应用于对撞机磁铁线圈的快速过温保护方法技术

本发明专利技术涉及一种应用于对撞机磁铁线圈的快速过温保护方法，包括，采集对撞机磁铁各线圈电压值U线i；对电压值U线i进行滤波得到电压值U滤i，所述滤波包括RC滤波和数字滤波；将电压值U滤i进行归一化处理得到电压值U归i；通过将所述电压值U归i与设置的阈值进行比较，进行磁铁线圈的过温故障判断和过温保护。本发明专利技术通过数字滤波避免干扰信号造成的误报警；通过对多个线圈进行归一化处理，使各路不同长度的线圈阈值得到统一；通过与设置的阈值进行比较，发现温升异常，可以在线圈温度上升到75℃时给出断电信号，在0.02秒内切断磁铁电源输出电流，对加速器磁铁线圈有效实现可靠及时的保护。

【技术实现步骤摘要】
应用于对撞机磁铁线圈的快速过温保护方法
本专利技术涉及对撞机
，尤其是一种应用于对撞机磁铁线圈的快速过温保护方法。
技术介绍
如图1所示，正负电子对撞机(BEPCII)对撞区特种磁铁分别为Q1a、Q1b(切割型四极磁铁)和ISPB磁铁(切割型二级磁铁),由于磁铁安装设计条件所限，线圈的电流密度高达50A/mm2，是普通线圈的十倍。特种磁铁线圈为铜导体，具有正温度系数的特点，给磁铁供电为直流大电流电源,当通工作电流时线圈导体发热，阻值会相应升高，每块磁铁的线圈都用冷却水路并联冷却。当磁铁绕组通工作电流时如果冷却水路出现断路或阻塞，绕组将会迅速发热并烧毁，不仅付出昂贵的设备重造费用而且会造成对撞机停止供束，浪费对撞机时。对于磁铁线圈的过温保护，国内加速器通常有两种方式，一种是采用温控开关温度控制器KSD301、302，通过PLC采集触点信号串行扫描，一种是pt100的温度传感器把温度变化转换为电阻值,再通过引线把信号传递到计算机控制装置，无论是哪种方式，进行处理后给磁铁电源切断输出电流的信号,其响应时间都要超过3s，对于对撞区特种铁温度保护20ms的指标是不可能满足的。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种应用于对撞机线圈的快速铁温保护方法，检测和判断特种线圈的温度是否超温，并实现快速有效的保护。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：一种对撞机磁铁线圈过温保护方法，包括，采集对撞机磁铁各线圈电压值U线i，i＝1,···,N,N为磁铁线圈的个数；对所述电压值U线i进行滤波得到电压值U滤i，所述滤波包括RC滤波和数字滤波；将所述电压值U滤i进行归一化处理得到电压值U归i；通过将所述电压值U归i与设置的阈值进行比较，进行磁铁线圈的过温故障判断和过温保护。进一步地，所述设置的阈值包括多个，每个阈值与一种过温故障对应。进一步地，所述阈值包括3个；其中，第一阈值U阈1用于判断是否发生水路阻塞故障；第二阈值U阈2用于判断是否发生完全断水故障；第三阈值U阈3用于判断是否发生断线故障。进一步地，所述第一阈值所述第二阈值U阈2＝UDCCT×110％；所述第三阈值U阈3＝UDCCT×50％；式中，UDCCT为经过数字滤波后的磁铁电源DCCT的电压值。进一步地，所述通过与阈值比较判断过温故障的方法包括：1)将所述电压值U归i与第一阈值U阈1进行比较，如果电压值U归i大于第一阈值U阈1，则进行过温报警，输出报警信号到磁铁电源，控制磁铁电源断电；否则进入下一步；2)将所述电压值U归i与第二阈值U阈2进行比较，如果电压值U归i大于第二阈值U阈2，则进行过温报警，输出报警信号到磁铁电源，控制磁铁电源断电；否则进入下一步；3)将所述电压值U归i与第三阈值U阈3进行比较，如果电压值U归i小于第三阈值U阈3，则进行过温报警，输出报警信号到磁铁电源，控制磁铁电源断电；否则继续采集对撞机磁铁绕组线圈电压值U线i。进一步地，所述归一化处理得到电压值U归i＝U滤i×ki；式中，Ti为第i个线圈的温度实际测量值；Ui为该线圈在温度Ti时经滤波处理后的线圈电压值；I测为磁铁电源DCCT电流的实际测量值；I设为磁铁电源DCCT电流的设定值。进一步地，所述数字滤波采用FIR滤波器。进一步地，所述FIR滤波器的阶数为208。进一步地，所述FIR滤波器通过FPGA实现。进一步地，所述方法还包括，将归一化数据和发生故障时的报警日志进行上传，用于人机交互。本专利技术有益效果如下：本专利技术通过数字滤波避免干扰信号造成的误报警；通过对多个线圈进行归一化处理，使各路不同长度的线圈阈值得到统一；通过与设置的阈值进行比较，发现温升异常，可以在线圈温度上升到75℃时给出断电信号，在0.02秒内切断磁铁电源输出电流，对加速器磁铁线圈有效实现可靠及时的保护。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为对撞区磁铁安装条件实物图；图2为本专利技术实施例中的对撞机磁铁线圈过温保护方法流程图；图3为本专利技术实施例中的500mV磁铁线圈信号上叠加300mV干扰信号波形图；图4为本专利技术实施例中的FIR滤波器转置型结构图；图5为本专利技术实施例中的数字滤波后的信号波形图；图6为本专利技术实施例中的DCCT与线圈电压倍数关系图。具体实施方式下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理。本专利技术实施例公开了一种对撞机磁铁线圈过温保护方法，如图2所示，包括以下步骤：步骤S101、采集对撞机磁铁各线圈电压值U线i，i＝1,···,N,N为磁铁线圈的个数；步骤S102、对所述电压值U线i进行滤波得到电压值U滤i，所述滤波包括RC滤波和数字滤波；根据对撞区磁铁线圈的实际测量，发现叠加在有用信号上的干扰信号很大，如图3所示，需要对采集的电压值U线i进行滤波处理；首先，通过对采集的电压值U线i进行RC滤波，但通过RC滤波并不能完全去除掉干扰信号，进一步地，还需进行数字滤波；特殊的，本实施例采用采用FIR滤波器进行数字滤波；具体的，FIR滤波器采用的N阶差分方程式中，h(n)为单位样值响应输出序列，h(n-k)为输出信号延时，x(k)为滤波器系数。FIR滤波器最重要的特点为能够得到具有线性相位的滤波器，设计滤波器即确定x(k)系数。设FIR数字滤波器的单位冲激响应h(n)为一个N点序列，0≤n≤N-1，则滤波器的系数函数为：式中，H(z)为系统函数，h(n)为系统单位样值响应输出序列，就是说，它有(N-1)阶极点在z＝0处，有(N-1)个零点位于有限z平面的任何位置。特殊的，本实施例选用的FIR滤波器的阶数为208。由于，对过渡带的带宽和下降陡度要求比较高,通过本实施例的208阶的FIR滤波器，200Hz以上的信号基本被滤掉,滤波以后的信号峰峰值只有1mv，折算到温度值为0.06度,有效提高报警精确度,减少误报警。具体的，通过仿真软件对FIR滤波器系数矩阵x(k)进行确定为：优选的，通过FPGA实现FIR滤波器。具体的，采用基于XilinxIP核设计FIR滤波器，如图4所示，为FIR滤波器转置型结构图。经过数字滤波后的信号如图5所示，滤波以后的信号峰峰值只有1mv，根据电压与温度的对应关系，折算到温度值为0.06度。步骤S103、将所述电压值U滤i进行归一化处理得到电压值U归i；由于，特种磁铁上的磁铁线圈的长度各异，为了可以使每一块磁铁上的多个线圈有统一的阈值，要对其进行归一化处理，具体的，归一化公式如下：U归i＝U滤i×ki；式中，归一化系数Ti为第i个线圈的温度实际测量值；Ui为该线圈在温度Ti时经滤波处理后的线圈电压值；I测为磁铁电源DCCT电流的实际测量值；I设为磁铁电源DCCT电流的设定值；4‰为铜导体在20℃时的温度系数。3为假设磁铁电源在1500A设定值时，磁铁线圈电压值为3v；通过代入每一路磁铁线圈的电压Ui、温度值Ti，即可得到每一路对应的归一化系数；由于磁铁线圈是不等长的，因此采样的电压值也不同，那么判断是否超温的电压阈值也是不同的，本实施例的归一化方式，将不等长的磁铁线圈的电压值分别乘以该系数，即得到一组归一化后的磁铁线圈的电压值，就可以与同一阈本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于对撞机磁铁线圈的过温保护方法，其特征在于，包括，采集对撞机磁铁各线圈电压值U线i，i＝1,···,N,N为磁铁线圈的个数；对所述电压值U线i进行滤波得到电压值U滤i，所述滤波包括RC滤波和数字滤波；将所述电压值U滤i进行归一化处理得到电压值U归i；通过将所述电压值U归i与设置的阈值进行比较，进行磁铁线圈的过温故障判断和过温保护。

