中性束注入分布式控制系统设计与试验ppt课件

.,1,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,.,2,1.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,.,3,NBI,第一部分,分布式控制系统在中性束注入实验中应用,.,4,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,.,5,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。,.,6,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。,.,7,(1)时序逻辑控制,OMRONCPM2ACX_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,.,8,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。,.,9,(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.,系统采用两块12位分辨率、110KHz采样率、通道自动扫描的ADLINKPCI9112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。,.,10,数据采集界面,.,11,(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。,.,12,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MAX132CNGA/D转换芯片进行18位双积分模数转换，可直接对0512mV的信号进行处理，分辨率达2V/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10-2Pa10-7Pa压力之间的测量也采取了类似的做法。,.,13,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,.,14,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入真空系统提供了必需的资料。,真空实时采集界面,真空压力分布,.,15,(4)网络通信,采用Client/Server通信模式，利用LAN网络结构，由Internet的TCP/IP通信协议，实现网络实时通信，达到数据的远程传输和状态的实时监控。如实验前通过网络，将模拟量从上位机传送至一下位机，再以D/A卡送出。实验开始A/D卡采集数据，在数据采集完毕后，本地备份数据，并进行数据压缩，通过网络将其数据传到上位机。,.,16,(5)接口电路研制,接口电路既要遵循控制要求，又要避免繁杂，这里仅从简单而可靠的角度来安排电路设计，一般情况下控制对象直接被执行，连锁可靠保护。,脉冲调制与放大电路脉冲与线性光隔离电路系统故障分析与处理电路数字量与模拟量相互转换电路,.,17,NBI,第二部分,离子源起弧放电实验,.,18,22cm双潘宁离子源,灯丝发射的热电子使工作气体氢气电离，产生的电子在磁场的约束下在阴极与中间电极之间的腔体内来回运动使阴极放电室工作气体完全电离，建立起阴极区等离子体；再利用阳极电场将阴极区等离子体中的电子引出至二号阳极室内；这些电子在一号阳极、二号阳极和靶阴极之间的电场作用下，电离该区域的工作气体，建立阳极区等离子体.,.,19,相关性实验,气量大小、弧电压高低、灯丝发射强度与弧电流关系,.,20,气体质谱分析,.,21,灯丝发射,Arcregion,.,22,高参数放电,.,23,长脉冲放电,.,24,静电探针,目的：用静电探针测量阳极等离子体中心的电子温度和密度，得出它们随时间变化，便于调整放电控制条件，获得高效率大功率的离子源，并且有利于今后实现强而且均匀的中性束束流的引出。结构：探针是孤立绝缘的，一根除端点的工作部分外其余部分都复套着陶瓷或玻璃绝缘套的细金属丝所组成。实验条件:在弧电压为150V，电流140A起弧放电情况下，利用0-200V锯齿扫描电源（扫描周期是10ms)给探针供电,通过取样探针两端电压与回路电流，从而得出静电探针的伏安特性曲线来完成等离子体参数的测量。,.,