LEAF装置联锁保护控制系统设计

发布时间：2020-08-20 14:20

【摘要】：联锁保护控制系统是强流离子加速器控制系统的重要组成部分,也是其安全运行的技术保障,其稳定性和可靠性对加速器装置的运行安全与效率有着重大的影响。本文设计的联锁保护系统主要针对低能量强流高电荷态重离子研究装置(LEAF)的运行需求,采用EPICS分布式软件架构,分别完成了机器安全保护系统、人身安全保护系统以及基于数据归档系统的故障定位技术研究。LEAF机器安全保护系统以新型快速PLC和串口服务器为硬件核心,控制网络采用分层式拓扑结构,实现了对加速器现场各类参数的采集以及关键设备状态的远程监控。当被控设备发生故障时,可在10ms内完成联锁保护动作,保障加速器及其附属设备不会受到损坏。另外由于LEAF现场的电磁环境复杂,为了避免干扰信号造成系统误触发动作,设计时分别从硬件和软件两个方面对干扰信号进行了滤波处理。在辐射安全方面,为了保护加速器现场工作人员的人身安全,人身安全保护系统采用技术可靠的钥匙管理平台和保护逻辑编程灵活的PLC控制器来共同实现LEAF装置的辐射安全。在加速器准备运行时,要确保加速器现场的工作人员能够远离辐射边界;当有危害人身安全的因素发生时,要中断加速器运行,快速可靠地切断束流。为此,通过上层管理界面和底层设备控制逻辑将通道门、急停清场按钮、声光报警灯、钥匙控制台、剂量探测仪、磁铁电源等设备全部实现状态在线监测和信号联锁。同时,在LEAF加速器调试和运行过程中,基于数据归档系统的设备故障定位和分析非常重要。当有设备故障或辐射事故发生时,加速器物理人员需要数据归档系统提供相关设备的历史数据以方便事故后处理和原因分析。为此,基于EPICS软件工具中的Channel Archiver或EPICS Archiver Appliance软件包,搭建了具备冗余功能的两套数据归档系统。Channel Archiver软件包发布时间比较早,客户端软件比较丰富,而新的EPICS Archiver Appliance数据归档系统采用多级存储的方式,可在0.5秒内检索到1天1Hz的双精度数据;并提供Web前端管理界面,用户可通过网页直接对PV进行归档,也可以查询各个PV的更新频率、存储速率等性能指标。LEAF联锁保护控制系统、人身辐射安全系统和数据归档系统已经完成了协同设计、现场安装和调试等工作,现处于在线运行状态。其中,联锁保护系统的PLC控制器由于采用了新的总线和内核处理器,其保护逻辑处理时间最快可达2ms;人身辐射安全系统的保护逻辑全部实现软件数字化编程,修改调试方便。以上系统的实现均为LEAF束流调试和实验提供了有力的技术支撑。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TL503.6
【图文】：

随着核科学基础研究不断深化着人类对物质微观结构和宇宙演化的认识，核科学研究成果的应用及其衍生的技术促进了其他许多学科领域的前沿研究，在社会经济发展和保障国家安全方面发挥了巨大作用。在极端条件下离子之间的相互作用和强库仑场中的量子多体动力学研究、大爆炸之后宇宙演化中核过程研究、强辐射环境核能材料的辐照损伤研究等，一直是核科学领域特别关注的具有挑战性的问题，LEAF 装置建设完成后，可以提供良好的低能量高电荷态强流重离子束实验条件，从而促进这些核科学领域问题的研究，LEAF 项目把 45 GHz 第四代超导高电荷态 ECR 离子源、300 kV 高压平台、强流多电荷态束流分析和制备、四翼型 CW 重离子 RFQ 加速器以及 DTL 调能器等相结合，进行创新集成，建成低能量强流高电荷态重离子研究装置[1]。LEA加速器主要设备布局如图 1.1 所示。

图 1.2 受损的波纹管Figure 1.2 Damaged bellows属于强流高电荷态重离子研究装置，其最高束流功率行模式下，具有一定的危险性，所以建立一套可靠的要。与所有其他技术系统一样，LEAF 装置的联锁保保护的一般原则，保护 LEAF 装置设备安全和工作人题应该是最优先进行考虑的。保护控制系统之前，首先需要评估不受控制的束流损率，以了解加速器运行时存在的“风险”。“风险”损害的情况。在加速器运行时，风险是潜在的，一旦速器现场的机器设备损伤或人身安全事故。对意外事概率进行统计就可以对风险进行量化处理，风险=后

第 1 章 引言主体通常包括在一个电路模块中或在一个芯片中从软件结构来看，低端的嵌入式系统通常采用“超循环”方法处理多任务，较复杂的系统则在实时操作系统（内核）管理下运行。人机界面多数是比较简单的小型显示屏。嵌入式系统的硬件结构是根据具体应用而设计的，不便于改动，适合于批量生产的产品，广泛应用于实时状态监测、数字化制造等工艺领域，例如：手机、洗衣机、微波炉、等各种智能化电器。

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本文编号：2798078