用于波荡器运动控制系统的远程断电重启系统及方法

本发明涉及一种远程断电重启系统及方法，其应用于同步辐射光源和自由电子激光装置的波荡器运动控制领域。

背景技术：

1、波荡器是上海同步辐射光源、上海软x射线自由电子激光装置及上海硬x射线自由电子激光装置的关键部件，也是国内外各先进加速器光源装置争相研制的关键部件，它是一种空间周期性磁场结构装置，由一系列正、负极性交替变化的磁铁组成。电子在周期性磁场的作用下，从加速器来的高能电子进入波荡器后，在磁场力的作用下，电子被迫产生振荡，从而产生x射线等辐射光，辐射光再引导到光束实验线站，供用户开展科学研究。一般通过调节波荡器的上下磁极间隙（gap）、上下磁极夹角（taper）来改变磁场强度，调节光的波长。

2、运动控制系统是波荡器的重要组成部分，其主要任务是完成包括波荡器上、下磁极间隙gap、上下磁极夹角（taper）的高精度运动调节等。plc控制器、驱动器、电机及光栅尺是运动控制系统的关键部件，因波荡器运动控制系统的需求，plc控制器、驱动器、光栅尺及电机都置于同步辐射光源、自由电子激光装置的隧道内，其中plc控制器和驱动器安装在从站控制箱内，电机安装在波荡器的磁极顶部和磁极底部的机架上，光栅尺安装在磁极大梁两端。根据国内外粒子同步辐射光源和自由电子激光装置的运行维护经验，因plc控制器、驱动器、光栅尺及电机等属于电气元件，尽管这些电气元件有辐射防护屏蔽罩保护，但是在加速器隧道中还会受到的辐射影响，出现以下现象：

3、（1）导致电机不能正常使能操作；

4、（2）plc控制器和驱动器出现“死机”现象、不能正常复位操作；

5、（3）特别高精度位置反馈元件光栅尺最容易受到辐射干扰，出现位置反馈值“跳变”、“死机”现象较多。

6、因此必须保证plc控制器、驱动器、电机、光栅尺的正常工作，否则将直接影响波荡器的正常工作，导致同步辐射光源或自由电子激光装置不能为实验用户持续供光。

7、针对上述问题，现有技术，通常需要工作人员到波荡器的本地控制机柜（即主站控制机柜）以对从站控制机箱断电重启，恢复plc控制器或驱动器或电机或光栅尺的正常工作。但是由于同步辐射光源或自由电子激光装置要求全天持续运行，而专业工作人员需要花费一定时间才能赶赴本地机柜（即主站控制机柜）现场解决问题，造成不能快速高效解决问题，所以会给同步辐射光源或自由电子激光装置的运行维护带来不便。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于波荡器运动控制系统的远程断电重启系统及方法，使得值班人员在同步辐射光源或自由电子激光装置的中央控制室就可对plc控制器、驱动器或光栅尺实现断电重启，恢复其正常工作，简单可靠，易于操作，为同步辐射光源或自由电子激光装置的运行维护提供了便利。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种用于波荡器运动控制系统的远程断电重启系统，包括依次连接的远程操作接口、ethercat环网控制结构和断电重启主电路；

3、所述ethercat环网控制结构，包括主控制器、与主控制器连接的ethercat网络开关、以及依次串联并通过ethercat网络开关首尾连接的n个从站控制机箱，每个从站控制机箱包括依次连接的首端ethercat耦合器、数字输出模块和末端ethercat耦合器，n为正整数；

4、所述断电重启主电路设于220v交流电源的火线和零线之间，其包括交流220v转直流24v电源模块、交流220v转直流5v电源模块、plc控制器电源、驱动器电源、光栅尺电源、第一接触器、第二接触器、以及第一中间继电器、第二中间继电器、第三中间继电器和第四中间继电器这四个中间继电器；

5、交流220v转直流24v电源模块的ac端口通过第一接触器的常开开关连接220v交流电源的火线，ac'端口连接220v交流电源的零线，并且具有负压输出端和正压输出端；

6、交流220v转直流5v电源模块的ac端口通过所述第一接触器的常开开关连接220v交流电源的火线，ac'端口连接220v交流电源的零线，并且具有负压输出端和正压输出端；

