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加速器驱动次临界系统束流瞬态分析模型的开发陈钊;崔大伟;石秀安【摘要】加速器驱动次临界系统利用散裂反应产生外源中子驱动次临界堆运行,具有次临界固有安全性,同时具备能谱硬、嬗变能力强等特点,被国际公认为核废料处理的最有效手段.ADS系统中外中子源由质子束流轰击散裂靶产生,束流的瞬态变化将直接引起次临界堆堆芯功率的波动,从而影响整个ADS系统的安全运行.本文在调研分析国际现有的ADS束流瞬态分析模型的基础上,提出一种新型的ADS束流瞬态分析模型.基于通用CFD程序FLUENT,通过用户自定义功能(UDF)将中子动力学模型(PKM)和燃料棒瞬态热分析模型(PTM)集成进入FLUENT软件中,完成FLUENT-ADS束流瞬态分析模型开发.采用OECD/NEA发布的ADS失束事故国际基准例题进行模型验证,关键校验参数与发布结果吻合较好,最大计算误差为5.2％,与国际同类功能的计算程序相当,模型具有一定的可信度,可满足ADS束流瞬态特性初步分析研究要求.【期刊名称】《核安全》【年(卷),期】2018(017)004【总页数】8页(P51-58)【关键词】ADS;束流瞬态;模型开发【作者】陈钊;崔大伟;石秀安【作者单位】中广核研究院有限公司,深圳518026;中广核研究院有限公司,深圳518026;中广核研究院有限公司,深圳518026【正文语种】中文【中图分类】TL99加速器驱动次临界系统(Accelerator Driven Sub-critical System, 简称ADS)利用散裂反应产生外源中子驱动次临界堆运行，具有次临界固有安全性，同时具备能谱硬、嬗变能力强等特点，是国际公认的核废料处理最有效手段之一[1,2]。
ADS系统的外源中子由质子束流轰击散裂靶产生，束流的瞬态变化将直接引起次临界堆堆芯功率的波动，从而影响整个ADS系统的安全运行[3]。
因此，开展ADS束流瞬态特性的模型分析研究对发展ADS技术，尤其是开展安全分析和安全审评工作具有重要意义。
半波长型超导腔的等离子体清洗工艺及机理研究经过半个世纪的发展,超导射频（Superconducting radio frequency,SRF）腔体已成为一般现代粒子加速器装置的核心部件。
同常温腔体相比,超导腔具有较大束流孔径、更低的功率损耗等特性,使得其在长脉冲（连续）、高流强加速器装置中具有诸多优势。
然而,基于目前的技术水平,场致发射效应依然是限制超导腔加速性能的主要因素,并给加速器的实际运行带来诸多不稳定因素。
场致发射效应的产生通常与腔体内表面的污染有关。
例如,外部金属、灰尘等颗粒物在腔体内表面的附着导致的表面峰值电场的放大,大量的实践表明,此类较大颗粒的污染问题可采用高压水冲洗（High pressure rinsing,HPR）解决。
但是,来源于环境周围的化学污染物,诸如碳氢化合物以及各种残余气体在内表面的吸附等问题却难以通过标准的清洗方法得到有效地去除。
为了提高超导腔在线运行中的加速性能,SRF科学共同体经过多年的努力和探索,诸多原位在线清洗技术得以发展,主要以射频功率锻炼（连续波以及高功率脉冲锻炼）、低温氦清洗两大技术手段为主。
两种在线清洗手段的实现机理均为通过对腔体表面形貌的改善以降低场增强因子,从而达到缓解场致发射效应的目的。
然而,这两种技术属于物理手段,对于腔体内表面的碳化物污染以及残余气体的吸附并不能得到完全有效的清除。
近年来,基于活性氧等离子体的在线清洗技术得到发展,作用机理为利用具有氧活性的等离子体与腔体表面的碳氢化合物发生氧化反应生成具有挥发性的物质,使碳氢化合物污染较为彻底的从腔体表面清除,以达到缓解或消除场致发射效应的目的,其效果已在多-Cell椭球腔上得到验证。
由中国科学院近代物理研究所主导、并同其他合作单位共同研发的我国加速器驱动次临界核嬗变系统（Chinese-Accelerator Driven System,C-ADS）已完成25MeV超导质子直线加速器原型样机的建设和调试,并实现了170μA连续质子束的运行。
ISSN 1000-0054CN 11-2223/N 清华大学学报(自然科学版)J Tsingh ua Univ (Sci &Tech ),2002年第42卷第5期2002,V o l.42,N o.521/38646-647,658乏燃料在加速器驱动的次临界模块式HTGR 中的燃烧经荥清, 杨永伟, 常 鸿, 吴宗鑫, 古玉祥(清华大学核能技术设计研究院,北京100084)收稿日期:2000-06-11基金项目:国家“九七三”基础研究项目(G1999022601)作者简介:经荥清(1940-),男(汉),浙江,研究员。
