水冷磁体控制系统工程应用与实现

摘要

磁现象是物质的基本现象之一。强磁场与极低温、超高压一样，被列为现代科学实验最重要的极端条件之一，为物理、化学、材料和生物等学科研究提供新途径，对于发现和认识新现象、揭示新规律具有重要的作用。自20世纪上半叶以来，西方主要发达国家先后在强磁场实验装置领域投入重大人力、物力进行研究，先后建成了美、法、荷、日4个大型的强磁场实验室。借助于强磁场实验平台的强力支撑与推动，上述各国在基础学科领域相继取得了一大批具有世界先进水平的研究成果。2007年1月25日，国家发改委正式批复建设强磁场实验装置项目。稳态强磁场实验装置包含水冷磁体和混合磁体。水冷磁体控制系统主要完成磁体电源开关和冷却水阀门的控制，继而实现磁体实验过程的管理，并提供中央控制系统与电源系统、去离子水冷却系统、安全保护系统的通信接口，以完成水、电参数的设置以及水、电状态的监控。
　　 本文首先研究与分析了美国强磁场实验装置控制系统的结构与功能，通过结合稳态强磁场实验装置的系统分布特点，选择采用分布式控制系统DCS技术实现对水冷磁体的控制系统。为明确系统的功能需求，对电源系统、去离子水冷却系统、磁体系统、安全保护系统的系统结构进行分析，确定各系统与水冷磁体控制系统之间存在的控制、通信方面的联系，以及具体的接口交互形式与内容；通过选择采用西门子过程控制系统PCS7设计水冷磁体控制系统的总体结构方案，结合系统网络、现场总线以及各监控站点的功能特点，完成具体的硬件、软件方面的选型与设计工作；研究与分析稳态强磁场实验装置磁体实验的流程，完成水冷磁体控制系统正常状态下的顺序控制与异常故障发生时的故障响应机制的设计；对影响系统可靠性的因素进行分析，重点采用硬件冗余和软件容错技术提高系统的安全性与可靠性，对磁体实验过程中可能出现的所有故障类型进行分类与总结，评估控制系统对各种类型故障的实时响应能力；最后，完成控制系统项目的软件实现工作，重点就通信块、控制块和实验流程顺序控制图表的设计思想和功能测试进行说明。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

第2章控制系统方案设计

第3章系统控制策略与可靠性设计

第4章控制系统软件实现

第5章总结与展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果