Система сбора данных защит теплых магнитов в экспериментальном зале корпуса 205

Система сбора данных защит теплых магнитов в экспериментальном зале корпуса 205 / Н. А. Блинов, А. Г. Зорин, А. Г. Зорин, А. А. Кукушкин, Т. В. Тюпикова // Системный анализ в науке и образовании: сетевое научное издание. 2022. №4. С.8-14. URL:

THE SYSTEM OF ALARMS COLLECTING FROM WARM MAGNET INTO EXPERIMENTAL HALL OF BUILDING 205

• Blinov Nikolay A.¹, Zorin Alexander G.², Zorin Andrey G.³, Kukushkin Anatoliy A.⁴, Tyupikova Tatiana V.⁵

¹ Group director;

Joint Institute for Nuclear Research;

6 Joliot-Curie Str., Dubna, Moscow region, 141980, Russia;

Senior engineer;

Dubna State University;

19 Universitetskaya Str., Dubna, Moscow region, 141980, Russia;

² Advanced programmer;

LLC “Discourse”;

13 Mohovaya Str., Dubna, Moscow region, 141980, Russia;

³ Researcher;

Joint Institute for Nuclear Research;

6 Joliot-Curie Str., Dubna, Moscow region, 141980, Russia;

⁴ Mechanic;

Joint Institute for Nuclear Research;

6 Joliot-Curie Str., Dubna, Moscow region, 141980, Russia;

⁵ Advanced engineer;

Joint Institute for Nuclear Research;

6 Joliot-Curie Str., Dubna, Moscow region, 141980, Russia;

Aacting chairman of department;

Dubna State University;

19 Universitetskaya Str., Dubna, Moscow region, 141980, Russia;

Blinov N. A., Zorin Alexander G., Zorin Andrey G., Kukushkin A. A., Tyupikova T. V. The system of alarms collecting from warm magnet into experimental hall of building 205. System analysis in science and education, 2022;(4):8-14(in Russ). Available from:

Система сбора данных собирает информацию со слотов корзин электроники защит теплых магнитов проводки пучка в корпусе 205 Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ и передает информацию на пульт дежурного. Система является узлом связи, носит информационный характер и позволяет наблюдать за состоянием магнитов и выполнить сброс защит дистанционно. Принципиальная схема системы приведена на рис. 1.

Рис. 1. Общая схема система сбора данных в стойках

Система собрана на оборудовании фирмы RealLab ! города Таганрог с использованием блока питания фирмы MeanWell 120 Вт. Используемые контроллеры NLSCon – CE – I и NLSCon – CED –15 были запрограммированы при помощи системы Codesys v 3.5 sp 15 patch 5 / 64 bit , которая работает на процессорах с ядром ARM Cortex ™– A 9, интегрированным в кристалл Nvidia Tegra APX под управлением системы Windows CE 7.00 Build 2806. Блок питания MeanWell SDR –120–24 был в наличии и обеспечил подходящий уровень запускающих токов и мощности на линии питания 2х23 AWG / 24 вольта / 108 метров для панели NLScon – CED –15. Для запуска панели NLSCon–CED –15 на длинной линии использовались или два блока NLS –6024 по 60 Вт/24 В, или один MeanWell SDR –120–24 мощностью 120 Вт/24 В.

Сигналы защит элементов магнитной оптики приходят в корзины электроники как аналоговые сигналы. На этом этапе используется 24-х вольтовая логика. Корзины электроники выполняют три функции: формируется сигнал отключения питания элементов, размыкая сухой контакт, на простом аппаратном уровне при срабатывании защит, понижают напряжение до 3–5 вольт и передаются аналоговые сигналы на блоки RealLab !. На сегодняшний день можно не понижать напряжение, и данная функция сохранилась исторически.

Блоки RealLab ! собирают все пять сигналов с каждого элемента. Производится обработка сигналов, вычисляется статус слотов и корзины электроники: включены или выключены. Схема передачи сигнала приведена на рис. 2.

ПАНЕЛИ: ОТОБРАЖЕНИЕ ВСЕХ ЗАЩИТ/ КНОПКА СБРО СА ШЛЮЗ: ОБМЕН ДАННЫМИ СТОЙКИ-МОНИТОРЫ ОБРАБОТКА ДАННЫХ В СТОЙКЕ СБОР ДАННЫХ

ЭЛЕМЕНТ

МАГНИТНОЙ ОПТИКИ

Рис. 2. Общая схема сбора сигналов защит от отдельного магнита

На рис. 2 МТЗ – это максимальная токовая защита настраивается на источнике питания и сейчас заглушена. ЭКМ – защита по напору воды, сухой контакт, который подключен к механическому реле давления, настроенному на 5,5 атмосферы. КЗР – это ключ запрета: кроме элементов 3СП–12 и СП– 41 заглушены все входы. КЗР магнита 3СП–12 подключен к концевикам входных дверей биозащиты, КЗР магнита СП–41 — это поворотный выключатель на самом элементе. ТК–20 — защита по температуре, пучок ртутных герконов ТК–20 с уставкой на 69 С0. АВ — агрегат включен, информационный сигнал работы элемента. Реализован одним или двумя герконами Г–2ЭМ, чувствительными к магнитному полю. Их точность сильно зависит от расположения в магнитном элементе. Как правило, начинают показывать работу агрегата после тока 400 ампер и отключаются при 300 А, отдельные элементы настроены на 200А.