7、所述plc控制器电源的一端与交流220v转直流24v电源模块的负压输出端连接，另一端通过第三中间继电器的常开开关与交流220v转直流24v电源模块的正向输出端连接；

8、所述光栅尺电源的一端与交流220v转直流5v电源模块的负向输出端连接，另一端通过第四中间继电器的常开开关与交流220v转直流24v电源模块的正向输出端连接；

9、所述驱动器电源的一端通过第二接触器的常开开关与交流220v转直流5v电源模块的ac端口连接，另一端与220v交流电源的零线连接；

10、220v交流电源的火线和零线之间还设有彼此串联的第一中间继电器的常开开关和第一接触器的控制线圈，以及彼此串联的第二中间继电器的常开开关和第二接触器的控制线圈；

11、单个数字输出模块的第一、第二、第三、第四端口分别与第一中间继电器的控制线圈、第二中间继电器的控制线圈、第三中间继电器的控制线圈、第四中间继电器的控制线圈连接；

12、远程操作界面，安装在远程中央控制室的服务器上，其设置为响应于用户的操作，驱动主控制器来使数字输出模块的至少一个端口输出指定的逻辑信号，指定的逻辑信号的信号值为0或1。

13、每个从站控制机箱在其首端ethercat耦合器和末端ethercat耦合器之间还包括数字输入模块；

14、单个数字输入模块的第一、第二、第三、第四端口分别与第一中间继电器的常开开关、第二中间继电器的常开开关、第三中间继电器的常开开关、第四中间继电器的常开开关的低压侧触点连接。

15、所述波荡器运动控制系统包括由上磁极大梁和下磁极大梁组成的波荡器、plc控制器和驱动器；所述上磁极大梁的两端的每一端均通过一减速机和一滚珠丝杠与一电机连接，且均安装有一光栅尺，所述下磁极大梁的两端的每一端均通过一减速机和一滚珠丝杠与一电机连接，且均安装有一光栅尺；所述驱动器与电机连接。

16、所述的plc控制器和驱动器安装在从站控制机箱内，从站控制机箱与一主站控制机柜通信连接，所述主控制器安装在主站控制机柜内。

17、在其中一个端口的逻辑信号的信号值为0时，该端口所连接的中间继电器的控制线圈断开；在其中一个端口的逻辑信号的信号值为1时，该端口所连接的中间继电器的控制线圈闭合。

18、对于第一个从站控制机箱，其首端ethercat耦合器的以太网接口通过网线和ethercat网络与所述主控制器的其中一个接口连接；对于第一个从站控制机箱以外的其他从站控制机箱，其首端ethercat耦合器的以太网接口通过网线和ethercat网络与其上一个从站控制机箱的末端ethercat耦合器的以太网接口连接；对于最后一个从站控制机箱，其末端ethercat耦合器的以太网接口与所述主控制器的其中一个接口连接。

19、另一方面，本发明提供一种用于波荡器运动控制系统的远程断电重启方法，包括：

20、s0：提供上文所述的用于波荡器运动控制系统的远程断电重启系统；

21、s1：当主控制器上电后，利用所述用于波荡器运动控制系统的远程断电重启系统来远程为波荡器运动控制系统供电；

22、s2：在发生故障时，利用用于波荡器运动控制系统的远程断电重启系统对波荡器运动控制系统实施远程的断电重启。

23、所述步骤s1具体包括：

24、s11：当主控制器上电后，利用主控制器远程遥控远程断电重启系统内部的数字输出模块的所有端口输出一个信号值为1的逻辑信号并常保持，进而使得所有的中间继电器的控制线圈通电；

25、s12：第一中间继电器的控制线圈在通电后通过其常开开关的触点闭合动作来接通第一接触器的控制线圈，进而使得第一接触器的常开开关的触点闭合，进而接通220v交流电源；

26、s13：第二中间继电器的控制线圈在通电后通过其常开开关的触点闭合动作来接通第二接触器的控制线圈，进而使得第二接触器的常开开关的触点闭合，进而接通驱动器电源；

