C-ADS注入器Ⅰ联锁保护系统设计

联锁保护系统是加速器驱动次临界系统（ADS）先导专项（C-ADS）核心系统之一，用于对加速器控制及人身和设备保护。为此设计搭建了基于可编程逻辑控制器（PLC）和PROFINET协议的联锁控制系统，对加速器各个关键部件的信号进行采集和控制。为满足加速器对可靠性的严格要求，该联锁系统选用最新型的PLC和I/O模块，并采用高可靠性容错和冗余技术的硬件设计。本文还对该联锁系统的冗余状态和非冗余状态做了可靠性分析对比。基于该系统的实验物理和工业控制系统（EPICS）的控制接口也已成功开发，并在线应用。     

四模块并联交错大功率激光驱动电源研制

根据高功率半导体激光器对大功率、低纹波、高可靠性恒流源驱动源的需求,设计了基于4个BUCK模块并联交错输出的恒流电源,最大输出功率37.5 kW（250 V×150 A）。4个模块导通时间依次间隔T/4使模块间的纹波抵消降低,实现输出电流纹波率0.066%。利用FPGA并行优势快速响应输出保护,在12.2 μs内即可关断输出,保护优异。测试结果验证了设计,目前已成功应用于某项目中。     

基于FPGA技术的加速器切束控制系统设计

针对加速器驱动次临界系统(ADS)中强流质子直线加速器,即ADS注入器Ⅱ,设计了采用现场可编程门阵列(FPGA)切束技术的加速器快保护控制系统。当系统检测到束流异常故障信号时能快速切断束流,并上传故障信息,方便故障排查和后期数据分析。该控制器基于FPGA设计,可实现光纤通信、串口通信、逻辑电平信号输出等功能。其中,光纤通信功能用于控制斩波器电源快速切断束流;串口通信用于实时传输设备状态信息;逻辑电平信号输出用于控制继电器产生开关量信号去远程控制保护设备,以防止运行设备的损害。通过现场运行测试,切束响应时间在10 s之内,达到安全设计要求。     

航空电子设备自动测试系统的软件架构设计

为检测和定位航空电子设备的故障,研究并设计了一种自动测试系统的软件架构;该架构包含了测试软件和测试数据库,测试数据库存储有测试被测设备的相关数据,测试软件将其作为输入,通过自动测试设备输送给被测设备,最终测试软件接收被测设备的输出并将其与测试数据库的预期数据相比较得出测试的结果;测试软件由手动测试模块、自动测试模块、系统自检测模块、测试记录读取和测试结果记录模块4个功能模块组成,自动测试和手动测试可以自由切换;该系统不仅能使用自动测试功能仿真被测设备的飞行环境,还可以使用手动测试功能具体定位分析故障,降低了设备的维护成本,缩短了维修时间。     

C-ADS注入器Ⅰ联锁保护系统设计（英文）

联锁保护系统是加速器驱动次临界系统(ADS)先导专项(C-ADS)核心系统之一,用于对加速器控制及人身和设备保护。为此设计搭建了基于可编程逻辑控制器(PLC)和PROFINET协议的联锁控制系统,对加速器各个关键部件的信号进行采集和控制。为满足加速器对可靠性的严格要求,该联锁系统选用最新型的PLC和I/O模块,并采用高可靠性容错和冗余技术的硬件设计。本文还对该联锁系统的冗余状态和非冗余状态做了可靠性分析对比。基于该系统的实验物理和工业控制系统(EPICS)的控制接口也已成功开发,并在线应用。     

HL-2M 装置初始放电安全联锁系统研制

为确保 HL-2M 装置能安全、稳定地进行初始等离子体放电实验,参考国际热核聚变实验堆(ITER) 的安全联锁设计,并结合 HL-2M 装置的实际现状,建立了一套基于可编程逻辑控制器(PLC)慢控制的中央安全联 锁系统。搭建了一套千兆光纤星形网用来满足各系统之间的通讯。中央安全联锁系统根据故障风险等级和预先设 定的故障处理机制,协调各子系统进行联锁保护动作。WINCC 监控画面显示各子系统的运行状态和故障信息。 采用 EPICS CA 协议和 S7nodave 驱动实现了软 IOC 读取 PLC 变量,并结合 C#编程实现了对主机大厅门禁访问系 统的控制,保障了人员和设备的安全。该套中央安全联锁系统已经投入使用,平均扫描周期 1~3ms,满足 HL-2M 装置初始等离子体放电的安全联锁保护需求。     