E-mail :j ingxq @d103.inet.tsinghua.ed 摘 要:环状模块式高温气冷堆(HT GR )采用包覆颗粒燃料,其乏燃料经过一段时间的堆外冷却后,可以再利用。
研究了350MW 环状模块式HT GR 乏燃料在加速器驱动的次临界堆中燃烧的物理可行性。
给出了功率为30M W 次临界堆概念设计,利用M CN P 程序模拟中子在次临界堆内的输运过程,利用O RIG EN 2程序进行燃耗计算。
结果表明:加速器驱动的次临界气冷堆具有可靠的次临界度和低的功率密度,用于燃烧350M W 环状模块式HT GR 乏燃料,从能源利用的角度考虑,可以获得约20%的额外收益。
关键词:模块式HT GR;乏燃料;加速器驱动的次临界堆中图分类号:T L 329文献标识码:A文章编号:1000-0054(2002)05-0646-04Burning of spent fuel of an accelerator -driven modular HTGR insub -critical conditionJING Xingqing ,YANG Yongwei ,CHANG Hong ,WU Zongxin ,GU Yuxiang(Institute of N uclear Energy Technology ,Ts inghua University ,Beijing 100084,China )Abs tract :Th e modular hightemperature gas cooledreactor(M HTGR)has good s afety characteris tics b ecaus e of th e use of coated particles in th e fuel elemen t.After the particles cool ou tside of the reactor fo r s ome time,th e s pen t fuel can be reutilized.This paper describes a ph ysics feasibility s tud y fo r th e burning of s pen tfuel from a 350M W ring-sh ap ed mod ular high temperature gas cooled reactor in an accelerator-driven sub-critical reacto r.Aconceptual design is given for th e 30M W accelerator-d riv en sub-critical reactor.The neutron trans port in th e s ub-critical reactor was simulated using th e M CN P code,and the bu rnup w as calculated usingth eORIGEN2code.Theres ultssh owthatth eaccelerator-driven s ub-criticalgas -cooledreactorhas reliablesub-criticality and low pow er density and that th e spent fu el from a 350M W ring -shaped modular high tem perature gas cooled reactor can be burn ed to provide 20%more energy.Key words :modularhightemp eraturegascooledreactor(M HTGR);s pen t fuel;accelerato r-d riv en su b-criticalreactor对热功率为350MW 环状模块式H TGR 进行初步物理设计研究。
中国加速器驱动次临界系统主加速器初步物理设计闫芳，李智慧，唐靖宇(中国科学院高能物理研究所，北京100049)摘要：中国加速器驱动次临界系统(C-ADS)计划采用一个平均流强为10mA的连续波质子加速器作为次临界堆的驱动器，驱动加速器的束流功率为15MW，最终能量1.5GeV，其中主加速器是驱动加速器的一个重要部分，完成束流能量从10MeV到1.5GeV的加速，所有加速腔均采用超导结构。
为了避免频繁束流中断对反应堆的损坏，设计要求驱动加速器在运行过程中束流可以中断的次数非常有限，因此加速器在设计过程植入了容错机制，尝试了各种可能的方法以最大程度地满足C-ADS加速器的高可靠性和稳定性的要求。
