Система управления технологическим процессом подготовки камеры токамака КТМ к эксперименту тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат наук Коровиков, Александр Геннадьевич

• Коровиков, Александр Геннадьевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Коровиков, Александр Геннадьевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ

1.1 Область применения, назначение, характеристики и конструкционные особенности токамака КТМ

1.2 Анализ режимов работы токамака КТМ

1.3 Описание автоматизируемых функций подготовки токамака КТМ к экспериментам

1.4 Проведение модельных исследований процессов прогрева объекта управления

1.5 Выводы

2 МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПРОГРЕВА

2.1 Постановка целей и задач моделирования на этапе синтеза системы управления

2.2 Моделирование системы управления процессом прогрева

2.2.1 Определение передаточной функции источника питания нагревателей

2.2.2 Определение передаточной функции нагревателя

2.2.3 Передаточная функция вакуумной камеры

2.2.4 Описание процесса конвективных потерь теплоты

2.2.5 Описание процесса лучистой теплоотдачи

2.2.6 Определение передаточной функции индуктора

2.3 Модельные исследования системы управления

2.4 Разработка алгоритма управления прогревом вакуумной камеры

2.5 Выводы

3 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО МОДУЛЯ ПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ И АВАРИЙНОЙ ЗАЩИТЫ

3.1 Метод кодирования и интерпретации конечно-автоматных моделей технологических агрегатов

3.2 Разработка конечно-автоматной модели форвакуумной подсистемы

3.3 Разработка модели функционирования технологических агрегатов на основе сетей Петри

3.4 Проектирование программного обеспечения системы управления

3.5 Выводы

4 РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ ТОКАМАКА КТМ

4.1 Аппаратно-программная реализация системы управления

4.1.1 Устройство управления процессом подготовки (УУ1111)

4.1.2 Устройство управления процессом охлаждения (УУПО)

4.1.3 Устройство прогрева и контроля температуры (УПКТ)

4.1.4 Пульты операторов СУТП

4.2 Результаты производственных испытаний системы управления

4.2.1 Оценка соответствия заданным требованиям

4.2.2 Результаты исследований системы прогрева ВК

4.2.3 Результаты исследований вакуумной подсистемы

4.2.4 Результаты исследования системы охлаждения

4.3 Выводы

5 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

6 СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

7 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А. Форвакуумная и дежурная система откачки

Приложение Б. Система водяного охлаждения

Приложение В. Акт внедрения системы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Система управления технологическим процессом подготовки камеры токамака КТМ к эксперименту»

ВВЕДЕНИЕ

Наиболее значимые результаты в решении проблемы управляемого термоядерного синтеза были достигнуты на установках типа токамак. Актуальность темы исследования обусловлена проводимыми в настоящее время работами по реализации проекта строительства Казахстанского материаловедческого токамака КТМ в городе Курчатов, Казахстан. Материаловедческий токамак КТМ предназначен для экспериментальных исследований и испытаний конструкционных материалов термоядерных реакторов. Токамак КТМ является плазменной электрофизической установкой тороидального типа с магнитным удержанием плазмы среднего масштаба.

Эффективность проведения экспериментальных исследований на установках типа токамак во многом определяется наличием комплексной системы автоматизации и ее функциональными возможностями. Токамак КТМ и комплекс его технологических систем как объект автоматизации обладает рядом особенностей, накладывающих дополнительные требования к системам автоматизации. К таким особенностям относятся с одной стороны многофункциональность технологических и диагностических систем при их достаточно большом разнесении в пространстве, а с другой - наличие различных режимов работы, каждому из которых соответствует определенная динамика управляемых процессов, порядок включения оборудования, состав и диапазоны контролируемых физических параметров, и многое другое. В соответствии с этим система автоматизации термоядерной установки должна представлять собой высокопроизводительную иерархическую распределенную систему, в которой функционально выделены следующие части:

- система управления технологическим процессом подготовки камеры;

- система управления плазмой;

- система цифрового управления источниками электропитания;

- система противоаварийной защиты и синхронизации;

- информационно-измерительная система.

Системы управления технологическим процессом подготовки камеры (СУТП), реализованные на основе современных средств микропроцессорной техники и новых информационных технологий и обеспечивающие решение задач комплексной автоматизации, являются неотъемлемой частью термоядерных установок типа токамак. Это связано с тем, что современные термоядерные установки представляют собой сложные инженерно-технические комплексы, для нормальной работы которых необходима синхронная, безопасная и надежная работа всех технологических систем, входящих в их состав. Поэтому требуется объединение многочисленного оборудования в единый комплекс и создание условий обеспечения как безопасности работы персонала и сохранности техники, так и гибкости управления в сочетании с представлением полной информации о режимах работы, состоянии оборудования и проводимых экспериментах.

Следует также отметить то, что масштабность современных экспериментальных установок типа токамак и экспериментов, проводимых на них, уникальность используемого оборудования, сложность функциональных связей между отдельными технологическими системами, а также наличие сложного комплекса средств физической и технологической диагностики, значительно повышает требования к организации контроля и управления. При этом совершенствование автоматизации контроля и управления сегодня занимает важное место в поисках путей решения проблемы контролируемого термоядерного синтеза. На практике такой подход позволяет получить гораздо более эффективные решения по техническому и программному обеспечению системы управления технологическим процессом такой сложной многосвязной системы, какой является современная термоядерная установка. Причем идеальным при проектировании СУТП является системный подход, основанный на многоуровневом с иерархической структурой представлении данной сложной системы.

