【摘要】：聯(lián)鎖保護(hù)控制系統(tǒng)是強(qiáng)流離子加速器控制系統(tǒng)的重要組成部分,也是其安全運(yùn)行的技術(shù)保障,其穩(wěn)定性和可靠性對(duì)加速器裝置的運(yùn)行安全與效率有著重大的影響。本文設(shè)計(jì)的聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)主要針對(duì)低能量強(qiáng)流高電荷態(tài)重離子研究裝置(LEAF)的運(yùn)行需求,采用EPICS分布式軟件架構(gòu),分別完成了機(jī)器安全保護(hù)系統(tǒng)、人身安全保護(hù)系統(tǒng)以及基于數(shù)據(jù)歸檔系統(tǒng)的故障定位技術(shù)研究。LEAF機(jī)器安全保護(hù)系統(tǒng)以新型快速PLC和串口服務(wù)器為硬件核心,控制網(wǎng)絡(luò)采用分層式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了對(duì)加速器現(xiàn)場(chǎng)各類參數(shù)的采集以及關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。當(dāng)被控設(shè)備發(fā)生故障時(shí),可在10ms內(nèi)完成聯(lián)鎖保護(hù)動(dòng)作,保障加速器及其附屬設(shè)備不會(huì)受到損壞。另外由于LEAF現(xiàn)場(chǎng)的電磁環(huán)境復(fù)雜,為了避免干擾信號(hào)造成系統(tǒng)誤觸發(fā)動(dòng)作,設(shè)計(jì)時(shí)分別從硬件和軟件兩個(gè)方面對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行了濾波處理。在輻射安全方面,為了保護(hù)加速器現(xiàn)場(chǎng)工作人員的人身安全,人身安全保護(hù)系統(tǒng)采用技術(shù)可靠的鑰匙管理平臺(tái)和保護(hù)邏輯編程靈活的PLC控制器來(lái)共同實(shí)現(xiàn)LEAF裝置的輻射安全。在加速器準(zhǔn)備運(yùn)行時(shí),要確保加速器現(xiàn)場(chǎng)的工作人員能夠遠(yuǎn)離輻射邊界;當(dāng)有危害人身安全的因素發(fā)生時(shí),要中斷加速器運(yùn)行,快速可靠地切斷束流。為此,通過(guò)上層管理界面和底層設(shè)備控制邏輯將通道門(mén)、急停清場(chǎng)按鈕、聲光報(bào)警燈、鑰匙控制臺(tái)、劑量探測(cè)儀、磁鐵電源等設(shè)備全部實(shí)現(xiàn)狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)和信號(hào)聯(lián)鎖。同時(shí),在LEAF加速器調(diào)試和運(yùn)行過(guò)程中,基于數(shù)據(jù)歸檔系統(tǒng)的設(shè)備故障定位和分析非常重要。當(dāng)有設(shè)備故障或輻射事故發(fā)生時(shí),加速器物理人員需要數(shù)據(jù)歸檔系統(tǒng)提供相關(guān)設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)以方便事故后處理和原因分析。為此,基于EPICS軟件工具中的Channel Archiver或EPICS Archiver Appliance軟件包,搭建了具備冗余功能的兩套數(shù)據(jù)歸檔系統(tǒng)。Channel Archiver軟件包發(fā)布時(shí)間比較早,客戶端軟件比較豐富,而新的EPICS Archiver Appliance數(shù)據(jù)歸檔系統(tǒng)采用多級(jí)存儲(chǔ)的方式,可在0.5秒內(nèi)檢索到1天1Hz的雙精度數(shù)據(jù);并提供Web前端管理界面,用戶可通過(guò)網(wǎng)頁(yè)直接對(duì)PV進(jìn)行歸檔,也可以查詢各個(gè)PV的更新頻率、存儲(chǔ)速率等性能指標(biāo)。LEAF聯(lián)鎖保護(hù)控制系統(tǒng)、人身輻射安全系統(tǒng)和數(shù)據(jù)歸檔系統(tǒng)已經(jīng)完成了協(xié)同設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)安裝和調(diào)試等工作,現(xiàn)處于在線運(yùn)行狀態(tài)。其中,聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)的PLC控制器由于采用了新的總線和內(nèi)核處理器,其保護(hù)邏輯處理時(shí)間最快可達(dá)2ms;人身輻射安全系統(tǒng)的保護(hù)邏輯全部實(shí)現(xiàn)軟件數(shù)字化編程,修改調(diào)試方便。以上系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)均為L(zhǎng)EAF束流調(diào)試和實(shí)驗(yàn)提供了有力的技術(shù)支撐。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TL503.6
【圖文】：

