ОИЯИ.ЛЯР
IDN-DC60-09-01
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
по системе электропитания и управления
для технического задания на строительную часть
ускорительного комплекса DC60
Научно-технический руководитель проекта : Б.Н. Гикал
Руководитель темы 09 : С.В. Пащенко
1.Назначение
Система питания и управления DC60 представляет из себя комплекс электротехнической и электронной аппаратуры, предназначенной для получения, ускорения, вывода и транспортировки тяжелых ионов для целей физических экспериментов и прикладных исследований.
2.Состав аппаратуры системы питания и управления
2.1.Источники питания электромагнитных элементов DC60
-
Обмотки ЭЦР-источника (IC1, IC2) 2шт. -
Соленоидная линза ЭЦР (IS1) 1 -
Фокусирующие соленоиды (AS3,AS4) 2 -
Основная обмотка циклотрона (СМ) 1 -
Магнит вывода (ТСМ) 1 -
Коммутирующий магнит (ТМ) 1 -
Слаботочные источники питания магнитных элементов
ускорительного комплекса 24
2.2.Аппаратура управления и диагностики
-
Шкаф управления и диагностики ЭЦР-источника и канала
прикладных исследований 1шт
-
Шкаф с высоковольтной платформой ЭЦР-источника 1 -
Шкаф управления и диагностики циклотрона 1 -
Шкаф управления и диагностики каналов транспортировки
выведенного пучка 1
-
Шкаф управления и диагностики ВЧ-системы 1 -
Шкаф управления и диагностики системы водоснабжения 1 -
Управляющие компъютеры
3.Компоновка аппаратуры
Аппаратура системы питания и управления размещается в 16-ти шкафах, которые можно разделить на три группы :
-
Сильноточные источники питания (п.2.1) размещаются в пяти шкафах с габаритами 612х1050х1800мм (фирма DANFYSIK) -
Слаботочные источники питания (п.2.1) размещаются в пяти шкафах с габаритами 600х800х1800мм (фирма РИТТАЛ) -
Шкафы управления и диагностики по пункту 2.2 производства фирмы РИТТАЛ имеют вариации по ширине от 600 до1000мм и одинаковые значения глубины и высоты 800х1800мм.
Сильноточные источники питания имеют водяное охлаждение с задним нижним подводом воды. Компоновка, габаритные размеры, вес и опорные поверхности источников показаны на рис.1. Цепи сетевого питания переменного тока и цепи нагрузок постоянного тока имеют также задний нижний подвод.
Шкафы по п.3 имеют нижний задний и боковой подвод кабелей питания и управления.
4.Технические характеристики аппаратуры
На данной стадии проектирования представлены обобщенные технические характеристики аппаратуры, достаточные для разработки технического задания на строительную часть ускорительного комплекса DC60. Данные аппаратуры представлены в таблицах 1 и 2. Порядковые номера в таблицах соответствуют позиционным номерам на рис.1 и 2. Расчетная полная мощность, расход воды и вес приводятся в расчете на один шкаф (кроме слаботочных источников)
Таблица 1. Технические данные источников питания.
