上海质子治疗装置动态电源控制系统

上海质子治疗装置是由中国科学院上海应用物理研究所研制的首台全国产化的质子治疗设备。注入器产生不同能量的质子束满足多样化的治疗所需,而对不同能量束流的轨道约束则由加速器主环动态电源和对应磁铁动态电流的调整来实现。为了避免磁场动态改变时磁铁涡流特性变化带来的干扰,在传统静态电源控制基础上,利用PCASpy模块设计了全新符合实验物理及工业控制系统(Experimental Physics and Industrial Control System,EPICS)规范的上层控制系统,通过高速下载预设电流波形和过程控制,基本消除了涡流影响。该控制系统目前已在主环束流调试过程中正常使用。     

ADS注入器Ⅱ控制系统软件平台设计

加速器驱动的次临界系统(ADS)的强流质子加速器(ADS注入器Ⅱ)主要用于产生连续强流质子束,其控制系统需实现对现场加速器设备的远程参数调节和状态监测。整个控制系统基于分布式控制软件实验物理与工业控制系统(EPICS)架构设计。为实现各子系统软件开发平台之间的数据共享和信息通信,基于EPICS软件架构,采用共享内存、通道访问接口软件、CA Lab等多种方法实现各系统间的数据透明访问,提高了上层控制软件的远程诊断和集成控制能力。结果表明:整个软件平台运行可靠、稳定,完全满足目前注入器Ⅱ的调束和运行要求。     

基于CSS的NBI射频离子源控制程序设计

离子源是中性束注入器(Neutral Beam Injector,NBI)的关键子系统之一,根据射频离子源的实验和运行需求,本文设计了一套基于物理实验与工业控制系统(Experimental Physics and Industrial Control System,EPICS)架构的控制程序,实现对射频离子源实验和调试过程的远程监控功能。NBI射频离子源控制程序通过集成开发平台(Control System Studio,CSS)的交互界面开发模块(Best OPI Yet,BOY)实现友好的人机交互界面,使用Jython实现界面逻辑,支持服务器/客户端和EPICS两种通信架构。程序已经上线近半年,实验表明,射频离子源控制程序具备了放电模式设置、时序幅值设置、设备状态实时监控、采集数据实时波形显示等功能,满足了射频离子源实验的远程控制和数据可视化的需求。     

PLS－IM－60MeV LINAC控制与束测系统

ＰＬＳ－６０ＭｅＶ控制束测系统能完成对于注入器全部设备的监测与回控，从而确保系统正常运行，该系统采用了最新分布式控制系统结构，分别完成对调制器、磁铁分系统和真空、水冷、束流诊断装置的监控，为加速器提供整套物理数据。     

PLS—IM—60MeV LINAC控制与束测系统

ＰＬＳ－６０ＭｅＶ控制束测系统能完成对于注入器全部设备的监测与回控，从而确保系统正常运行，该系统采用了最新分布式控制系统结构，分别完成对调制器、磁铁分系统和真空、水冷、束流诊断装置的监控，为加速器提供整套物理数据。     

注入器Ⅱ离子源控制系统设计

为实现离子源设备的远程监控、束流强度可调和当设备发生异常时的快速切束控制,采用PLC、串口服务器和自制FPGA控制板卡设计了基于EPICS架构的离子源控制系统。同时,改进了原有PLC和电机系统的EPICS IOC程序。整套系统工作可靠、稳定,完全满足注入器Ⅱ系统的调试运行需求。快速切束时间小于10 μs,完全切束动作在60 s内完成。     

小型工业加速器远程监控系统

根据小型工业电子加速器监控系统的特点及需求,采用VC++开发出一套远程监控系统。该系统实现了远程监测、远程控制、设备及权限管理等功能。测试结果表明,该系统具有较高的实时性、稳定性和扩展性,便于加速器的使用人员进行远程监测设备,且可以改变加速器制造企业的维修方式,降低维修成本。该系统具有广泛的应用前景。     

