CN114137895A - 一种混合磁体运行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合磁体运行控制方法，其步骤包括：1混合磁体中的超导磁体控制系统、水冷磁体控制系统分别完成自检并初始化参数；2超导磁体控制系统、水冷磁体控制系统分别启动至运行态；3超导磁体开始励磁，待磁场强度达到目标值并稳定保持时，水冷磁体开始励磁；4运行过程中实时监测超导磁体与水冷磁体的各项参数，并对监测到的故障给予相应响应处理；5退出时，先控制水冷磁体退磁，待水冷磁体的磁场强度达到零值后，再控制超导磁体退磁。本发明实现稳态强磁场混合磁体的协调控制和状态数据监测，可确保混合磁体的安全可靠运行。

Description

一种混合磁体运行控制方法

技术领域

本发明涉及特种设备和装置的控制技术领域，尤其涉及一种针对稳态高场的混合磁体运行控制方法。

背景技术

强磁场是现代前沿科学研究必需的极端实验条件之一，是凝聚态物理、原子和分子物理学、材料科学、化学和生命科学等诸多科学领域的基本研究工具。它可分为稳态强磁场和脉冲强磁场两大类，其对应的发生装置分别称为稳态强磁场装置和脉冲强磁场装置。当物质处在强磁场环境中时，其结构可能发生变化，这就为物理、化学、材料和生物等学科研究提供了新途径。科学家可以在强磁场条件下开展多学科领域的科学研究，并带动相关新兴高技术产业的发展。

国内最高场的稳态强磁场实验装置是由水冷磁体和超导磁体组成的混合磁体，其磁场强度在世界处于领先，可为我国科研人员提供稳态高强磁场实验条件。混合磁体在运行过程中，大功率高稳定电源、低温系统、去离子水冷却系统等配套装置均处于极端工作状态，如何建立可靠的中央控制系统，以确保磁体与各技术装备系统的安全和可靠运行，并为科学家提供方便、友好的实验测试与分析环境，是装置建设的关键问题。中央控制系统是混合磁体的重要组成部分，是磁体以及各子系统安全、可靠运行的核心系统，负责水冷磁体、超导磁体和用户实验站，以及超导电源、水冷电源、去离子水冷却，低温等技术支撑系统协调控制，同时监控电源系统、冷却水系统、低温系统及磁体内部工作状态，确保磁体及设备安全。

国际上已经建成美国、法国、荷兰、日本4个稳态强磁场实验室。文献1[HighMagnetic Field Laboratory ofGrenoble.Control-Monitoring System ofthe 20MWInstallation]介绍了法国Grenoble强磁场实验室的强磁场控制系统，采用C/S(Client/Server，客户端/服务器)模式，通过工业PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)控制器系统和硬件控制单元，以及三台计算机来远程控制阀门的关闭和开关的断开，以及协调监控去离子水冷却系统、电源系统控制系统。文献2[J.R.Miller,M.D.Bird,S.Bole,et al.An Overview of the 45-T Hybrid Magnet System for the NewNational High Magnetic Field Laboratory.IEEE Trans.Magn,1994,30(4):1563-1571]介绍美国国家强磁场实验室磁体控制系统，采用日本横河的DCS(Distributed ControlSystem，分布式控制系统)架构，实验用户对磁体的操作先通过OPC Server再到FCS(FieldBus Control System，现场总线控制系统)控制单元，然后由FCS向现场执行机构发送控制命令。

对于由水冷磁体和超导磁体共同组成的混合磁体，控制对象更多更复杂，同时还需要考虑水冷磁体控制和超导磁体控制的协作。现有技术仅针对独立的水冷磁体或独立的超导磁体提供控制，对于水冷磁体和超导磁体组成的混合磁体，现有技术缺乏对磁体自检、启动、励磁、退磁和退出各个过程内部的时序控制方法，难以为混合磁体运行提供有效的控制解决方案。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种混合磁体运行控制方法，以期能实现稳态强磁场混合磁体的协调控制和状态数据监测，从而确保混合磁体的安全可靠运行。

本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

本发明一种混合磁体运行控制方法的特点包括：水冷磁体的控制、超导磁体的控制以及水冷磁体和超导磁体的协调控制，并应用于由水冷磁体、超导磁体组成的混合磁体中；所述水冷磁体的控制是应用于由水冷磁体中央控制系统、去离子水冷却系统、水冷电源系统、安全保护系统、组合逻辑系统、电流采集系统组成的系统中；所述超导磁体的控制是应用于由超导磁体中央控制系统、低温系统、真空系统、超导电源系统组成的系统中；所述混合磁体运行控制方法是按如下步骤进行：

