一种超导磁体失超判别及联锁保护系统

本发明属于联锁保护系统，尤其涉及一种超导磁体失超判别及联锁保护系统。

背景技术：

1、中心螺管模型线圈（csmc）是聚变堆主机关键系统综合研究设施（craft）超导磁体研究系统的重要子单元。csmc装置由2个nb3sn磁体和3个nbti磁体套装串联组成，磁体运行时最高电流达47.65ka ，磁体一旦失超，磁体中储存的电能将会转变为欧姆热，使得磁体的温度迅速升高，严重时会烧坏磁体。因此，一套安全可靠的失超检测及保护系统尤为重要，而失超判别及联锁保护系统又是失超检测及保护系统中重要一环。失超判别及联锁保护必须在磁体到达热点温度之前迅速做出响应，延迟保护或故障都会引起重大事故，造成巨额经济损失。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种超导磁体失超判别及联锁保护系统。采用数字电路设计与触摸屏相结合、掉电保护及失超判别板冗余设计实现了系统的可靠性和灵活性。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种超导磁体失超判别及联锁保护系统，其特征在于，所述系统包括缓冲隔离电路、失超判别板、中继板、触摸屏、联锁保护板，所述失超判别板包括第一失超判别板、第二失超判别板，其中，

4、失超检测噪声补偿信号作为输入信号经过缓冲隔离电路处理后送入第一失超判别板和第二失超判别板，第一失超判别板和第二失超判别板通过各自的adc芯片将输入信号转换为数字信号并以数据并行传输模式送入各自的mcu芯片进行处理获得实时采集电压值并开始计时，当实时采集电压值在连续延迟时间内低于设定电压阈值时，计时清零，等待下一次实时采集电压值大于设定电压阈值时重新计时；否则，计时不清零，继续计时；当实时采集电压值在连续延迟时间内大于等于设定电压阈值时，失超判别板的输出从高电平信号变为低电平信号，并锁存，直到复位指令的到来；

5、所述低电平信号送入联锁保护板，所述联锁保护板的保护输出向电源系统发送失超信号，切断电源供电回路，通过移能电阻泄放磁体能量；

6、所述第一失超判别板和第二失超判别板分别通过can通信端口与中继板级联，所述中继板通过232串口连接触摸屏；所述触摸屏，安装在金属屏蔽机箱前面板左侧，用于显示实时采集电压值、设定电压阈值、设定保护顺序框、设定延迟时间；

7、所述输入信号包括24路，经过缓冲隔离电路处理后同时进入第一失超判别板和第二失超判别板；所述第一失超判别板和第二失超判别板电路结构相同。

8、进一步的，所述失超判别及联锁保护系统的各部件除触摸屏外，均设置于金属屏蔽机箱内部，机箱是高4u，宽84te的标准屏蔽机箱；

9、所述24路输入信号通过安装在金属屏蔽机箱后面板右侧的24个sma接口进入机箱；

10、所述第一失超判别板和第二失超判别板分别通过spi通信端口与对应的flash存储芯片连接；

11、所述adc芯片，为16bit adc同步采集,采用精密电压基准；

12、所述mcu芯片，最高主频大于500mhz；

13、所述联锁保护板与保护指示灯、声光报警器、急停开关、外接急停接口、第一封锁开关、第二封锁开关、第一封锁指示灯及第二封锁指示灯电连接；

14、所述触摸屏上设定电压阈值范围：0-10000mv，步进1mv；设定延迟时间范围：5-10000ms，步进1ms。

15、进一步的，所述触摸屏包括两个圆形指示灯，分别代表第一失超判别板和第二失超判别板的工作状态；两个圆形指示灯都是绿色时，代表第一失超判别板和第二失超判别板均正常工作；当某个指示灯为灰色时，代表对应地址失超判别板通信或者运行异常；当其中一个绿色一个红色时，说明第一失超判别板和第二失超判别板内部的参数不一致，需要重新设定参数。

16、进一步的，所述触摸屏设定的参数同时送至第一失超判别板和第二失超判别板，当某一失超判别板失效或者异常时，通过机箱前面板的第一封锁开关或第二封锁开关来屏蔽该某一失超判别板，同时对应封锁开关下方的封锁指示灯变亮。

17、进一步的，所述触摸屏设定的通道保护顺序框用于快速定位哪部分磁体先失超。

18、进一步的，所述触摸屏通信异常时不影响失超判别板的正常保护功能，系统仍能正常运行；系统重新上电后，触摸屏回读掉电前设定参数，且设定窗口处于灰色状态，不可设定，封锁状态复位为解除封锁状态，触摸屏回读该状态；点击“参数修改”按钮，所有设定窗口进入可编写数据活动状态；修改参数后，点击“确定”，按“确定”之后，设定框变回灰色，设定框显示的值为回读的设定值；通信状态若正常，则为绿色闪烁；若异常，则为不闪烁。

19、进一步的，所述触摸屏读取第一失超判别板地址的实时采集电压值和存储值作为显示，同时读取第二失超判别板的存储值，当两块失超判别板的存储值不一样时进行提示，不影响下位机正常运行。

20、进一步的，所述联锁保护板的保护输出包括继电器触点、电平逻辑、光mos开关三种模式，所述继电器触点包括2组，常开变常闭、常闭变常开；电平逻辑包括6组，0v转5v，5v转0v, 0v转24v，24v转0v，0v转12v，12v转0v；光mos开关包括2组，导通变截止，截止变导通；上述共计10种输出方式分别对应的输出接口安装在机箱后面板的左侧，以适配不同磁体电源失超保护接口类型。

