基于DCS的EAST内置低温泵监控系统设计

    1  引言

    EAST(ExperimentalAdvanced SuperconductiveTokamak)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。

    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BusLine LHe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。

    3   系统组态

    DeltaV系统提供控制工作室(Control studio)和基于iFix核心的图形工作室(Graphic studio)。De-ltaV系统提供的IEC1131图形化控制策略实现控制要求。控制工作室提供所有的常规的控制功能块,如PID,串级PID,分程控制、定时器、计数器、计算块等。对于常规的模拟量信号,例如压力可以用AI模块直接组态,调节阀可用PID模块组态,开关阀采用带有保护机制的DC模块组态,然后根据各个模块的特点设置相应的参数。温度数据需要经过复杂数据处理系统采集以后传给DCS后,由AI模块组态。利用图形、文字、数据和动画工具为操作人员组态高分辨率、实时的监控界面。我们根据低温泵的流程图,设计了内置低温泵的监控界面如图3所示。