步骤1、所述超导磁体中央控制系统、水冷磁体中央控制系统分别自检并初始化参数：

步骤1.1、检测所述水冷磁体中央控制系统、去离子水冷却系统、水冷电源系统、安全保护系统、组合逻辑系统、电流采集系统各自的运行状态是否都处于正常态；若均正常，则执行下一步，否则，等待检修；

步骤1.2、检测所述水冷磁体中央控制系统分别与去离子水冷却系统、水冷电源系统、安全保护系统、组合逻辑系统、电流采集系统之间的数据通信状态是否都处于正常态；若均正常，则执行下一步，否则，等待检修；

步骤1.3、检测所述水冷电源系统中的隔离开关状态、水冷磁体的出入口阀门状态、水冷磁体线圈冷却水的出入口阀门状态、手动紧急按钮状态是否都处于正常态；若均正常，则执行下一步，否则，等待检修；

步骤1.4、所述水冷磁体中央控制系统从中央控制数据库中获取水冷磁体的初始参数，并用于初始化水冷磁体的运行参数，包括：磁场系数、最大电流值，最大电流变化率、最大水流量、最小水流量，允许运行的最大时间，允许运行消耗的最大能耗；

步骤1.5、检测所述超导磁体中央控制系统、超导电源系统、低温系统、真空系统运行状态是否都处于正常态；若均正常，则执行下一步，否则，等待检修；

步骤1.6、检测所述超导磁体中央控制系统分别与超导电源系统、低温系统、真空系统之间的数据通信状态是否都处于正常态；若均正常，则执行下一步，否则，等待检修；

步骤1.7、检测所述低温系统中的制冷机、阀箱是否都处于正常状态；若均正常，则执行下一步，否则，等待检修；

步骤1.8、所述超导磁体中央控制系统从中央控制数据库中获取超导磁体的初始参数，并用于初始化超导磁体的运行参数，包括：磁场系数、最大电流值，最大电流变化率；

步骤2、由手动控制和超导磁体中央控制系统自动化控制相结合的方式启动混合磁体中的超导磁体：

步骤2.1、启动所述真空系统；

步骤2.2、检测所述真空系统的运行状态正常，若正常，则启动所述低温系统，否则，等待；

步骤2.3、检测所述低温系统的运行状态正常，若正常，则启动超导电源系统，否则，等待；

步骤2.4、检测所述超导电源系统的运行状态均正常，若正常，则检测超导磁体的远端真空度、近端真空度、杜瓦真空度、阀箱真空度是否均处于相应的真空度阈值范围内，且磁体各监测点的温度是否均处于相应的温度阈值范围内，若均是，则表示超导磁体启动完成；否则，等待；

步骤3、由所述水冷磁体中央控制系统自动化控制的方式启动混合磁体中的水冷磁体：

步骤3.1、打开水冷磁体的出口阀门、水冷磁体的入口阀门、水冷磁体线圈冷却水的出口阀门、水冷磁体线圈冷却水的入口阀门；

步骤3.2、根据从中央控制数据库中读取的水冷磁体的初始参数，设置所述去离子水冷却系统的工作运行参数；

步骤3.3、闭合所述水冷电源系统中的隔离开关；

步骤3.4、检测所述去离子水冷却系统，水冷电源系统的运行状态均正常，若正常，则检测水冷磁体的出口水温、入口水温、出口水温差、线圈温度是否均处于相应的温度阈值范围内，且出口水压、入口水压、出口水压差是否均处于相应的压力阈值范围内，且水流量是否处于流量阈值范围内，若均是，则表示水冷磁体启动完成；否则，等待；

步骤4、所述超导磁体中央控制系统控制混合磁体中的超导磁体开始励磁：

步骤4.1、所述超导磁体中央控制系统设置励磁的超导目标电流值或超导目标磁场值、设置励磁的超导电流变化率或超导磁场变化率；

步骤4.2、所述超导磁体中央控制系统启动励磁操作：

若步骤4.1中设置的是励磁的超导目标磁场值、超导磁场变化率，则所述超导磁体中央控制系统根据预先保存的超导磁体磁场系数，自动将超导目标磁场值、超导磁场变化率分别转换为超导目标电流值、超导电流变化率并发送给超导电源系统，以启动励磁；若步骤4.1中设置的是励磁的超导目标电流值、超导电流变化率，则所述超导磁体中央控制系统直接发送给所述超导电源系统，以启动励磁；