Параметры плазмы в установках токамак определяются не только количеством и составом остаточного газа в объеме, но и состоянием поверхности разрядной камеры, которая является источником поступления в плазму различных примесей: паров воды, кислорода, углерода и т.п.

Сложный инженерно-технический комплекс термоядерной установки тока-мак КТМ включает ряд технологических систем, обеспечивающих общие условия проведения разряда, к ним относятся:

- система высоковакуумной откачки;

- система водяного охлаждения;

- система омического нагрева;

- система индукционного нагрева;

Несколько режимов работы, высокие требования к технологическим параметрам камеры и системам, обеспечивающим технологический регламент работы токамака в процессе подготовки, во время проведения экспериментов и постэкспериментальных режимах приводит к необходимости моделирования, разработки и испытанию соответствующих программ-сценариев управления технологическими системами токамака КТМ. Технический уровень реализации системы определяет динамические, точностные характеристики системы, эксплуатационные показатели, что при проведении экспериментов на токамаках является весьма важным.

Кроме того авторы многих работ в области автоматизации термоядерных установок акцентируют внимание на вопросах физики плазмы, системах управления плазмой, системам электропитания и т.д. (т.е. системы, работающие в пусковом режиме), но при этом системы, работающие в подготовительном режиме практически не рассматриваются. Но нельзя забывать, что СУТП является основой успешных экспериментов.

Целью настоящей диссертационной работы является разработка, создание и испытание системы СУТП токамака КТМ.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

1. Исследование термодинамических характеристик вакуумной камеры (ВК) КТМ на модели в пределах рабочего диапазона регулирования температуры ВК.

2. Разработка алгоритмов регулирования температуры ВК токамака КТМ.

3. Разработка алгоритмов управления процессом высоковакуумной откачки ВК токамака КТМ.

4. Разработка алгоритмов управления системой водяного охлаждения тока-мака КТМ.

5. Разработка структуры СУТП и разработка опытного образца, обоснование и выбор программно-технических средств (ПТС) для реализации системы.

6. Проведение исследований опытного образца системы СУТП.

7. Проведение производственных испытаний системы СУТП токамака КТМ.

Научная новизна работы следующая:

1. Разработан и реализован алгоритм автоматического управления процессом прогрева вакуумной камеры, обеспечивающий заданную равномерность распределения температуры по элементам ее конструкции в течение всего процесса прогрева. Отличительной особенностью разработанного алгоритма является рассмотрение вакуумной камеры как пространственно неоднородного объекта, с существенно различающимися свойствами конструкционных материалов, внутри-камерных элементов и изоляции, а также характеристиками нагревательных элементов по зонам прогрева вакуумной камеры.

2. Разработан и реализован программный модуль управления предупредительной сигнализации и аварийной защиты для технологических систем токамака, работающих в дискретно-событийном режиме. В отличие от известных, разработанный программный модуль базируется на применении сетей Петри для анализа процессов, что позволило снизить количество ошибок оператора в процессе управления технологическими системами и реализовать алгоритм управления в автоматическом режиме.

Теоретическая и практическая значимость. Применение автоматизированной системы управления технологическими системами токамака КТМ позволило управлять длительными технологическими процессами в автоматическом режиме. Таким образом, решена такая важная задача процесса подготовки вакуумной камеры к экспериментам, как прогрев вакуумной камеры и обеспечение заданного уровня вакуума в камере с максимальной защитой дорогостоящего оборудования от выхода из строя при нештатных ситуациях.

Результаты работы были использованы для создания системы управления технологическими процессами токамака КТМ.

Практическая значимость работы подтверждается использованием результатов диссертации в гранте ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009 - 2013 г." соглашение 14.В37.21.0457.

Полученные результаты позволяют расширить круг унифицированных решений для задач имитационного моделирования технологических процессов и систем управления, создания компьютерных тренажеров и эффективного повышения квалификации персонала для предприятий атомной и других отраслей промышленности.

Методология и методы исследования

В работе использовались методы системного анализа, теории графов и конечных автоматов, теории сетей Петри, системного моделирования, контроля и диагностирования технических систем.

В первой главе диссертационной работы приведен краткий обзор объекта управления - токамака КТМ: назначение; область применения; конструкционные особенности; технические характеристики и т.д.

Приведено описание имитационной модели ВК токамака КТМ и результаты ее исследований.

Основное внимание было уделено исследованию динамических характеристик ВК токамака КТМ на имитационной модели прогрева камеры. Приведены результаты исследований, на основании которых была получена ЗБ модель ВК токамака КТМ, отражающая зависимость температурных полей ВК от вкладываемой мощности.

Вторая глава посвящена решению основной задачи настоящей работы -моделированию системы управления технологическими процессами подготовки камеры. Описаны переходные функции каждого компонента системы и системы в целом, определены устойчивость, логарифмическая амплитудно-частотная характеристика (ЛАЧХ) и логарифмическая фазово-частотная характеристика (ЛФЧХ). Проведен расчет регуляторов системы для системы управления нагревом каждой

зоны ВК. Проведен анализ системы с регуляторами, построены переходные характеристики, определены запас устойчивости, точность. Разработан алгоритм совместного управления шестью контурами управления нагревом.

Третья глава содержит результаты математического анализа применительно к процессу форвакуумной откачки при помощи сетей Петри, алгоритмы управления, полученные на основе анализа процессов, послужили основой при разработке программного модуля предупредительной сигнализации и аварийной защиты токамака КТМ.

