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(jìn)入等離子體核心的關(guān)鍵部件之一，可以為EAST長(zhǎng)脈沖放電試驗(yàn)提供持續(xù)的排灰能力實(shí)現(xiàn)裝置長(zhǎng)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(jì)內(nèi)置低溫泵的監(jiān)控系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)低溫泵閥箱冷卻、運(yùn)行、回溫整個(gè)過(guò)程的自動(dòng)監(jiān)控。

　　1、引言

　　EAST(Experimental Advanced Superconductive Tokamak)全超導(dǎo)托卡馬克裝置是中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所承擔(dān)的國(guó)家/九五0大科學(xué)工程。試驗(yàn)放電期間為了防止雜質(zhì)從偏慮器靶板附近進(jìn)入等離子體核心，為EAST長(zhǎng)脈沖放電實(shí)驗(yàn)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(duì)大多數(shù)氣體無(wú)選擇性，形狀任意、高度清潔、工作壓強(qiáng)范圍寬，被認(rèn)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(yùn)行條件，專門設(shè)計(jì)了內(nèi)置低溫泵分配閥箱，閥箱低溫分配流程圖見(jiàn)圖1。由EAST低溫系統(tǒng)提供液氦和液氮冷卻，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程需要計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)控，在原有低溫控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展設(shè)計(jì)了內(nèi)置低溫泵監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的監(jiān)控以及數(shù)據(jù)曲線實(shí)時(shí)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(jì)

　　根據(jù)EAST裝置4臺(tái)內(nèi)置冷凝泵對(duì)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(lái)自EAST裝置五對(duì)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(duì)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(guò)低溫傳輸線到達(dá)終端用戶，考慮到將來(lái)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(jì)時(shí)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(ài)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(jì)包括I/O點(diǎn)位組態(tài)、界面組態(tài)、數(shù)據(jù)曲線的實(shí)時(shí)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(jī)構(gòu)包括調(diào)節(jié)閥和開(kāi)關(guān)閥。壓力信號(hào)可以通過(guò)DCS的標(biāo)準(zhǔn)的模擬量輸入(AI)卡件直接進(jìn)入DCS系統(tǒng)。由于低溫溫度測(cè)量采用的是Cernox碳電阻溫度計(jì)，輸出的信號(hào)是非標(biāo)準(zhǔn)4~20mA信號(hào)，這就需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)采集以后，經(jīng)過(guò)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(guò)高精度測(cè)量?jī)x表對(duì)多路微伏級(jí)低溫非線性碳電阻溫度計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，完成信號(hào)測(cè)量、擬合計(jì)算，實(shí)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(jì)結(jié)構(gòu)圖

小結(jié)

　　目前EAST內(nèi)置低溫泵經(jīng)過(guò)兩輪實(shí)驗(yàn)的運(yùn)行，控制系統(tǒng)運(yùn)行良好，降溫曲線如圖6所示。由于目前低溫泵才投入一臺(tái)運(yùn)行，隨著實(shí)驗(yàn)不斷深入，系統(tǒng)將會(huì)不斷擴(kuò)展，同時(shí)將逐漸實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行模式;也為EAST低溫控制系統(tǒng)擴(kuò)展其它監(jiān)控系統(tǒng)提供很好借鑒。

圖6 低溫泵降溫曲線