本發(fā)明具體涉及一種用于同位素電磁分離器真空系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)，屬于電磁分離器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

中國(guó)原子能科學(xué)研究院的同位素電磁分離器是我國(guó)唯一一臺(tái)大型同位素電磁分離器。為了保障我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)核心材料Rb-85、Rb-87國(guó)產(chǎn)化，對(duì)同位素電磁分離器進(jìn)行綜合技術(shù)改造，同位素電磁分離器控制系統(tǒng)是同位素電磁分離器綜合技術(shù)改造項(xiàng)目的五個(gè)重點(diǎn)系統(tǒng)之一。

本發(fā)明主要涉及同位素電磁分離器的真空系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)。真空系統(tǒng)是電磁同位素分離器運(yùn)行過(guò)程中一個(gè)不可或缺的輔助系統(tǒng)。真空系統(tǒng)主要用途是為分離器真空室提供好于3×10^-3Pa的高真空，對(duì)減少分離過(guò)程中離子束與氣體分子之間的碰撞、減少離子源電極間的打火、降低加速極電流都起著至關(guān)重要的作用。

原有的真空系統(tǒng)采用電氣控制方式，這種控制方式連線多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、功耗大、靈活性差、可擴(kuò)展性差、可維護(hù)性差，監(jiān)測(cè)點(diǎn)分散。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種改造后的真空系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制同位素電磁分離器真空設(shè)備的運(yùn)行及參數(shù)的調(diào)節(jié)，并且軟件中提供必要的連鎖保護(hù)功能，防止操作員的誤操作，根據(jù)模擬信號(hào)、開(kāi)關(guān)量信號(hào)監(jiān)測(cè)顯示報(bào)警狀態(tài)。

具體的，本發(fā)明提供一種用于同位素電磁分離器真空系統(tǒng)，所述真空系統(tǒng)包括順序連接的如下組成部分：預(yù)抽真空機(jī)組、真空室、高真空機(jī)組、前級(jí)真空機(jī)組；

所述預(yù)抽真空機(jī)組將所述真空室預(yù)抽真空到20Pa左右的低真空；

所述高真空機(jī)組所述將真空室抽真空到低于3×10^-3Pa，并一直維持到分離工作結(jié)束；

所述前級(jí)真空機(jī)組將高真空機(jī)組排出的氣體抽出。

進(jìn)一步，如上所述的用于同位素電磁分離器真空系統(tǒng)，所述預(yù)抽真空機(jī)組包括順序連接的預(yù)抽泵、羅茨泵、預(yù)抽泵閥門(mén)。

進(jìn)一步，如上所述的用于同位素電磁分離器真空系統(tǒng)，所述真空室的容積為5m³。

進(jìn)一步，如上所述的用于同位素電磁分離器真空系統(tǒng)，所述高真空機(jī)組包括擴(kuò)散泵及與所述擴(kuò)散泵連接的增壓泵、制冷機(jī)、擴(kuò)散泵閥門(mén)、空氣壓縮機(jī)；所述高真空機(jī)組還包括位于擴(kuò)散泵和真空室之間的第一真空計(jì)。

進(jìn)一步，如上所述的用于同位素電磁分離器真空系統(tǒng)，所述前級(jí)真空機(jī)組包括四臺(tái)并聯(lián)的前級(jí)泵及其對(duì)應(yīng)的四個(gè)前級(jí)閥門(mén)、連接所述四個(gè)前級(jí)閥門(mén)的前級(jí)閥；所述前級(jí)真空機(jī)組還包括位于前級(jí)泵閥門(mén)和前級(jí)閥之間的第二真空計(jì)。

另外，本發(fā)明提供一種根據(jù)上述的用于同位素電磁分離器真空系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括PLC模塊、路由器、上位機(jī)、觸摸屏；所述路由器分別連接PLC模塊、上位機(jī)和觸摸屏；所述觸摸屏還連接第一真空計(jì)和第二真空計(jì)；所述PLC模塊連接并控制所述真空系統(tǒng)中的繼電器、測(cè)量元件、斷路器及熱繼電器。

