基于DCS的EAST内置低温泵监控系统设计

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中国科学院等离子体物理研究所 作者:胡良兵

  内置低温泵是EAST装置中为防止杂质从偏虑器靶板附近进入等离子体核心的关键部件之一,可以为EAST长脉冲放电试验提供持续的排灰能力实现装置长脉冲放电。主要在EAST低温控制系统基础上,基于DCS结构设计内置低温泵的监控系统,从而实现低温泵阀箱冷却、运行、回温整个过程的自动监控。

  1、引言

  EAST(Experimental Advanced Superconductive Tokamak)全超导托卡马克装置是中国科学院等离子体物理研究所承担的国家/九五0大科学工程。试验放电期间为了防止杂质从偏虑器靶板附近进入等离子体核心,为EAST长脉冲放电实验提供持续的排灰能力以及偏虑器的等离子体的密度控制,低温冷凝泵是不可缺少的部件之一。低温泵的工作原理是低温下的气体冷凝作用、冷捕集作用及低温吸附作用,它具有真空度高、抽速大,对大多数气体无选择性,形状任意、高度清洁、工作压强范围宽,被认为是大体积容器抽超高真空较好的一种方法,低温冷凝泵冷凝板的工作温度为4.5~20K,为了满足低温泵的运行条件,专门设计了内置低温泵分配阀箱,阀箱低温分配流程图见图1。由EAST低温系统提供液氦和液氮冷却,整个实验过程需要计算机自动监控,在原有低温控制系统的基础上,扩展设计了内置低温泵监控系统,实现了整个实验过程的监控以及数据曲线实时显示。

内置低温泵分配阀箱结构图

图1 内置低温泵分配阀箱结构图

  2、系统设计

  根据EAST装置4台内置冷凝泵对LN2、LHe冷却介质的需求及EAST装置其他低温用户的需求,该流程主冷源LHe来自EAST装置五对电流引线杜瓦中BusLineLHe供给路,在主路取一分支经分配阀箱的低温分配阀门分配后,输向不同的用户,以满足其需求。LN2取自装置五对电流引线杜瓦中LN2供给主管路,在主管路取一分支经分配阀箱分配给各自的用户。冷却介质经阀箱分配后再通过低温传输线到达终端用户,考虑到将来冷凝泵的冷却方式的改变及可能增加新用户等,特在分配阀箱的设计时增加备用口及预留低温泵的安装位置。EAST低温控制系统是基于爱默生公司的DeltaV软件建立DCS系统结构的。内置低温泵的监控系统设计包括I/O点位组态、界面组态、数据曲线的实时显示。需要监控的状态参数包括压力和温度,执行机构包括调节阀和开关阀。压力信号可以通过DCS的标准的模拟量输入(AI)卡件直接进入DCS系统。由于低温温度测量采用的是Cernox碳电阻温度计,输出的信号是非标准4~20mA信号,这就需要经过复杂数据采集与处理系统采集以后,经过OPC协议传给DCS系统。EAST复杂数据采集与处理系统是通过高精度测量仪表对多路微伏级低温非线性碳电阻温度计进行监测,完成信号测量、拟合计算,实现与DCS系统的数据通讯。该系统结构如图2所示。

EAST内置低温泵监控设计结构图

图2 EAST内置低温泵监控设计结构图

小结

  目前EAST内置低温泵经过两轮实验的运行,控制系统运行良好,降温曲线如图6所示。由于目前低温泵才投入一台运行,随着实验不断深入,系统将会不断扩展,同时将逐渐实现全自动运行模式;也为EAST低温控制系统扩展其它监控系统提供很好借鉴。

EAST内置低温泵监控设计结构图

图6 低温泵降温曲线

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