Четвертая глава содержит результаты проектирования опытного образца системы СУТП токамака КТМ. Приведено описание структуры системы, обоснование и выбор программно-технических средств, необходимых для ее реализации. Приведено описание конструктивных решений основных устройств и модулей системы СУТП токамака КТМ: подсистема прогрева и контроля температуры; подсистема управления процессом подготовки ВК; подсистема управления процессом водяного охлаждения и т.д. Приведены результаты испытаний и исследований опытного образца системы СУТП токамака КТМ. Приведен анализ результатов исследования.

Основные научные положения, представляемые к защите.

На защиту выносятся:

1. Тепловая модель ВК токамака КТМ, отражающая зависимость ее температурных полей от вкладываемой мощности в любой точке ВК, которая отличается от известных тем, что позволила получить тепловое трехмерное описание ВК.

2. Алгоритм регулирования температуры ВК токамака КТМ, позволивший реализовать подсистему прогрева и контроля температуры, обеспечивающую реализацию экспериментов с заданным качеством.

3. Математическая модель и регуляторы системы управления, которые отличаются от известных учётом неравномерности пространственного распределения температуры, что позволяет получить заданную точность распределения температуры в процессе прогрева при соблюдении требований безопасности от разрушения оболочки ВК.

4. Математическая граф-модель процесса форвакуумной откачки, отличающаяся от известных применением сетей Петри и являющаяся основой программного обеспечения для управления дискретными системами, что позволило управлять дискретными процессами в автоматическом режиме и снизить участие оператора в процессе управления.

5. Структура опытного образца системы СУТП и результаты комплексного анализа проведенных экспериментальных исследований на СУТП токамака КТМ.

Степень достоверности и апробация результатов.

Результаты диссертации использованы в гранте ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013г." соглашение 14.В37.21.0457.

Результаты исследований, связанные с разработкой системы подготовкой ВК токамака КТМ к экспериментам, выполненные в соответствии с научно-исследовательскими работами по научной программе «Создание Казахстанского материаловедческого токамака» внедрены в ДТП «Институт атомной энергии» РГП «Национальный ядерный центр» Республики Казахстан.

Личный вклад автора состоит в выборе научного направления исследований, постановке новых задач моделирования технологических процессов нагрева и процессов для подсистем с дискретно-событийной логикой работы, разработке подходов к решению задач моделирования, проведении теоретических и вычислительных экспериментальных исследований, осуществлении аппаратурно-технического синтеза системы управления, внедрении системы на реальном объекте, сопоставлении полученных результатов с теоретическими и модельными расчетами, опубликовании полученных результатов, формулировке основных положений и выводов диссертационной работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на технической встрече МАГАТЭ по научному использованию малых аппаратов термоядерного синтеза, на 10-ой, 11-ой конференциях-конкурсах НИОКР молодых ученых и специалистов РГП НЯЦ РК, международной конференции «Актуальные вопросы мирного использования атомной энергии» и научных семинарах.

Результаты диссертации опубликованы в 13 статьях и тезисах, из них 3 публикации в журнале, рекомендованном ВАК РФ. Отдельные результаты теоретических и экспериментальных исследований отражены в научно-технических отчетах и материалах опытно-конструкторских работ.

Выражаю благодарность: научному руководителю диссертационной работы Павлову В.М., доценту кафедры ЭАФУ, ФТИ, ТПУ, за практическую помощь в подготовке диссертации; сотрудникам отдела автоматизации систем контроля и управления филиала «ИАЭ» РГП НЯЦ РК за активное участие в разработке системы, тестировании программного обеспечения, в подготовке технической документации; коллективу специалистов комплекса токамака КТМ за участие в практической реализации системы СУТП, проведении монтажа, наладки, производственных испытаний и ввода системы в эксплуатацию.

1 АНАЛИЗ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ

В данной главе проведен анализ объекта управления, рассмотрены его назначение; область применения; конструкционные особенности и технические характеристики. Выполнена разработка имитационной модели ВК токамака КТМ и описаны результаты проведенных модельных исследований. Основное внимание было уделено исследованию характеристик ВК токамака КТМ на имитационной модели прогрева камеры. В главе приведены результаты исследований, на основании которых была получена 3D модель ВК токамака КТМ, отражающая зависимость температурных полей ВК от вкладываемой мощности прогрева.

1.1 Область применения, назначение, характеристики и конструкционные

особенности токамака КТМ

Казахстанский материаловедческий токамак КТМ создается в г. Курчатов Восточно-Казахстанской области по Решению Президента Республики Казахстан H.A. Назарбаева в поддержку участия Республики Казахстан в программе ИТЭР, а также для развития в стране современных направлений науки, техники и технологий и подготовки высококвалифицированных научных и инженерных кадров.

Принципиальными задачами токамака КТМ являются следующие:

- исследование поведения кандидатных материалов приемных пластин и других элементов диверторных устройств;

- изучение процессов распыления, эрозии, дугообразования, механических повреждений на приемных диверторных пластинах;

- исследование процессов поверхностного и объемного прогрева и динамики поверхностного и объемного распределения температуры диверторных пластин;

- испытания различных способов организации теплового контакта приемных пластин дивертора с теплоотводящей и механической структурой дивертор-ного устройства (ДУ);

- испытания различных видов, схем и конструкций систем охлаждения приемных пластин и механических структур;

- изучение поведения материалов диверторных пластин при различных начальных установившихся температурах (при условии использования предварительного прогрева пластин) и т.д.;

В настоящее время в мире проводятся физические и технологические исследования на токамаках классической геометрии (А=3-4) с вытянутым сечением плазмы и диверторной конфигурацией, таких, как JET (Великобритания, ЕС), JT-60 (Япония), DIII-D (США), AsdexU (ФРГ) и сферических токамаках (А=1.3-1.7), таких как NSTX (США), Глобус-М (Россия), MAST (Великобритания).

