BEPCⅡ直線加速器是中國科學院高能物理研究所BEPCII正負電子對撞機的束流加速器，直線加速器由200米56節(jié)加速管組成，共6個區(qū)段。采用冷陰極潘寧規(guī)作為高真空測量，極限真空度達到2×10^-7 Pa。8只冷規(guī)作為電子槍、各區(qū)段的真空度測量和區(qū)段閥保護。

1、需要區(qū)段閥門控制系統(tǒng)的原因

　　由于加速器有200 m長，微波和真空器件多，特別是高壓陶瓷件多，運行時間長，有時發(fā)生陶瓷裂縫導致真空泄露。如果區(qū)段閥不及時關閉，能在幾分鐘內使整個加速器暴露大氣，導致電子槍陰柵組件，速調管陶瓷窗，離子泵的損壞。從發(fā)現(xiàn)問題到現(xiàn)場手動關閉閥門，時間不容許，為使發(fā)生真空泄漏時，損失減到最小，需要一種可監(jiān)控各區(qū)段真空，和及時自動關閉區(qū)段閥的控制系統(tǒng)。由于閥門動關閉，可以保護其它區(qū)段的真空。維修人員可以有的放矢地針對某一破壞的區(qū)段進行檢漏和維修，使設備損失和真空恢復時間減到最小。

2、真空區(qū)段閥連鎖保護的設計原理

　　研制真空閥門控制儀，控制電子槍，6個區(qū)段共7個VAT全金屬區(qū)段閥的開關。并提供“開關”狀態(tài)量信號給控制室顯示真空區(qū)段閥的“開關”狀態(tài)。控制原理就是使用冷規(guī)作為真空傳感器，當電子槍，各區(qū)段中有一個區(qū)段的真空度下降到設定值時，真空度的變壞使真空計的模擬信號電平產(chǎn)生變化使區(qū)段閥全部關閉，并鎖死，保持其它區(qū)段的真空，等待處理和維修。

3、真空閥門控制系統(tǒng)概述

3.1、真空閥門控制系統(tǒng)的硬件結構

　　傳感器由冷規(guī)和配套真空計組成（圖1），真空度經(jīng)真空計輸出變換為0~10V模擬信號提供給閥門控制器作為輸入信號。

圖1 冷規(guī)和真空計

　　硬件系統(tǒng)中輸入電路為多路高阻抗跟隨器，接受真空計的輸出模擬信號。輸入的高阻抗電壓跟隨器具有輸入阻抗高，輸出阻抗低，高精度，可以直接驅動單片機的I/O端，減少中間環(huán)節(jié)（圖2）。

圖2 模擬量轉換示意圖

　　由AT89C51單片機作為主處理器，AT89C51是一個低電壓、高性能CMOS 8位單片機，20K的FLASH只讀程序存儲器，256K字節(jié)的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），使用MCS- 51指令系統(tǒng)，采用通用編程方式，適用于嵌入式應用系統(tǒng)。輸出為多路SSR固態(tài)繼電器，具有驅動電壓低，光電隔離抗干擾，壽命長等特點。

　　該系統(tǒng)集成在兩塊電路板上，組裝在機箱內，前面板有閥開關指示燈，和手動開關，停機檢修時采用“手動”模式，可以手動開關每一只閥門。運行期間，采用“自動”模式，系統(tǒng)全自動控制閥門，不用人為干預。后面板輸出采用多芯航空插座，有驅動閥門的，有連接中控室控制采樣的，分類明確，安裝連接很方便。由于集成化程度高，機箱小巧，造價低（圖3）。

圖3 硬件設計框圖

3.2、硬件設計

　　用8251單片機的P1口作為數(shù)據(jù)輸入口，采集P1.0- P1.7口的數(shù)據(jù)送入累加器A 進行比較，當P1.0- P1.7口的輸入電平中都是“1”電平時，表示所有區(qū)段的真空狀態(tài)良好，轉向“開閥”子程序，并循環(huán)采集P1口數(shù)據(jù)。當P1.0- P1.7口的輸入電平中有“0”電平時，表示某區(qū)段的真空狀態(tài)變壞，轉向“關閥”子程序運行，發(fā)出關閥指令，延時后，對重新采集的數(shù)據(jù)比較，如果還有“0”電平，不再轉回“開閥”子程序，保持“關閥”指令。

圖4 監(jiān)控單元圖