ADS注入器II强流质子RFQ加速器控制系统的研究

发布时间：2023-09-03 16:40

　　中国科学院近代物理研究所目前承担了ADS直线注入器II的研制，用于该注入器的四翼型RFQ工作频率是162.5MHz，可将质子束从35keV加速到2.1MeV。由于高频腔一旦失谐，会引起反射功率的增加和功率馈送的效率下降，从而导致束流品质的变坏，所以RFQ运行的稳定性和可靠性关系到整个直线注入器的性能。因此需要搭建一套稳定并可靠的控制系统来确保RFQ的正常运行，提供对RFQ水路信息的准确采集和及时响应的联锁保护系统，高频以及水冷、真空控制系统。RFQ控制系统采用EPICS分布式架构，完成了对RFQ功率源、水冷和真空、水温联锁保护等系统的底层驱动开发。水温联锁保护系统使用冗余PLC实现所有控制功能，极大加强了系统的稳定性，降低了系统故障率，对RFQ加速器的稳定运行起到了关键作用。本论文实现了国内首套基于EPICS分布式控制系统并且具有PLC控制器冗余功能的强流质子RFQ加速器控制系统的研究开发。 论文主要论述了基于EPICS的RFQ加速器控制系统和水温联锁保护系统的具体实现方法。其中，在基于EPICS的控制系统设计中，详细介绍冗余PLC以及功率源等设备EPICS底层驱动的解决方法，冗余PL...

【文章页数】：142 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 ADS 项目介绍
        1.1.1 ADS 项目背景介绍
        1.1.2 质子加速器
    1.2 RFQ 加速器概述
        1.2.1 RFQ 加速器的结构
        1.2.2 注入器 II RFQ 加速器设计
    1.3 控制系统的需求
        1.3.1 频率稳定需求
        1.3.2 RFQ 控制系统需求
        1.3.3 控制系统的其他需求
    1.4 课题研究内容和创新点
        1.4.1 课题主要工作
        1.4.2 课题创新点
第二章 加速器控制系统与 EPICS 概述
    2.1 加速器控制系统概述
    2.2 控制系统的体系结构
        2.2.1 计算机控制
        2.2.2 加速器控制的标准模型
    2.3 国内外加速器控制系统
    2.4 EPICS 概述
        2.4.1 EPICS 的组成
        2.4.2 IOC 的主要结构
            2.4.2.1 IOC Database
            2.4.2.2 Database Access
            2.4.2.3 Scanner
            2.4.2.4 记录支持、设备支持和设备驱动（Record Support, Device Support and Device Drivers）
            2.4.2.5 Database Monitors
        2.4.3 Channel Access
            2.4.3.1 Database Monitors
            2.4.3.2 查找服务
            2.4.3.3 连接请求服务
            2.4.3.4 连接管理
        2.4.4 OPI
            2.4.4.1 EDM/MEDM
            2.4.4.2 Probe
            2.4.4.3 ALH
            2.4.4.4 Strip Tool
            2.4.4.5 VDCT
            2.4.4.6 CSS
    2.5 本章小结
第三章 基于 EPICS 的分布式 RFQ 控制系统
    3.1 RFQ 控制系统的实现目标
    3.2 ADS 注入器 II 控制网络设计
        3.2.1 计算机网络
        3.2.2 层次化网络设计
    3.3 RFQ 控制系统硬件结构
    3.4 Linux 简介
        3.4.1 操作系统和内核
        3.4.2 Linux 的优势[32]
    3.5 RFQ 控制系统 IOC 的开发
        3.5.1 EPICS 底层驱动
            3.5.1.1 记录支持
            3.5.1.2 设备支持
            3.5.1.3 设备驱动
        3.5.2 水温联锁保护系统 IOC
            3.5.2.1 通讯机制和驱动编写思想
            3.5.2.2 断点查表法
            3.5.2.3 IOC 启动过程
        3.5.3 固态功率源 IOC
        3.5.4 水冷和真空系统 IOC
            3.5.4.1 Streamdevice 介绍
            3.5.4.2 水冷机 IOC
            3.5.4.3 真空系统 IOC
    3.6 EPICS-Labview 数据接口
        3.6.1 控制系统结构和需求
        3.6.2 具体实现方法
            3.6.2.1 DSC 模块实现数据交换
            3.6.2.2 CA Lab 实现数据交换
    3.7 本章小结
第四章 RFQ 水温联锁保护底层应用开发
    4.1 设计依据和控制需求
    4.2 PLC 概述
        4.2.1 PLC 的一般结构
        4.2.2 PLC 的基本原理
        4.2.3 PLC 选型
    4.3 控制系统设计结构
    4.4 基于 PLC 联锁保护系统的具体实现方式
        4.4.1 联锁保护系统的硬件结构和信号通信
        4.4.2 PLC 软件实现
            4.4.2.1 PLC 组态和创建变量[51]
            4.4.2.2 PLC 编程
    4.5 本地触摸屏系统
        4.5.1 OPC 技术应用
        4.5.2 Visu+编程
    4.6 本章小结
第五章 上层界面开发与联机调试
    5.1 RFQ 控制系统上层界面的开发
        5.1.1 CSS 概述
        5.1.2 BOY
        5.1.3 Data Browser
    5.2 联机调试
        5.2.1 系统监测测试
            5.2.1.1 水温联锁保护系统测试
            5.2.1.2 固态功率源测试
            5.2.1.3 水冷系统监测
        5.2.2 历史数据查看
    5.3 本章小结
第六章 数字电源触摸屏监控系统的设计
    6.1 电源系统概述
    6.2 通讯协议介绍
        6.2.1 电源系统应用层协议介绍
        6.2.2 触摸屏指令介绍
        6.2.3 通讯机制分析
    6.3 控制系统的设计与实现
        6.3.1 触摸屏系统软件设计
        6.3.2 单片机配置程序部分
        6.3.3 波形显示部分
    6.4 系统测试
    6.5 本章小结
第七章 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 下一步的工作方向
参考文献
作者简介及发表文章



本文编号：3845396