|
№ |
Наименование нагрузки источника |
Параметры источников I/U/P (A/B/кВт) |
Sном кВА |
Расход воды л/мин
|
Вес кГ |
Габариты мм |
Кол. шкаф |
|
1,2 |
Обмотка ЭЦР IC1, IC2 |
1200/40/48 |
62 |
16 |
800 |
612х1050х1800 |
2 |
|
3 |
Основная обмотка CM |
480/160/77 |
110 |
16 |
850 |
612х1050х1800 |
1 |
|
4 |
Коммутир. магнит TM |
480/80/38 |
55 |
16 |
650 |
612х1050х1800 |
1 |
|
5 |
Соленоидная линза IS1 Фокус. соленоид AS3 (1) Фокус. соленоид AS4 Магнит вывода TCM (1) |
380/25/9.5 3источника |
12 36 |
3 9 |
100 400 |
612х1050х1800 |
1
|
|
6-10 |
Слаботочные источники |
|
40 |
|
200 |
600х800х1800 |
5 |
– источники переключаются
Таблица 2. Технические данные аппаратуры управления и диагностики
|
№ |
Наименование шкафов управления |
Sном кВА |
Вес кГ |
Габариты мм |
Кол. шкаф |
|
11 |
Шкаф аксиальной инжекции и канала прикладных исследований |
25 |
200 |
600х800х1800 |
1 |
|
12 |
Шкаф с высоковольтной платформой ЭЦР |
1.5 |
200 |
1000х1000х1800 |
1 |
|
13 |
Шкаф циклотрона |
25 |
200 |
600х800х1800 |
1 |
|
14 |
Шкаф каналов выведенного пучка |
25 |
200 |
600х800х1800 |
1 |
|
15 |
Шкаф ВЧ-системы |
1.5 |
200 |
600х800х1800 |
1 |
|
16 |
Шкаф системы водоснабжения |
1 |
100 |
600х600х1800 |
1 |
5.Размещение оборудования на планировке
-
Помещение для источников питания (шкафы 1-10)
Размещение оборудования показано на рис. 1
Основные данные по помещению :
-
Площадь 42м2 -
Суммарная расчетная мощность
оборудования 365кВА
-
Суммарный расход воды 57л/мин -
Мощность тепловыделения 0кВт
Сетевое питание шкафов 1-10 производится от двух распределительных пунктов ПР1 и ПР2 - 3х380/220B.
Нагрузка на ПР1 – 325кВА.
Нагрузка на ПР2 – 40кВА
Помещение должно находится напротив циклотрона справа по ходу пучка.
-
Помещения для шкафов управления (шкафы 11-16)
Шкафы управления размещаются в трех помещениях :
-
Шкафы 11-14 - в зале ускорителя (рис. 2)
Шкаф 13 показан на чертеже инжектора.
-
Шкаф 15 – в помещении ВЧ-генератора -
Шкаф 16 – в помещении системы водоснабжения
Сетевое питание шкафов 11-15 производится от распределительного пункта ПР3 .
Суммарная расчетная мощность шкафов – 76.5кВА
По периметру зала установить 6 лабораторных щитков.
Требования по энергоснабжению ВЧ-генератора и системы водоснабжения приведены в исходных данных на эти системы.
-
Помещения пульта управления и персонала службы
-
Пульт управления площадь-30м2 -
Помещение для персонала площадь-30м2
По периметру помещений установить 5 блоков розеток на 220В (по 4 розетки в блоке).
В помещении для персонала установить лабораторный щит.
Автоматическая система управления DC-60.
6.Назначение и основные функции АСУ DC-60
Автоматизированная система управления (АСУ DC-60) предназначена для эффективного функционирования циклотрона DC-60 путем автоматизированного выполнения контроля, анализа, регулирования и протоколирования основных параметров во всех режимах работы.
Рис. 1. Структурная схема АСУ DC-60.
7.Структура
Структуру АСУ DC-60 можно представить в виде систем, исходя из их функционального назначения:
-
Система диагностики пучка
АСУ системы диагностики обеспечивает управление и измерение тока с пробников пучка.
-
Вакуумная система
АСУ вакуумной системы обеспечивает получение и поддержание рабочего вакуума в ускорителе DC-60.
-
Система питания магнитных элементов
АСУ системы питания обеспечивает управление источниками питания магнитных элементов ускорителя.
-
ВЧ система
АСУ системы высокочастотного питания ускорителя обеспечивает управление ВЧ генератором, системой автоматической подстройки частоты резонатора (АПЧР), системой автоматического регулирования усиления (АРУ), системой блокировки и сигнализации (СБС).
Структурная схема АСУ ускорителя DC-60 показана на рисунке 1.
