ITER校正场线圈绕制多轴同步控制系统的优化

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国际热核聚变试验堆ITER(International Thermonuclear ExperimentalReactor)是为解决人类未来能源问题而展开的重大国际合作计划,其目标是建造一个可自持燃烧的托卡马克试验堆。ITER装置主要包括磁体系统、真空室、电流引线、低温制冷系统、电源系统等部件。其中磁体系统中的环向场线圈、极向场线圈和中心螺线管线圈,在制造和安装过程中不可避免地会出现正常合理的误差。这些制造和安装误差将会产生误差场,对托卡马克装置的运行和物理实验结果带来影响。因此,有必要对误差场进行校正,为装置运行和物理实验创造更加良好的条件。  ITER校正场线圈作为ITER磁体系统的重要组成部分,其主要作用是补偿由制造、安装及其它误差引起的磁场偏差。在目前的校正场线圈CC(CorrectinCoil)项目中,多轴同步控制系统的建立,已经完成包括矫直、校正→喷砂→预弯→线圈成形共5个部分在内的绕制生产。但是,目前的绕制系统中,仍存在以下问题。  首先,当前绕制系统中,采取直接导入数据进行曲线拟合的数学模型,由仿真结果可以看出,在导体的进给速度不变的条件下,从轴的速度存在突变的风险,对后续的生产十分不利。并且此种数据导入方式导致系统的扫描周期较长,RAM使用较高。其次,WINCC平台与SIMOTION控制器之间是通过OPC的方式来进行通信的。由于SIMOTION通信链路的问题,在SCOUT中定义的原始数据,导入到WINCC后,其数据类型会丢失,导致系统出现只能写入,无法读取的问题。最后,根据生产人员的反馈,上位机界面存在冗余,错误报警界面尚未完成等问题。本文针对当前ITER校正场线圈绕制系统存在的以上问题,完成对绕制系统的优化,以期能够提高ITER校正场线圈的绕制精度及自动化程度。  ITER校正场线圈包括两种形状:一种为SCC(Side correction coil),呈瓦片装;一种为B/TCC(bottom/top correction coil),呈扇形状。其中B/TCC线圈的构成较为复杂,有圆弧段和转角。为保证绕制系统模型的适用性,选取形状复杂的B/TCC线圈,对线圈图形进行简化和分析。结合线圈的形状及绕制过程,线圈的绕制可以抽象为下述数学问题,即分析一次、二次曲线段以一定速度围绕某一点旋转时,在保持曲线极值点水平方向上位置不变的条件下,研究极值点和线圈的运动变化过程。根据该动模型,在管内电缆导体的进给速度固定的条件下,得到了线圈绕制过程中各电机之间的运动关系。在此基础上,上位机基于VC++,通过对线圈CAD文件的读取以及数据信息的处理,得到各轴的运动轨迹;并采用MFC类库完成对ITER校正场线圈绕制系统动态仿真以验证该数学模型的正确性。由于该数学模型具有较强的通用性,也为之后其他形状线圈的绕制奠定了基础。  为改善系统的自动化程度,提高系统性能,根据系统的数学模型,在SINAMITIC WINCC平台通过程序编写,将仿真公式导入到系统当中,根据公式得出各个轴的实时速度并传递给对应的电机,通过实时监测外部信号,完成对绕制系统底层程序的优化。同时,结合生产人员的反馈以及各轴之间的逻辑关系,完成对上位机的优化,提高了操作人员的工作效率。最后,通过改变WICC与SIMITION控制器的通信协议,采用UDP协议,将原始数据直接导入到系统之中而不会丢失,解决了系统无法正确显示数据的问题,为系统提供一个友好的监控界面。大大改善了绕制系统的性能。
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