[发明专利]超导磁体运行监控系统及设计方法

说明书

本发明公开一种超导磁体运行监控系统及设计方法，属于安全监控技术领域，系统包括放置在杜瓦内的超导磁体，超导磁体连接有子系统和，真空杜瓦与分子泵机组经波纹管连接，波纹管上设有电磁阀，子系统、电源、电磁阀以及分子泵机组均与监控主机连接；监控主机内运行系统软件，软件系统架构的底层包括子系统、电源、电磁阀、杜瓦以及分子泵机组在软件层面映射得到的设备控制模块。通过将各功能模块对应的设备控制模块集成软件框架，当实际运行的物理设备发生变化时，只需对底层设备控制模块进行简单的修改，即可将新设备集成到系统中，实现监控系统的通用化。

技术领域

本发明涉及超导磁体安全运行监控技术领域，具体涉及一种超导磁体运行监控系统及设计方法。

背景技术

超导磁体因具有体积小、电流密度高、零电阻的特性，被广泛应用于科研、医疗甚至国防领域。超导磁体形式有多种，包括液氦迫流冷却的大型超导磁体、闭环运行的核磁共振超导磁体、制冷机制冷的中小型干式磁体、液氦浸泡冷却的中小型超导磁体以及液氮冷却的中小型高温超导磁体等。

超导磁体需要在4.5K(低温超导)或77K(高温超导)下运行，磁体运行时需要真空系统和低温系统配合维持低温真空环境，实验时需要电源系统、失超探测、温度监测等系统同时配合协调工作。超导磁体控制设备类型多样，但这些设备总体可以分成八种类别，分别为超导磁体、冷屏杜瓦、低温设备、真空设备、电源设备、失超探测、数据采集设备及控制系统设备。

针对超导磁体的运行需求，目前提出了很多系统方案，比如：

(1)公开号为CN110989359A的发明专利申请提出了“一种基于深度学习的控制系统”，利用深度学习后的模型对超导磁体进行运行控制，但该方法忽略一个问题，深度学习需要大量正常和失超的运行数据作为样本数据进行模型训练，但超导磁体运行时有大量的储能，每一次失超可能对磁体造成损坏，而且超导磁体的运行一般情况是不允许失超或尽量避免失超运行，所以实际样本数据获取困难，且要求控制系统安全裕度更高。

(2)工程科技Ⅱ辑于2021年5月31日公开的“EAST装置超导磁体温度监控系统的研制”，该文章提出了一种基于PLC和Lakeshore设备的超导磁体低温监测系统，但该系统只适用于EAST装置低温监测对其他磁体系统不具有适用性。

(3)核电子学与探测技术期刊于2017年6月20日公开的“ECRH超导磁体装置监控系统设计”，该文章提出了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。但该系统同样只适用于ECRH装置的控制，不具有普适性。

(4)工程科技Ⅱ辑于2020年6月1日公开的“CSMC磁体测试平台诊断控制系统设计与研究”，该文章提出了一种基于EPICS架构的分布式大型超导磁体运行监控系统，由于系统复杂，不适用于中小型超导磁体的运行控制。

综上，目前的超导磁体运行监控系统存在两种问题：(1)系统为超导磁体运行监控系统的一部分或为系统本身，系统根据超导磁体进行定制，对其目标装置具有良好的匹配性，但不具备通用性；(2)系统中各模块间耦合严重，模块不具有可替换性，对新设备的兼容性较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种通用性较好的超导磁体运行监控系统。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

一方面，本发明提出了一种超导磁体运行监控系统，所述系统包括：放置在真空杜瓦内的超导磁体，所述超导磁体连接有子系统和电源，所述真空杜瓦与分子泵机组经波纹管连接，所述波纹管上设有电磁真空阀，所述子系统、所述电源、所述电磁真空阀以及所述分子泵机组均与监控主机连接；