复杂机载电子系统故障综合诊断技术研究

故障综合诊断技术一直是复杂机载电子系统研发过程中的关键部分,当前的故障诊断技术同时需要机内测试（BIT）和场外自动化测试设备（ATE）的测试结果才能得出诊断结果,诊断效率低,时间长并且不能在线诊断。针对新一代战斗机将更加依赖航空电子系统的趋势,迫切需要一种诊断时间短,且能够实现在线诊断的故障诊断技术。因此,一种基于模型的故障诊断方法被提出。该方法通过融合多信号模型和整数编码故障字典模型,模块间采用多信号模型,单个模块中采用整数编码故障字典模型,克服了多信号模型对测试信息的浪费和整数编码故障字典模型建模困难的缺点,并提出一种多目标测试优选方法,通过优化检测方案,充分发挥BIT的检测性能。该方法通过充分使用BIT的测试信息,摆脱了对场外ATE的依赖,实现了在线快速定位故障并识别故障模式。     

固态Marx发生器的自动控制研究

为了进一步推广固态Marx发生器的应用,实现输出脉冲波形的直观显示,提高电压调节精度,缩短充电调压时间,有必要对固态Marx发生器的自动控制进行研究。以现场可编译门阵列（FPGA）作为控制器,将输出电压、频率、脉宽、过电流阈值等参数以及故障检测及指示直接显示在液晶屏上,实现可视化设置和调节,在固态Marx发生器的输出端并联分压电路和高速数模转换电路,对输出的高压脉冲采样,一方面用于闭环PID控制实现分段式快速充电和输出电压精准化调节,另一方面用于在虚拟示波器中实时显示输出脉冲电压的基本波形。此外,在电路中加入了故障检测和保护机制,迅速检测电路中出现的过温、过电流等故障并对其及时停机响应以保护脉冲电源和操作人员安全。在20级的固态方波Marx发生器样机中产生的重复频率方波脉冲电压波形表明,该样机已经初步实现自动化控制,并能可靠运行。     

面向复杂系统的测试性试验验证技术研究

测试性试验验证是指产品在设计、研制、定型阶段,为了确认其测试性指标的量值,分析其测试性设计的正确性、合理性并识别设计缺陷、检测产品是否已经完全实现了测试性设计要求而进行的验证与评估活动。当前,对于设备级试验对象的测试性试验验证技术,已经形成了相关的技术规范,并在某些型号测试性验证工程中已全面使用,然而,产品的测试性设计水平的最终要体现在系统层面上,设备级的试验只能考核设备自身的故障检测和故障隔离能力（即对内场可更换单元（SRU）的检测和隔离能力）,而难以体现出系统级的检测和隔离能力（即对外场可更换单元（LRU）的检测和隔离能力）。系统的检测和隔离能力主要体现在：系统对设备自身检测结果的综合处理与分析能力、系统对设备故障的检测能力以及系统对自身功能的检测能力。因此,为了有效验证系统的测试性设计水平,必须开展系统级的测试性试验。本文在目前测试性试验技术存在的基础上,基于目前测试性试验的基本思路,从测试性试验方案设计及故障注入技术两个方面开展研究,提出了一套面向复杂系统级测试性试验的技术方法。     

大型LTD装置功率源可靠性初步分析

产生脉冲电流约50 MA的大型LTD装置功率源由数十万个电容器、开关和触发器组成。规模庞大的功率源采用串联系统可靠性模型,其可靠度想要达到一个较高的水平,存在所要求的开关可靠度难以实现的情况。大型LTD装置功率源的主要故障模式为开关自击穿和触发器故障,开关自击穿将导致其所在的模块故障,而触发器一对多的触发方式,使其故障时引起更多的模块故障。在LTD装置输出性能满足要求的前提下,允许存在一定数量的模块故障,并且控制故障模块分布,是实现功率源高可靠度的关键。基于概念设计的大型LTD装置功率源构成框架,分别建立了在功率源、支路、分层上控制故障模块数量的可靠性模型。采用蒙特卡罗方法对该模型进行仿真计算,得出了在给定的功率源可靠度条件下开关和触发器需要达到的可靠度。为实现该可靠性模型,使故障模块不对其他部分产生影响,还对故障模块隔离技术进行了分析。     

HIMM回旋加速器控制系统中连锁保护功能设计与实现

在HIMM医用重离子加速器（Heavy Ion Medical Machine）中,回旋加速器的连锁保护功能针对离子源、高频、真空、电源、冷却水等子系统的连锁要求,设计实现了设备+PLC+软件三层结构的连锁系统,并保证连锁功能在系统断电、线缆连接故障、数据传输异常等情况下的正常工作。连锁系统可实现硬连锁毫秒级、软连锁次秒级别的反应速度。整体功能在回旋调试过程中得到验证,保障了整个加速器的顺利供束。     

基于FPGA的脉冲电源及其控制系统设计

针对等离子体特定领域的应用需求,研制了一种基于上位机监控且具有手动/自动控制功能的脉冲电源。详细介绍了脉冲电源主电路、检测电路、驱动电路、数字脉宽调制(DPWM)产生模块以及脉冲变压器的设计方法。该电源采用现场可编程门阵列(FPGA)作为主控芯片,产生DPWM信号及继电器控制信号,经驱动电路放大后驱动逆变全桥及继电器。设计了过温和短路保护电路,通过DS18B20温度传感器和QBC10PS5霍尔电流传感器对电源模块的工作温度和电流进行实时采样。实际应用测试表明,该电源满足设计指标要求。     