步骤5、当超导磁体的磁场强度达到目标值并稳定保持时，所述水冷磁体中央控制系统控制水冷磁体开始励磁：

步骤5.1、所述水冷磁体中央控制系统设置励磁的水冷目标电流值或水冷目标磁场值、设置励磁的水冷电流变化率或水冷磁场变化率；

步骤5.2、所述水冷磁体中央控制系统中启动励磁操作：

若步骤5.1中设置的是水冷目标磁场值、水冷磁场变化率，则所述水冷磁体中央控制系统根据预先保存的水冷磁体磁场系数，自动将水冷目标磁场值、水冷磁场变化率分别转换为水冷目标电流值、水冷电流变化率并发送给所述水冷电源系统，以启动励磁；若步骤5.1中设置的是励磁的水冷目标电流值、水冷电流变化率，则所述水冷磁体中央控制系统直接发送给所述水冷电源系统，以启动励磁；

步骤6、混合磁体退磁：

步骤6.1、所述水冷磁体中央控制系统设置水冷目标电流值或水冷磁场值为零，设置退磁的水冷电流变化率或水冷磁场变化率，并将相应控制命令发送给所述水冷电源系统；

步骤6.2、待水冷磁体的磁场强度为零后，所述超导磁体中央控制系统设置超导目标电流值或超导磁场值为零，设置退磁的超导电流变化率或超导磁场变化率并将相应控制命令发送给超导电源系统；

步骤7、混合磁体运行退出：

步骤7.1、所述水冷磁体中央控制系统检查水冷磁体的磁场强度，确保退出前磁场为零；

步骤7.2、所述水冷磁体中央控制系统控制所述水冷电源系统退出运行；

步骤7.3、所述水冷磁体中央控制系统控制水冷电源隔离开关分闸；

步骤7.4、所述水冷磁体中央控制系统控制所述去离子水冷却系统退出运行；

步骤7.5、所述水冷磁体中央控制系统控制水冷磁体的出入口阀门关闭、水冷磁体线圈冷却水的出入口阀门关闭；

步骤7.6、所述超导磁体中央控制系统检查超导磁体的磁场强度，确保退出前磁场为零；

步骤7.7、所述超导磁体中央控制系统控制所述超导电源系统退出运行；

步骤7.8、手动控制所述低温系统、真空系统依次退出。

本发明所述的一种混合磁体运行控制方法的特点也在于，在混合磁体中的水冷磁体运行过程中，所述水冷磁体中央控制系统实时监测水冷磁体的各项参数，当水冷磁体电流不为零时，所述水冷磁体中央控制系统对监测到的故障按如下步骤响应处理，以确保运行控制的安全：

步骤a：所述水冷磁体中央控制系统构建两个32位无符号整型数变量QMGT_STAT_N和QMGT_STAT_E，其中QMGT_STAT_N代表非紧急故障，以二进制表示时，每个Bit位分别代表一项故障检测值，数值为1时代表检测到非紧急故障，数值为0时代表无故障；QMGT_STAT_E代表紧急故障，以二进制表示时，QMGT_STAT_E的每个Bit位分别代表一项故障检测值，数值为1时代表检测到紧急故障，数值为0时代表无故障；

步骤b：所述水冷磁体中央控制系统检测到变量QMGT_STAT_N中任意一个Bit位为1时，触发慢降到零，并发送相应控制命令到所述水冷电源系统；

所述水冷磁体中央控制系统检测到变量QMGT_STAT_E中任意一个Bit位为1时，触发快降到零，并发送相应控制命令到所述水冷电源系统。

所述变量QMGT_STAT_N中各Bit位分别表示：入口水温TI超限、出口水温TO超限、出入口水温差TOI超限、入口水压PI超限、出口水压PO超限、进出口水压差PIO超限、磁体线圈电阻负偏一级R1-1，R2-1，…，Rn-1超限、磁体线圈电阻正偏一级R1+1，R2+1，…，Rn+1超限、磁体线圈等效温度MT1，MT2，…，MTn超限、安全保护系统状态故障、组合逻辑系统状态故障、电源系统状态故障；且预留有空闲Bit位置并设置为0；