27、s14：第三中间继电器的控制线圈在通电后通过其常开开关的触点闭合动作来保持接通plc控制器电源；

28、s15：第四中间继电器的控制线圈在通电后通过其常开开关的触点闭合动作来保持接通光栅尺电源。

29、所述步骤s2具体包括：

30、当需要整个波荡器运动控制系统断电重启时，首先通过主控制器重新设置数字输出模块的第一端口，使其逻辑信号的信号值由1变为0，进而使得第一中间继电器的控制线圈失电，其常开开关的触点断开，第一接触器的控制线圈也随之断电，第一接触器的常开开关的触点断开，整个波荡器运动控制系统失去供电；随后，主控制器将数字输出模块的第一端口的逻辑信号的信号值恢复为1，使得第一中间继电器的控制线圈得电，第一接触器恢复波荡器运动控制系统的供电；

31、当需要波荡器运动控制系统的驱动器断电重启时，首先通过主控制器重新设置数字输出模块的第二端口，使其逻辑信号的信号值由1变为0，进而使得第二中间继电器的控制线圈失电，第二中间继电器的常开开关的触点断开，第二接触器的控制线圈也随之断电，第二接触器的常开开关的触点断开，驱动器电源断开；随后，主控制器将数字输出模块的第二端口的逻辑信号的信号值恢复为1，使得第二中间继电器的控制线圈得电，第二接触器的控制线圈通电，进而第二接触器的常开开关的触点闭合，以恢复驱动器电源；

32、当需要波荡器运动控制系统的plc控制器断电重启时，首先通过主控制器重新设置数字输出模块的第三端口，使其逻辑信号的信号值由1变为0，进而使得第三中间继电器的控制线圈失电，第三中间继电器的常开开关的触点断开，plc控制器电源断开；随后，主控制器将数字输出模块的第三端口的逻辑信号的信号值恢复为1，使得第三中间继电器的控制线圈通电，第三中间继电器的常开开关的触点闭合，以恢复plc控制器电源；

33、当需要波荡器运动控制系统的光栅尺断电重启时，首先通过主控制器重新设置数字输出模块的第四端口，使其逻辑信号的信号值由1变为0，进而使得第四中间继电器的控制线圈失电，第四中间继电器的常开开关的触点断开，光栅尺电源断开；随后，主控制器将数字输出模块的第四端口的逻辑信号的信号值恢复为1，使得第四中间继电器的控制线圈通电，第四中间继电器的常开开关的触点闭合，以恢复光栅尺电源。

34、每个从站控制机箱在其首端ethercat耦合器和末端ethercat耦合器之间还包括数字输入模块；

35、单个数字输入模块的第一、第二、第三、第四端口分别与第一中间继电器的常开开关、第二中间继电器的常开开关、第三中间继电器的常开开关、第四中间继电器的常开开关的低压侧触点连接；

36、所述远程断电重启方法还包括步骤s3：在远程操作接口，查看波荡器运动控制系统及其驱动器、plc控制器和光栅尺是供电还是断电状态，具体包括：

37、在远程操作接口查看数字输入模块的第一端口的状态，判断波荡器运动控制系统是供电还是断电状态；

38、在远程操作接口查看数字输入模块的第二端口的状态，判断波荡器运动控制系统的驱动器是供电还是断电状态；

39、在远程操作接口查看数字输入模块的第三端口的状态，判断波荡器运动控制系统的plc控制器是供电还是断电状态；

40、在远程操作接口查看数字输入模块的第四端口的状态，判断波荡器运动控制系统的光栅尺是供电还是断电状态。

41、本发明提供一种用于波荡器运动控制系统的远程断电重启系统及方法，值班人员在同步辐射光源或自由电子激光装置的中央控制室远程可以解决以下问题：

42、（1）加速器隧道辐射影响电机不能正常使能操作问题，

43、（2）加速器隧道辐射影响plc控制器和驱动器出现“死机”现象、不能正常复位操作问题，

44、（3）特别高精度位置反馈元件光栅尺最容易受到辐射干扰，出现位置反馈值“跳变”、“死机”现象较多。

45、本发明的用于波荡器运动控制系统的远程断电重启系统简单可靠，易于操作，为同步辐射光源或自由电子激光装置的运行维护提供了便利。