8.Устройства сбора и обработки
Сбор и первичная обработка данных производится с помощью унифицированных интеллектуальных логических контроллеров - PLC SMARTBOX-5, распределенных по подсистемам ускорителя. SMARTBOX-3 – это одноплатный модуль с автономным питанием. Он может контролировать 16 каналов АЦП(16-бит), 8 каналов ЦАП(14-бит), 32 входных и 32 выходных цифровых сигнала. Управляющиq компьютер Pentium 4 и модули PLC SMARTBOX-4 объединены в сеть на базе высокоскоростного протокола промышленной связи – ProfiBus FLNR. Для обслуживания АСУ DC-60 необходимо 20 блоков SMARTBOX-5. Крейты контроллеров и входных вспомогательных модулей установлены в шкафах Rittal в зале ускорителя. Система АСУ размещается в 6 шкафах, один из которых находится под потенциалом ЭЦР источника.
Аппаратура и программное обеспечение системы АСУ имеют модульный принцип построения и унификацию, соответствует международным стандартам (DIN 41612, IEC 38, DIN 19227, POSIX IEEE-1003, IEC 1131-3, ANSI, ISO, DDE, SQL, PC-Industrial Standards), что позволяет обеспечить легкость тестирования и простоту эксплуатации ускорителя.
9.Программное обеспечение
Управляющие компьютеры установлены на пульте управления и функционируют в коммерческой операционной системе реального времени QNX 4.25. QNX –многопользовательская, многозадачная операционная система реального времени с микроядерной архитектурой. Алгоритмы управления, архивация данных и визуализация режима работы ускорителя реализованы на базе SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition software) - FlexControl.
Данные режимов работы ускорителя могут быть представлены в виде необходимых отчетов. Вакуумная и ВЧ системы имеют поддержку алгоритмов автономного функционирования для повышения надежности и простоты управления работой ускорителя. Автоматическое отключение систем в аварийной ситуации интегрировано в систему управления.
10.Расчетные мощности нагрузок ускорительного комплекса DC60
Аксиальная инжекция и канал низких энергий
|
№ |
Наименование нагрузки |
Рном кВт
|
Sном кВА
|
|
1 |
Инжектор (IC1,IC2,IS1,IQ1,ICM1) |
106 |
138 |
|
2 |
Канал аксиальной инжекции (IM90,ICM2,IS2,IS3) |
9 |
12 |
|
3 |
Канал низких энергий (AS2,AM45-1,AS3,AQ2,AM45-2,AS4) |
25 |
32 |
|
4 |
СВЧ-генератор |
10 |
16 |
|
5 |
Вакуум (суммарная мощность по п.1-3) |
17 |
25 |
|
|
|
|
|
|
|
Итого |
167 |
223 |
Циклотрон DC60
|
№ |
Наименование нагрузки |
Рном кВт
|
Sном кВА
|
|
1 |
Основная обмотка |
77 |
110 |
|
2 |
Корректирующие обмотки |
1 |
1 |
|
3 |
ВЧ-система |
50 |
80 |
|
4 |
Вакуум |
16 |
24 |
|
|
|
|
|
|
|
Итого |
144 |
215 |
Канал транспортировки пучка
|
№ |
Наименование нагрузки |
Рном кВт
|
Sном кВА
|
|
1 |
Магнит вывода |
9.5 |
12 |
|
2 |
Квадрупольные линзы (4шт.) |
12 |
15 |
|
3 |
Коммутирующий магнит |
38 |
55 |
|
4 |
Корректирующие магниты (4шт.) |
3 |
4 |
|
5 |
Вакуум |
16 |
24 |
|
|
|
|
|
|
6 |
Итого |
78.5 |
110 |
Водоснабжение, физические установки, вакуумная мастерская
|
№ |
Наименование нагрузки |
Рном кВт
|
Sном кВА
|
|
1 |
Водоснабжение |
133 |
200 |
|
2 |
Физ. установки |
12 |
18 |
|
3 |
Вакуумная мастерская |
20 |
30 |
|
|
|
|
|
|
6 |
Итого |
165 |
248 |
Итого :
-
Суммарная активная мощность нагрузки (без учета КПД) – 545.5 кВт -
Суммарная полная мощность нагрузки -796 кВА