HL-2A装置ECRH系统逻辑控制与监测 一、ECRH系统简介 三、系统功能 二、系统组成 四、软件设计 五、结论 核工业西南物理研究院 第十三届全国等离子体科学技术会议 2007, 8, 20-22, 成都 HL-2A装置ECRH系统逻辑控制与监测 李 立，冯 鲲，康自华，杨家兴 王明伟，黄治辉，王雪云，李 波 核工业西南物理研究院 lil@swip.ac.cn 一、ECRH系统简介 电子回旋加热（ECRH）是托卡马克装置上一种重要的辅助加热手段，它是利用等离子体在电子回旋频率上对微波的共振吸收而使等离子体得到加热，其特点是有很高的可靠性、较高的加热效率、很好的加热局域性和可控制性。因此比较适合用于对托卡马克等离子体参数分布的控制，进而有效地改善等离子体的约束行为。我院在2006年建成了输出功率为2MW的电子回旋共振加热系统，并在HL-2A装置上进行了ECRH加热物理实验，取得了一批丰硕的科研成果。 三、系统功能 WinCC工程师站主要监测系统运行状态并可设置相关运行参数和发送控制命令，同时与HL-2A装置中央放电控制系统的信息交换也是由该工作站实现的。S7-300 PLC系统是逻辑控制系统的具体执行单元，它们的输入/输出直接控制设备的运行、拾取设备运行的状态信号或监测其它系统的工作情况。为直观监视现场设备，搭建了一套视频监视系统，对现场的关键设备（如回旋管、就地弧光探测保护系统等）进行远程视频监视，使得实验人员在ECRH系统控制室可统揽系统运行状态全貌和操作ECRH系统的运行。下图是运行中的4号ECRH系统监视界面。 输出功率： 4*500KW 输出微波频率： 68GHz 脉冲宽度： 1S 钛泵电流监测曲线 横轴为时间，纵轴为钛泵电流。 二、系统组成 ECRH系统主要由回旋管、阴极电源、阳极电源、磁体电源、灯丝电源、钛泵电源、水冷却系统、控制系统及功率测量系统组成，为协调它们之间能有序地工作，从安全运行方面设计各相关设备之间的条件互锁及保护，研制了基于现场总线PROFIBUS的PLC逻辑控制与监测系统。该系统是ECRH分布式控制系统的一个主要组成部分，主要由WINCC工程师监测站、SIEMENS S7-300系列的CPU315-2DP、工业以太网通讯模块（CP343-1）、 ET200子站（IM153-1）及模拟量/数字量模块搭建而成的分布式IO系统，考虑到在该系统中的被控、被监测对象大多为高电压设备，在拾取信号和控制信号送出时采用了光纤隔离技术，同时WINCC工程师监测站通过以太网络与PLC系统相连，通讯介质为光纤，这样控制室与PLC系统及PLC系统与现场被控设备之间都采用了光纤进行电气隔离，确保了操作人员和设备的安全，同时提高了系统的抗电磁干扰能力，系统拓扑结构图示如下： 四、软件设计 软件设计包括PLC控制程序的编写和WINCC监控界面的设计。PLC控制程序在STEP 7环境下开发，程序编制，采用了结构化的设计思想，方便程序的日常维护和系统功能的扩展；系统监控程序采用了WINCC开发环境，显示直观、操作方便容易、信息显示全面是监控图形界面的设计原则。ECRH系统运行监控图形界面主要包括：加热系统信息总揽、各回旋管详细运行信息及报警日志记录等主要画面。在信息总揽画面里，为实验人员提供ECRH加热系统四只回旋管的主要运行状况，实验人员在详细运行信息画面里，可了解该回旋管的具体运行细节，通过报警记录可查询运行过程中出现的异常，为分析异常提供原始依据。 五、结论 在２006年HL-2A装置ECRH加热实验中，通过大功率电子回旋共振加热手段，获得了电子温度5500万度的高品质等离子体，在加热过程中，ＥＣＲＨ系统输出功率在１.6ＭＷ。 实验结果表明：ＨＬ－２Ａ装置ＥＣＲＨ逻辑控制与监测系统运行稳定、可靠，为实验结果的取得提供了保障。由于设计时，充分考虑到了人机操作界面直观、方便，控制方式灵活多变，功能易于扩展等因素，在ＥＣＲＨ系统工程调试阶段满足了调试的需求，同时为下一步ＮＢＩ控制系统的建设积累了经验。 李立，等. 第十三届全国等离子体科学技术会议 2007, 8, 20-22, 成都