一种基于EPICS的加速器水冷系统恒温控制系统

本发明属于冷却水恒温控制，尤其涉及一种基于epics的加速器水冷系统恒温控制系统。

背景技术：

1、在加速器工作时，系统中各部件会由于微波功率、电能损耗等原因产生热量，其次，进入磁铁设备线圈的冷却水存在温漂现象，会影响设备元件的正常工作。因此，加速器需要设计恒温水冷系统，满足温域多样化、位置分布散、热负荷体量差距大和控制精度高的设计要求。作为实验物理应用型设备，还应当保证加速器设备长时间可靠运行、保证操作维护简便。

2、epics是广泛应用于粒子加速器等大型实验物理装置的分布式控制系统。针对被控设备分布广、数量多、控制精度高的系统，epics提供了数百种加速器常用的硬件接口设备驱动程序，方便与被控设备通信。基于epics设计的系统还具有易开发、易操作和扩展性高的特点。

3、目前针对加速器设计的水冷系统较少，采用传统方法较难满足高标准的设计要求，且具备远程实时恒温调节、状态监测、故障报警和数据存储等功能的系统更难实现。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，为解决加速器等大型实验物理装置在运行过程中各部件产生热量、冷却水出现温漂现象等问题，以及加速器水冷系统设计时存在的各部件数量多、位置分布散、温域多样化、热负荷体量差距大和温度控制精度高等问题，提出了一种基于epics的对冷却水温度采用pid调节的恒温控制系统。通过epics系统设计的监控界面可以远程设定温度、调节参数和读取数据，并能实现对不同设备冷却水温度的实时监测和预警，还能对温度数据进行实时存储和查询。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于epics的加速器水冷系统恒温控制系统，包括：epics子系统、plc模块和热交换子系统；

3、所述epics子系统，用于生成对所述热交换子系统的控制指令信息；

4、所述plc模块，用于分别与所述epics子系统和热交换子系统进行通信，基于所述控制指令信息对所述热交换子系统进行控制；

5、所述热交换子系统，用于根据所述plc模块的控制，通过冷剂循环和水循环，对加速器进行水温控制。

6、可选地，所述epics子系统包括：人机交互模块、网络通讯模块和输入输出控制模块；

7、所述人机交互模块，用于运行监控界面、发送设备控制信号、设定温度、设定pid参数、接收反馈信息和存储数据；

8、所述网络通讯模块，用于基于tcp/ip传输方式的协议，进行所述人机交互模块和所述输入输出控制模块之间的信息传递；

9、所述输入输出控制模块，用于根据由被控设备过程变量pv组成记录文件，构成所述控制指令信息。

10、可选地，所述记录文件的类型包括：ai、ao、bi、bo和calc。

11、可选地，所述热交换子系统包括：一级热交换模块和二级热交换模块；

12、所述一级热交换模块，用于制冷剂循环；

13、所述二级热交换模块，用于冷却水循环；

14、所述一级热交换模块和所述二级热交换模块之间，通过蒸发器进行连接。

15、可选地，所述一级热交换模块包括：压缩机、冷凝器和过滤器；

16、所述压缩机、冷凝器、过滤器和蒸发器依次连接，所述蒸发器再与压缩机连接，构成所述制冷剂循环。

17、可选地，所述二级热交换模块包括：三通调节阀、pid调节器、温度传感器和管道电加热器；所述三通调节阀包括：a、b、c三口；

18、所述三通调节阀、管道电加热器、加速器和蒸发器依次连接，所述蒸发器再与所述三通调节阀连接，构成循环；

19、所述管道电加热器与所述温度传感器并联，所述温度传感器分别与三通调节阀和加速器连接；

20、所述pid调节器分别连接所述温度传感器和三通调节阀；

21、可选地，所述热交换子系统中，通过冷剂循环和水循环，对加速器进行水温控制包括：

22、加速器散热之后的冷却水分为两路，第一路冷却水流经蒸发器、三通调节阀的ab通路后，流回加速器；第二路冷却水流经三通调节阀的cb通路后，流回加速器；所述冷却水均由所述温度传感器实时监测温度；

