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基于物联网的重离子加速器状态诊断系统研究与设计

更新时间：2019-12-09 17:11:08 大小：9M 上传用户：xiaohei1810查看TA发布的资源 标签：物联网重离子加速器 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

为更好地保障中国科学院近代物理研究所重离子加速器(HIRFL)的稳定运行,本文研究设计了基于物联网的状态诊断系统.针对HIRFL中设备数量庞大 、种类复杂的特点,采用物联网的设计架构,利用各种传感器进行数据采集,并通过网络传输给中央控制系统中的数据库,由服务器中运行的控制软件对这些数据进行综合分析,给出合理的建议并发出相应的指令.根据HIRFL的实际情况,初步设计了1个HIRFL状态诊断系统模型,包括底层的硬件设计和上层的软件设计以及界面设计.部分控制界面已上线运行,并在实际运行中得到了检验,取得了一定的加速器状态诊断效果.

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基于物联网的重离子加速器状态诊断系统研究与设计.pdf 9M

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ꢀ 第５３卷第９期  
ꢀ ２０１９年９月  
原
子
能
科
学
技
术
Vol ．５３ ，No ．９  
Sep ．２０１９  
Atomic Energy Science and Technology  
基 于物 联网 的重 离子 加 速 器 状 态  
诊断 系统 研究 与 设 计  
李运杰１ ，２ ，张建川１ ，２ ，周德泰１ ，王彦瑜１ ，２ ，倡 ，李丽莉１ ，尹 ꢀ 佳１ ，  
宿建军１ ，田瑞霞１ ，倪发福１ ，２  
（１ ．中国科学院 近代物理研究所 ，甘肃 兰州 ꢀ ７３００００ ；２ ．中国科学院大学 ，北京 ꢀ １０００４９）  
摘要 ：为更好地保障中国科学院近代物理研究所重离子加速器（HIRFL）的稳定运行 ，本文研究设计了基  
于物联网的状态诊断系统 。 针对 HIRFL 中设备数量庞大 、种类复杂的特点 ，采用物联网的设计架构 ，利  
用各种传感器进行数据采集 ，并通过网络传输给中央控制系统中的数据库 ，由服务器中运行的控制软件  
对这些数据进行综合分析 ，给出合理的建议并发出相应的指令 。 根据 HIRFL 的实际情况 ，初步设计了  
１ 个 HIRFL 状态诊断系统模型 ，包括底层的硬件设计和上层的软件设计以及界面设计 。 部分控制界面  
已上线运行 ，并在实际运行中得到了检验 ，取得了一定的加速器状态诊断效果 。  
关键词 ：物联网 ；HIRFL ；状态 ；诊断 ；数据库  
中图分类号 ：TL８１２ ꢀ ꢀ ꢀ 文献标志码 ：A ꢀ ꢀ ꢀ 文章编号 ：１０００‐６９３１（２０１９）０９‐１６４３‐０８  
doi ：１０ ．７５３８／ zk ．２０１９ ．ouxian ．０２１２  
y
y
Research and Design of HIRFL Status Diagnosis System  
Based on Internet of Things  
１ ，２  
１ ，２  
１
１ ，２ ，倡  
LI Yunjie ，ZHANG Jianchuan ，ZHOU Detai ，WANG Yanyu  
，
１
１
１
１
１ ，２  
LI Lili ，YIN Jia ，SU Jianjun ，TIAN Ruixia ，NI Fafu  
（１ ．Institute o Modern Ph sics ，Chinese Academ  
o Sciences ，L anzhou ７３００００ ，China ；  
f
f
y
y
２ ．Universit  
o
Chinese Academ o Sciences ，Bei ing １０００４９ ，China）  
y f j  
y
f
Abstract ：  
ꢀ
A status diagnosis system based on the internet of things （IoT） was designed  
in order to better guarantee the stable operation of the Heavy Ion Accelerator （HIRFL）  
of the Institute of Modern Physics ，Chinese Academy of Sciences ．In view of the large  
number and complexity of the devices in HIRFL ，the IoT design architecture was used  
in this paper ，various data were collected by a lot of sensors and transmitted to the data‐  
base in the central control system through the network ．The data were analyzed compre‐  