所述变量QMGT_STAT_E中各Bit位分别表示：手动紧急按钮状态MENT故障、入口水温TI超限、出口水温TO超限、出入口水温差TOI超限、入口水压PI超限、出口水压PO超限、进出口水压差PIO超限、磁体线圈电阻负偏二级R1-2、R2-2,…Rn-2超限、磁体线圈电阻正偏二级R1+2，R2+2，…，Rn+2超限、磁体线圈电阻正偏三级R1+3，R2+3，…，Rn+3超限；且预留有空闲Bit位置并设置为0。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在于：

1、本发明提供的控制方法，实现了混合磁体的自检、启动、励磁、退磁和退出各个环节的控制，通过对混合磁体中超导磁体、水冷磁体两种磁体的协调控制，使混合磁体规范有序运行，并使水冷磁体提供的磁场与超导磁体提供的磁场以安全的方式实现励磁叠加，从而得到更高的磁场强度输出。

2、本发明提供的控制方法，根据混合磁体的结构特点，鉴于水冷磁体支持较高磁场强度变化率，而超导磁体只能支持较低磁场强度变化率以防止温度出现大幅波动，实现了对混合磁体中水冷磁体和超导磁体的励磁时序控制与速度控制、退磁时序控制与速度控制，使混合磁体励磁与退磁更稳定可靠，能耗与时间消耗上也更合理。

3、本发明提供的控制方法，实现了混合磁体控制过程中对水冷磁体的故障监测及响应处理，通过对监测对象及故障进行判别分级，对紧急故障类别和非紧急故障类别提供不同响应方法，有效保障了混合磁体在运行过程中的安全。

附图说明

图1为混合磁体运行控制流程图。

具体实施方式

本实施例中，一种混合磁体运行控制方法包括水冷磁体的控制、超导磁体的控制以及水冷磁体和超导磁体的协调控制，并应用于由水冷磁体、超导磁体组成的混合磁体中以完成混合磁体的自检、启动、励磁、退磁、退出的控制流程；其中水冷磁体控制应用于由水冷磁体中央控制系统、去离子水冷却系统、水冷电源系统、安全保护系统、组合逻辑系统、电流采集系统组成的系统中；超导磁体控制应用于由超导磁体中央控制系统、低温系统、真空系统、超导电源系统组成的系统中；该混合磁体运行控制是由中央控制系统进行统一协调，为实现有效控制，中央控制系统与低温系统、真空系统、水冷电源系统、超导电源系统、去离子水冷却系统之间均需要进行可靠通信；各系统间的通信方式主要有：工业以太网通信、RS485通信和DP通信方式；根据系统间的数据通信量，以及磁体状态、参数监控所需的巡检速率，采用的工业以太网通信带宽至少为100Mbps，通信数据更新周期不超过1s；采用的RS485通信波特率至少为9600Baud，通信数据更新周期不超过500ms；采用的DP通信速率至少为1.5Mbit/s，通信数据更新周期不超过500ms；系统状态监测周期不超过100ms；监测到故障的响应时间不超过100ms。

如图1所示，该控制方法是按照以下步骤进行：

步骤1、超导磁体中央控制系统、水冷磁体中央控制系统分别自检并初始化参数：

步骤1.1、检测水冷磁体中央控制系统、去离子水冷却系统、水冷电源系统、安全保护系统、组合逻辑系统、电流采集系统各自的运行状态是否都处于正常态；若均正常，则执行下一步，否则，等待检修；

步骤1.2、检测水冷磁体中央控制系统分别与去离子水冷却系统、水冷电源系统、安全保护系统、组合逻辑系统、电流采集系统之间的数据通信状态是否都处于正常态；若均正常，则执行下一步，否则，等待检修；

步骤1.3、检测水冷电源系统中的隔离开关状态、水冷磁体的出入口阀门状态、水冷磁体线圈冷却水的出入口阀门状态、手动紧急按钮状态是否都处于正常态；若均正常，则执行下一步，否则，等待检修；

步骤1.4、水冷磁体中央控制系统从中央控制数据库中获取水冷磁体的初始参数，并用于初始化水冷磁体的运行参数，包括：磁场系数、最大电流值，最大电流变化率、最大水流量、最小水流量，允许运行的最大时间，允许运行消耗的最大能耗；