Токамак КТМ единственная на сегодняшний момент мегаамперная установка в мире с аспектным отношением А=2, которая по существу может наполнить базу данных по физике процессов удержания плазмы в пограничной области между сферическими и классическими токамаками.

Токамак КТМ состоит из следующих основных функциональных частей и подсистем:

1. ВК из нержавеющей стали толщиной 3-5 мм с внутрикамерными элементами (диафрагма, пассивные витки, магнитные зонды вертикальной стабилизации и др.), обеспечивающей условия, необходимые для получения горячей плазмы;

2. Тороидальных магнитных обмоток, служащих для создания продольного тороидального магнитного поля с индукцией 1 Тл;

3. Центрального соленоида - индуктора с компенсирующими витками, создающий и поддерживающий ток в плазме (750 к А) в течение 4 с;

4. Шести полоидальных магнитных обмоток, используемых как для поддержания равновесия плазмы в процессе разряда и управления формой шнура, так и частично для поддержания тока в плазме;

5. Системы быстрого управления положением шнура и Х-точки в камере;

6. Системы дополнительного ВЧ-нагрева плазмы с максимальной мощностью в плазме 5 МВт, которая служит для увеличения температуры плазмы и тепловых потоков в SOL и диверторный объем;

7. Подвижного диверторного устройства, воспринимающего потоки тепла, частиц и излучение из основной камеры и служащего для изменения положения пластин относительно Х-точки по вертикали и углу, а также для оперативной установки и съема пластин;

8. Транспортно-шлюзового устройства, обеспечивающего оперативные, без нарушения высокого вакуума в ВК, съем и установку приемных диверторных пластин;

9. Системы высоковакуумной откачки и газонапуска;

10. Системы прогрева, очистки и боронизации стенок камеры;

11. Системы технологических диагностик, позволяющих получать информацию о работе наиболее ответственных частей и узлов установки;

12. Системы питания тороидальных и полоидальных обмоток, обмоток равновесия;

13. Инженерных подсистем, обеспечивающих работу установки в целом (вода, газоснабжение, локальная электрическая сеть, местная вентиляция и др.);

14. Физических диагностик.

Вакуумная камера (далее - ВК) является одной из основных систем установки, которая создаёт вакуумную границу, обеспечивая тем самым одно из необходимых условий для формирования, удержания и наблюдения плазменного шнура. Основные технические характеристики камеры представлены в таблице 1.

В состав ВК, имеющей форму тора, входят:

- оболочка ВК с патрубками и фланцевой высоковакуумной арматурой;

- внутрикамерные элементы (дивертор, защитные пластины, витки пассивной стабилизации плазмы);

- опоры ВК;

- элементы системы прогрева ВК;

- датчики системы электромагнитной диагностики.

Оболочка ВК представляет собой цельносварную тонкостенную конструкцию диаметром 2,9 м, высотой 2,6 м, и весом 2,5 т (рисунок 1.1). Толщина стенок оболочки составляет 3 и 5 мм соответственно на внутренней цилиндрической ча-

сти и внешних частях тора. Для предотвращения потери устойчивости оболочки под действием сжимающих нагрузок по обходу тора равномерно расположены 20 меридиональных поясов жёсткости О-образной формы (рисунок 1.2), которые охватывают поперечное сечение оболочки в её внешней части и замыкаются на тороидальные ребра вверху и внизу центрального цилиндра [1].

Рисунок 1.1— Поперечное сечение ВК токамака КТМ

Рисунок 1.2 - ВК вид сверху

Основные характеристики ВК установки токамак КТМ приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1- Основные характеристики ВК установки токамак КТМ

Наименование Значение

Конструктивное исполнение Тонкостенная оболочка с полоидальными и тороидальными ребрами жесткости

Толщина оболочки, мм: на внутреннем радиусе на наружном радиусе 3 5

Размеры по внутренней поверхности камеры, м: внутренний радиус - наружный радиус высота

0,4 1.4 2.5

Габаритные размеры оболочки (исключая патрубки), м: внутренний радиус наружный радиус высота 0,38 1,45 2,6

Площадь внутренней поверхности оболочки, м2 33

Объем, исключая патрубки, м"3 12,5

Вес, т: оболочки с патрубками 2,0 2,5

Тороидальное электрическое сопротивление 12Х18Н10Т, 115

Патрубки, шт. верхние и нижние экваториальные 26 10

Проходное сечение патрубков, м экваториальные: антенные (4 шт.) - диагностические (2 шт.) шлюзовые (2 шт.) откачные (2 шт.) прочие в т.ч. для доступа в камеру: верхние "трековые"(5 шт.) верхние круглые (5 шт.) нижние горизонтальные (10 шт.) - нижние вертикальные, обеспечивающие связь с ПДУ и его работу (6 шт.) 0,36x0,82 0,36x0,82 0,36x0,82/Ду400 0,36x0,82 0,05x0,22 Ду80 Ду80 Ду80

Температура прогрева, °С 200

Система прогрева Внешними нагревателями

ВК оснащена системой омического прогрева, которая обеспечивает под-

держание температуры на поверхности камеры 200 ± 10 °С в режимах подготовки камеры к работе и по мере необходимости в процессе эксплуатации установки.