hensively by the control software running on the server ，some reasonable advices were  
收稿日期 ：２０１９‐０３‐２５ ；修回日期 ：２０１９‐０６‐０６  
基金项目 ：国家自然科学基金资助项目（U１２３２１２３ ，１１８０５０２７）  
作者简介 ：李运杰（１９８２ — ） ，男 ，河南周口人 ，工程师 ，博士研究生 ，核技术及应用专业  
倡 通信作者 ：王彦瑜 ，E‐mail ： anyu＠ impcas ．ac ．cn  
y
网络出版时间 ：２０１９‐０８‐０９ ；网络出版地址 ：http ：∥ kns ．cnki ．net／kcms／detail／１１ ．２０４４ ．T L ．２０１９０８０９ ．１４０７ ．００４ ．html  
万方数据  
原子能科学技术 ꢀ ꢀ 第５３卷  
１６４４  
iven and corresponding instructions were issued ．According to the actual situation of  
g
HIRFL ，a HIRFL state diagnosis system model was designed preliminarily ，including  
the hardware and software ．Some of the software is put online and tested in the actual  
operation ，and a certain accelerator state diagnosis effects are obtained ．  
Key words ： internet of things ；HIRFL ；status ；diagnosis ；database  
ꢀ ꢀ 中国科学院近代物理研究所的重离子加速  
器（HIRFL）是我国重要的大科学装置 ，它承担  
着大量的国家重大科研任务 ，保障 HIRFL 的  
安全运行具有极其重要的意义 ，但传统的设备  
单一控制和人员巡视相结合的维护模式已不能  
满足未来 HIRFL 的发展 。 物联网是指通过信  
息传感设备 ，按约定的协议 ，将任何物体与网络  
相连接 ，物体通过信息传播媒介进行信息交换  
和通信 ，以实现智能化识别 、定位 、跟踪 、监管等  
功能［１］ 。 物联网的信息互联互通共享的特点使  
其近年来得到快速发展 。  
应器 、漏水感应器 、有害气体感应器等信号采集  
设备 ，用于采集各类设备信息 ，并通过通信网络  
反馈给控制端 ，这是架构中的眼睛和耳朵 。  
本文拟将物联网技术应用于加速器状态诊  
断系统 ，并从以下几方面进行研究 ：１） 融合控  
制网络 ，实现集中控制与数据共享功能 ；２） 针  
对现场的老旧控制模块与传感器开发一批智能  
控制器 ，添加一些服务器 、工控机 ，实现设备互  
联互通 ；３） 对于加速器的大数据处理 ，利用数  
据库技术进行数据整理与分析 ，实现故障信息 、  
报警类型和监测数据的归纳处理 ；４） 进行数据  
分类算法研究 ，建立分类模型对未知类别进行  
分类处理 ，最终完成分类目的 。  
图 １ ꢀ 物联网控制系统架构  
Fig ．１ ꢀ Architecture of IoT control system  
５） 软设备 ：主要是指控制软件 、数据库等 。  
这些是系统的灵魂 ，将以上 ４ 类设备整合起来  
实现具体的功能 。  
1畅2 ꢀ 设计理念  
由于 HIRFL 系统承担着大量的科研任  
务 ，为不影响其正常运行 ，以及遵循循序渐进的  
科学研究原则 ，先在本课题组所负责的控制系  
统中进行局部实验与改造 ，搭建一个示范系统 ，  
以验证物联网技术在重离子加速器现场数据获  
取和设备故障诊断中的可行性 。 整体思路是运  
用物联网的理念 ，将漏水 、真空 、水压 、温度 、有  
害气体的检测和电源故障诊断等部分的控制网  
络和探测设备整合在一起 ，实现联网监控和综  
合诊断［３］ 。 各类探测器将探测到的信息先传回  
各自控制的主机 ，然后由交换机传回中央处理  
集群 ，这是整个物联网诊断系统的核心 。 中控  
室运行的自主设计的控制平台以及短信报警平  
台和视频监控平台 ，对整个网络内的机器 、设备  
和基础设施进行实时管理和控制 。 该物联网诊  
断系统的整体网络架构示于图 ２ 。  
1 ꢀ 架构设计  
1畅1 ꢀ 基本结构  
按照物联网的划分概念结合 HIRFL 实际  
情况 ，将要规划的物联网架构如图 １ 所示 ，各部  
分的主要功能［２］ 如下 。  
１） 核心设备 ：在本状态诊断系统中主要是  
指核心服务器与核心控制器 ，这些在架构中起  
着大脑的作用 。  
２） 控制设备 ：主要是指终端计算机 、手机 、  
嵌入式设备 ，各类控制器等 ，在架构中相当于人  
的四肢 ，负责接受指令 ，采集与传输数据 。  
３） 网络设备 ：包括交换机 、路由器 、有线网  
与无线网等 ，这是设备数据传输的通道 ，相当于  
人的血管 。  
万方数据  
４） 传感设备 ：包括温湿度感应器 、压力感  

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