[發明專利]針對超大功率水冷磁體的分布式安全保護系統

在審

• 申請號: 201710220078.8
• 申請日: 2017-04-06
• 公開（公告）號: CN106919165A
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發明（設計）人: 李云飛;吳海峰;張俊;黎偉;李芳;吳仲城
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發明涉及計算機測量與控制領域，尤其涉及一種針對穩態的、具有高磁場強度的超大功率水冷磁體的分布式安全保護系統。

背景技術

強磁場被國際上稱之為21世紀人們重點關注的科學、工程和技術之一，強磁場作用下的物理學、化學、生物學、材料科學、磁共振技術和磁懸浮微重力技術等研究已經成為新的學科方向。簡而言之，強磁場是人們進行科學研究和發現的重要工具，就像顯微鏡可以讓人們看到肉眼看不到的東西一樣，借助強磁場我們也可以“看到”物質本性和科學規律，是探究未知世界的強有力工具。

超大功率水冷磁體可以為科學研究提供穩定的高強磁場實驗條件，其中，水冷磁體線圈、大功率高穩定電源以及大功率冷卻水系統等配套裝置均處于極端工作狀態。因而，水冷磁體安全保護系統是確保整個磁體裝置能夠安全可靠運行不可或缺的重要系統，使裝置在出現故障或潛在危險時能夠自動進入安全狀態。

強磁場的產生離不開磁體設備和裝置，世界上各個國家，特別是發達國家已經逐漸意識到強磁場的重要意義，越來越重視對產生強磁場的磁體裝置進行研究和制造。由于技術、工藝和經濟實力等方面原因，目前只有美國、法國等國家建有超大功率水冷磁體裝置。

文獻[J.R. Miller, M.D. Bird, S. Bole, A. Bonito-Oliva,, Y. Eyssa, W.J. Kenney, T.A. Painter, H.-J. Schneider-Muntau, an Overview of the 45-T Hybrid Magnet System for the New National High Magnetic Field Laboratory, IEEE Trans. Magn, 30(1994), 1563-1571.]和[Hybrid RMPS, http://sthmac.magnet.fsu.edu/hybrid/RMPS/index.html]對美國強磁場實驗室的水冷磁體保護控制系統進行了介紹。美國強磁場裝置主要由中央控制系統、安全聯鎖模塊(Model36)、電源系統、水冷系統、用戶計算機、磁體保護系統（MPS）及數據庫等部分組成。中央控制系統是整個系統的核心組成，負責協調各個子系統的操作和運行。中央控制系統與子系統之間采用多種通訊方式，如與User Computer采用光纖進行通訊，與Model36模塊采用RS-485方式通訊等。用戶計算機和中央控制系統之間采用串口通訊，發送給中央控制系統的參數包括電流開始、暫停、繼續、停止變化，設定點，電流快速衰減為零的變化率等參數，中央控制系統發送磁體電流，電流當前狀態，變化率極限值等參數。美國強磁場裝置采用三個數據庫：系統運行數據庫，磁體狀態數據庫和磁體標定數據庫。系統運行數據庫中保存電源系統和水冷系統相關參數；磁體狀態數據庫保存控制系統獲取的磁體參數；磁體標定數據庫給控制系統發送磁體的初始化文件。磁體保護系統(MPS)以31.25Hz的頻率獲取磁體的測量信號(如水溫、水壓以及磁體線圈電壓等)，單路信號的A/D采樣速率可達40KHz。磁體保護系統對測量得到的參數進行判斷，如果超過安全范圍則直接對電源進行關閉操作。Model36模塊用于系統的安全聯鎖，連接電源系統和磁體保護系統（MPS），以及和中央控制系統進行數據交換。