实验物理和工业控制系统在极向场电源控制系统中的应用

介绍了实验物理和工业控制系统(EPICS)的总体结构和特点,以及极向场电源控制系统监控网络的结构和特点,特别是EPICS设备支持在极向场电源控制系统的监控网络中的开发和应用。系统实现了实时监控极向场电源系统的现场设备和开关分合控制,实现了对极向场电源控制系统的电源控制单元的配置参数设置、控制模式的设置、时序控制等,并能及时报警、定位故障点。该系统监控的数字量及模拟量信号近2000路,且支持多用户操作,具备良好的跨平台移植性和扩展能力。经实验测试,该应用运行稳定,能满足极向场电源控制系统监控网络的需求。

基于QNX的EAST极向场电源现场层实时控制的设计与实现

为实现对核聚变装置EAST极向场12套电源的现场层的实时控制,构建了基于QNX平台的电源分布式现场层控制系统,利用以太网现场总线控制器实现对极向场电源状态的实时控制,并通过Modbus/UDP协议实现和上位机的数据的实时通信,实时控制周期可达4ms。

EAST极向场电源监控系统的设计与实现

利用组态软件编程设计监控界面,监控节点通过与现场总线控制器及高压监控节点的通信,实现对极向场电源状态的实时、可靠监控,并经ODBC接口将状态数据发送至数据库节点备份。简述了电源监控系统的构成,及通过不同的通信协议实现实时数据传输和处理的过程。

QNX下以太网现场总线多机通信的研究

在实时操作系统QNX6.20下,利用Socket API使基于Modbus TCP/IP协议的以太网现场总线实现多机通信。通过实验确定最佳的多机通信周期,以保证多机实时、可靠地控制和监测现场设备。实验结果应用于核聚变装置极向场电源控制系统中,提高了通信实时性和稳定性。

反射内存网在EAST极向场电源控制系统中的实现

核聚变装置EAST对极向场电源控制实时性要求特别高,必须在一个控制周期(1 ms)内完成对12套电源设备的通信、反馈控制、采集、测量等闭环控制环节的操作。介绍反射内存网的工作原理,选用VMIPCI-5565反射内存卡和VMIACC-5595网络集线器搭建了由10个节点构成的反射内存实时网络,并在QNX6.30实时操作系统下测试了反射内存网的实时性、延迟确定性和可靠性。EAST实验结果表明该网络完全满足极向场电源控制系统的实时要求。

EAST极向场电源控制系统EMC屏蔽设计与应用

屏蔽是指对两个空间区域间进行金属隔离,以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。介绍了极向场电源系统在超导托卡马克(EAST)装置中的工作情况和工作环境的特殊性,电源系统运行中遇到的各种干扰问题,结合电磁兼容(EMC)理论,充分考虑屏蔽设计在控制系统中的重要性,对设备的干扰源进行近场和远场的定性分析,根据场源性质采取相对应的屏蔽措施。并结合EMC理论中的接地和滤波器设计,将各种干扰幅度降至最低。

长脉冲等离子体放电下HT-7装置限制器温度变化及能流分析

在HT 7托卡马克等离子体长脉冲放电过程中,作为直接面对等离子体的第一壁———限制器表面的温度变化及其承受的能流密度的计算,对于判断限制器的作用和对等离子体的影响都有非常重要的意义。主要从测量到的距离限制器表面3mm处温度变化曲线,采用无限大平面模型计算限制器模头表面能量沉积的能流密度,并讨论了不同等离子体放电下局部点能流密度的差别。多数长脉冲放电下,少数局部点的温升超过1000℃,最大能流密度超过10MW/m2;但通过对等离子体位移的控制,局部点温升被抑制,高密度能流持续时间短,有利于长脉冲放电。同时对限制器结构和材料对模头温度的影响也做了比较详细的分析。

EAST极向场电源控制系统的EMC滤波设计与应用

滤波器是由电感、电容、电阻或铁氧体器件构成的频率选择性二端口网络,可以插入传输线中,抑制不需要的频率进行传播。结合电力电子系统电磁兼容理论和极向场电源的实际运行状况,对传导干扰和信号滤波的设计与应用进行介绍。