介绍了C—ADS主加速器的基本设计：总长度306．4 m，束流的归一化RMS发射度增长控制在5％以内。
总结了各个重要参数选择过程中的考虑以及整个加速段多粒子跟踪模拟的束流动力学结果。
关键词：中国加速器驱动次临界系统；连续波；质子；超导直线加速器；容错机制；束流动力学中国加速器驱动的次临界系统（C-ADS）计划是解决核废料和核燃料问题的一个重要的战略研究。
一个1.5GeV电子直线加速器计划建成作为C-ADS的驱动程序加速器。
它包括两个主要部分：注射器和主加速器的主要部分。
高能物理所（IHEP）和近代物理研究所（IMP）合作，在20年内构建驱动程序加速器。
IMP负责注射器2，它基于162.5兆赫的射频四极（RFQ）和超导半波谐振器（HWR）的空腔，高能所负责的是基于325 MHz RFQ和轮辐腔的主直线加速器和注射器1。
这两个注射器将被独立设计和建造。
最后只有一个计划将被选择并且两个相同的注射器将作为彼此的热待机备用。
主直线加速器的设计将根据喷射器的选择进行调节。
虽然目前的主加速器的设计是基于注射器I框架，设计原则和方案是根据同时两个注射器的条件考虑。
1、设计原则在大电流的射频（RF）线性加速器的现有设计中，聚束粒子束不处于热平衡[1]。
加速器驱动次临界系统（ADS）堆芯冷却系统换热优化核能是解决当前能源问题的主要途径之一,具有技术成熟与燃料储量丰富两大优势,但同时也面临核废料处理难题。
目前普遍采用的“一次通过”处理方法虽然简单,但却存在巨大的能源浪费,更为严重的是未经处理的核素将长期对人类社会和自然环境构成潜在威胁,而采用分离嬗变技术的加速器驱动次临界系统(ADS)可有效解决这一问题。
堆芯冷却系统是ADS的重要组成部分,其冷却性能直接关系到ADS的安全性和经济性。
该系统包括三个回路：铅铋合金回路(一回路)、氦气回路(二回路)以及冷却水回路(三回路)。
其中铅铋合金为堆芯冷却剂,氦气回路实现热功转换,而冷却水主要是将余热带走,一、二回路之间通过主换热器换热,二、三回路之间通过冷却器换热。
本文希望通过对该系统的换热过程进行优化研究,以获得提高冷却系统性能的方法。
传统热力学分析将热源视为恒温(热容无穷大),没有考虑工质有限热容流率对系统性能的影响,使得优化结果存在一定局限性。
为了考察工质有限热容流率对系统性能的影响,论文首先以传热系数和换热面积为无穷大的理想换热器(换热能力无穷大)为对象进行了研究,以排除换热器的换热能力对系统性能的影响。
研究过程中将三个回路在温熵图上综合考虑,根据三者状态参数之间的关系,得到了理想换热器情况下系统性能参数的表达式,结果表明：三个回路的有限热容流率对系统性能有重要影响,并且当三个回路热容流率相等时系统性能最优。
基于理想换热器研究结果,论文进一步对实际换热器(有限换热能力)进行了研究。
实际换热器出口冷热流体存在有限温差,堆芯铅铋合金温度高于理想换热器的情况,此时三个回路在温熵图上的温度差别比理想换热器时大,通过求解该温差,获得了不同工况下工质有限热容流率、换热器有限传热系数以及有限换热面积对系统性能影响程度的统一表达式。
由于换热器冷热流体之间的相互作用,恒壁温与恒热流边界条件下单流道对流换热的Nu数无量纲关联式不能完全适用于换热器,本文对此提出了一种求解Nu数的新方法,即温度场匹配法,提出依据如下：接触面上,冷热流体的温度场必然连续且热流相等,因此冷热流体的温度场存在内在的对应关系。
加速器驱动次临界堆(ADS)核燃料制备前期研究的开题报告一、研究背景及意义核能作为一种清洁、高效的能源形式，对于人类的经济发展和生态环境保护都起到了重要的作用。
但与此同时，核能相关设施的安全性和保障能力也是至关重要的，任何一方面的疏漏都可能带来不可逆转的后果。
因此，核能科学技术的发展必须要求高安全性和可持续发展。
目前，瑞典基于加速器驱动次临界堆（ADS）的核垃圾处理技术已经得到了一定的成功，ADS理论的研究和实验应用都取得了很好的进展。
但是，在ADS的核燃料制备技术方面还存在很多问题亟待解决，包括核燃料的制备、成分优化、工艺设计等等。
因此，对于ADS核燃料制备前期研究进行深入的探究，对于推进核能科技的发展，提升核设施的安全稳定运行均有重要意义。
二、研究目的及内容本研究的主要目的在于对加速器驱动次临界堆（ADS）核燃料制备前期进行探究和研究，寻找出更为优化的核燃料制备工艺和成分，提高核燃料的稳定性和安全性。
具体内容如下：1. 对于ADS核燃料制备现状和存在问题进行分析和总结。
2. 对于核燃料的成分和材料特性进行研究和探讨，以寻找出更为安全、稳定的核燃料成分。
3. 对于核燃料的制备工艺进行深入的研究和探究，以提高核燃料的质量和稳定性。
