残余气体分析仪的远距离控制(1)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中科院高能物理研究所 作者:肖琼

        北京正负电子对撞机改造工程(BEPCII)真空系统使用的残余气体分析仪(RGA)有两种,分别来自MKS公司和INFICON公司。这两种RGA都配套有windows 应用软件,可以通过计算机的RS-232 端口来与RGA 通讯。当我们把RGA 安装在BEPCII 储存环真空盒上,要从本地站的计算机对其进行控制时,RS-232的通讯方式有以下两方面不能满足需要:一是我们的控制电缆比较长(约100 m),而RS-232 通讯方式一般不能超过15m;二是隧道中各种电磁干扰比较大,RS-232 通讯线路是非平衡线路,抗干扰能力差。如果能把计算机与RGA 的通讯方式改为使用平衡线的RS-485/422,则既能满足长距离传输的要求,又能提高抗干扰能力。

1 方案选择

     我们初步考虑应用RS-485/422通讯的方案有两种,一是使用RGA上自带的RS-485/422端口,厂家有相应的应用软件可以通过安装在计算机上的接口卡以RS-485/422 方式与RGA 通讯;另一方案是仍然使用计算机和RGA 的RS-232端口,应用软件也不变,只是在两个端口上都安装RS-232与RS-485/422的转换器,两个转换器之间的通讯是RS-485/422 方式,这样也能实现长距离和抗干扰的要求。前一种方案的优点是可以将多台RGA 以总线方式相连,用一台计算机可以同时操作多台RGA,但这必须购买厂家提供的接口卡,还要专门为之配备计算机,费用较高,占空间大。后一种方案的优点是RS-232 与RS-485/422 转换器价格便宜,不需要专门配备计算机(任何一部笔记本电脑都能操作),占空间小,但这种方式不能同时操作多台RGA,更换到另一台时需要拔插计算机一端的插头。由于我们的RGA 在加速器正常运行时很少使用,在真空调试阶段也不太需要同时控制多个RGA,因此我们选择费用较低的后一种方案。厂家还提供基于以太网的RGA,但价格较贵,这里不考虑。

2 两种RGA 通讯电缆的简化

2.1 两种RGA 的通讯电缆跳线

        目前市场上出售的RS-232与RS-485/422转换器,其RS-232端一般都是发送(TXD)、接收(RXD)、地(GND)三线制的,也就是说每个转换器只具备转换一路输出信号和一路输入信号的能力。但是MKS 公司的RGA 通讯电缆使用了7根引线,INFICON 公司的RGA 通讯电缆使用了5 根引线(计算机和RGA 的RS-232 端口的跳线方式如图1所示),我们必须了解除了TXD、RX D 、GND 三线之外的其它引线的信号在RGA 通讯中所起的作用,然后才能考虑如何处理它们。

 

  图1计算机RS-232 口与MKS 公司(左)及INFICON公司(右)RGA连接的跳线方式

        图1 中RGA 一端的RS-232口的针脚定不同于一般情况下的RS-232口,这是因为厂家在硬件内部已经进行了跳线,箭头表示的是信号流向。

2.2 MKS 公司RGA 通讯电缆的简化

        一般情况下,RS-232端口的DTR(第4脚)、DSR(第6 脚)、CTS(第8 脚)、RTS(第7 脚)是用于流量控制的,DCD(第1 脚)是载波检出,RI(第9 脚)振铃指示。具体应用到某一种RGA,厂家可以根据需要定义端口针脚的功能。

          MKS 公司RGA 的RS-232 端口除了使用TXD(第2脚)、RXD(第3脚)、GND(第5脚)三个针脚之外,还使用了DSR(第4脚)、DTR(第6脚)、RTS(第8脚)和CTS(第7脚)四个针脚。说明书上指出从计算机端口的第4、6、8 脚分别到RGA 端口的第4、6、8 脚的这三根线都不是起流量控制作用的,而是厂家考虑到有些特殊的计算机RS-232 端口在发出DTR 的ON 信号后必须收到DSR、CTS 的ON 信号才能正常工作,为确保通讯畅通才接了这些线。

       RGA 端口的第4、6、8 脚是短接在一起的(短接线在RGA内部,不在通讯电缆上,为了直观描述图1 将其画出),当计算机端口的第4 脚信号为ON 时,与之相连的RGA 的第4 脚就通过6、8 两线使计算机端口的DSR和CTS信号为ON。RGA 端口的CTS 与计算机端口的RTS 相连,用于流量控制。如果计算机处理速度慢,计算机的接收缓冲区快要满了,计算机就通过其RTS向RGA端口的CTS 发出OFF 信号,使RGA 暂时停止数据传送;待计算机的接收缓冲区数据量下降至一定程度后,计算机就通过RTS向RGA端口的CTS发出ON信号,使RGA 继续传送数据。

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