EAST极向场电源现场总线多任务实时调度的研究

以太网现场总线广泛应用于工业控制系统中,但以太网CSMA/CD介质访问控制机制使其难以适应高实时性控制过程。针对实时性要求极高的EAST极向场电源控制系统,分析了现场总线网络中存在的实时性问题,设计了一种多任务实时调度策略。采用新的调度策略优化网络后,硬实时任务可以确保在截止期前完成。实验结果表明,网络满足了电源控制系统的高实时性要求。

CRAFT超导磁体电源控制策略设计

聚变堆主机关键系统综合研究设施(CRAFT)的超导磁体是大惯性负载,其测试电流达到120kA。超导磁体电源需要并联运行输出功率,在电流反馈控制模式,输出电压快速变化和变流器之间的负荷分配是很大的问题。针对输出电压快速变化问题,设计了基于神经元的PID参数自适应的控制方法,减小了系统的超调量;针对变流器并联运行的负荷分配问题,在研究变流器环电流特性的基础上,设计了基于虚拟环流阻抗的均流控制策略,保证了变流器之间负荷的平均分配。最后通过仿真和实验验证了设计方法的可行性。

高功率聚变磁体电源桥臂直通故障分析及仿真

高功率聚变磁体电源采用三电平中点钳位型(NPC)电压源变流器(VSC)拓扑,在变流器桥臂直通故障情况下,其直流侧电容的充放电使故障暂态过程较为复杂,为变流器故障分析带来挑战。针对这一问题,以3kV、6kA三电平IGCT大功率VSC为背景,建立了桥臂直通故障暂态等效数学模型。将整个故障过程分为直流侧电容放电和二极管导通两个阶段,详细分析了该故障情况下电压及电流的变化趋势,为后期保护方案的设计奠定基础。Matlab仿真结果表明了该分析方法的可靠性。

基于实验物理和工业控制系统的电源操作节点开发

EAST极向场电源在近期实施了控制系统升级。操作节点是控制系统的一个重要部分,它可以实时监控和控制电源运行和及时报警、故障定位,支持多用户同时操作,具有良好的跨平台的可移植性和可扩展性。受ITER控制、数据访问和通信(CODAC)启发,实验物理和工业控制系统(EP ICS)已被选为控制系统框架,采用CSS开发人机接口界面。经过EAST秋季实验验证,操作节点程序稳定,人机界面友好,给实验人员提供了便利,符合EAST实验的需要。

静态磁场测试平台的采集监控系统的设计与实现

介绍了静态磁场测试平台的结构和特点,详细描述了采集监控系统的体系架构,该系统是由数据采集管理系统和操作监控平台组成的。根据该系统的特点,设计了基于Qt的数据采集管理系统和基于EPICS的操作监控平台。该系统实现了对静态磁场测试平台的实时控制、设备状态检测及监控、数据采集、存储及查看。该应用运行稳定,能满足静态磁场测试平台对采集监控的需求。

基于实时Linux的极向场电源主控制系统的设计

为了满足极向场电源控制系统严苛的实时响应的要求,选择实时Linux系统作为系统平台,采用一个开放源代码的、基于C/C++的Eclipse可扩展的开发平台作为开发工具,完成极向场电源主控制系统的设计,实现了在一个控制周期内(1ms)对极向场电源系统的12套本地控制器的实时通信和实时控制。对极向场电源主控制系统的高速通信和实时控制、稳定可靠等关键问题给出了可行的实践性的解决方法。经实验测试,该设计运行稳定,能满足极向场电源控制系统的实时需求。