В состав элементов системы прогрева входят:

- электронагреватели;

- термопары;

- теплоизоляция.

В качестве электронагревателя используется кабель КНМСНХ - 0,283 ТУ 16.505.564-75, наружным диаметром 3 мм и сопротивлением 4,5 Ом/м. Отрезки кабеля длиной около 12 м укладываются с шагом 70 мм на наружной поверхности камеры. Общая установленная мощность нагревателей - 40 кВт, количество ветвей - 34.

В установившемся режиме ВК отдает в окружающую среду около 9 кВт. Равномерность подъёма и поддержания температуры на поверхности камеры обеспечивается включением и выключением нагревателей на соответствующих зонах. Питание нагревателей осуществляется от промышленной сети, напряжение - 220 В, частота - 50 Гц.

Для контроля температуры на поверхности камеры и самого нагревателя в пределах укладки каждой ветви установлена пара термопар, представляющих собой термостойкий кабель КТМС (ХА) ТУ 505.757-75. Для обеспечения надежности работы установки в целом предусмотрены резервные термопары в одном из поперечных сечений камеры.

На внешней части камеры теплоизоляция состоит из отдельных сегментов, которые могут легко демонтироваться в случае необходимости при эксплуатации установки. Температура на поверхности изоляции не более 45 °С.

Нагреватели укрываются теплоизоляцией толщиной 50 мм, состоящей из чехла, заполненного ультратонким базальтовым волокном.

Для обеспечения контролируемого нагрева внутреннего цилиндра и элементов оболочки ВК в составе системы автоматизации экспериментов предусмотрена система индукционного нагрева ВК. В качестве индуктора используется центральный соленоид электромагнитной системы (ЭМС) токамака КТМ.

1.2 Анализ режимов работы токамака КТМ

Общий алгоритм работы токамака КТМ включает несколько этапов:

1. Двухступенчатая высоковакуумная откачка ВК от атмосферного давления

"7___

до 10" Topp с одновременным прогревом стенок камеры до температуры 200 °С. Для получения требуемого фонового давления наряду с процессом откачки предусмотрено проведение технологических операций (тренировка стенок индукционным и тлеющим разрядом, боронизация) с целью очистки и обезгаживания стенок камеры, что в свою очередь, приведет к снижению удельного потока газа при рабочей температуре;

2. Напуск рабочего газа в камеру, включение тороидального магнитного поля, запитка центрального соленоида-индуктора с компенсирующими обмотками, создающими низкий уровень рассеянных полей в области пробоя, возбуждения при быстром изменении потока в индукторе вихревого электрического поля, необходимого для пробоя рабочего газа;

3. Пробой и объемная ионизация газа, как вихревым электрическим полем, так и вводом в зону пробоя СВЧ-мощности;

4. Формирование плазменного шнура последовательным преодолением радиационного и ионизационного барьеров (связанных с поступлением в плазму нейтрального газа). На этом этапе для устойчивого формирования шнура необходим ввод в плазму СВЧ-излучения мощностью, превосходящей мощность, требуемую для облегчения и поддержания пробоя плазмы. Этап завершается формированием замкнутой магнитной конфигурации;

5. Подъем тока плазмы до заданной величины, определяемой программой экспериментов. Рост тока в токамаке КТМ происходит чисто индукционным способом за счет регулируемого изменения магнитного потока в центральном соленоиде-индукторе. Скорость роста тока лимитируется как сверху (предотвращением режимов с убегающими электронами и сильным скинированием), так и снизу (минимально допустимый расход потока);

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Коровиков, Александр Геннадьевич, 2013 год

7 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Азизов, Э.А. Казахстанский материаловедческий токамак КТМ и вопросы термоядерного синтеза / Э.А. Азизов, И.Л. Тажибаева. - Алматы, 2006. -236 с.

2. Романов, А.Н. Имитаторы и тренажеры в системах отладки АСУ ТП / А.Н. Романов, В.П. Жабаев. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 112 с.

3. Шлямнев, А.П. Коррозионостойкие, жаростойкие и высокопрочные стали и сплавы: справочное издание / А.П. Шлямнев, Т.В. Свистунова, О.Б. Лапшина. - М.: «Интермед Инжиниринг», 2000. - 232 с.

4. Басов, К.А. Совместная работа в системах CAD и ANSYS / К.А. Басов. -М.: КомпьютерПресс, 2002. - 316 с.

5. Каплун, А.Б. ANSYS в руках инженера: практическое руководство / А.Б. Каплун, Е.М. Морозов, М.А. Олферьева. - М.: Едиториал УРСС, 2003. - 272 с.

6. Басов, К.А. ANSYS и LMS Virtual Lab Геометрическое моделирование / К.А. Басов. - М.: ДМКПресс, 2006. - 240 с.

7. Антушев, Г.С. Методы параметрического синтеза сложных технических систем / Г.С. Антушев. - М.: Наука, 1989. - 268 с.

8. Абдулов, Н.Д. Теория и методы проектирования оптимальных регуляторов / Н.Д. Абдулов, Ю.П. Петров. - Л.: Энергоатомиздат, 1985. - 240 с.

