內(nèi)置低溫泵是EAST裝置中為防止雜質(zhì)從偏慮器靶板附近進入等離子體核心的關(guān)鍵部件之一，可以為EAST長脈沖放電試驗提供持續(xù)的排灰能力實現(xiàn)裝置長脈沖放電。主要在EAST低溫控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，基于DCS結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)置低溫泵的監(jiān)控系統(tǒng)，從而實現(xiàn)低溫泵閥箱冷卻、運行、回溫整個過程的自動監(jiān)控。

　　1、引言

　　EAST(Experimental Advanced Superconductive Tokamak)全超導(dǎo)托卡馬克裝置是中國科學(xué)院等離子體物理研究所承擔的國家/九五0大科學(xué)工程。試驗放電期間為了防止雜質(zhì)從偏慮器靶板附近進入等離子體核心，為EAST長脈沖放電實驗提供持續(xù)的排灰能力以及偏慮器的等離子體的密度控制，低溫冷凝泵是不可缺少的部件之一。低溫泵的工作原理是低溫下的氣體冷凝作用、冷捕集作用及低溫吸附作用，它具有真空度高、抽速大，對大多數(shù)氣體無選擇性，形狀任意、高度清潔、工作壓強范圍寬，被認為是大體積容器抽超高真空較好的一種方法，低溫冷凝泵冷凝板的工作溫度為4.5~20K，為了滿足低溫泵的運行條件，專門設(shè)計了內(nèi)置低溫泵分配閥箱，閥箱低溫分配流程圖見圖1。由EAST低溫系統(tǒng)提供液氦和液氮冷卻，整個實驗過程需要計算機自動監(jiān)控，在原有低溫控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，擴展設(shè)計了內(nèi)置低溫泵監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了整個實驗過程的監(jiān)控以及數(shù)據(jù)曲線實時顯示。

圖1 內(nèi)置低溫泵分配閥箱結(jié)構(gòu)圖

　　2、系統(tǒng)設(shè)計

　　根據(jù)EAST裝置4臺內(nèi)置冷凝泵對LN2、LHe冷卻介質(zhì)的需求及EAST裝置其他低溫用戶的需求，該流程主冷源LHe來自EAST裝置五對電流引線杜瓦中BusLineLHe供給路，在主路取一分支經(jīng)分配閥箱的低溫分配閥門分配后，輸向不同的用戶，以滿足其需求。LN2取自裝置五對電流引線杜瓦中LN2供給主管路，在主管路取一分支經(jīng)分配閥箱分配給各自的用戶。冷卻介質(zhì)經(jīng)閥箱分配后再通過低溫傳輸線到達終端用戶，考慮到將來冷凝泵的冷卻方式的改變及可能增加新用戶等，特在分配閥箱的設(shè)計時增加備用口及預(yù)留低溫泵的安裝位置。EAST低溫控制系統(tǒng)是基于愛默生公司的DeltaV軟件建立DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的。內(nèi)置低溫泵的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計包括I/O點位組態(tài)、界面組態(tài)、數(shù)據(jù)曲線的實時顯示。需要監(jiān)控的狀態(tài)參數(shù)包括壓力和溫度，執(zhí)行機構(gòu)包括調(diào)節(jié)閥和開關(guān)閥。壓力信號可以通過DCS的標準的模擬量輸入(AI)卡件直接進入DCS系統(tǒng)。由于低溫溫度測量采用的是Cernox碳電阻溫度計，輸出的信號是非標準4~20mA信號，這就需要經(jīng)過復(fù)雜數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)采集以后，經(jīng)過OPC協(xié)議傳給DCS系統(tǒng)。EAST復(fù)雜數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)是通過高精度測量儀表對多路微伏級低溫非線性碳電阻溫度計進行監(jiān)測，完成信號測量、擬合計算，實現(xiàn)與DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 EAST內(nèi)置低溫泵監(jiān)控設(shè)計結(jié)構(gòu)圖

小結(jié)

　　目前EAST內(nèi)置低溫泵經(jīng)過兩輪實驗的運行，控制系統(tǒng)運行良好，降溫曲線如圖6所示。由于目前低溫泵才投入一臺運行，隨著實驗不斷深入，系統(tǒng)將會不斷擴展，同時將逐漸實現(xiàn)全自動運行模式;也為EAST低溫控制系統(tǒng)擴展其它監(jiān)控系統(tǒng)提供很好借鑒。

圖6 低溫泵降溫曲線