隨著核科學(xué)基礎(chǔ)研究不斷深化著人類對(duì)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和宇宙演化的認(rèn)識(shí)，核科學(xué)研究成果的應(yīng)用及其衍生的技術(shù)促進(jìn)了其他許多學(xué)科領(lǐng)域的前沿研究，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和保障國(guó)家安全方面發(fā)揮了巨大作用。在極端條件下離子之間的相互作用和強(qiáng)庫(kù)侖場(chǎng)中的量子多體動(dòng)力學(xué)研究、大爆炸之后宇宙演化中核過(guò)程研究、強(qiáng)輻射環(huán)境核能材料的輻照損傷研究等，一直是核科學(xué)領(lǐng)域特別關(guān)注的具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，LEAF 裝置建設(shè)完成后，可以提供良好的低能量高電荷態(tài)強(qiáng)流重離子束實(shí)驗(yàn)條件，從而促進(jìn)這些核科學(xué)領(lǐng)域問(wèn)題的研究，LEAF 項(xiàng)目把 45 GHz 第四代超導(dǎo)高電荷態(tài) ECR 離子源、300 kV 高壓平臺(tái)、強(qiáng)流多電荷態(tài)束流分析和制備、四翼型 CW 重離子 RFQ 加速器以及 DTL 調(diào)能器等相結(jié)合，進(jìn)行創(chuàng)新集成，建成低能量強(qiáng)流高電荷態(tài)重離子研究裝置[1]。LEA加速器主要設(shè)備布局如圖 1.1 所示。

圖 1.2 受損的波紋管Figure 1.2 Damaged bellows屬于強(qiáng)流高電荷態(tài)重離子研究裝置，其最高束流功率行模式下，具有一定的危險(xiǎn)性，所以建立一套可靠的要。與所有其他技術(shù)系統(tǒng)一樣，LEAF 裝置的聯(lián)鎖保保護(hù)的一般原則，保護(hù) LEAF 裝置設(shè)備安全和工作人題應(yīng)該是最優(yōu)先進(jìn)行考慮的。保護(hù)控制系統(tǒng)之前，首先需要評(píng)估不受控制的束流損率，以了解加速器運(yùn)行時(shí)存在的“風(fēng)險(xiǎn)”�！帮L(fēng)險(xiǎn)”損害的情況。在加速器運(yùn)行時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)是潛在的，一旦速器現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)器設(shè)備損傷或人身安全事故。對(duì)意外事概率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)就可以對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化處理，風(fēng)險(xiǎn)=后

第 1 章 引言主體通常包括在一個(gè)電路模塊中或在一個(gè)芯片中從軟件結(jié)構(gòu)來(lái)看，低端的嵌入式系統(tǒng)通常采用“超循環(huán)”方法處理多任務(wù)，較復(fù)雜的系統(tǒng)則在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（內(nèi)核）管理下運(yùn)行。人機(jī)界面多數(shù)是比較簡(jiǎn)單的小型顯示屏。嵌入式系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)是根據(jù)具體應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，不便于改動(dòng)，適合于批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、數(shù)字化制造等工藝領(lǐng)域，例如：手機(jī)、洗衣機(jī)、微波爐、等各種智能化電器。

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本文編號(hào)：2798078