進(jìn)一步，如上所述的用于同位素電磁分離器真空系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，所述觸摸屏通過(guò)485串口與兩臺(tái)真空計(jì)的三個(gè)485串口進(jìn)行通訊，觸摸屏與路由器間通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊。

進(jìn)一步，如上所述的用于同位素電磁分離器真空系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，所述繼電器包括擴(kuò)散泵、增壓泵、制冷機(jī)、預(yù)抽泵、羅茨泵、前級(jí)泵及各泵閥門(mén)的繼電器。

進(jìn)一步，如上所述的用于同位素電磁分離器真空系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，所述測(cè)量元件包括壓力表、流量計(jì)、溫度測(cè)量單元、電壓測(cè)量單元、及電流測(cè)量單元。

本發(fā)明的真空系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)，可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程安裝使用簡(jiǎn)便、壽命長(zhǎng)，對(duì)系統(tǒng)分散控制、集中管理操作，提高了真空系統(tǒng)的安全性和可靠性，為分離器的穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明用于同位素電磁分離器真空系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明用于同位素電磁分離器真空系統(tǒng)的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)的部件如下：1預(yù)抽泵 2羅茨泵 3預(yù)抽泵閥門(mén) 4大型真空室 5第一真空計(jì) 6制冷機(jī) 7擴(kuò)散泵 8擴(kuò)散泵閥門(mén) 9增壓泵 10第二真空計(jì) 11前級(jí)閥 12前級(jí)閥門(mén)A 13前級(jí)閥門(mén)B 14前級(jí)閥門(mén)C 15前級(jí)閥門(mén)D 16前級(jí)泵A 17前級(jí)泵B 18前級(jí)泵C 19前級(jí)泵D 20空氣壓縮機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。

如圖1所示，本發(fā)明的真空系統(tǒng)主要由預(yù)抽真空機(jī)組(1-3)、大型真空室(4)、高真空機(jī)組(5-9、20)、前級(jí)真空機(jī)組(10-19)四部分組成。

1)預(yù)抽真空機(jī)組：由一臺(tái)預(yù)抽泵(1)、羅茨泵(2)、預(yù)抽泵閥門(mén)(3)等組成。泵的極限真空為8×10^-1Pa，用于獲得從大氣到20Pa左右的低真空，為高真空機(jī)組正常工作創(chuàng)造必要的條件。

2)大型真空室(4)：被抽容積約為5m³。

3)高真空機(jī)組：由大型擴(kuò)散泵(7)、增壓泵(9)、制冷機(jī)(6)、擴(kuò)散泵閥門(mén)(8)、第一真空計(jì)(5)、空氣壓縮機(jī)(20)等組成?？蓪⒄婵帐艺婵粘榈降陀?×10^-3Pa，并一直維持到分離工作結(jié)束。

4)前級(jí)真空機(jī)組：由四臺(tái)并聯(lián)的前級(jí)泵(16-19)及其對(duì)應(yīng)的前級(jí)閥門(mén)(12-15)、前級(jí)閥(11)、第二真空計(jì)(10)等組成。用于將高真空機(jī)組排出的氣體抽出。

本發(fā)明的真空系統(tǒng)具有如下功能：

1)將真空室從大氣狀態(tài)抽至20Pa左右的低真空；

2)將真空室從20Pa左右的低真空抽至3×10^-3Pa的高真空；

3)在分離過(guò)程中保持真空室真空度≤3×10^-3Pa；

4)提供真空室真空度的數(shù)據(jù)顯示；

5)提供前級(jí)管道真空度的數(shù)據(jù)顯示；

6)在真空度急劇下降時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉擴(kuò)散泵閥門(mén)；