步骤1.5、检测超导磁体中央控制系统、超导电源系统、低温系统、真空系统运行状态是否都处于正常态；若均正常，则执行下一步，否则，等待检修；

步骤1.6、检测超导磁体中央控制系统分别与超导电源系统、低温系统、真空系统之间的数据通信状态是否都处于正常态；若均正常，则执行下一步，否则，等待检修；

步骤1.7、检测低温系统中的制冷机、阀箱是否都处于正常状态；若均正常，则执行下一步，否则，等待检修；

步骤1.8、超导磁体中央控制系统从中央控制数据库中获取超导磁体的初始参数，并用于初始化超导磁体的运行参数，包括：磁场系数、最大电流值，最大电流变化率；

步骤2、由手动控制和超导磁体中央控制系统自动化控制相结合的方式启动混合磁体中的超导磁体：

步骤2.1、启动真空系统；

步骤2.2、检测真空系统的运行状态正常，若正常，则启动低温系统，否则，等待；

步骤2.3、检测低温系统的运行状态正常，若正常，则启动超导电源系统，否则，等待；

步骤2.4、检测超导电源系统的运行状态均正常，若正常，则检测超导磁体的远端真空度、近端真空度、杜瓦真空度、阀箱真空度是否均处于相应的真空度阈值范围内，且磁体各监测点的温度是否均处于相应的温度阈值范围内，若均是，则表示超导磁体启动完成；否则，等待；

步骤3、由水冷磁体中央控制系统自动化控制的方式启动混合磁体中的水冷磁体：

步骤3.1、打开水冷磁体的出口阀门、水冷磁体的入口阀门、水冷磁体线圈冷却水的出口阀门、水冷磁体线圈冷却水的入口阀门；

步骤3.2、根据从中央控制数据库中读取的水冷磁体的初始参数，设置去离子水冷却系统的工作运行参数；

步骤3.3、闭合水冷电源系统中的隔离开关；

步骤3.4、检测去离子水冷却系统，水冷电源系统的运行状态均正常，若正常，则检测水冷磁体的出口水温、入口水温、出口水温差、线圈温度是否均处于相应的温度阈值范围内，且出口水压、入口水压、出口水压差是否均处于相应的压力阈值范围内，且水流量是否处于流量阈值范围内，若均是，则表示水冷磁体启动完成；否则，等待；

步骤4、超导磁体中央控制系统控制混合磁体中的超导磁体开始励磁：

步骤4.1、超导磁体中央控制系统设置励磁的超导目标电流值或超导目标磁场值、设置励磁的超导电流变化率或超导磁场变化率；

步骤4.2、超导磁体中央控制系统启动励磁操作：

若步骤4.1中设置的是励磁的超导目标磁场值、超导磁场变化率，则所述超导磁体中央控制系统根据预先保存的超导磁体磁场系数，自动将超导目标磁场值、超导磁场变化率分别转换为超导目标电流值、超导电流变化率并发送给超导电源系统，以启动励磁；若步骤4.1中设置的是励磁的超导目标电流值、超导电流变化率，则超导磁体中央控制系统直接发送给超导电源系统，以启动励磁；

步骤5、当超导磁体的磁场强度达到目标值并稳定保持时，水冷磁体中央控制系统控制水冷磁体开始励磁：

步骤5.1、水冷磁体中央控制系统设置励磁的水冷目标电流值或水冷目标磁场值、设置励磁的水冷电流变化率或水冷磁场变化率；

步骤5.2、水冷磁体中央控制系统中启动励磁操作：

若步骤5.1中设置的是水冷目标磁场值、水冷磁场变化率，则水冷磁体中央控制系统根据预先保存的水冷磁体磁场系数，自动将水冷目标磁场值、水冷磁场变化率分别转换为水冷目标电流值、水冷电流变化率并发送给水冷电源系统，以启动励磁；若步骤5.1中设置的是励磁的水冷目标电流值、水冷电流变化率，则水冷磁体中央控制系统直接发送给水冷电源系统，以启动励磁；

步骤6、混合磁体退磁：

步骤6.1、水冷磁体中央控制系统设置水冷目标电流值或水冷磁场值为零，设置退磁的水冷电流变化率或水冷磁场变化率，并将相应控制命令发送给水冷电源系统；

步骤6.2、待水冷磁体的磁场强度为零后，超导磁体中央控制系统设置超导目标电流值或超导磁场值为零，设置退磁的超导电流变化率或超导磁场变化率并将相应控制命令发送给超导电源系统；