【技术特征摘要】
1.一种应用于对撞机磁铁线圈的过温保护方法，其特征在于，包括，采集对撞机磁铁各线圈电压值U线i，i＝1,···,N,N为磁铁线圈的个数；对所述电压值U线i进行滤波得到电压值U滤i，所述滤波包括RC滤波和数字滤波；将所述电压值U滤i进行归一化处理得到电压值U归i；通过将所述电压值U归i与设置的阈值进行比较，进行磁铁线圈的过温故障判断和过温保护。2.根据权利要求1所述的过温保护方法，其特征在于，所述设置的阈值包括多个，每个阈值与一种过温故障对应。3.根据权利要求2所述的过温保护方法，其特征在于，所述阈值包括3个；其中，第一阈值U阈1用于判断是否发生水路阻塞故障；第二阈值U阈2用于判断是否发生完全断水故障；第三阈值U阈3用于判断是否发生断线故障。4.根据权利要求3所述的过温保护方法，其特征在于，所述第一阈值所述第二阈值U阈2＝UDCCT×110％；所述第三阈值U阈3＝UDCCT×50％；式中，UDCCT为经过数字滤波后的磁铁电源DCCT的电压值。5.根据权利要求3所述的过温保护方法，其特征在于，所述通过与阈值比较判断过温故障的方法包括：1)将所述电压值U归i与第一阈值U阈1进行比较，如果电压值U归i大于第一阈值U阈1，则进行过温报警，输出报警信...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈素颖，王放安，龙锋利，李洋，韩超，刘鹏，郜垚，王冠文，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11