7)具有設(shè)備連鎖和保護(hù)功能。

如圖2所示，為本發(fā)明用于同位素電磁分離器真空系統(tǒng)的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，所述控制系統(tǒng)包括PLC模塊、路由器、上位機(jī)、觸摸屏；所述路由器分別連接PLC模塊、上位機(jī)和觸摸屏；所述觸摸屏還連接第一真空計(jì)和第二真空計(jì)；所述PLC模塊連接并控制所述真空系統(tǒng)中的繼電器、測(cè)量元件、斷路器及熱繼電器。本發(fā)明的真空系統(tǒng)主要控制對(duì)象有機(jī)械泵、真空計(jì)、閥門(mén)、壓力、流量計(jì)等。上位機(jī)作為現(xiàn)場(chǎng)控制站，用于從各工藝過(guò)程控制系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)，進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，把各種信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以接受的數(shù)字信號(hào)，同時(shí)完成數(shù)據(jù)的初級(jí)處理?，F(xiàn)場(chǎng)控制站包括供電機(jī)柜、機(jī)柜、CPU模塊、通訊模塊、底板、電源模塊、各種輸入輸出模塊、接線端子等。

觸摸屏通過(guò)串口485與兩臺(tái)真空計(jì)的三個(gè)485串口進(jìn)行通訊，觸摸屏與路由器間通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊。

通過(guò)軟硬件結(jié)合設(shè)計(jì)，本發(fā)明的真空設(shè)備分就地和遠(yuǎn)程兩種控制模式，兩種模式下本發(fā)明的控制系統(tǒng)均可實(shí)現(xiàn)以下功能：

通過(guò)軟硬件結(jié)合設(shè)計(jì)，本發(fā)明的真空系統(tǒng)具有如下連鎖保護(hù)功能：

1)前級(jí)泵真空機(jī)組、預(yù)抽真空機(jī)組

a)泵不啟動(dòng)，閥門(mén)打不開(kāi)；

b)泵停止，閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉；

c)主回路有過(guò)載、過(guò)流保護(hù)，報(bào)警提示；

d)當(dāng)前級(jí)泵的泵體溫度≥設(shè)定值時(shí)，報(bào)警提示；

e)真空室真空低于設(shè)定值時(shí)，羅茨泵(2)才能啟動(dòng)。

f)前級(jí)閥門(mén)A、B、C、D(12-15)沒(méi)有打開(kāi)的，前級(jí)閥(11)不能打開(kāi)。

2)增壓泵(9)

a)前級(jí)閥(11)不打開(kāi)，增壓泵不能啟動(dòng)；

b)前級(jí)管道真空(第二真空計(jì)讀數(shù))大于設(shè)定值時(shí)，報(bào)警提示；

c)冷卻水水壓不足時(shí)，泵不能啟動(dòng)，報(bào)警提示；

d)冷卻水溫度≥設(shè)定值時(shí)，報(bào)警提示；

e)主回路有過(guò)載、過(guò)流保護(hù)，過(guò)載、過(guò)流時(shí)自動(dòng)切斷電源，報(bào)警提示；

3)擴(kuò)散泵(7)

a)增壓泵不啟動(dòng)，擴(kuò)散泵不能啟動(dòng)；

b)冷卻水水壓不足時(shí)，泵不能啟動(dòng)，給出提示；

c)冷卻水?dāng)嗨畷r(shí)，泵自動(dòng)切斷，停止加熱，報(bào)警提示；

d)冷卻水溫度≥設(shè)定值時(shí)，報(bào)警提示；

e)主回路有過(guò)載、過(guò)流保護(hù)，過(guò)載、過(guò)流時(shí)自動(dòng)切斷電源，報(bào)警提示；

4)擴(kuò)散泵閥門(mén)(8)

a)擴(kuò)散泵未啟動(dòng)，擴(kuò)散泵閥門(mén)打不開(kāi)；

b)預(yù)抽閥未關(guān)閉，擴(kuò)散泵閥門(mén)打不開(kāi)，給出提示；

c)真空室真空大于設(shè)定值時(shí)，擴(kuò)散泵閥門(mén)打不開(kāi)。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對(duì)本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。