4. 对于核燃料的后续处理和使用情况进行预测和展望，为ADS核能技术的发展提供支持。
三、研究方法本研究将采用理论分析与实验验证相结合的方法。
具体包括：1. 对于ADS核燃料制备工艺的现状和存在问题进行文献调研和综述。
2. 对于核燃料的成分和特性进行实验和测试，以得出更为准确的数据支持。
3. 对于核燃料的制备工艺进行优化和改进的实验和研究，以提高核燃料的稳定性和质量。
四、研究预期结果通过本研究，预期得出以下几点结果：1. 对于ADS核燃料制备的现状和存在问题得出深入的分析和总结，为后续研究提供参考。
2. 对于核燃料的成分和特性进行深入的探究和研究，得出更为优化的核燃料成分方案。
Vol 54,No. 10Oct 2020第54卷第10期2020年10月原子能科学技术AtomicEnergyScienceandTechnology超流氮低温恒温器冷质量准直调节及低温变形分析韩瑞雄1!,邹正平S 朱洪岩2常正则2,葛锐2,李少鹏2北京航空航天大学 能源与动力工程学院，北京100191$2.中国科学院高能物理研究所，北京100049)摘要：为满足超导射频腔及超导磁体低温下的加速器准直精度要求，对超流氦低温恒温器冷质量的准直 调节方案进行分析。
通过对冷质量的低温位移进行有限元模拟计算，获得其在2 K 超流氦温区的位移变形量，利用拉伸丝型位移监测仪(WPM)在线测量数据来验证模拟分析方法°结果表明，模拟值与测 量值具有较好的一致性，为底部支撑型式低温恒温器的准直调节方案设计提供了重要的数据基础°关键词：超流氦;低温恒温器;低温位移；拉伸丝型位移监测仪；准直中图分类号:TL503. 2文献标志码:A 文章编号：10006931(2020)10197906doi ： 10. 7538/yzk. 2019. youxian. 0710Alignment and Cryogenic Deformation Analysis of Cold Massin Superfluid Helium CryomoduleHAN Ruixiong 1% , ZOU Zhengping 1 , ZHU Hongyan % ,CHANG Zhengze % , GE Rui 2 , LI Shaopeng %(1. School of Energy and Poxver Engineering , Beihang University , Beijing 100191, China $2. Institute of High Energy Physics , Chinese Academy of Sciences , Beijing 100049 , China )Abstract : To meet the alignment requirement of superconducting radio frequency (SRF )cavityandsuperconducting magnetatcryogenictemperatureintheacceleratorsystem !thedesignofadjustmentandalignmentofthecoldmassinsuperfluidheliumcryomoduleshouldbeanalyzed Thecryogenicdeformationofthecold massatthe2 K superfluidhelium temperature level wassimulated and obtained bythefiniteelement method ! meanwhilethesimulationanalysis method waschecked bythecryogenicdeformationdataofthecold massonline measured by the wireofposition monitor (WPM ) The resultsshowthatthesimulationresultandmeasurementresulthaveagoodconsistency ! anditprovidesanimportantdatafoundationforthealignmentdesigninthetypeofbo t omsupportedcryomodule收稿日期20190918；修回日期：2020-03-03基金项目：中国科学院战略性先导科技专项资助项目(XDA030213)作者简介:韩瑞雄(1983-),男，内蒙古鄂尔多斯人，高级工程师，博士研究生，流体机械及工程专业网络出版时间：2020-04-20$ 网络出版地址：http ：〃kns. cnki. net/kcms/detail/11. 