步骤7、混合磁体运行退出：

步骤7.1、水冷磁体中央控制系统检查水冷磁体的磁场强度，确保退出前磁场为零；

步骤7.2、水冷磁体中央控制系统控制水冷电源系统退出运行；

步骤7.3、水冷磁体中央控制系统控制水冷电源隔离开关分闸；

步骤7.4、水冷磁体中央控制系统控制去离子水冷却系统退出运行；

步骤7.5、水冷磁体中央控制系统控制水冷磁体的出入口阀门关闭、水冷磁体线圈冷却水的出入口阀门关闭；

步骤7.6、超导磁体中央控制系统检查超导磁体的磁场强度，确保退出前磁场为零；

步骤7.7、超导磁体中央控制系统控制超导电源系统退出运行；

步骤7.8、手动控制低温系统、真空系统依次退出。

具体实施中，一种混合磁体运行控制方法，还包括混合磁体运行过程中，对磁体参数的监控及相应的处理，是从中央控制系统层面主要对混合磁体中的水冷磁体进行监控及响应；混合磁体的超导磁体运行监控由专门的失超保护系统提供。混合磁体中的水冷磁体以六个线圈为例，当水冷磁体电流不为零时，水冷磁体中央控制系统对监测到的故障按如下步骤响应处理，以确保运行控制的安全：

步骤a：水冷磁体中央控制系统构建两个32位无符号整型数QMGT_STAT_N、QMGT_STAT_E，其中QMGT_STAT_N代表非紧急故障，以二进制表示时，每个Bit位分别代表一项故障检测值，数值为1时代表检测到非紧急故障，数值为0时代表无故障；

QMGT_STAT_N各Bit位分别表示：入口水温TI超限、出口水温TO超限；出入口水温差TOI超限；入口水压PI超限；出口水压PO超限；进出口水压差PIO超限；磁体线圈电阻负偏一级R1-1，R2-1，…，R6-1超限；磁体线圈电阻正偏一级R1+1，R2+1，…，R6+1超限；磁体线圈等效温度MT1，MT2，…，MT6超限；安全保护系统状态故障；组合逻辑系统状态故障；电源系统状态故障；预留的空闲Bit位置0；

QMGT_STAT_E代表紧急故障，以二进制表示时，QMGT_STAT_E的每个Bit位分别代表一项故障检测值，数值为1时代表检测到紧急故障，数值为0时代表无故障；

QMGT_STAT_E各Bit位分别表示：手动紧急按钮状态MENT故障、入口水温TI超限、出口水温TO超限；出入口水温差TOI超限；入口水压PI超限；出口水压PO超限；进出口水压差PIO超限；磁体线圈电阻负偏二级R1-2、R2-2,…R6-2超限；磁体线圈电阻正偏二级R1+2，R2+2，…，R6+2超限；磁体线圈电阻正偏三级R1+3，R2+3，…，R6+3超限；预留的空闲Bit位置0；

步骤b：水冷磁体中央控制系统检测到QMGT_STAT_N中任意一个Bit位为1时，触发慢降到零，并发送相应控制命令到水冷电源系统；

中央控制系统检测到QMGT_STAT_E中任意一个Bit位为1时，触发快降到零，并发送相应控制命令到水冷电源系统；

混合磁体的超导磁体中央控制系统仅提供磁体励磁或退磁操作；混合磁体的水冷磁体中央控制系统还可以在磁体励磁或退磁过程中提供暂停、继续操作，以及磁体场强慢降到零、快降到零的控制操作；在水冷磁体电流值为零时,水冷磁体中央控制系统还可以提供极性切换的控制操作；由于混合磁体在有超导磁体背景场时，水冷磁体场强的快速变化会导致超导磁体温度出现大的波动，因此，水冷磁体的快降到零操作并不直接开放给磁体的实验用户，仅在中央控制系统监测到故障时触发。

Claims (3)

1.一种混合磁体运行控制方法，其特征包括：水冷磁体的控制、超导磁体的控制以及水冷磁体和超导磁体的协调控制，并应用于由水冷磁体、超导磁体组成的混合磁体中；所述水冷磁体的控制是应用于由水冷磁体中央控制系统、去离子水冷却系统、水冷电源系统、安全保护系统、组合逻辑系统、电流采集系统组成的系统中；所述超导磁体的控制是应用于由超导磁体中央控制系统、低温系统、真空系统、超导电源系统组成的系统中；所述混合磁体运行控制方法是按如下步骤进行：

步骤1、所述超导磁体中央控制系统、水冷磁体中央控制系统分别自检并初始化参数：

步骤1.1、检测所述水冷磁体中央控制系统、去离子水冷却系统、水冷电源系统、安全保护系统、组合逻辑系统、电流采集系统各自的运行状态是否都处于正常态；若均正常，则执行下一步，否则，等待检修；