9. Солодовников, В.В. Основные черты технической кибернетики. - В кн.: Автоматическое управление и вычислительная техника. Вып. 1 /В.В. Солодовников. - М.: Машгиз, 1958. - с. 5-21.

10. Иващенко, H.H. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем. Учебник для вузов / H.H. Иващенко. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1978. - 736 с.

11. Зотов, М.Г. Многокритериальное конструирование систем автоматического регулирования/ М.Г. Зотов. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004.-375 с.

12. Методы классической и современной теории автоматического управления: учебник: в 3 т. / под ред. Н.Е. Егупова. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. - т. 2: Синтез регуляторов и теория оптимизации систем автоматического управления. - 736 с.

13. Кулаков, Г.Т. Анализ и синтез систем автоматического регулирования / Г.Т. Кулаков. - М.: Технопринт, 2003. - 134 с.

14. Нащокин, В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. Учебное пособие для неэнергетических специальных ВУЗов / В.В. Нашокин. - М.: Высшая школа, 1975.-496 с.

15. Сухоцкий, А.Е. Установки индукционного нагрева / А.Е. Сухоцкий. -Ленинград.: Энергоиздат, 1981. - 330 с.

16. Поляков, П.Ю. Теория автоматического управления для «чайников» / П.Ю. Поляков. - СПб.: Питер, 2008. - 80 с.

17. Филиллис, Ч. Системы управления с обратной связью / Ч. Филиллис, Р. Харбор. - М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001. - 616 с.

18. Макаров, И.М. Линейные автоматические системы: элементы теории, методы расчета и справочный материал / И.М. Макаров, Б.М. Менский. - М.: Машиностроение, 1977. - 505 с.

19. Dingyu, X. Linear Feedback Control: Andlysis and Design with MATLAB // X. Dingyu, C. YangQuan, P. Derek. - London.: Spring Verlag, 2003. - 412 c.

20. Савин, Г.И. Системы моделирования сложных систем: Математическое моделирование. Вып. 3 / Г.И. Савин - М.: ФАЗИС: ВЦ РАН, 2000. - 276 с.

21. Chien, K.L. On automatic control of generalized passive systems / K.L.Chien, J.A. Hrones, J.B. Reswick // Transactions of the ASME. - 1972. - N 74. - C.175-185.

22. Ramadge, J. G. Supervisory control of a class of discrete event processes / J.G. Ramadge, W.M. Wonham // SIAM Journal of Control and Optimization. - 1987. -N 25. - C.206-230.

23. Cassandras, C.G. Introduction to discrete event systems / C.S. Cassandras,

S. Lafortune. - Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 2008. - 848 c.

24. Амбарцумян, A.A. А.И. Групповое управление в дискретных системах /

A.А. Амбарцумян, А.И. Потехин // Проблемы управления. - 2012. - N 5. - С. 46-53.

25. Баранов, С.И. Синтез микропрограммных автоматов / С.И. Баранов. - М.: Энергия, 1979.-232 с.

26. Баранов, С.И. Цифровые устройства на программируемых БИС с матричной структурой / С.И. Баранов, В.А. Скляров. - М.: Радио и связь, 1986. -272 с.

27. Горбатов, В.А. Логическое управление технологическими процессами /

B.А. Горбатов, В.В. Кафаров, П.Г. Павлов. - М.: Энергия, 1978. - 272 с.

28. Бандман, М.К. Территориально-производственные комплексы: Прогнозирование процесса формирования с использованием сетей Петри / М.К. Бандман, О.Л. Бандман, Т.Н. Евсикова. - Новосибирск: Наука, 1990. - 264 с.

29. Васильев, В.В. Сети Петри, параллельные алгоритмы и модели мультипроцессорных систем / В.В. Васильев, В.В. Кузьмук. - Киев: Наук, думка, 1990.-216 с.

30. Захаров, В.Н. Системы управления. Задание. Проектирование. Реализация / В.Н. Захаров, Д.А. Поспелов, В.Е. Хазацкий. - М.: Энергия, 1977. -424 с.

31. Лескин, А.А. Сети Петри в моделировании и управлении / А.А. Лескин [и др.]. - Л.: Наука, 1989. - 158 с.

32. Котов, В.Е. Сети Петри / В.Е. Котов. - М.: Наука, 1984. - 160 с.

33. Непомнящий, В.А. Верификация Estelle-спецификаций распределенных систем посредством раскрашенных сетей Петри / В.А, Непомнящий, А.Г. Алексеев, А.В. Быстров, С.А, Куртов, С.П. Мыльников, Е.В. Окунишникова, П.А. Чубарев, Т.Г. Чурина. - Новосибирск.: ИСИ, 1998. - 139 с.

34. Новорусский, В.В. Конечноавтоматные системы управления (принципы построения и анализ поведения) / В.В. Новорусский. - Новосибирск: Наука, 1982.

- 270 с.

35. Гилл, А. Введение в теорию конечных автоматов / А. Гилл. - М.: Наука, 1966. - 272 с.

36. Горбатов, В.А. Логическое управление технологическими процессами / В.А. Горбатов, В.В. Кафаров, П.Г. Павлов. - М.: Энергия, 1978. - 272 с.

37. Захаров, В.Н. Системы управления. Задание. Проектирование. Реализация / В.Н. Захаров, Д.А. Поспелов, В.Е. Хазацкий. - М.: Энергия, 1977. -424 с.