2044. TL. 20200417. 1442. 006. html1980原子能科学技术第54卷Key words:superfluid helium$cryomodule$cryogenic deformation$wire of position monitor$alignment加速器驱动的次临界系统(ADS)的注入器I由中国科学院高能物理研究所负责研制，其中的TCM低温恒温器工作在2K超流氮温区，内部包括2台325MHz Spoke型(= 0.12)超导射频腔'台超导螺线管磁体等(1勺o TCM低温恒温器是国际上首台带束流运行的底部支撑型式超导腔低温恒温器。
C-ADS主加速器系统CM4低温恒温器的热负荷分析韩瑞雄;葛锐;张建琴;孙良瑞;桑民敬;边琳;李少鹏【摘要】为了优化CM4低温恒温器的结构型式,本文对低温恒温器热负荷来源进行了研究,包括低温绝热支撑(POST)、电流引线、高功率耦合器的热传导,80 K冷屏的热辐射,超导腔、高功率耦合器的动态热负荷等.研究结果表明,CM4低温恒温器满足低热负荷的要求,为下一步低温恒温器的优化及运行调试提供了理论基础.%In order to optimize the structure of CM4 cryomodule ,the sources of heat load of the cryomodule were analyzed ,such as the heat conduction of POST ,current leads and high power coupler ,the heat radiation of 80 K shield ,and the dynamic heat load of superconducting cavity and high power coupler .The results show that the CM4 cryomodule satisfies the needs of low heat load ,and it provides important theory foun-dation of optimization and commissioning .【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2017(051)011【总页数】6页(P2079-2084)【关键词】低温恒温器;4.2K液氦;热力学分析;静态热负荷;动态热负荷【作者】韩瑞雄;葛锐;张建琴;孙良瑞;桑民敬;边琳;李少鹏【作者单位】中国科学院粒子加速物理与技术重点实验室,高能物理研究所,北京100049;中国科学院粒子加速物理与技术重点实验室,高能物理研究所,北京100049;中国科学院粒子加速物理与技术重点实验室,高能物理研究所,北京100049;中国科学院粒子加速物理与技术重点实验室,高能物理研究所,北京100049;中国科学院粒子加速物理与技术重点实验室,高能物理研究所,北京100049;中国科学院粒子加速物理与技术重点实验室,高能物理研究所,北京100049;中国科学院粒子加速物理与技术重点实验室,高能物理研究所,北京100049【正文语种】中文【中图分类】TL503.2加速器驱动次临界系统(ADS)被认为是进行反应堆核废料嬗变的最佳技术方案之一，强流质子超导直线加速器是ADS的基本组成部分。
加速器驱动次临界系统注入器Ⅱ低温恒温器控制系统姜子运;牛小飞;张鹏;万玉琴;白峰;郭晓虹;张军辉;何源【摘要】根据加速器驱动次临界系统(ADS)注入器Ⅱ对低温设备的要求设计了一套 EPICS 架构的控制系统，实现了低温恒温器系统的远程监控功能。
该系统的主要控制设备为 PLC 和串口服务器，相应的控制程序在 LabVIEW 中开发完成，并使用 DSC 模块将被控设备的状态和参数等信息以过程变量的形式发布到控制网络中，实现了 EPICS 接入。
使用 PID 算法将低温恒温器的氦槽压力控制在目标值的±100 Pa内变化，保证了超导腔的正常工作要求。
设计的控制系统运行稳定，在5 MeV 的束流实验中发挥了作用。
