫХ КОММУТИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ
Вакуумные коммутирующие устройства (ВКУ) широко используются в радиотехнической аппаратуре для коммутации высоких напряжений и больших токов в наносекундном диапазоне. Областью применения ВКУ является стационарная и бортовая аппаратура связи, комплексы радиоэлектронного противодействия, антенно-фидерные устройства и т.д.
Коммутационные характеристики ВКУ в значительной степени зависят от степени разрежения газа (вакуума) внутри его рабочей камеры, характеризуемой абсолютным давлением. Так, для коммутации напряжений с действующим значением от 5 кВ и более в частотном диапазоне от 1 до 120 МГц абсолютное давление в рабочем объеме камеры ВКУ должно быть не менее 10-6 Па. Столь низкое давление обеспечивается путем удаления газа не только из рабочего объема камеры ВКУ, но и из материалов внутренних элементов конструкции. При этом если процесс удаления газа из рабочего объема ВКУ протекает при нормальной температуре и занимает от нескольких секунд до десятка минут (в зависимости от откачиваемого объема), то процесс удаления газа из материалов (обезгаживание) протекает при высокой температуре (до 500 °С) и занимает продолжительное время (до нескольких часов). В вакуумной
технике процесс удаления газа получил название - откачка, а установки для выполнения данной операции принято называть откачными постами.
В настоящее время процесс измерения и регулирования давления на откачных постах осуществляется вакуумметрами типов ВИТ-2П и ВМБ-8, температура - измерителями-регуляторами типа Щ-4 501. Для регистрации данных используются механические самописцы типа Н-3 0 9. Данные приборы характеризуются невысокой точностью измерения, большими массогабаритными размерами, низкой степенью автоматизации, сводящейся в основном к организации сигналов блокировки на исполнительные механизмы.
В связи с ужесточением требований к качеству ВКУ возникла необходимость разработки точных, быстродействующих систем для измерения параметров откачки. Промышленный выпуск ВКУ предполагает использование нескольких откачных постов, которые согласно требованиям вакуумной гигиены и техники безопасности размещаются в специально оборудованных помещениях на расстоянии не менее 5м друг от друга. Для получения оперативной информации о ходе процесса откачки со всех постов целесообразно организовать передачу данных на единый центральный пульт управления, с помощью которого можно осуществлять обработку полученной информации, регистрацию, запись в базу данных, вывод необходимых данных на экран монитора персонального компьютера для наблюдения за ходом процесса откачки. Для передачи данных рационально использовать беспроводную сеть, так как она не требует затрат как на кабель, так и на его прокладку, отличается сравнительно низкой стоимостью используемых комплектующих, простотой ввода в эксплуатацию и гибкой архитектурой.
На рисунке 1 приведена структурная схема системы мониторинга процесса откачки ВКУ. Система состоит из десяти откачных постов (0П1...0П10) и единого центрального пульта управления (ЕЦПУ). В состав ОП входят стандартные датчики температуры (ДТ) и датчики вакуума. В качестве ДТ используется безынерционная кабельная термопара типа ТХК. Процесс откачки осуществляется в два этапа. Для каждого этапа используется свой датчик вакуума: для первого этапа - термопарный датчик низкого
вакуума (ДНВ), для второго этапа - ионизационный датчик высокого вакуума (ДВВ). Датчики установлены в вакуумной камере (ВК) откачного поста. Сигнал с ДТ усиливается нормирующим усилителем (НУ1), преобразуется в код с помощью АЦП1. Для обеспечения рабочего режима ДНВ используется ЦАП и преобразователь напряжения в ток. Выходной сигнал с датчика ДНВ усиливается усилителем НУ2, преобразуется в код с помощью АЦП2. Выходным параметром ДВВ является ток ионизации, измеряемый с помощью интегратора (ИНТ) и формирователя интервалов измерений (ФИИ). Для создания процесса ионизации в ДВВ используется источник высокого напряжения (ИВН), состоящий из источника опорного напряжения (ИОН) и умножителя напряжения (УН). Преобразованные в код сигналы с датчиков поступают в микропроцессор (МП). Информация об измеряемом давлении и температуре выводится на жидкокристаллический индикатор (ЖКИ), в энергонезависимой памяти (ЭНП) занесены индивидуальные градуировочные коэффициенты функций преобразования датчиков. Регулирование процесса откачки осуществляется с помощью МП, где хранятся требуемые уровни давления для каждого уровня откачки (уставка). В случае превышения измеряемым давлением заданной уставки МП передает команду на блокировочное устройство (БУ) и далее на исполнительный механизм (ИМ), управляющий работой откачных насосов.
Рисунок 1. Система мониторинга процесса откачки ВКУ.
Управление ОП может осуществляться как в ручном режиме, с помощью пульта управления (ПУ), так и дистанционно с помощью единого центрального пульта управления (ЕЦПУ) посредством радиомодема
(РМ).
Для организации беспроводной передачи данных была выбрана технология ZigBee [1], разработанная Институтом инженеров электротехники и электроники IEEE (США), предназначенная для мониторинга и контроля распределенной сети датчиков и для управления технологическими процессами и промышленным оборудованием по радиоканалу.
Технология ZigBee позволяет устройствам автоматически входить в сеть и выходить из сети. Структура стека ZigBee состоит из программной и аппаратной части. В программной части реализуется код, написанный по спецификации ZigBee, в аппаратной части - механизм PHY (Physical Layer Protocol - физический радиочастотный уровень) и уровень доступа к среде МАС (Media Access Control -управление доступом к носителю). Организация сети мониторинга процесса откачки выполнена по топологии «звезда», то есть ЕЦПУ является маршрутизатором, а ОП являются конечными устройствами.
Радиомодем реализован на микросхеме СС2430 [2], выпускаемой фирмой Texas Instruments
(Chipcon). PHY-уровень микросхемы состоит из радиотрансивера, МАС-уровень обеспечивает поддержку стека ZigBee и состоит из микроконтроллера с архитектурой типа 8051, Flash-памяти до 128 Кбайт, оперативной памяти 8 Кбайт, таймеров с различными функциями. Благодаря высокой интеграции системы на кристалле для ее включения требуется только антенна и минимум внешних компонентов.
Мониторинг процесса откачки с помощью беспроводной технологии ZigBee позволит значительно повысить качество ВКУ за счет оперативного получения данных и возможности быстрого принятия мер в случае некорректной работы какого-либо откачного поста, входящего в систему.
1. www.zigbee.org
2. www.compel.ru
Литература