步骤1.2、检测所述水冷磁体中央控制系统分别与去离子水冷却系统、水冷电源系统、安全保护系统、组合逻辑系统、电流采集系统之间的数据通信状态是否都处于正常态；若均正常，则执行下一步，否则，等待检修；

步骤1.3、检测所述水冷电源系统中的隔离开关状态、水冷磁体的出入口阀门状态、水冷磁体线圈冷却水的出入口阀门状态、手动紧急按钮状态是否都处于正常态；若均正常，则执行下一步，否则，等待检修；

步骤1.4、所述水冷磁体中央控制系统从中央控制数据库中获取水冷磁体的初始参数，并用于初始化水冷磁体的运行参数，包括：磁场系数、最大电流值，最大电流变化率、最大水流量、最小水流量，允许运行的最大时间，允许运行消耗的最大能耗；

步骤1.5、检测所述超导磁体中央控制系统、超导电源系统、低温系统、真空系统运行状态是否都处于正常态；若均正常，则执行下一步，否则，等待检修；

步骤1.6、检测所述超导磁体中央控制系统分别与超导电源系统、低温系统、真空系统之间的数据通信状态是否都处于正常态；若均正常，则执行下一步，否则，等待检修；

步骤1.7、检测所述低温系统中的制冷机、阀箱是否都处于正常状态；若均正常，则执行下一步，否则，等待检修；

步骤1.8、所述超导磁体中央控制系统从中央控制数据库中获取超导磁体的初始参数，并用于初始化超导磁体的运行参数，包括：磁场系数、最大电流值，最大电流变化率；

步骤2、由手动控制和超导磁体中央控制系统自动化控制相结合的方式启动混合磁体中的超导磁体：

步骤2.1、启动所述真空系统；

步骤2.2、检测所述真空系统的运行状态正常，若正常，则启动所述低温系统，否则，等待；

步骤2.3、检测所述低温系统的运行状态正常，若正常，则启动超导电源系统，否则，等待；

步骤2.4、检测所述超导电源系统的运行状态均正常，若正常，则检测超导磁体的远端真空度、近端真空度、杜瓦真空度、阀箱真空度是否均处于相应的真空度阈值范围内，且磁体各监测点的温度是否均处于相应的温度阈值范围内，若均是，则表示超导磁体启动完成；否则，等待；

步骤3、由所述水冷磁体中央控制系统自动化控制的方式启动混合磁体中的水冷磁体：

步骤3.1、打开水冷磁体的出口阀门、水冷磁体的入口阀门、水冷磁体线圈冷却水的出口阀门、水冷磁体线圈冷却水的入口阀门；

步骤3.2、根据从中央控制数据库中读取的水冷磁体的初始参数，设置所述去离子水冷却系统的工作运行参数；

步骤3.3、闭合所述水冷电源系统中的隔离开关；

步骤3.4、检测所述去离子水冷却系统，水冷电源系统的运行状态均正常，若正常，则检测水冷磁体的出口水温、入口水温、出口水温差、线圈温度是否均处于相应的温度阈值范围内，且出口水压、入口水压、出口水压差是否均处于相应的压力阈值范围内，且水流量是否处于流量阈值范围内，若均是，则表示水冷磁体启动完成；否则，等待；

步骤4、所述超导磁体中央控制系统控制混合磁体中的超导磁体开始励磁：

步骤4.1、所述超导磁体中央控制系统设置励磁的超导目标电流值或超导目标磁场值、设置励磁的超导电流变化率或超导磁场变化率；

步骤4.2、所述超导磁体中央控制系统启动励磁操作：

若步骤4.1中设置的是励磁的超导目标磁场值、超导磁场变化率，则所述超导磁体中央控制系统根据预先保存的超导磁体磁场系数，自动将超导目标磁场值、超导磁场变化率分别转换为超导目标电流值、超导电流变化率并发送给超导电源系统，以启动励磁；若步骤4.1中设置的是励磁的超导目标电流值、超导电流变化率，则所述超导磁体中央控制系统直接发送给所述超导电源系统，以启动励磁；