%The cryomodule is an important subsystem of the injector Ⅱ for accelerator driven sub-critical system (ADS),whose performance will determine the quality of the superconducting section.A remote control system based on EPICS was introduced to serve the cryomodule and validate its performance.PLC and serial port servers were chosen to implement the control functions.The supervisory control procedure was programmed with LabVIEW,and the communication with EPICS was implemented by using DSC module.The pressure fluctuation can be controlled within ±100 Pa through the PID algorithm.The control system can fulfill the design requirement,and contrib-ute to the 5 MeV beam commission.【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2016(050)007【总页数】6页(P1314-1319)【关键词】加速器驱动次临界系统;低温恒温器;控制系统;EPICS;LabVIEW【作者】姜子运;牛小飞;张鹏;万玉琴;白峰;郭晓虹;张军辉;何源【作者单位】中国科学院近代物理研究所，甘肃兰州 730000; 中国科学院大学，北京 100049;中国科学院近代物理研究所，甘肃兰州 730000;中国科学院近代物理研究所，甘肃兰州 730000;中国科学院近代物理研究所，甘肃兰州 730000;中国科学院近代物理研究所，甘肃兰州 730000; 中国科学院大学，北京 100049;中国科学院近代物理研究所，甘肃兰州 730000;中国科学院近代物理研究所，甘肃兰州 730000;中国科学院近代物理研究所，甘肃兰州 730000【正文语种】中文【中图分类】TP311加速器驱动次临界系统(ADS)是国际上公认的核废料处理的有效手段，世界上各核能科技发达国家均制定了ADS中长期发展路线图[1]，我国也于2011年正式实施了未来先进核裂变能的战略性先导科技专项，其中强流质子直线加速器项目的注入器Ⅱ部分由中国科学院近代物理研究所承担。
ADS注入器Ⅱ主要由电子回旋共振型(ECR)离子源、射频四极场(RFQ)加速器、超导加速段以及相应的束流传输线组成[2]。
为了保证超导设备的正常运行，中国科学院近代物理研究所已建成了使用*********的低温系统，并设计了用于维持各超导设备在低温环境下可靠工作的低温恒温器以及控制相关低温气体/液体流向的低温阀箱。
EPICS在大型加速器和实验控制系统的应用中表现出了优异的性能，并被国内外众多加速器装置广泛采用[3-6]，因此，ADS注入器Ⅱ项目控制系统也基于EPICS架构实现[7-8]。
本文在分析超导设备需求的基础上基于EPICS架构设计低温恒温器及低温阀箱控制系统，阐述硬件平台搭建、软件程序设计及恒温器氦压控制的情况。
为实现注入器Ⅱ的5 MeV束流目标，中国科学院近代物理研究所已完成了第1个超导加速单元的现场安装、调试工作。
该超导加速单元由6组用于质子加速的低β值半波长谐振式(HWR)超导腔组成，每个HWR超导腔前配套使用1个超导螺线管及3组电流引线部件，此外，还包括必要的束流探测及传感器元件。
其中，超导腔和超导螺线管工作在4.5 K低温环境下，电流引线的工作环境温度为4.5 K至常温。
因此，为保证超导腔及其他设备正常工作的低温环境，满足系统漏热及电磁屏蔽需求，超导加速单元安装在低温恒温器HCM6中。
HCM6的设计工作温度为4.5 K，其工作低温介质为液氦，同时为降低液氦的消耗量将液氮作为预冷介质使用。
HCM6控制系统的任务是使其按照预先设计的低温流程运行，以备超导设备的工作需要，且在设备故障(如超导腔失超等)时提供必要的保护措施。
控制系统需实时地监控系统内部各关键点的压力、温度、液位等信号，以了解恒温器及其内部各超导设备的工作环境。
同时，需通过控制低温分配阀箱内相应阀门的开度以调节送往恒温器的液氦、液氮量，并将恒温器内返回的低温氦气导入制冷机组或低压路，以实现氦气的循环利用，控制内容包括流体通断控制、压力控制等，满足超导设备对低温工况的需求。
此外，在系统出现故障时能及时地采取相应措施，避免事故扩大并确保工作人员和设备的安全。
特别地，ADS注入器Ⅱ使用的HWR超导腔的设计谐振频率为162.5 MHz，且其谐振频率极易受冷却介质压力的影响，这就要求HCM6内氦槽压力应尽可能地稳定，要求正常工作时压力波动幅度不能超过±150 Pa[9]。
