CN106483922A - 一种用于超导托卡马克装置的真空监控系统 - Google Patents

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袁啸林
陈跃
胡建生
李建刚
周跃
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Abstract

本发明公开了一种用于超导托卡马克装置的真空监控系统，主真空监控系统、辅助真空监控系统、2.4GHZ低杂波真空监控系统、4.6GHZ低杂波真空监控系统和电子回旋真空监控系统之间通过光纤首尾相连构成光纤环网，光纤环网通过交换机与超导托卡马克装置中的中央控制室内的工业控制计算机相连实现数据传输的物理链路连接。本发明已经成功应用在EAST全超导托卡马克装置的多轮实验中，实现了对超导托卡马克装置内外真空室及相关辅助加热系统真空度实时监测，以及真空获得设备的远程控制和状态监测，可以让EAST实验人员及时发现并解决问题，避免出现由于真空泄露而导致重大的设备事故，为超导托卡马克装置安全稳定的运行提供了保障。

Description

一种用于超导托卡马克装置的真空监控系统
技术领域
本发明涉及真空技术、自动控制技术及磁约束聚变技术领域，尤其涉及一种用于超导托卡马克装置的真空监控系统。
背景技术
磁约束聚变是目前自然科学研究中一项具有十分重大意义的研究领域，超导托卡马克装置被认为最具有聚变能利用前景的可控磁约束热核聚变研究装置。真空系统是整个超导托卡马克装置中非常重要的组成部分，外真空室为低温超导提供绝缘环境，内真空室为高温的等离子体聚变提供了清洁环境，相关辅助加热系统也需要保持真空状态才能与装置主真空相连接。在托卡马克装置实验过程中，不仅需要控制真空获得设备长时间维持装置超高真空状态,还需要实时监测整个装置不同位置的真空状态及真空获得设备状态，在超导托卡马克试验期间，真空室内部的温度非常高，达到上千万度甚至上亿度，而且还发生等离子体破裂、边界局域模（ELMs）等各种复杂工况，因此需要实时监控整个装置内外真空的状态，避免由于出现严重的真空泄漏情况，而造成对超导托卡马克装置及实验人员的重大危害。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种用于超导托卡马克装置的真空监控系统。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用于超导托卡马克装置的真空监控系统，包括有主真空监控系统、辅助真空监控系统、2.4GHZ低杂波真空监控系统、4.6GHZ低杂波真空监控系统和电子回旋真空监控系统，所述的主真空监控系统、辅助真空监控系统、2.4GHZ低杂波真空监控系统、4.6GHZ低杂波真空监控系统和电子回旋真空监控系统之间通过光纤首尾相连构成光纤环网，光纤环网通过交换机与超导托卡马克装置中的中央控制室内的工业控制计算机相连实现数据传输的物理链路连接。
所述的主真空监控系统、辅助真空监控系统、2.4GHZ低杂波真空监控系统、4.6GHZ低杂波真空监控系统和电子回旋真空监控系统均包括有PLC控制单元、真空测量单元、分子泵控制单元、机械泵控制单元、阀门控制单元和低温泵控制单元，所述的PLC控制单元对各PLC控制单元状态实时监测，监测各PLC控制单元是否有停机或者异常状态；所述的真空测量单元读取分布在超导托卡马克装置内不同位置规管测量的真空信号，并将数据实时刷新在显示界面；所述的分子泵控制单元对超导托卡马克装置的各个分子泵进行启停控制并实时读取分子泵转速、功率、温度状态，分子泵控制单元与超导托卡马克装置内前级机械泵连锁，只有在前级机械泵启动并运行正常且真空度达到预设值的条件下才可启动，否则禁止启动，在未到达条件情况下误操作分子泵，将会有报警界面弹出；所述的机械泵控制单元远程控制超导托卡马克装置的机械泵启停，并实时反馈机械泵状态；所述的阀门控制单元控制阀门的远程开关并实时反馈阀门所在的位置状态，阀门控制单元构建了阀门开启与真空度连锁保护，只有当真空度达到一定设定阈值阀门才可开启，否则将禁止启动；所述的低温泵控制单元远程控制低温泵启停，低温泵烘烤再生以及实时监测低温泵温度，当低温泵启动烘烤模式后，主动关闭低温泵与主真空连通的阀门，避免误操作对装置真空产生影响；各个PLC控制单元、真空测量单元、分子泵控制单元、机械泵控制单元、阀门控制单元和低温泵控制单元将读取的数据和反馈的状态数据通过交换机发送给超导托卡马克装置中的中央控制室内的工业控制计算机，工业控制计算机将接收到的数据信号与设定的一级报警和二级报警阈值进行比较，当出现高于相应阈值情况，发出不同级别报警信号，并作出相应保护动作。
真空控制系统能够同时测量多个不同位置规管真空度，并以1s为周期在上位机界面实时更新各位置真空度。
本发明的优点是：本发明已经成功应用在EAST全超导托卡马克装置的多轮实验中，实现了对超导托卡马克装置内外真空室及相关辅助加热系统真空度实时监测，以及真空获得设备的远程控制和状态监测，可以让EAST实验人员及时发现并解决问题，避免出现由于真空泄露而导致重大的设备事故，为超导托卡马克装置安全稳定的运行提供了保障。
附图说明
图1为本发明的系统构架图。
具体实施方式
