世界领先的加速器中心之一的可靠的未来投资

DESY研究中心是世界领先的加速器中心之一，以研究、开发、建造和运行粒子加速器而闻名。在很长一段时间里，HERA环加速器是该研究所的旗舰项目。它的继承者是欧洲XFEL和FLASH。为了这两个加速器，DESY必须对整个冷却系统进行翻新和现代化改造。Neles公司被委任为总承包商，负责阀门控制器的完全重建和FLASH冷却系统的气压供应。

”这个冷冻厂全年24小时运转。因此，我们必须确保出色的工厂可靠性。Torsten Böckmann, DESY工程师

现在聪明Neles ND9000阀门控制器管理所有现场设备和Neles FieldCare软件优化所有功能的在线监测。凭借这种最先进的技术，DESY实现了极高水平的工厂安全性和可用性，这对于运行这种类型的加速器至关重要。

XFEL, FLASH, EPICS, CSS——这些都是研究中心常用的术语，任何碰巧在工作中听到DESY员工谈话的人都一定认为他们已经降落在未来了，如果语言是可以接受的。在这里，一切都是关于粒子物理和同步加速器。对于局外人来说并不容易理解，但除了基础研究之外——宇宙是如何形成的?-基本粒子物理学已经为我们的日常生活带来了应用。这包括万维网、成像技术、医学中的放射学和肿瘤治疗，以及许多工业部门从中受益的材料研究。

DESY的研究重点已经从粒子物理学转向了光子研究。我们正在研究一个新项目:欧洲x射线自由电子激光XFEL是一个3.5公里长的加速器，用于x射线激光实验。为了运行这个工厂，我们需要一个使用液氦的制冷系统，”工程师说Torsten Bockmann．他是DESY机器、低温和超导组(MKS)的成员，负责仪器仪表和传感器技术。该制冷装置以前用于HERA加速器，由三个相等的部分组成，每个部分的输入功率为2.7兆瓦，在4开尔文时的冷却功率为6800瓦。HERA于2007年退役后，Torsten Böckmann是负责为2号制冷线配备新仪器的项目经理。“对于HERA来说，制冷设备采用了冗余设计，但由于成本原因，这种设计在工厂的新用途中不再可行。然而，我们仍然需要极高的植物可用性。这个冷冻厂全年24小时运转。因此，我们必须确保出色的工厂可靠性，”Torsten强调Böckmann。

位于汉堡的DESY是世界领先的加速器研究中心之一
- Neles在DESY制冷装置的阀门上安装了大约150个Neles ND9000系列智能阀门控制器。
- Neles ND9000控制器确保压力、温度、流量、液位以及涡轮机转速的最佳控制。
- Neles FieldCare软件优化了所有功能的在线监控。
-自大约20年前工厂建设以来，线性和旋转阀门一直在运行。

成千上万的实验需要极高的可用性

未来制冷工厂将为超导直线加速器FLASH(汉堡自由电子激光)服务，其众多任务包括作为未来欧洲XFEL (x射线自由电子激光)的测试系统，这是世界上最强大的x射线辐射源之一。在DESY运营这些工厂的同时，世界各地的研究所都在使用它们进行实验。Torsten Böckmann非常清楚强劲需求所带来的问题。成千上万的科学家登记他们的实验，并预订测量时间。这些槽的规划是如此严格和紧密，以至于在系统故障或更糟的故障情况下无法完成测量。因此，我们依赖于这些极高的可用性。”

FLASH制冷装置由低压和高压压缩机、清洗机、线路干燥机、除油系统和冷箱组成，实际冷是在冷箱中产生的。Torsten Böckmann解释说:“现代化的工厂旨在将氦冷却到2开尔文(-271.15°C)，以便我们获得超流氦2，其出色的导热性是实验所需要的。”“我们选择Neles作为我们的合作伙伴，进行必要的修改。”Neles负责翻新整个空气供应系统并更换阀门控制器。

作为工厂现代化改造的总承包商

作为总承包商，Neles又委托分包商建造新的空气供应系统，并在制冷装置的阀门上安装了大约150个来自Neles ND9000系列的智能阀门控制器。尽管线性阀和旋转阀自20年前工厂建造以来一直在运行，但由于它们与气体元素一起使用，它们的磨损很小;振动小，现场非常干净。Torsten Böckmann说:“这些是阀门的理想运行条件，但由于系统已经运行了很长时间，我们需要一个监测设施来确保工厂的高可用性。”通过阀门控制器，我们可以监控阀门，在早期阶段识别并解决潜在问题。”

这得益于ND9000的自适应控制算法，该算法能够自动适应不断变化的操作条件，从而保证最优的控制性能，不受外部影响。同时，所有设备性能和状态的变化都会在线显示和记录。此外，快速响应时间，出色的动态控制性能(因为非常高的空气容量)以及高精度的静态控制性能显著降低了过程变异性。