Контроллер «NLScon-CE-I » опрашивает пять блоков «NLS -16 DI », выполняет их программную обработку в « Codesys » и передает данные на шлюз двух стоек. Затем информация отправляется на сенсорные панели операторов «NLSCon-CED -15».

Быстродействие контроллера « NLScon–CE–I » ограничено только временем опросов пяти блоков сбора данных «NLS -16 DI » и временем выполнения команды одним блоком реле «NLS -8 R ». Тем не менее, при осуществлении аварийного отключения система отстает от сигнала, выработанного на аппаратном уровне в корзине электроники, от 400 до 1400 мс, что в допуске отведенного времени отключения не более одной минуты. Исторически проверенным методом формирования команды аварийного отключения считается аппаратный уровень, поэтому он был выбран для отключения сигнала и формируется в корзинах электроники. Для передачи информации в качестве узла связи была выбрана система, собранная на блоках RealLab !.

При срабатывании одной из защит отключается источник питания. После срабатывания защит ошибка остается, зависает, и для дальнейшей работы ее необходимо сбросить вручную после устранения неполадок. Сброс происходит на панели оператора или с блока корзины электроники. Схема сброса представлена на рис. 3.

ПАНЕЛИ; ОТОБРАЖЕНИЕ ВСЕХ ЗАЩИТ/КНОПКА СБРОСА

ШЛЮЗ; ОБМЕН ДАННЫМИ СТОЙКИ-МОНИТОРЫ

ОБРАБОТКА КОМАНДЫ СБРОСА В СТОЙКЕ

СБРОС ОШИБОК

Рис. 3. Общая схема сброса защит для отдельного магнита

На рис. 4 приведен фрагмент логической схемы обработки сигнала от блоков «NLS -16 DI », а именно - формирование переменной wAnswer _0 с информацией о конкретном магнитном элементе. Структура переменной wAnswer _0 следующая: 2 # (индикатор связи с блоком NLS -16 DI) (индикатор связи со слотом корзины) (готов) (А.В.) (ТЕМП) (КЗР) (НАПОР) (МТЗ). Например:

Табл. 1. Примеры содержания переменной wAnswer_0

Магнитный элемент полностью готов и выключен:	wAnswer 0=2#11101111;
Магнитный элемент полностью готов и включен:	wAnswer 0=2#11111111;
Сработали все защиты:	wAnswer 0=2#11000000;
Перегрев одной из ветвей магистрали охлаждения:	wAnswer 0=2#11000111;
Не хватает давления в системе охлаждения:	wAnswer 0=2#11001101;
Нет сигнала от слота корзины:	wAnswer 0=2#10000000;
Нет ответа от блока NLS -16 DI :	wAnswer _0=2#00000000;

Рис. 4. Формирование переменной wAnswer_0

Переменная wMode хранит в себе информацию о защитах двух элементов и в программе разбивается на две переменные: ответ от нечетного слота wAnswer _0 и ответ от четного слота wAnswer _1. На шлюзе NLSCon–CE–I смотрите рис. 2: информация собирается в единый пакет и передается по протоколу Modbus RTU на панель оператора. Есть возможность передать пакет по протоколу Modbus TCP .

В панелях «NLSCon–CED–15» с системой Codesys реализован web-сервер, который позволяет дублировать содержимое панелей. К одной из них можно обратиться по адресу http://159.93.117.220:8080/ из внутренней сети ОИЯИ. Скриншот экрана и web-страницы представлен на рис. 5.

Рис. 5. Скриншот экрана сенсорной панели оператора и web-страницы

Рис .6. Рабочее место дежурного в комнате 201/1. На фотографии два монитора: справа монитор элементов магнитной оптики в зале 205 корпуса, слева — элементы в старом измерительном павильоне

Блоки системы и система в целом показали себя достаточно устойчивыми к ощутимым перепадам напряжения и круглосуточно смогли проработать уже больше четырех месяцев без поломок при внешнем питании ~200–240 В с внешними электромагнитными помехами.

Основа собранной системы – электронные блоки, которые заменили релейную схему и высвободили место для возможного нового оборудования. Горячая замена блоков упростила процедуру поиска и устранений неисправностей, что бывает критично для обслуживания магнитной оптики при непрерывной работе ускорителя. Функции блоков RealLab !, предусмотренные на физическом уровне, и набор библиотек Codesys позволяют подключиться практически к любому вспомогательному оборудованию, которое может быть задействовано в проводке пучка. На сегодняшний день система получилась гибкой и выносливой, что уже используется. Например, была задействована возможность, не прерывая работу системы в целом, добавить функцию считывания данных с контроллера Siemenc Simatic S 7-1200 о состоянии вакуума на четырех участках ионопровода проводки пучка в 205 корпусе и передавать их во внешнюю сеть, рис. 7.

ВАКУУМ ИОИОПРОВОДА: 1: 2.4Ё-3 Ра; 2: 2.3Е-3 Ра; 3: 1.5Е-3 Ра; 4: 3.2Е-3 Ра.

Рис. 7. Вакуум ионопровода

Отдельная благодарность Карпинскому Виктору Николаевичу и Арефьеву Сергею Александровичу за поставленные производственные задачи, Мельникову Денису Геннадьевичу и Турманову Андрею Викторовичу и их помощникам за целеустремленную организацию сети интернет, службе поддержки ООО «НИЛ АП» за консультации в сфере высоких технологий, Ершову Александру Михайловичу и группе Нефедьева Сергея Ивановича за плодотворное тестирование системы.