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1、- 0 -目录中文摘要 .2英文摘要 .31 绪 论 .41.1 课题研究的背景 .41.2 课题研究的目的 .51.3 课题设计的主要内容 .52 离子源头部电源控制系统的分析 .62.1 离子源的分析 .62.1.1 离子源的类型 .62.1.2 离子源的技术指标 .62.2 电源控制系统的分析 .72.2.1 电源控制系统的组成 .72.2.2 电源控制系统的控制对象介绍 .82.2.3 电源控制系统的功能 .92.3 电源控制系统流程的分析 .92.3.1 电源控制系统控制的要求 .92.3.2 电源控制系统时序设置 .102.3.3 电源控制系统流程展示 .112.3.4 电源控制系
2、统中的检测单元与显示单元 .112.4 控制系统的输入输出对象的分析 .142.4.1 输入输出数字量的选择 .142.4.2 输入输出模拟量的选择 .143 离子源头部电源控制系统整体方案设计 .153.1 控制系统方案的选择 .153.2 控制系统方案的论证 .153.3 控制系统方案的具体设计 .173.3.1 PLC 选型 .173.3.2 西门子 PLC S7-300 模块选择 .183.3.3 PLC 编程设计 .203.3.4 上位机与 PLC 完成对接 .28结论 .29谢辞 .30参考文献 .31附录 1 .32- 1 -离子源头部电源控制系统设计摘 要：本论文基于中性束注入
3、系统中的电源控制系统，为解决能源危机，核聚变将是未来解决能源危机的主要战略能源。实现受控核聚变所必须解决的主要问题之一就是如何将等离子体加热到聚变反应温度。离子源头部电源控制系统作为中性束注入系统中的子单元控制系统，可以远程控制离子源运行前的状态巡检，同时对弧流电源，灯丝电源进行实时输出。通过对电源电压、水温水压、真空度、气体流量等模拟量的采集，实现对整个加热系统的远程控制。同时应用触摸屏来实现对参数的设定及本地状态的显示，应用上位机对系统实时检测，达到故障报警及连锁保护等功能，使系统运行更加安全可靠。应用 PLC 来完成对离子源头部电源的控制，通过严格的系统论证，对软硬件的选型也经过严格的论
4、证完成的。通过对上位机界面与 PLC程序的设计，来实现系统的可视化远程控制。关键词：中性束注入系统;离子源头部电源控制;PLC- 2 -Abstract：This thesis is based on the neutral beam injection system power control system, to solve the energy crisis, nuclear fusion will be the next major strategy to solve the energy crisis energy. Must be addressed to achieve cont
5、rolled nuclear fusion is one of the main problems is how to make the fusion plasma is heated to the reaction temperature. Ion source unit power control system as neutral beam injection system of the sub-unit control system, the ion source can be controlled remotely operating state before inspection,
6、 while the arc power supply, filament power supply output for implementation.Through the power supply voltage, temperature pressure, vacuum, gas flow and other analog acquisition, of the entire heating system with remote control. While applying the touch screen to achieve the parameter settings and
7、the local state of the display, the application host computer system implementation testing, to fault alarm and interlock protection function, make the system more secure and reliable. Application of PLC to complete the ion source of the power unit is controlled by strict system demonstration, hardw
8、are and software selection is accomplished through rigorous argumentation. Through the PC interface and PLC program design,to achieve the system visualization remote control.8Keywords：Neutral beam injection ;Ion source unit power control ;PLC - 3 -1 绪 论EAST-NBI 中性束加热系统的电源系统主要组成为：灯丝电源、弧流电源、加速极电源、梯度极电
9、源和抑制极电源等。离子源头部电源控制系统所涉及到的内容是其中的一部分。如何保证整个装置能够稳定运行，是整个系统设计的意义所在。EAST-NBI 中性束加热系统是对受控核聚变进行研究，主要是用来解决能源问题。1.1 课题研究的背景 7能源是人类文明得以维持和发展的基础。随着人口的不断增长，对能源的需求逐渐增大，而地球上可以提供给人类使用的能源是有限的。所以人类要解决一个基本的最重要的问题就是能源问题。受控核聚变的研究就是为了解决能源问题而进行的一种积极尝试，并已取得了部分成果。核聚变能被认为是最终解决人类能源危机的战略能源，实现可控核聚变可解决人类的能源问题，因而聚变研究越来越引起各国的重视。虽
10、然实现可控核聚变的科学可行性已得到证实，但要建立具经济性的商业运行堆，仍有许多工程与物理问题亟待解决。现受控核聚变所必须解决的主要问题之一就是如何让将等离子体加热到聚变反应温度。中性束注入加热被国际聚变界公认为是最有效的加热手段之一，它利用注入的高能中性粒子束在等离子体中的电离、热化，最终把能量转化成等离子体的内能，从而提高等离子体温度。近二十年托卡马克研究过程中几乎所有的重大进展都是与辅助加热和驱动密不可分的。辅助加热和驱动是获得高参数、控制等离子体、实现点火必不可少的手段。欧洲的 JET，日本的 JT-60，苏联的 T-20 和美国 GA 公司的 DIII-D装置都投入中性束注入。在日本的
11、 JT-60U 装置上，已成功进行了 500keV 几个安培的中性束注入。随着中国经济的迅猛发展，国家加大了对该项目的投入。2002 年开始等离子体物理研究所 NBI 课题组在美国普林斯顿大学等离子体物理实验室捐赠的 HT-7NBI 装置上进行了一系列的实验研究，并且取得很好的成- 4 -绩。2000 年由国家发展和改革委员会支持立项的国家“九五”重大科学工程非圆截面全超导托卡马克核聚变装置 EAST（原名 HT-7U） 。1.2 课题研究的目的中性束注入器作为托卡马克加热装置上重要的组成部分，开展其监控系统的研究，能够实现 NBI 的实时控制，可以解决今后的数据采集、处理等问题，从而提高实验运行的可靠性。大功率电源系统是中性束注入加热装置中主要的系统之一。它担负着向 NBI 装置提供各种不同功率等级、不同脉宽的电源，为离子源的灯丝加热、起弧放电、供应工作气体实现等离子体的产生，完成束流的引出提供加速高压、抑制负高压、梯度电压、偏转磁场等，提供各种高参数的、可靠运行的电源和必要的运行控制等重要任务。中性束电源供电系统对于 NBI 装置运行的性能与安全、物理实验的成败与效率，起着至关重要的作用。灯丝电源和弧流电源用来在弧室产生高密度等离子体；加速极电源、梯度极电源和抑制极电源用来组成加速器电源。另外，偏转磁体电源系统用来为偏转磁体供电以产生匀强磁场。此外还有
