BEPCⅡ直线加速器是中国科学院高能物理研究所BEPCII正负电子对撞机的束流加速器，直线加速器由200米56节加速管组成，共6个区段。采用冷阴极潘宁规作为高真空测量，极限真空度达到2×10-7Pa。8只冷规作为电子枪、各区段的真空度测量和区段阀保护。

1、需要区段阀门控制系统的原因

    由于加速器有200m长，微波和真空器件多，特别是高压陶瓷件多，运行时间长，有时发生陶瓷裂缝导致真空泄露。如果区段阀不及时关闭，能在几分钟内使整个 加速器暴露大气，导致电子枪阴栅组件，速调管陶瓷窗，离子泵的损坏。从发现问题到现场手动关闭阀门，时间不容许，为使发生真空泄漏时，损失减到最小，需要 一种可监控各区段真空，和及时自动关闭区段阀的控制系统。由于阀门动关闭，可以保护其它区段的真空。维修人员可以有的放矢地针对某一破坏的区段进行检漏和 维修，使设备损失和真空恢复时间减到最小。

2、真空区段阀连锁保护的设计原理

    研制真空阀门控制仪，控制电子枪，6个区段共7个VAT全金属区段阀的开关。并提供“开关”状态量信号给控制室显示真空区段阀的“开关”状态。控制原理就 是使用冷规作为真空传感器，当电子枪，各区段中有一个区段的真空度下降到设定值时，真空度的变坏使真空计的模拟信号电平产生变化使区段阀全部关闭，并锁 死，保持其它区段的真空，等待处理和维修。

3、真空阀门控制系统概述

3.1、真空阀门控制系统的硬件结构

    传感器由冷规和配套真空计组成，真空度经真空计输出变换为0~10V模拟信号提供给阀门控制器作为输入信号。

    硬件系统中输入电路为多路高阻抗跟随器，接受真空计的输出模拟信号。输入的高阻抗电压跟随器具有输入阻抗高，输出阻抗低，高精度，可以直接驱动单片机的I/O端，减少中间环节。

    由AT89C51单片机作为主处理器，AT89C51是一个低电压、高性能CMOS8位单片机，20K的FLASH只读程序存储器，256K字节的随机存 取数据存储器（RAM），使用MCS-51指令系统，采用通用编程方式，适用于嵌入式应用系统。输出为多路SSR固态继电器，具有驱动电压低，光电隔离抗 干扰，寿命长等特点。

    该系统集成在两块电路板上，组装在机箱内，前面板有阀开关指示灯，和手动开关，停机检修时采用“手动”模式，可以手动开关每一只阀门。运行期间，采用“自 动”模式，系统全自动控制阀门，不用人为干预。后面板输出采用多芯航空插座，有驱动阀门的，有连接中控室控制采样的，分类明确，安装连接很方便。由于集成 化程度高，机箱小巧，造价低。

3.2、硬件设计

    用8251单片机的P1口作为数据输入口，采集P1.0-P1.7口的数据送入累加器A进行比较，当P1.0-P1.7口的输入电平中都是“1”电平时， 表示所有区段的真空状态良好，转向“开阀”子程序，并循环采集P1口数据。当P1.0-P1.7口的输入电平中有“0”电平时，表示某区段的真空状态变 坏，转向“关阀”子程序运行，发出关阀指令，延时后，对重新采集的数据比较，如果还有“0”电平，不再转回“开阀”子程序，保持“关阀”指令。

    用P0口作为数据输出口，可以直接驱动外部电路。通过“开阀”和“关阀”子程序，对P0.0-P0.7口的输出进行置位，“0”电平时，SSR固态继电器 呈高阻状态，真空阀门无～220V驱动，阀门关闭状态，阀门的行程开关返回“关”信号，阀门控制器面板“关阀”指示灯亮，同时阀门控制器的开关量状态是 “0”电平，表示阀门关，提供给中控室的计算机显示。“1”电平时，SSR固态继电器呈导通状态，真空阀门有～220V驱动，阀门开启状态，阀门的行程开 关返回“开”信号，阀门控制器面板“开阀”指示灯亮，同时阀门控制器的开关量状态是“1”电平，表示阀门开，提供给中控室的计算机显示。

4、软件设计

    控制软件采用MCS-51系列单片机指令系统及用MCS-51汇编语言编写的。软件要完成系统初始化的设置，模拟量的采集和比较，控制模块等。初始化模块 主要完成单片机系统及外设的初始化；模拟量的采集和比较主要是检测由真空度变化产生的变化，决定是否中断，运行关阀子程序。控制模块主要是运行关阀子程 序，控制阀门的开关。

    软件的主要流程是：系统启动后，首先进行单片机和外围器件的初始化，接着对P1和P0口进行置位，对数据进行比较和判断，当符合条件时，允许外部中断，跳转到中断服务子程序，启动关阀子程序。陷入循环，发出报警，等待处理。

5、抗干扰措施

    BEPCII加速器的速调管大厅电气环境复杂，微波，电磁辐射，高压脉冲等干扰源非常多，为了保证阀门控制器的正常运行，避免误动作的发生，使阀门不在束流加速中意外关闭，挡住束流，系统的抗干扰措施非常重要。

    我们主要进行了硬件和软件的处理：(1)真空计的真空度模拟量作为输入信号采用同轴电缆传输。同轴电缆的屏蔽层可靠接机箱地。(2)阀门控制器的输出电缆 很长，接隧道中的VAT阀门上，采用带屏蔽的多芯信号线。(3)电路板上+5V电源入口与地线之间接有10μF、4.7μF的退耦电容。每个集成芯片的电 源线和地线之间有0.1μF独石电容。(4)～220V交流电采用滤波器滤波。(5)输入数据使用了软件滤波，程序使用软件冗余。输出置位时，采用延时程 序，避免干扰引起的误动作。(6)驱动采用SSR固态继电器，使～220V与电路内部光耦隔离，避免了VAT电磁阀加电动作时从线间返回的返峰电压对内部 系统的影响。(7)机箱采用屏蔽机箱，限度的消除各种干扰。

    由于采用了上述措施，阀门控制器一直稳定运行。误动作的事件没有发生，只是在加速管微波功率输入时产生功率反射，造成局部出气，区段真空瞬时变坏时，产生动作，及时关闭，待真空恢复正常时，再打开，符合保护要求。

6、结论

    真空阀门控制器，采用了利用单片机嵌入式设计技术，在加速器技术领域中的应用日益广泛。该系统可以对加速器的真空度进行监测，采用智能化控制，集成度高， 抗干扰能力强。可扩展，由于开发方便，可以修改和完善系统功能。造价低，维修方便，能够满足BEPCII直线加速器的正常运行。