21、进一步的，所述保护指示灯，正常工作时即未保护状态为绿色，达到失超判别阈值后即保护状态为红色；所述声光报警器在发生保护状态时发出报警声；所述急停开关，为第一优先级，按下即保护；所述外接急停接口用于远程急停。

22、本发明的有益效果在于：

23、（1）本发明失超判别及联锁保护采用数字电路设计与触摸屏相结合，电压和时间设定范围宽，电压阈值设定范围：0-10000mv，延迟时间阈值设定范围：5-10000ms；电压阈值设定步进1mv，延迟时间设定步进1ms，精度高，抗干扰能力强；另外触摸屏设计具有灵敏的反应速度、易于交流、节省空间等优点。本发明构思巧妙，加工简单，成本低，所用的制板材料，金属屏蔽机箱以及电子元件等都是容易获得的，具有经济优势；

24、（2）保护输出有三种：高低电平转变、继电器常开常闭触点转变、mosfet管导通断开触点转变，共5类10种输出方式，用于本系统与其它各大系统的安全联锁保护，通用性强。

25、（3）掉电保护及失超判别板的双冗余设计保证了本系统的可靠性和灵活性。

26、（4）设定的参数具有掉电存储功能，掉电后下次上电，参数为掉电前最后一次的设定值，方便用户使用。

技术特征：

1.一种超导磁体失超判别及联锁保护系统，其特征在于，所述系统包括缓冲隔离电路、失超判别板、中继板、触摸屏、联锁保护板，所述失超判别板包括第一失超判别板、第二失超判别板，其中，

2.根据权利要求1所述的一种超导磁体失超判别及联锁保护系统，其特征在于，所述失超判别及联锁保护系统的各部件除触摸屏外，均设置于金属屏蔽机箱内部，机箱是高4u，宽84te的标准屏蔽机箱；

3.根据权利要求2所述的一种超导磁体失超判别及联锁保护系统，其特征在于，所述触摸屏包括两个圆形指示灯，分别代表第一失超判别板和第二失超判别板的工作状态；两个圆形指示灯都是绿色时，代表第一失超判别板和第二失超判别板均正常工作；当某个指示灯为灰色时，代表对应地址失超判别板通信或者运行异常；当其中一个绿色一个红色时，说明第一失超判别板和第二失超判别板内部的参数不一致，需要重新设定参数。

4.根据权利要求3所述的一种超导磁体失超判别及联锁保护系统，其特征在于，所述触摸屏设定的参数同时送至第一失超判别板和第二失超判别板，当某一失超判别板失效或者异常时，通过机箱前面板的第一封锁开关或第二封锁开关来屏蔽该某一失超判别板，同时对应封锁开关下方的封锁指示灯变亮。

5.根据权利要求4所述的一种超导磁体失超判别及联锁保护系统，其特征在于，所述触摸屏设定的通道保护顺序框用于快速定位哪部分磁体先失超。

6.根据权利要求5所述的一种超导磁体失超判别及联锁保护系统，其特征在于，所述触摸屏通信异常时不影响失超判别板的正常保护功能，系统仍能正常运行；系统重新上电后，触摸屏回读掉电前设定参数，且设定窗口处于灰色状态，不可设定，封锁状态复位为解除封锁状态，触摸屏回读该状态；点击“参数修改”按钮，所有设定窗口进入可编写数据活动状态；修改参数后，点击“确定”，按“确定”之后，设定框变回灰色，设定框显示的值为回读的设定值；通信状态若正常，则为绿色闪烁；若异常，则为不闪烁。

7.根据权利要求6所述的一种超导磁体失超判别及联锁保护系统，其特征在于，所述触摸屏读取第一失超判别板地址的实时采集电压值和存储值作为显示，同时读取第二失超判别板的存储值，当两块失超判别板的存储值不一样时进行提示，不影响下位机正常运行。

8.根据权利要求7所述的一种超导磁体失超判别及联锁保护系统，其特征在于，所述联锁保护板的保护输出包括继电器触点、电平逻辑、光mos开关三种模式，所述继电器触点包括2组，常开变常闭、常闭变常开；电平逻辑包括6组，0v转5v，5v转0v, 0v转24v，24v转0v，0v转12v，12v转0v；光mos开关包括2组，导通变截止，截止变导通；上述共计10种输出方式分别对应的输出接口安装在机箱后面板的左侧，以适配不同磁体电源失超保护接口类型。

9.根据权利要求8所述的一种超导磁体失超判别及联锁保护系统，其特征在于，所述保护指示灯，正常工作时即未保护状态为绿色，达到失超判别阈值后即保护状态为红色；所述声光报警器在发生保护状态时发出报警声；所述急停开关，为第一优先级，按下即保护；所述外接急停接口用于远程急停。

技术总结本发明公开一种超导磁体失超判别及联锁保护系统，属于失超判别及联锁保护技术领域。该系统输入接收失超检测噪声补偿输出，输入信号经过缓冲隔离电路处理后送入第一失超判别板和第二失超判别板，通过SPI通信与FLASH存储芯片连接，其各自将ADC芯片转换后的数字信号通过数据并行模式送入MCU芯片，两块失超判别板通过CAN通信与中继板级联后再通过232串口连接触摸屏，输出信号送入联锁保护板。当系统检测到输入信号的电压达到设定阈值，且持续时间超过设定延迟时间，联锁保护板给电源系统发送失超信号，切断电源供电回路，通过移能电阻来泄放磁体能量，从而保护磁体。本发明安全可靠，操作灵活方便。技术研发人员：郑龙贵,肖业政,王腾,杨茂,潘超,倪其才,严庆,刘怀超,张继林,卢辉,胡燕兰,龚先祖受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院技术研发日：技术公布日：2024/9/12