150 ND9000阀门控制器提供最优的控制和诊断功能“我们没有人力提前计算所有控制周期，并设置所有相关参数。我们依靠这些自动发生的过程和控制参数来适应不断变化的情况，”Torsten Böckmann说。Neles ND9000在这方面表现出色:它在运行过程中自我纠正，并根据操作、工艺和环境条件调整参数。如果对同一问题需要进行多项修正，则ND9000将向操作员报告该特定问题需要不同的解决方案。对此，Torsten Böckmann表示:“该控制器的聪明之处在于其诊断功能，以及传感器技术和诊断完全集成的事实，因此传感器对阀门控制具有直接影响”。

项目经理还提到了另一个问题，由于ND9000使用的挡板/喷嘴原理，该问题得到了解决。“在过去，带有压电系统的阀门控制器并不总是100%密封。这导致他们在驱动区域失去空气，在达到分离压力时大幅下降，最终不得不重新泵。这造成了系统中反复出现的有问题的波动。新的阀门控制器解决了这个问题。”在有利于ND9000的选择标准中，也是在DESY长期建立的PROFIBUS的使用，阀门控制器必须与该标准兼容。“从许多供应商那里，我们得到的印象是，他们更想出售HART总线系统。然而，通过这种组合，我们将无法使用许多诊断选项，”Böckmann说，并补充说，“另一方面，对于ND9000，我们有一个始终如一的智能解决方案，具有图形界面和各种故障的最佳分析。与此同时，我们也受益于它们的分类，我们可以很容易地从长期趋势中识别出来。”

Neles FieldCare软件与PROFIBUS监控现场设备

DESY的下一步逻辑步骤是决定使用设备和资产管理软件Neles FieldCare来监控工厂中使用的大约150台Neles ND9000的所有数据。Torsten Böckmann称这种智能阀门控制器和自动在线监测系统的组合“是一项可靠的、可靠的投资，特别是因为我们不再在系统中设置冗余。这个系统设计得很好，我们可以直观地执行很多任务。我们使用该软件作为一个桥梁系统，将数据从阀门控制器导入到我们自己的控制系统，称为EPICS。我们将这个基本系统与我们自己的基于java的图形界面CSS结合使用，这使我们能够可视化控制过程的所有方面。不幸的是，EPICS无法直接使用FDT/DTM技术。”

然而，Neles FieldCare是一个基于FDT/ dtm的软件工具(FDT =现场设备工具)，用于配置、诊断和监控现场设备，而不受供应商的影响。该系统为作为制冷设备操作员的DESY提供了配置、操作和维护所连接的现场设备所需的所有相关信息。所有的现场设备都可以使用这个工具进行管理，因为现场设备的全部功能都可以通过相关的dtm(设备类型管理器)获得。此外，集成的“状态监测系统”确保了所有信息的实时自动输出。通过基于web的界面，甚至可以远程访问数据。该在线状态监测系统自动收集真实工艺条件下的所有设备和诊断数据以及警告和错误信息，将信息发送给操作人员并进行可视化和记录。

所有测量结果都以趋势的形式存储，以便在整个操作期间可以追溯各自的诊断参数，并且可以使用这些数据进行非常精确的预测。因此，Neles FieldCare支持基于条件的维护:根据数据收集，DESY可以设计出精确的维护计划，这也允许有足够的时间采购备件。对于Torsten Böckmann来说，最大的优势是“我们可以全年24小时无故障地运行制冷设备。而且我们能够提前识别和解决潜在的问题，这样我们就不会遭受任何系统停机。对于未来，我们设想一个没有操作员的工厂，并且Neles FieldCare不仅用于制冷工厂，而且还直接用于欧洲XFEL加速器。”

谜底它是世界领先的物质研究加速器中心之一。DESY开发、建造和操作用于光子和粒子物理研究的加速器和探测器。DESY是一个公共资助的国家研究中心和亥姆霍兹协会的成员。DESY在zeeuthen也有一家分店。图片©DESY

DESY，即德国电子同步加速器，是亥姆霍兹协会的一个研究中心，由政府资助。DESY成立于1959年12月18日，目前在汉堡和Zeuthen(勃兰登堡)有两个地点。在大约2000名员工中，650名科学家在加速器操作、研究和开发领域工作。另有来自40多个国家的3000名客座科学家使用了DESY的设施。
DESY在开发、建造和运行加速器方面拥有超过50年的丰富经验，是光子科学和粒子物理学的全球领导者。DESY与来自不同行业的公司合作，在电子、制冷、高频和真空技术以及复杂超导系统的操作领域取得了重要的创新。

图形©DESY

文/乌苏拉·盖尔

文章发表在Results automation(2013年2月)和Results valves(2013年2月)上“FLASH -冷，控制和良好监控”。

由于公司名称变更为Neles，本文已于2020年7月更新。