38. Юдицкий, С.А. Логическое управление дискретными процессами. Модели. Анализ. Синтез / С.А. Юдицкий, В.З. Магергут. - М.: Машиностроение, 1987.- 176 с.

39. Юдицкий, С.А. Проектирование дискретных систем автоматики / С.А. Юдицкий, А.А. Тагаевская, Т.К. Ефремова. - М.: Машиностроение, 1980. - 232 с.

40. Питерсон, Дж. Теория сетей Петри и моделирование систем. Пер. с анг. / Дж. Питерсон. - М.: Мир. 1984. - 264 с.

41. Программа форвакуумной и дежурной откачки вакуумной камеры токамака КТМ: рабочая программа / ДТП ИАЭ НЯЦ РК; Уч. 225 от 6.07.2010.

42. IEC 61131-3 Ed.3 International standart. Programmable controllers. -International electrotechnical commission, 2012. - 229 c.

43. Подсистема управления процессом прогрева и контроля температуры вакуумной камеры КТМ: техническое задание / ДТП ИАЭ НЯЦ РК; Уч. 1958 от 21.07.2006

44. Технический каталог продукции [Электронный ресурс]. - Prosoft. -2010. Режим доступа:

http ://www.prosoft.ru/products

45. The Measurement and Automation/Catalog 2010 [Электронный ресурс]. -National Instruments. - 2010. - Режим доступа:

http://www.ni.com.

46. Automation System. Allen Bradley/Catalog 2010 [Электронный ресурс]. -Rockwell Automation. - 2010. - Режим доступа:

http://www.ab.com

47. PCA6753/User Manual [Электронный ресурс]. - Advantech. -2005. -Режим доступа:

http://www.emacinc.com/Public/PC-SBC Datasheets/pea 6753.pdf

48. Adam 6060/User Manual [Электронный ресурс]. - Advantech. -2005. -Режим доступа:

http://sl51692652.websitehome.co.uk/sectionl0pdfs/ADAM-6060.pdf

49. MGate M3180/User Manual [Электронный ресурс]. - Moxa. - 2008. -Режим доступа:

http://www.orbitmicro.com/download/resources/MGate_MB3180.pdf

50. Adam 6017/User Manual [Электронный ресурс]. - Advantech. -2005. -Режим доступа:

http://s 151692652.websitehome.co.uk/sectionl 0pdfs/ADAM-6017.pdf

51. PCL-733/User Manual [Электронный ресурс]. - Advantech. -2005. -Режим доступа:

http://sl51692652.websitehome.co.uk/section6pdfs/pci-1733.pdf

52. PCL-733/User Manual [Электронный ресурс]. - Advantech. -2005. -Режим доступа:

http://s 151692652.websitehome.co.uk/section6pdfs/pci-1733.pdf

53. PCL-745B/User Manual [Электронный ресурс]. - Advantech. -2005. -Режим доступа:

http://www.captec.co.uk/data/products/pdfs/pcl_743b_s.pdf

54. ACL-8111/User Manual [Электронный ресурс]. - Adlink, 2001. - Режим доступа:

http://f.ipc2u.ru/files/add/doc/135941/A811 lManual.pdf

55. ТРМ-202/Руководство по эксплуатации [Электронный ресурс]. - Овен,

2009. - Режим доступа:

http://www.owen.ru/uploads/rie 1;гт200 825.pdf

56. Регулятор переменного тока РОТ-250Е-700 / Руководство по эксплуатации 435321.004-118 РЭ, ООО «Электропроект», 2007.

57. Программа экспериментов на токамаке КТМ по теме НТП КТМ «Отработка методик запуска и нагрева плазмы токамака КТМ» на 2012 год: рабочая программа / ДТП ИАЭ НЯЦ РК; Уч. 85 от 25.02.2012.

58. Казахстанский материаловедческий токамак КТМ. Система водяного охлаждения оборудования комплекса КТМ: техническое задание на проектирование / ДТП ИАЭ НЯЦ РК; Уч. 1958 от 16.05.2007.

Приложение А. Форвакуумная и дежурная система откачки

йзт утл/— —

От дквеетооного

паплка 16 сектор

АЛ00

. От счстею нкюноя И откат АХ^КМШЗ

От снстет откофм

паи ясгятшшз

Ы50

От снстош откорм_

ЗЧ штгчч АК&07ШШЗ

От системы откоикн_

УТЮ1

ижк^

РПЗ

_От тжоно/ж/пяоного

нососо СИСТ&& АК&076000ВЗ сектоо 12 I

Выхлопной трубопровод

Поз. хозно- Ч8ШО Нот/мою*» Кал

ш Наслотяетте/ь 1

АК11 Розвяз*о доочпгоют (изолятор) йлоо 1

шли Ляяко азотная М-100 3

Петрянсао 3

П.4Л-С Аиьгр (нослосвоанюе) 3

Ш Теиеискател 1

тшз Насос яопамныя ¿НИР-КОД 3

шяи йапмк давления (еакжнето) СопуесТогг 6

19091306

шщ К/пж-натекател йожнню кн-г,3 3

ми Клапан змктвонгянююмя.

