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中性束注入分布式控制系统设计与试验-east
* NBI 中性束注入分布式控制系统设计与实验 中科院等离子体物理研究所 刘 胜, 中性束注入组 1. 离子源 2. 预抽系统 3. 加速栅 4. 中性化室 5. 主真空室 6. 偏转线圈 7. 离子收集板 8. 束斑调整板 9.支撑架 10. 等离子体 11. 环绕磁铁 12. 真空导管 13. 漂移管道 14. 2万升低温泵 15. 量热计 16. 40万升低温泵 NBI NBI 第一部分 分布式控制系统 在中性束注入实验中应用 控制系统设计要求 1.扩张性:有50多路模拟量输入\输出和100路 开关量输入\输出,且系统易于升级和扩充 2.抗干扰性:脉冲运行采用光隔离与保护 3. 实时性:过程反应速度快,延迟尽可能小 4. 开放性:远程控制,实验数据采用网络通讯 5. 可靠性:限制参数范围,提供隔离保护 6. 灵活性:实时反馈控制和信息双向流 控制系统设计框图 系统分为两层,上层位于控制室,由人机接口和数据服务器组成,人机接口具有显示实验运行状态和接受实验人员控制命令的作用,拥有两条数据流流向,分别是采集数据的流入和控制参数数据的流出;下层位于NBI装置现场,由一台路由器、两台工控机、PLC控制器和有关采集设备组成。系统和实验装置平台采用线性光隔离,保障人身和设备的安全。 控制系统简介 应用于HT-7超导托卡马克装置上的中性束注入的控制系统,控制着整个系统的开始、结束,电源的供给及其幅值和时序关系等,还起着对系统的数据的采集和状态的实时监控。该控制系统采用中型分级分布式计算机控制,实验前由上位机发出信号,通过局域网,将用户设置的参数发送至下位机进行参数预设,实验准备就绪后,等待马克触发信号,系统一旦被触发,下位机就按照内部工作流程运行,同时相关数据通过网络传到上位机,进行实时监控保护和绘制采集参数波形并作数据库备份。它包括PLC时序逻辑控制,数据采集与处理,低温泵和真空压力监控以及网络通讯等。 (1)时序逻辑控制 OMRON CPM2A CX_P编程软件,中断功能,扩展I/O单元增设输入输出点,快速响应输入,高速计数器 状态巡检,故障保护,时序控制 可靠性高,适应性强,灵活通用 PLC监控界面 可编程序逻辑控制器( PLC )由主控制器和两个扩展单元组成。主要用来高精度控制磁场电源,灯丝电源,弧电源,气阀电源等状态巡检和时序。 本系统中PLC的工作过程如下:对灯丝电源,磁场电源,弧电源,水流开关等进行状态检查,若一切正常,依时间的先后次序打开各输出开关,按照脉冲宽度要求,再依次关闭。实验证明,系统运行稳定,控制精度高,准确。 (2)数据采集 通过不同取样手段,从实验平台获取放电参数,使用V/F转换,通过光纤,由F/V连接到数据采集卡.所有的被测量均限制在-10V至10V, 采集的数据采用DMA模式存储在计算机的内存中. 下位机 诊断设备(1) 诊断设备(2) … VF(1) VF(n) … 光纤 PCI-9112 PCI-9112 数据采集系统简明框图 系统采用两块12位分辨率、110KHz采样率、通道自动扫描的ADLINK PCI9112板卡,每块卡有16路单端输入通道。 在Windows2000视窗下,采用VC++6.0开发平台,利用板卡的双缓冲工作模式和多线程编程方式,实现数据的实时采集,本地存盘,LZO格式压缩,网络传输和图形化显示。 数据采集界面 (3)真空与低温监控 采集中性束注入真空系统中各点真空度、低温系统中多点温度值。真空与低温监控集数据采集、状态监测与控制、冷却水联锁于一体,属于慢过程连续控制 。为中性束注入装置提供自动控制与状态显示,系统运行期间出现故障,能及时保护。 真空压力与低温温度测量 热电阻温度传感器三线恒流驱动方式的测量原理。数据采集模块可以采集多达16路的热电阻信号,采用MAX132CNG A/D转换芯片进行18位双积分模数转换,可直接对0~512mV的信号进行处理,分辨率达2μV/bit,同时采用了光电隔离技术,使模块的抗干扰能力进一步增强。数据采集模块的输出通过RS485接口和总线传输,然后经RS232转接,与上位机实时通讯,从而实现计算机的数据采集与存储。对于中性化室的真空度DL-7真空计在10-2Pa — 10-7Pa压力之间的测量也采取了类似的做法。 温度采集与分布 低温冷凝泵温度实时采集界面 氮系统降温曲线 氦系统降温及回温曲线 压力采集与分布 中性束注入器低温冷凝泵内多点温度测量及中性化室真空测量的远程数据采集系统,实现了在复杂现场条件下对中性化室内低温及真空状况的实时参数采集及通讯,便于对低温和真空工作状态的检测和连锁控制。系统还将各时刻的温度和真空数据存盘,为分析研究中性束注
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