如图1所示，一种用于超导托卡马克装置的真空监控系统，包括有主真空监控系统1、辅助真空监控系统2、2.4GHZ低杂波真空监控系统3、4.6GHZ低杂波真空监控系统4和电子回旋真空监控系统5，所述的主真空监控系统1、辅助真空监控系统2、2.4GHZ低杂波真空监控系统3、4.6GHZ低杂波真空监控系统4和电子回旋真空监控系统5之间通过光纤首尾相连构成光纤环网，光纤环网通过交换机6与超导托卡马克装置中的中央控制室内的工业控制计算机7相连实现数据传输的物理链路连接。
所述的主真空监控系统1、辅助真空监控系统2、2.4GHZ低杂波真空监控系统3、4.6GHZ低杂波真空监控系统4和电子回旋真空监控系统5均包括有PLC控制单元、真空测量单元、分子泵控制单元、机械泵控制单元、阀门控制单元和低温泵控制单元，所述的PLC控制单元对各PLC控制单元状态实时监测，监测各PLC控制单元是否有停机或者异常状态；所述的真空测量单元读取分布在超导托卡马克装置内不同位置规管测量的真空信号，并将数据实时刷新在显示界面；所述的分子泵控制单元对超导托卡马克装置的各个分子泵进行启停控制并实时读取分子泵转速、功率、温度状态，分子泵控制单元与超导托卡马克装置内前级机械泵连锁，只有在前级机械泵启动并运行正常且真空度达到预设值的条件下才可启动，否则禁止启动，在未到达条件情况下误操作分子泵，将会有报警界面弹出；所述的机械泵控制单元远程控制超导托卡马克装置的机械泵启停，并实时反馈机械泵状态；所述的阀门控制单元控制阀门的远程开关并实时反馈阀门所在的位置状态，阀门控制单元构建了阀门开启与真空度连锁保护，只有当真空度达到一定设定阈值阀门才可开启，否则将禁止启动；所述的低温泵控制单元远程控制低温泵启停，低温泵烘烤再生以及实时监测低温泵温度，当低温泵启动烘烤模式后，主动关闭低温泵与主真空连通的阀门，避免误操作对装置真空产生影响；各个PLC控制单元、真空测量单元、分子泵控制单元、机械泵控制单元、阀门控制单元和低温泵控制单元将读取的数据和反馈的状态数据通过交换机6发送给超导托卡马克装置中的中央控制室内的工业控制计算机7，工业控制计算机7将接收到的数据信号与设定的一级报警和二级报警阈值进行比较，当出现高于相应阈值情况，发出不同级别报警信号，并作出相应保护动作。
在装置运行过程中等离子体破裂，边界局域模（ELMs）等复杂工况都可能带来超导托卡马克第一壁的损伤从而引起真空泄露，本系统在监测到真空泄露后会触发报警信号，并根据预设的不用报警值发出不同级别的报警信号，超导托卡马克装置根据不同级别报警作出相应保护，避免出现重大设备事故。
以上所述的实施例，只是本发明的优选的具体实施方式的一种，本领域技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种用于超导托卡马克装置的真空监控系统，其特征在于：包括有主真空监控系统、辅助真空监控系统、2.4GHZ低杂波真空监控系统、4.6GHZ低杂波真空监控系统和电子回旋真空监控系统，所述的主真空监控系统、辅助真空监控系统、2.4GHZ低杂波真空监控系统、4.6GHZ低杂波真空监控系统和电子回旋真空监控系统之间通过光纤首尾相连构成光纤环网，光纤环网通过交换机与超导托卡马克装置中的中央控制室内的工业控制计算机相连实现数据传输的物理链路连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于超导托卡马克装置的真空监控系统，其特征在于：所述的主真空监控系统、辅助真空监控系统、2.4GHZ低杂波真空监控系统、4.6GHZ低杂波真空监控系统和电子回旋真空监控系统均包括有PLC控制单元、真空测量单元、分子泵控制单元、机械泵控制单元、阀门控制单元和低温泵控制单元，所述的PLC控制单元对其余的各PLC控制单元状态实时监测，监测各个PLC控制单元是否有停机或者异常状态；所述的真空测量单元读取分布在超导托卡马克装置内不同位置规管测量的真空信号，并将数据实时刷新在显示界面；所述的分子泵控制单元对超导托卡马克装置的各个分子泵进行启停控制并实时读取分子泵转速、功率、温度状态，分子泵控制单元与超导托卡马克装置内前级机械泵连锁，只有在前级机械泵启动并运行正常且真空度达到预设值的条件下才可启动，否则禁止启动，在未到达条件情况下误操作分子泵，将会有报警界面弹出；所述的机械泵控制单元远程控制超导托卡马克装置的机械泵启停，并实时反馈机械泵状态；所述的阀门控制单元控制阀门的远程开关并实时反馈阀门所在的位置状态，阀门控制单元构建了阀门开启与真空度连锁保护，只有当真空度达到一定设定阈值阀门才可开启，否则将禁止启动；所述的低温泵控制单元远程控制低温泵启停，低温泵烘烤再生以及实时监测低温泵温度，当低温泵启动烘烤模式后，主动关闭低温泵与主真空连通的阀门，避免误操作对装置真空产生影响；各个PLC控制单元、真空测量单元、分子泵控制单元、机械泵控制单元、阀门控制单元和低温泵控制单元将读取的数据和反馈的状态数据通过交换机发送给超导托卡马克装置中的中央控制室内的工业控制计算机，工业控制计算机将接收到的数据信号与设定的一级报警和二级报警阈值进行比较，当出现高于相应阈值情况，发出不同级别报警信号，并作出相应保护动作。
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