гюотватя КЗИТ-100 1

№ К/от еакхтя КВЗ-бЗ 1

№11 Заимка с зжкпопнптотолон

10840 С£-14 йяШ 1

ШУШ Зашмжко В 333-100 4

— Гваннии сжпны

Наттотем ЗНГАЫОО

От ТУОбОНО/ХКХЛЯОНОГО_

нососо систею АХЛУИ/ЫШЗ си/тоо 16

От системы ворванжнся откажи АК39060.00.0ШЗ

От ливертррногу патожко 16 сентоо

рнг.5 .. @-<>К><Ж>-{|)

ртг.5

VP2.6

{

От знвоториольмого патвжна, 12 сентоо

АК2.2

4*250

РН2.3

i VP2.7

К системе анализа газовая *аэы

Акгжэмооовз

,VE22

.-«KD

РТ2.3

PT¿4

@D-OK>

ß*40

1

VP2.5

_9 WW?

AK39Q60.00.mB3

{

Or зкватооиатмого патвжна, 20 сентоо

Atel ÛH250

¿PM2J

PT21

VP24

шшшшвз

AK£906Û.0Û.000B3

Поз. оеозно- uphh0 Наименование Кол

MSLM2Í Развязна кееамииесноя (изолятор) Ду250 3

ШЖЗ Носос побополемяляыя Vorbn T<sbo V ЗКТ

$698879 3

<3.1 Теиеиснател ТШ-30 1

PWMÍ Датчик лоалемия (вокузпето) DtGLÛO 6

R0310301

PIZIJWS йатчин давления (вакж/пето) ConvecTorr

L9090306 6

шиш Задаихна VAT Seríes JO JB848-CE44 Ди250

с солеюцон VP. 24VX и дом» вж/юатеяея VP 3

mem Клапан VAT BN40 Series 26

¿642¿-*É41, ¿4 VDÙ 3

VP2.7 Клапан ванихнныя VAT Ди16 1

Osoroea

-- Граници системы

Приложение Б. Система водяного охлаждения

^ 1ии„у Тшл и^« !мя

Приложение В. Акт внедрения системы

КАЗАХСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ ИНДУСТРИЯ Ж.ТНЕ ЖАНА ТЕХНОЛОГИИДАР МИНИСТРЛ1ПН1Н •КАЗАКСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ УЛТТЫК. ЯД РОЛ и к <*ТА1ЫГЫ.. 1ШруаИ1ЫЛМ|. «УР<11* М^Ь1>МиЛД1Ы Р^чку". ИСЧ.к'КСГПК К.КНКфМЫНЫН

«АТОМ ЭНЕРГИЯСЫ ИНСТИТУТЫ»

. ШПИК МСМЛСКЛПК кКНЫрНМ

КАЗАХСТАН РЕСПУБЛИК чей ИНДУСТРИЯ ЖйНЕ ЖАНА ТЕХНОЛОГИЯЛАР МИНИСТРЛ1П ||у УЯО РМК АЭИ ЕМК)

МИНИСТЕРСТВО ИНДУСТРИИ И НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН Дочернее юсуаарствсннос прешринпн-на орак- чомист-шнно вен-ния

«ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ».

Ресну&пииныьяо |>ку ьцнпнеожмп ирешриятм на нралс Я1>миспкнн*Ч" веления НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ЦЕНТР РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН» МИНИСТЕРСТВА ИНДУСТРИИ И НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН агп ПАЗ РГП НЯЦ РК|

071Ка «клпжн Ре«л|у<*лмкаеы ШКО. Курчаи« |:ши Краеншр»»ейека* К1Н1Ш.1. 10

шг <723-511 2)5-»». тел факс [phone]-Л-25

Е-пш1 1АЕ»ЧЧС К2

49

¿'¿д/'У- 19С СУ

<Г7110В, Речцвлина К«ж«:|»|1. ВКО. 1 Курчам*. >.1 Краен* >арчейе|.«м. 10 гел (732-511 2-3»-«. 2-12-02. мл /факс [phone]-И-25 Е таН (ЧЕ^^ЧСКг

УТВЕРЖДАЮ Директор

Е.А. Кенжин

АКТ

о внедрении результатов кандидатской диссертационной работы Коровикова Александра Геннадьевича

Комиссия в составе:

Председатель: Васильев Ю.С. - первый заместитель директора;

Члены комиссии:

Вурим А.Д. - заместитель директора по испытаниям;

Яковлев В В. - главный инженер;

Шаповалов Г.В. - начальник отдела испытаний реакторных

диагностики.

Составили настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы «Система управления технологическим процессом подготовки камеры токамака КТМ к эксперимент}», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук, внедрены на Казахстанском материаловедческом токамаке КТМ в составе системы управления технологическими процессами (СУТП).

Внедрение СУТП позволило организовать автоматизацию процессов подготовки рабочей камеры токамака КТМ к эксперименту. Разработанные математические модели позволили определить оптимальные режимы работы и алгоритмы системы управления. Проведенные исследования с использованием математических моделей позволили не подвергать камеру токамака КТМ опасности разрушения и выполнить анализ реакции объекта на управляющие воздействия.

Комиссия считает, что моделирование, реализация и исследование СУТП является важным этапом создания уникального материаюведческого токамака в Республике Казахстан. А необходимость создания автоматизированной системы управления различными технологическими подсистемами, участвующими в подготовке рабочей камеры перед проведением экспериментов, является актуальной задачей. Экономический эффект проявляется в сокращении времени на подготовку рабочей камеры к эксперименту, а также внедрении системы минимальным количеством испытаний и исследований на объекте, имеющих высокую стоимость реализации.

Комиссия:

004813

Васильев Ю.С. Вурим А.Д. Яковлев В.В. Шаповаюв Г.В.