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中性束注入加热(NBI)作为大型核聚变装置的主要加热手段之一,因其加热原理简单、技术理论成熟、注入功率高等优点在国际聚变界被广泛认可。它主要通过强流中性束注入到托卡马克等离子体中,并通过电荷交换和粒子间的碰撞来加热和驱动等离子体。为了实现这一过程,NBI系统要求具备良好的可操控性和安全性。
监控系统作为NBI系统的关键核心技术之一,主要用于监测和控制各子系统,是NBI装置正常运行的重要保障。本论文基于PLC总线形式的远程监控系统,开发了上位机监控程序及PLC程序,组建了相关的硬件接口电路以及现场模糊控制系统,经实验调试结果表明,监控系统实现了对装置的远程控制、离子源测试数据的远程采集,以及在此基础上的真空、水冷等实验条件的监控、报警、连锁保护等功能。
基于中性束注入装置运行在高电压、高磁场的特殊环境下,论文在通信和抗干扰方面做了分析研究。设计了光电耦合隔离、光纤隔离和电磁继电器隔离等方法,对高低压电路进行数据隔离通讯。结合VFC110和DS75451等模块,制作了V/F和F/V转换器,有效地提高了抗干扰能力和模拟量传输能力。此外系统设计了触摸屏控制程序,为现场调试提供了方便。现场真空规管及测量站点之间运用了PROFIBUS-DP总线协议,在保证数据传输速率的同时有效地节约了成本。
基于PLC现场总线通讯的NBI监控系统为实验运行用户提供了良好的人机操作界面,并已经成功运用于离子源放电实验和源头电源的调试实验中,有效地提高了NBI的运行效率,取得了较好的效果。为下一步的EAST-NBI工程设计与研制奠定了基础。