空间等离子体环境模拟装置的安全联锁系统研究

发布时间：2020-05-03 14:07

【摘要】：在构建等离子体环境时,空间等离子体环境模拟装置各子系统存在一定的运行风险,为避免人员与装置出现意外事故,本文针对空间等离子体环境模拟装置建立了安全联锁系统。首先,对安全联锁系统控制策略进行研究与设计,分析空间等离子体环境模拟装置各子系统的工作原理和各子系统工作时的相互耦合与制约关系,并且分别针对临近空间等离子体环境模拟分系统和近地空间等离子体环境模拟分系统的实验流程设计相应的安全联锁控制策略,最后给出了安全联锁保护逻辑框图。其次,分析安全联锁系统的功能需求,并基于安全联锁的可靠性需求在进行安全联锁系统的软硬件设计时采取相应的可靠性设计技术。硬件部分的可靠性设计主要通过基于S7-1500系列PLC的控制系统的硬件组态来实现;软件部分的可靠性设计则包括基于S7-1500系列PLC控制器的软件冗余程序设计和安全联锁系统的软冗余性能测试。在初步完成安全联锁系统的可靠性设计后基于可靠性理论对其可靠性指标进行评估,并给出相应的安全联锁系统可靠性参数。然后,针对安全联锁系统的网络通信安全需求设计基于工控操作频率特征的白名单网络入侵检测方案。根据安全联锁系统中网络通信设备的IP地址、端口和MAC地址相对固定的特点设计基于白名单的网络入侵检测模块。根据安全联锁系统中任务执行的周期性特点,设计以单位时间内特定工控操作发生的频率作为检测特征的入侵检测模块,采用改进的TCM-KNN算法对工控操作频率进行异常检测。同时搭建安全联锁系统仿真通信网络,模拟通信网络中的各种异常操作对入侵检测方案的性能进行评估。最后,基于Win CC设计安全联锁系统上位机监控界面,其中监控界面包括登录界面、近地分系统监控界面、临近分系统监控界面、联锁逻辑界面、报警界面、用户管理界面。同时基于FTP传输协议实现了将历史报警记录文件备份到其他主机的功能。
【图文】：

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哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第 1 章绪论1.1 课题来源及研究背景与意义本论文的研究来源于“空间环境地面模拟装置”（“十二五”国家重大技基础设施）的分系统——“空间等离子体环境模拟装置”。图 1-1 为空间离子体环境模拟装置示意图，根据模拟实验环境的不同，空间等离子体环境拟装置分为近地空间等离子体环境模拟系统和临近空间等离子体环境模拟分统，，以下简称近地分系统和临近分系统。近地分系统主要由真空子系统、磁子系统、磁体电源子系统和等离子体源子系统组成。临近分系统主要包括真微波暗室、电弧等离子体源、微波传输与测量子系统、目标模拟子系统。

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全性原则锁系统应和门禁系统协同工作，禁止无关人员进入实验全事故。安全联锁系统应该能够和真空系统、磁体运动统、水冷系统、目标模拟系统、各等离子源系统协同工境模拟装置实验设备的安全运行。靠性原则能避免安全联锁系统检测到设备故障时的不动作的情况原则，即正常逻辑联锁信号为“1”，异常联锁逻辑信统工作原理分析空间等离子环境模拟分系统-1 所示，近地空间等离子体环境模拟分系统由以下几部磁体子系统、磁体电源子系统和等离子源子系统以及与模拟分系统共用的诊断子系统和数据采集与中央控制子
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN915.08

【参考文献】