基于EPICS的上海光源注入引出远控系统

基于EPICS的应用开发,实现了上海光源注入引出系统的远程控制。介绍了控制系统的硬件结构及其工作原理,阐述了远程控制系统的组成及其设计方法。运行结果表明,控制精度高、占用资源少、灵敏度高、工作稳定可靠,满足了控制功能的需求。     

ADS注入器Ⅱ真空控制系统设计

ADS注入器Ⅱ真空控制系统是基于分布式实时控制软件EPICS架构设计的。采用基于数据流设备的通信驱动模块StreamDevice、CSS和JDBC等技术,实现对现场真空设备的远程网络监控和设备状态历史数据查询。对EPICS设备层控制接口采用IOC驱动模块StreamDevice实现,可满足真空计、离子泵、PLC等加速器装置中常用的串口,及以太网口智能设备的网络监控。整个控制系统实现了对加速器真空设备的远程采集、监测和真空阀门的联锁控制,保证束流的稳定运行。     

中心区实验台架控制系统的调试

中心区实验台架是1个设备类型齐全的综合实验装置，包括水冷、真空、电源、离子源、高频、主磁铁、控制、举升等多个子系统。其中，控制系统作为整个台架的监控核心，起着对各个设备的参量采集监控、远程开停、联锁等功能，对整个装置安全可靠、稳定运行起着重要作用。从2007年初以来，该系统随着中心区实验台架工作的进展，系统逐步完善。先后进行了所有信号电缆的敷设和全部设备的调试工作。调试工作主要分为以下几个部分进行。     

HIRFL真空远程控制系统设计

为满足HIRFL-CSR工程对HIRFL真空系统的要求,达到远程监测控制的目的,提高整体运行效率,设计实现了一套这样的远程控制系统。文章简要介绍了以MSP430F149为核心设计的真空控制模块,及其在HIRFL真空远程控制系统中的应用。着重介绍了控制模块的硬件组成以及软件控制程序设计。该系统通过Intranet网络连接各种设备,实现了对HIRFL真空系统的远程监测与控制。     

加速器驱动次临界系统注入器Ⅱ低温恒温器控制系统

根据加速器驱动次临界系统（ADS）注入器Ⅱ对低温设备的要求设计了一套EPICS架构的控制系统,实现了低温恒温器系统的远程监控功能。该系统的主要控制设备为PLC和串口服务器,相应的控制程序在LabVIEW中开发完成,并使用DSC模块将被控设备的状态和参数等信息以过程变量的形式发布到控制网络中,实现了EPICS接入。使用PID算法将低温恒温器的氦槽压力控制在目标值的±100 Pa内变化,保证了超导腔的正常工作要求。设计的控制系统运行稳定,在5 MeV的束流实验中发挥了作用。     

100 MeV强流质子回旋加速器剥离靶驱动控制系统研制

100 MeV强流质子回旋加速器(CYCIAE-100)加速负氢离子,引出系统为电荷交换方式的双向剥离引出系统,剥离靶是引出系统的核心装置。剥离靶系统四维联动定位精度要求高。为满足剥离靶驱动控制系统要求,采用了PLC控制驱动电路,读取位置反馈信号,对运动控制形成负反馈闭环的控制方法,实现了引出系统的各项运动控制要求并达到了设计指标。经调试,该加速器于2014年7月首次成功引出75~100 MeV质子束流,引出效率达99%以上。剥离靶驱动控制系统经加工调试,满足引出系统的各项技术要求,目前已投入运行2 a,可靠性得到了验证。     

HIRFL-CSR重离子治癌远程定位及监测系统设计

为满足兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）浅层和深层重离子治癌装置中对病人病灶位置信息的监测与远程控制的需求,基于FPGA技术构建嵌入式实时控制系统,以PCI总线为通信接口,选用凌华的PXI3800工业控制计算机为上位机,并采用逐点比较运动控制算法来实现定位控制,开发了相应的软件和可视化的监控界面,完成了加速器束运系统和治疗装置的集成。经现场测试,本系统运行稳定可靠,达到了设计要求。     