快速稳压PSM电源主回路及补偿网络设计

针对NBI系统中单个脉冲调压电源模块(PSM)直流输出电压不可调、精度低、电压超调大,提出了在PSM电源模块输出侧串联一个调压电源的方法。为了使调压电源的系统有良好的动态性能,设计了一个TYPE-III补偿网络。最后搭建了一台样机,实验结果验证了主回路设计的正确性,为制造单个PSM电源测试台奠定了基础。     

基于高压模块供电的MCP-PMT高压击穿故障分析及设计改进北大核心CSCD

为克服MCP-PMT传统高压供电设备体积大、便携性差的问题,采用了基于小型化高压模块的高压供电方式。该系统在实际使用过程中发生了一起MCP-PMT高压击穿故障。详细分析了该系统的故障原因,将问题定位为MCP-PMT内部真空度下降导致的耐压性能下降,同时还发现了导致故障发生的诱因是高压模块在加电时刻存在的高压过冲现象。针对高压模块的过冲问题,本文提出了较为巧妙的设计改进方法并取得了良好的效果,进一步提高了MCP-PMT系统的工程应用可靠性。     

S7 PLC在实验物理及工业控制系统中的集成（英）

在直线感应加速器控制系统中,可编程逻辑控制器（PLC）作为前端控制器被广泛应用于人身安全保护系统中,实现PLC于实验物理及工业控制系统（EPICS）中的输入输出控制（IOC）集成成为系统架构中必须解决的问题。为此,介绍了一种新型的基于S7 nodave设备驱动和异步通讯模块Asyn的IOC与PLC通信方法。该方法可实现IOC对S7 PLC过程映像区及内存变量的透明访问,而不需要制定通讯协议。分析了基于S7nodave和Asyn模块与S7 PLC的通信机制,并给出了应用实例。     

基于现场可编程门阵列与Labview的脉冲电源控制系统设计

介绍了基于现场可编程门阵列(FPGA)的等离子体磁约束脉冲电源控制系统的设计与实现。该控制系统采用了虚拟仪器技术、嵌入式控制技术、串行通信技术、光电隔离技术等，提高了系统抗干扰性能以及可编程性，实现了多个脉冲电源模块开关器件间的逻辑互锁、参数设置以及远程监控等功能。控制系统具体由实验室虚拟仪器集成环境(Labview)编写的上位机界面、由硬件语言Verilog HDL 编写的下位机以及专用的光电隔离转换电路组成，用于实现多个脉冲电源充放电的时序控制。实验证明了系统在复杂电磁环境下，运行稳定，性能良好。     

Development of a prototype of the ME readout electronics onboard the HXMT satellite

A prototype of the ME readout electronics onboard the Hard X-ray Modulate Telescope (HXMT) satellite is developed. Application Specific Integrated Chip (ASIC) is used to construct the front end electronics due to a large number of detectors. Field Programmable Gate Array (FPGA) is connected to the ASIC as a state machine controller and data FIFO in the DAQ system. A USB board is designed to communicate between the DAQ system and the computer. The design goals and features, the operation of the system and the preliminary performance of the prototype are described. The testing results show that the design goals of the prototype system have been achieved.     

The cryogenic control system of BEPCⅡ

A superconducting cryogenic system has been designed and deployed in the Beijing Electron-Positron Collider Upgrade Project(BEPCⅡ).The system consists of a Siemens PLC(ST-PLC,Programmable Logic Controller)for the compressor control,an Allen Bradley(AB)PLC for the cryogenic equipments,and the Experimental Physics and Industrial Control System(EPICS)that integrates the PLCs.The system fully automates the superconducting cryogenic control with process control,PID(Proportional-Integral-Differential)control loops,real-time data access and data storage,alarm handler and human machine interface.It is capable of automatic recovery as well.This paper describes the BEPCⅡ cryogenic control system,data communication between ST-PLC and EPICS Input/Output Controllers(IOCs),and the integration of the flow control,the low level interlock,the AB-PLC,and EPICS.     

质子治疗装置动态电源控制系统研发

针对质子治疗装置中主环动态电源多平台能量的引出需求,研制了基于开源平台的高速实时动态电源控制系统,该控制系统以开源平台Beaglebone作为顶层硬件接口,以现场可编程逻辑门阵列(FPGA)为核心的控制器作为底层硬件接口,采用分布式的实验物理及工业控制系统(EPICS)进行远程控制。该系统可实时传输任意动态电源的输出参考电流波形数据,并结合定时系统与联锁系统,控制动态电源按预设电流波形进行输出,并实现多平台能量的引出。实验结果显示该控制系统能实现每秒最高十万条指令传输,百万次数据传输零误码率。同时,该系统结构灵活、扩展性强,可作为通用控制平台。