步骤5、当超导磁体的磁场强度达到目标值并稳定保持时，所述水冷磁体中央控制系统控制水冷磁体开始励磁：

步骤5.1、所述水冷磁体中央控制系统设置励磁的水冷目标电流值或水冷目标磁场值、设置励磁的水冷电流变化率或水冷磁场变化率；

步骤5.2、所述水冷磁体中央控制系统中启动励磁操作：

若步骤5.1中设置的是水冷目标磁场值、水冷磁场变化率，则所述水冷磁体中央控制系统根据预先保存的水冷磁体磁场系数，自动将水冷目标磁场值、水冷磁场变化率分别转换为水冷目标电流值、水冷电流变化率并发送给所述水冷电源系统，以启动励磁；若步骤5.1中设置的是励磁的水冷目标电流值、水冷电流变化率，则所述水冷磁体中央控制系统直接发送给所述水冷电源系统，以启动励磁；

步骤6、混合磁体退磁：

步骤6.1、所述水冷磁体中央控制系统设置水冷目标电流值或水冷磁场值为零，设置退磁的水冷电流变化率或水冷磁场变化率，并将相应控制命令发送给所述水冷电源系统；

步骤6.2、待水冷磁体的磁场强度为零后，所述超导磁体中央控制系统设置超导目标电流值或超导磁场值为零，设置退磁的超导电流变化率或超导磁场变化率并将相应控制命令发送给超导电源系统；

步骤7、混合磁体运行退出：

步骤7.1、所述水冷磁体中央控制系统检查水冷磁体的磁场强度，确保退出前磁场为零；

步骤7.2、所述水冷磁体中央控制系统控制所述水冷电源系统退出运行；

步骤7.3、所述水冷磁体中央控制系统控制水冷电源隔离开关分闸；

步骤7.4、所述水冷磁体中央控制系统控制所述去离子水冷却系统退出运行；

步骤7.5、所述水冷磁体中央控制系统控制水冷磁体的出入口阀门关闭、水冷磁体线圈冷却水的出入口阀门关闭；

步骤7.6、所述超导磁体中央控制系统检查超导磁体的磁场强度，确保退出前磁场为零；

步骤7.7、所述超导磁体中央控制系统控制所述超导电源系统退出运行；

步骤7.8、手动控制所述低温系统、真空系统依次退出。

2.根据权利要求1所述的一种混合磁体运行控制方法，其特征是，在混合磁体中的水冷磁体运行过程中，所述水冷磁体中央控制系统实时监测水冷磁体的各项参数，当水冷磁体电流不为零时，所述水冷磁体中央控制系统对监测到的故障按如下步骤响应处理，以确保运行控制的安全：

步骤a：所述水冷磁体中央控制系统构建两个32位无符号整型数变量QMGT_STAT_N和QMGT_STAT_E，其中QMGT_STAT_N代表非紧急故障，以二进制表示时，每个Bit位分别代表一项故障检测值，数值为1时代表检测到非紧急故障，数值为0时代表无故障；QMGT_STAT_E代表紧急故障，以二进制表示时，QMGT_STAT_E的每个Bit位分别代表一项故障检测值，数值为1时代表检测到紧急故障，数值为0时代表无故障；

步骤b：所述水冷磁体中央控制系统检测到变量QMGT_STAT_N中任意一个Bit位为1时，触发慢降到零，并发送相应控制命令到所述水冷电源系统；

所述水冷磁体中央控制系统检测到变量QMGT_STAT_E中任意一个Bit位为1时，触发快降到零，并发送相应控制命令到所述水冷电源系统。

3.根据权利要求2所述的一种混合磁体运行控制方法，其特征是，所述变量QMGT_STAT_N中各Bit位分别表示：入口水温TI超限、出口水温TO超限、出入口水温差TOI超限、入口水压PI超限、出口水压PO超限、进出口水压差PIO超限、磁体线圈电阻负偏一级R1-1，R2-1，…，Rn-1超限、磁体线圈电阻正偏一级R1+1，R2+1，…，Rn+1超限、磁体线圈等效温度MT1，MT2，…，MTn超限、安全保护系统状态故障、组合逻辑系统状态故障、电源系统状态故障；且预留有空闲Bit位置并设置为0；

所述变量QMGT_STAT_E中各Bit位分别表示：手动紧急按钮状态MENT故障、入口水温TI超限、出口水温TO超限、出入口水温差TOI超限、入口水压PI超限、出口水压PO超限、进出口水压差PIO超限、磁体线圈电阻负偏二级R1-2、R2-2,…Rn-2超限、磁体线圈电阻正偏二级R1+2，R2+2，…，Rn+2超限、磁体线圈电阻正偏三级R1+3，R2+3，…，Rn+3超限；且预留有空闲Bit位置并设置为0。

Images