ADS注入器Ⅱ低温恒温器控制系统需监控的现场设备主要包括Model 218型温度显示仪、CENTER TWO型真空计、气动调节阀、压力变送器等，其被控设备的数量及接口类型列于表1。
由表1可知，本系统中相关的被控设备的控制接口类型不统一，既有模拟接线控制方式，也有数字通信控制方式，且对于同样的数字通信硬件接口，不同被控设备的波特率、数据长度及校验码等基本通信参数也不尽相同，具体的通信指令更不同。
因此，使用串口服务器处理RS232串口通讯信号，并通过TCP网络连接到控制系统中。
控制系统的硬件连接如图1所示。
由图1可知，控制系统以TCP/IP网络为基础组建而成，实现了从设备层、控制层到管理层的无缝信息集成。
系统中主要使用的设备包括串口服务器和PLC，串口服务器为研华股份有限公司的EKI1528，该串口服务器可实现至多8路RS232/RS485/RS422串口信号与工业以太网信号的双向转换，且每一端口的通信参数均可根据连接设备的需要独立配置，从而有效地简化了控制系统的硬件结构；PLC系统则基于菲尼克斯公司的IL170平台搭建而成，该型号CPU具有性能价格比高、扩展性强、组网简单等优点，配合输入输出模块可构成相对独立的控制单元。
3.1 软件架构HCM6控制系统的软件基于分布式EPICS架构实现，EPICS是大型实验物理和加速器控制系统组态软件工具，由3部分组成：运行在客户端的OPI、运行在服务器端的IOC和通道访问CA，它们以客户机/服务器模式工作在网络环境中。
EPICS控制系统的结构如图2所示。
3.2 IOC程序鉴于LabVIEW为仪器编程和数据采集提供了便捷的途径，在测试测量、工业自动化及加速器控制等方面均得到了大量的应用[10-11]，其具有编程简单、运行可靠的优点，本系统的IOC程序也基于LabVIEW开发而成。
系统IOC程序对每个被控设备进行独立的模块化编程，实现与被控对象之间的数据交换及相关控制功能，达到对现场设备控制的目的。
最后，通过NI公司的DSC模块建立IOC sever，将所有被控设备监控的参数以过程变量的形式进行网络发布，实现EPICS接入。
IOC程序的基本功能之一是通过TCP/IP协议实现与现场被控对象之间的数据交互，但由于现场环境的复杂性，在实际使用过程中很可能会遇到被控设备故障、控制设备故障等需复位处理及其他可能影响通信功能正常使用的情况。
因此，要求设计的程序有较好的容错性能，在设备故障或通信异常时可及时地发出报警信号提醒相关人员处理，同时能自动地对故障设备巡检，待设备恢复正常后能自动重新连接，并清除故障信号。
典型的监控程序流程如图3所示。
3.3 基于PLC的腔压控制低温恒温器内部氦槽空间有限，因此其压力值较为敏感，不仅与正常工作的超导腔及超导磁体施加的功率有关，而且受注液速度、液位高度等因素的影响；当工作条件发生突变时压力会发生很大变化，瞬间压力变化量可达4 000 Pa左右。
其闭环控制基于PLC完成，根据设定值和当前从探测器反馈的实际值可由PID算法计算得到气动调节阀的开度值，最终实现HCM6压力稳定的目的。
压力闭环控制原理如图4所示。
图4中压力的设定值在OPI界面中设定，PID控制器的输入值e即为设定值减去系统反馈的实际运行值，由PLC完成增量式数字PID控制算法，其输出u(k)与e(k)的关系如式(1)[12]所示：HCM6压力控制情况及相应阀门开度的实际运行结果如图5所示。
图5中实线为HCM6压力实际工作曲线；点划线为CM632阀门开度，表示低温恒温器至低压路的回气调节量；虚线为CM633开度，表示低温恒温器至制冷机的回气调节阀门。
这两个阀门需根据低温系统的实际运行情况进行手动切换，正常工作时，为降低系统冷量损失，HCM6中小于80 K的低温氦气回收到制冷机回路中，此时CM632阀门将处于关闭状态。
由图5可知，正常工作时低温恒温器内的压力可控制在目标压力(110 000 Pa)的±100 Pa以内波动，在故障状态下，瞬时压力变化较大，但被控阀门可及时响应，在较短时间内将腔体压力重新控制至目标值。
本文设计的低温恒温器控制系统OPI程序基于CSS软件开发，实现了系统内所有被控设备及关键参数的远程监控功能，在方便相关人员的调试、设备维护和故障排查的同时，极大地降低了操作人员的维护工作量。
目前，控制系统已完成现场安装及测试工作，并投入常规运行。
低温恒温器HCM6控制系统的监控主界面如图6所示。
本文设计的ADS注入器Ⅱ低温恒温器控制系统实现了对系统内所有被控设备的远程信号采集、监控功能，满足系统的控制要求，正常工作时低温恒温器内部的氦压可控制在目标值的±100 Pa范围内变化，优于预期的控制目标。