用于电源检修的远程控制装置研制

加速器磁铁电源由中央控制室通过电源的远程数字量和模拟量接口实现开关机和升降流,并长期运行在远程控制状态。为检修电源,本文研制电源检修用远程控制装置(简称装置),以能在电源厅本地通过远程控制接口实现对电源的控制,为电源的检修提供帮助。该装置采用单片机控制,矩阵键盘输入,清晰的人机界面显示结合高精度A/D和D/A芯片,实现操控电源的功能。实验证明,该装置能精确给定电源电流及回采给定值,达到了设计要求,为查找电源问题提供了有力的条件。     

BNCT水冷调谐控制系统设计与实现

硼中子俘获治疗(Boron Neutron Capture Therapy,BNCT)实验装置中射频四极场(Radio Frequency Quadrupole Field,RFQ)加速腔具有选频特性,水冷调谐是调节RFQ加速腔固有谐振频率使之与高频功率的工作频率一致的过程。恒流量工艺循环水冷系统中,去离子水的温度是影响RFQ固有谐振频率的敏感因素,水冷调谐需要保证恒温控制精度达到目标值的±0.1℃以内。基于恒流量工艺循环水冷系统,利用数字高精度温度传感器和高精度升降温执行器等关键设备,设计了一种水冷调谐控制系统,实现了高精度的恒温控制,为RFQ腔壁和腔翼提供了恒温恒流量的冷却水路,使得RFQ加速腔的固有谐振频率稳定可调,从而实现RFQ谐振。目前,该系统已完成开发和调试,并投入正式运行。BNCT水冷调谐控制系统是一套集自动控制、过程可视化、数据采集、历史储存和远程监控等功能于一体的完整系统。     

5 MeV RFQ束流动力学设计模拟及误差研究(英文)

一台出口能量5 MeV质子RFQ将作为中国洁净核能系统ADS(Accelerator Driven System)验证装置的注入器,其工作频率352 MHz,注入能量80 keV,流强50 mA。概述了这台RFQ的设计方法、束流动力学设计模拟及误差研究计算结果。     

基于WinCC的负离子源中性束电源状态监控系统设计

本论文设计了基于WinCC的负离子源中性束注入（NNBI）装置电源监控系统以实现对NNBI运行状态的实时监控。该系统针对多种型号PLC控制器通过单边通信和Modbus通信协议进行系统集成，以WinCC组态软件作为平台开发人机界面，为实验运行人员提供了一个操作方便、交互友好、性能稳定的系统状态监控和诊断手段，为NNBI实验稳定可靠运行提供必需的保障。     

ECRH超导磁体装置监控系统设计

为确保ECRH超导磁体装置稳定可靠地运行,设计了ECRH超导磁体装置的监测与控制系统。该监测与控制系统运用计算机网络技术和光纤隔离技术,利用图形化编程软件LabVIEW进行界面设计,可以设置超导磁体电流、电压等参数,并远程实时监控超导磁体及其硬件设备的状态。当探测到超导磁体失超或硬件设备发生故障时,会触发连锁保护,以确保超导磁体装置及整个ECRH系统稳定运行。     

C-ADS注入器Ⅰ超导腔失效补偿模拟研究

可靠性问题是中国加速器驱动核废料嬗变系统(C-ADS)超导强流质子加速器研究的重点和难点之一。本文针对C-ADS直线加速器注入器Ⅰ的超导腔失效问题,基于PLC嵌入式Linux系统和实验物理与工业控制系统(EPICS)进行超导腔失效补偿仿真研究。本研究完成了嵌入式系统开发和数据快速查找,验证了超导腔失效补偿方法的可行性,为下一步实验研究奠定了基础。