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作为生产医用同位素的重要装置,低能回旋加速器目前在商业领域主要依赖进口,对其进行自主开发与研究不仅能为加速器领域培养专业型人才,还能打破国外垄断。回旋加速器是一项复杂的电物理设备,其理论、工程技术基础涉及诸多学科,真空系统是其中一个重要组成部分。带电粒子束的产生、加速和传输均在真空环境中实现,真空度能否达到设计指标将直接影响束流的品质,因此开发一套安全、稳定运行的真空系统极为重要。 针对紧凑型医用回旋加速器的结构特性和运行方式,本文阐释了真空系统的特点和控制需求。以同类加速器不同真空度下的束流损失情况为基础,确定了真空度需求,结合真空系统气载、流导等相关参数的分析,对真空泵的有效抽速进行了计算,从而完成对真空系统设备的选型。 真空控制系统开发中,首先在对比回旋加速器中几种常用的底层控制器后选择了PLC作为主控制器,结合紧凑型回旋加速器对真空系统高稳定性和可靠性的要求,搭建了基于西门子S7-1200PLC的硬件平台;接着针对部分真空设备设计了信号检测电路,包括扩散泵过热保护和高压空气等信号的检测,提高了系统的安全性;然后,基于有限状态机的理论对真空系统的控制逻辑进行了仿真验证,在TIA软件平台中完成了控制系统软件部分的设计,结合真空系统的功能需求编写了真空控制程序;其中,针对涉及安全的状态切换信号,采用了多路触发的方式,增强了系统安全冗余。最后采用LabVIEW软件开发了上位机监控程序,通过OPC技术实现上位机与PLC之间的数据传输,完成总控单元对PLC的数据采集和监控。