EAST极向场电源的数据存储及读取方法

EAST(Experimental Advanced Super-conducting Tokamak)装置的等离子体放电持续时间设计值为1000s,目前放电长度已超过100s。极向场电源(PF)是EAST的核心系统,有接近200路信号需要进行数据存储,每一次放电的数据量非常大,普通的数据库不能够满足长脉冲数据存储的要求。本文使用HDF5(Hierarchical Data Format)存储长脉冲数据,HDF5是可以存储不同类型的图像和数码数据的文件格式。本文采用HDF5的C接口,设计复合数据类型的数据集,为了实现实时存储与实时读取,将一次放电时间进行分割,并对数据进行分块存储和读取。通过可视化工具Hdfview查看数据集,以及Qt读取HDF5文件并进行波形显示,证明复合数据类型和分块数据集的正确性,以及分块写入与分块读取的可行性,同时对读写时间进行简单的测试,证明分块写入与分块读取方式具有高效性。

EAST极向场电源本地控制器软件设计与实现

本地控制器是EAST(experimental advanced super-conducting tokamak)极向场电源控制系统重要的子系统,实现对12套电源系统的实时控制,设备状态监控以及系统保护;本地控制器采用主从结构的实时控制软件架构,共享内存实现内部数据传输,脉冲式消息传递触发进程执行;通过现场总线、硬件板卡、反射内存网络等与现场设备和主控制器进行数据传输;通过数字移相板卡实现对整流器的环流、四象限等运行控制。经实验测试,该设计运行稳定,能满足极向场电源控制系统对本地控制器的实时性可靠性的需求。

CRAFT超导磁体电源换流变压器短路阻抗设计

聚变堆主机关键系统综合研究设施(CRAFT)超导磁体电源兼具大电流稳态运行、高功率脉冲运行和瞬态故障抑制能力的需求。换流变压器的短路阻抗与超导磁体电源的特性密切相关。为了优化超导磁体电源的性能,基于交直流系统的参数和换流变压器的等效电路模型,研究了换流变压器短路阻抗与超导磁体电源的输出电压、谐波电流、短路故障电流和无功损耗的关系。短路阻抗越小,超导磁体电源的额定输出电压越高,无功损耗越小,这些特性对CRAFT超导磁体电源的性能有利,但是短路故障电流和谐波电流增加,影响电源的短路故障抑制能力和谐波特性。在CRAFT超导磁体电源换流变压器短路阻抗设计时,首先短路阻抗必须满足直流电源的额定输出电压和故障电流抑制能力,其次,由于CRAFT超导磁体电源是多相变流器,仅产生高次特征谐波电流,含量少便于抑制,因而尽量选择较小的短路阻抗。

紧凑环注入系统高压脉冲电源设计

以放电回路理论模型计算和仿真分析为指导,设计了紧凑环注入装置(CTI)高压脉冲电源,并在CTI上进行放电实验。实验结果证明所设计的CTI高压脉冲电源可产生特定频率下100kA的目标电流,保证了CTI成型场及加速场电极的供电需求。

基于EPICS的EAST极向场电源监控设计与实现

监控系统是EAST极向场电源控制系统重要的子系统,实现对设备的实时监视与远程控制;电源监控系统运行于Linux操作系统,基于EPCIS进行设计;创建EPICS数据库,编写IOC程序,使用CSS设计OPI人机界面;实现对现场所有设备的实时监视,并对开关进行远程控制,使用alarm插件实现故障检测,使用archive插件实现数据存储并可查看历史数据;经实验测试,该设计运行稳定功能齐全,能满足极向场电源对监控系统的需求。

Preliminary design of high power magnet converter for CRAFT

In order to test the superconducting magnet performance for the Comprehensive Research Facility for Fusion Technology(CRAFT)project of China,a power supply converter needs to be designed.In this paper,short circuits upstream and downstream of the direct current(DC)reactor are analyzed,and the thyristor style and the parallel number are determined by the limit analysis of junction temperature and fault current I^2t.On this basis,the over current and voltage verification of fast fuse are finished to protect the thyristor at fault cases by considering the short circuit of the bridge arm.Then,the resistor and capacitor parameters of thyristor snubber are committed to decreasing the reverse over voltage.These analysis results will be used as the preliminary design of high power magnet converter for CRAFT.