HCN激光干涉仪功率的自动反馈控制及远程控制

摘要

在托卡马克聚变装置中电子密度是等离子体的一个重要物理参量，其时空分布关系到等离子体的各种物理现象的研究。利用远红外激光干涉法对电子密度的时空测量已成为托卡马克装置中的常规诊断方法。目前EAST装置上用的是HCN激光器作为干涉仪的光源，但是HCN激光器是一种连续辉光放电的气体激光器，其功率易受环境影响，如温度，造成HCN激光干涉仪功率不稳定。鉴于EAST装置长脉冲运行特点，HCN远红外激光干涉仪系统必须提供连续、稳定、可靠的电子密度反馈控制信号，但是实验期间实验人员又不能进入实验大厅调节激光器功率，因此迫切需要一套HCN激光干涉仪功率的自动反馈控制系统和远程控制系统。本论文的主要工作是研制一套远红外激光干涉仪光源HCN激光器功率的自动反馈控制及远程控制装置，实现HCN激光器输出功率的实时自动反馈控制及远程控制，保证功率的稳定输出，以测量等离子体电子密度的时空分布，研究放电过程中出现的各种等离子体物理现象，并为其放电控制提供密度反馈信号。
　　本自动控制及远程控制系统主要有西门子S7-200PLC、电动平台、探测器、上位机等组成。其中S7-200PLC作为控制器主要包括CPU224XP模块、EM253运动控制模块、CP243-1以太网模块，电动平台作为执行器调节激光器功率，探测器把光信号转化成电信号，上位机是由组态王开发的，该系统可以实时监控干涉仪功率的大小以及电动平台的位置，此外该系统还可以直接通过控制面板的手动控制按钮调节干涉仪的功率。
　　本论文的主要介绍了以下内容：
　　1.托卡马克和HCN激光干涉仪系统在国内外的发展现状、趋势以及PLC和组态王在工程实际中的应用。
　　2.HCN激光器的原理、主要结构组成以及自动控制系统执行器的选择，和阴极腔头的改造。
　　3.主要介绍了PLC的原理、特点、以及在工程上的应用等。此外还介绍了自动反馈控制系统的程序和详细的工作过程。
　　4.主要介绍了组态王软件的应用，和开发本上位机的具体实现过程，以及该上位机控制面板的介绍。
　　5.主要介绍了本系统的实验结果，对比了加了本控制系统和没加本控制系统 HCN激光干涉仪功率随时间的变化过程。
　　6.对本论文的工作进行了总结和展望。
　　另外此系统已经在2015年春季EAST实验中成功应用，实现了HCN激光干涉仪长时间稳定在80mv以上的高功率的状态。

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第一章 绪论

1.1托卡马克

1.2电子密度及激光干涉仪

1.3 国内外远红外激光干涉仪现状

1.4 PLC和组态王在自动化方面的应用

1.5本论文工作的意义、目的和研究内容

1.6本章小结

第二章 HCN激光器及自动控制系统的执行装置

2.1 HCN激光器

2.2执行器的选择

2.3 HCN激光器阴极的改造

2.4本章小结

第三章 HCN激光器功率自动反馈控制系统

3.1自动控制系统控制器的选择

3.2 PLC的工作原理、特点及应用

3.3 S7-200 PLC的组成

3.4 EM253和CP243-1模块的介绍

3.5 SEPE7-Micro/Win的介绍

3.6电动平台驱动器、放大器、交直流转换器和探测器

3.7控制程序算法的实现

3.8本章小结

第四章 自动控制系统的监控及远程控制系统

4.1 King View 6.55简介

4.2 HCN激光器功率远程控制的制作

4.3本章小结

第五章 实验过程及结果

5.1实验室试验阶段

5.2实验室试验结果

5.3 EAST实验现场试验阶段

5.4 EAST实验现场试验结果

5.5本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢

附录