23、通过pid调节器将监测值与温度设定值进行比较，基于比较结果调节三通调节阀的开度，进而影响ab通路和cb通路两路水流量的比例，实现温度控制；当管路中冷却水需要升温时，通过所述管道电加热器进行加热升温。

24、可选地，所述三通调节阀根据所述pid调节器控制信号的大小和方向改变阀芯的行程来改变阀的阻力系数，以达到调节三通调节阀开度。

25、可选地，所述输入输出控制模块中的所述控制指令信息，用于控制所述三通调节阀开度的调节、pid调节器参数的设定以及温度传感器数据的监测。

26、本发明具有以下有益效果：

27、本发明能够有效解决加速器等大型实验物理和工业控制装置在运行过程中各部件产生热量、出现温漂现象的问题。通过本发明恒温控制方法设计的水冷系统还能有效解决加速器等大型设备各部件位置分布散、数量多、温域多样化、热负荷体量差距大和控制精度高等问题。通过epics构建整个水冷系统分布式控制架构，由plc实现对三通阀、温度传感器和pid调节表等设备的具体控制和信息收集。由epics中calc记录根据设定的pid参数对冷却水温度设定值和实际值进行偏差分析计算，输出调节开度的控制信号，三通阀根据信号调整开度大小控制两路水流量的比例进而调节冷却水温度的高低。通过epics系统将加速器各部件冷却水的恒温调控、设备运行状态监测、故障信息报警和数据存储查询等功能集成到一起，能更好地保证加速器设备安全性、可靠性、稳定性和经济性运行。

技术特征：

1.一种基于epics的加速器水冷系统恒温控制系统，其特征在于，包括：epics子系统、plc模块和热交换子系统；

2.根据权利要求1所述的基于epics的加速器水冷系统恒温控制系统，其特征在于，所述epics子系统包括：人机交互模块、网络通讯模块和输入输出控制模块；

3.根据权利要求2所述的基于epics的加速器水冷系统恒温控制系统，其特征在于，所述记录文件的类型包括：ai、ao、bi、bo和calc。

4.根据权利要求3所述的基于epics的加速器水冷系统恒温控制系统，其特征在于，所述热交换子系统包括：一级热交换模块和二级热交换模块；

5.根据权利要求4所述的基于epics的加速器水冷系统恒温控制系统，其特征在于，所述一级热交换模块包括：压缩机、冷凝器和过滤器；

6.根据权利要求5所述的基于epics的加速器水冷系统恒温控制系统，其特征在于，所述二级热交换模块包括：三通调节阀、pid调节器、温度传感器和管道电加热器；所述三通调节阀包括：a、b、c三口；

7.根据权利要求6所述的基于epics的加速器水冷系统恒温控制系统，其特征在于，所述热交换子系统中，通过冷剂循环和水循环，对加速器进行水温控制包括：

8.根据权利要求7所述的基于epics的加速器水冷系统恒温控制系统，其特征在于，所述三通调节阀根据所述pid调节器控制信号的大小和方向改变阀芯的行程来改变阀的阻力系数，以达到调节三通调节阀开度。

9.根据权利要求8所述的基于epics的加速器水冷系统恒温控制系统，其特征在于，所述输入输出控制模块中的所述控制指令信息，用于控制所述三通调节阀开度的调节、pid调节器参数的设定以及温度传感器数据的监测。

技术总结本发明提出了一种基于EPICS的加速器水冷系统恒温控制系统，包括：EPICS子系统、PLC模块和热交换子系统；所述EPICS子系统，用于生成对所述热交换子系统的控制指令信息；所述PLC模块，用于分别与所述EPICS子系统和热交换子系统进行通信，基于所述控制指令信息对所述热交换子系统进行控制；所述热交换子系统，用于根据所述PLC模块的控制，通过冷剂循环和水循环，对加速器进行水温控制。本发明通过EPICS系统将加速器各部件冷却水的恒温调控、设备运行状态监测、故障信息报警和数据存储查询等功能集成到一起，能更好地保证加速器设备安全性、可靠性、稳定性和经济性运行。技术研发人员：刘东洋,潘天红,陶骏,丁石川,匡光力,余银钢,陈帆,周宸峰受保护的技术使用者：安徽大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18