[發明專利]一種基于雙模冗余比較結構的加速器真空聯鎖系統

無效

• 申請號: 201210039816.6
• 申請日: 2012-02-21
• 公開（公告）號: CN103257611A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 祁斌川;熊云
• 申請（專利權）人: 祁斌川;熊云
• 主分類號: G05B19/05
• 分類號: G05B19/05
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及對加速器真空聯鎖控制系統的設計及其實現方法。?

背景技術

加速器中為了避免高頻場中的電擊穿和殘余氣體對電子束的過度散射，波導系統和束流加速管真空室都必須工作在高真空狀態。真空聯鎖系統維持束流所存在環境達到或保持的超真空狀態，當發生真空泄漏時，采取適當的動作和隔離措施真空，發出停止束流的信號，避免損傷機器設備。?

加速器中參與真空聯鎖保護的部分包括注入器，直線加速器和波蕩器。在加速器裝置開機運行時，真空聯鎖保護系統提供遠程開啟閥門操作，并為每次電子槍的觸發提供定時信號；在發現故障時，聯鎖保護系統可以按規定的順序驅動執行部件進行自動保護。?

類似加速器這樣規模大系統復雜的大科學裝置，其真空聯鎖保護系統需要作為聯鎖保護系統內一個獨立的子系統來設計實施，以確保機器聯鎖保護功能的有效設計實施，并降低整個控制系統的設計實施難度。國際上第三代同步輻射光源中，實驗物理和工業控制系統EPICS(Experimental?Physics?and?IndustrialControl?System)和PLC(programmable?logic?controller)在控制系統中被廣泛應用。如國內，歐洲和日本一些加速器聯鎖保護系統采用各種系列PLC，通過以太網上的TCP/IP協議來連接EPICS和PLC系統。同時選用的PLC主要是EPICS已經支持，采用開放系統現場總線的產品。?

為了提高系統的安全性和可靠性，常用的的技術有動態冗余，靜態冗余技術以及混合冗余技術?；旌先哂嗉夹g是將靜態冗余和動態冗余相結合構成的一種新的冗余結構。這種系統中有N個正常工作的模塊，有S個備用模塊。N個正常工作模塊經過表決后作為系統的輸出，同時各模塊的輸出與系統的輸出作比較，以監測任一模塊是否有故障。如果檢測出其中1個模塊故障，則由切換電路切斷故障模塊，接通備用模塊。?

對于加速器的真空聯鎖系統，安全性和可靠性是非常重要的指標。現有的技術多是采用硬件冗余和軟件冗余。比如可靠性更高的硬件設備，如PLC以及采用用幾種不同的軟件處理數據，對處理結果進行比較，產生輸出。單純的軟件或者硬件冗余技術，對提升系統的可靠性和安全性都有限。?

發明內容

本發明是在真空聯鎖控制系統中采用雙模冗余比較技術，在不增加系統的硬件成本的同時，提高系統的安全性和可靠性。通過實驗驗證，本發明的優點是在硬件成本不增加的同時，大幅度的提高系統的高穩定性和可靠性。?

雙模冗余比較系統由兩個子系統和一個比較器組成。?

子系統：由兩個具有邏輯綜合模塊和一個邏輯選擇器組成。送入兩個邏輯綜合模塊的信號采用由不同途徑(不同真空規)獲取，將邏輯綜合結構送人邏輯選擇器，通過預先設定的故障檢測邏輯，判斷是否出現系統故障。為了便于檢修和維護，子系統的任何模塊出現故障時都需要給出報警信息。?

比較器：在輸出選擇器的控制下對兩個子系統的輸出進行比較，根據比較的結果去控制被控對象。如果兩個子系統的輸出相同，則將子系統的輸出作為系統的輸出去控制被控對象，如果不同，則說明系統出現故障，發出報警并采取相應的應對措施。?

每臺真空計送回預警信號和報警信號，預警信號設定的真空度閾值低于報警信號。由于這兩個信號是兩個不同的真空規分別獲取的，所以獲取方式上是相互獨立的。所以提出一種軟硬結合的冗余系統模型——雙模冗余比較系統，并應用在設計中。?

PLC系統中分別使用報警和預警信號進行閥門控制信號與外連鎖信號的綜合，然后對綜合的結果進行邏輯選擇。根據事實可以假設：不會出現真空規(真空度的探測設備)、PLC、IOC(I/O?controller)中兩個或兩個以上同時發生故障。閥門控制以及外觸發的邏輯選擇器檢測到故障后，采取相應的故障處理并上報至OPI。這樣有效的規避了由于單個真空規出現故障導致設備受到損害的風險。?

系統將IOC作為PLC的一個“備機”，從PLC內存讀取連鎖信號并進行邏輯綜合。綜合的邏輯與PLC相同。最后將IOC的綜合結果與PLC的通過比較器進行比較，判斷PLC和IOC是否運行正常，并將結果上報至?OPI。?

附圖說明

圖1是EPICS機構示意圖；?

圖2是系統硬件結構示意圖；?

圖3是系統雙模冗余比較結構示意圖；?

參閱圖1，根據分布式控制系統標準模型，系統基于EPICS框架，分為三個層次：OPI(OperatorInterface)，IOC(I/O?Controller)和設備控制器層。?