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報告書

JT-60U用NBIのドリフト管内再電離損失量算出法の改良

河合 視己人; 秋野 昇; 池田 佳隆; 海老沢 昇; 本田 敦; 椛澤 稔; 菊池 勝美; 藻垣 和彦; 能登 勝也; 大島 克己; et al.

JAEA-Technology 2008-069, 32 Pages, 2008/10

JAEA-Technology-2008-069.pdf:6.75MB

JT-60用NBI加熱装置は、正イオン源を用いた正イオンNBI装置(P-NBI)と、負イオン源を用いた負イオンNBI装置(N-NBI)から構成されている。両NBI装置とも、NBIビームラインとJT-60U本体真空容器とを結ぶドリフト管内の再電離損失量を、従来、ドリフト管近傍の真空度のベース値,ピーク値の各一点データとイオン源及び中性化セルへのガス導入量から概算する方法を採用していた。このため、長パルス入射時には真空度が変化し、正確な入射パワーの評価が困難であった。そこで、時間的に変化する真空度等を自動的に収集・計算する計算機システムによる自動計算機能を構築した。この結果、時系列データとして再電離損失量の算出が可能となり、長パルス入射における入射パワーを精度よく求めることができるようになった。

報告書

JT-60SAにおけるP-NBI加熱装置データ収集システムのプロトタイプの開発

篠崎 信一; 本田 敦; 大島 克己; 清水 達夫; 沼澤 呈*; 池田 佳隆

JAEA-Technology 2008-048, 23 Pages, 2008/07

JAEA-Technology-2008-048.pdf:8.1MB

国際熱核融合実験炉(ITER)のサテライトトカマク及びトカマク国内重点化装置として、JT-60U本体を超伝導トカマク装置に改造するJT-60SA計画が進められている。JT-60U用正イオンNBIは、入射パルスを30秒から100秒に伸長が求められている。一方、既存のデータ収集システムは高価なCAMACをベースとしており、製作から20年以上が経過したため、故障頻度が高くなり、運転にも支障をきたすようになっている。このためJT-60SAに向けて、100秒のデータ収集機能と高い信頼性のあるデータ収集システムの開発に着手した。第1段として、今回、低コストの汎用品を組合せた100秒データ収集システムの検証システムを開発・製作し、その基本性能を検証した。この結果、ユーザー要求に柔軟に対応可能な100秒システムをユーザー独自で構築できることが確認できた。

論文

Design of a new P-NBI control system for 100-s injection in JT-60SA

岡野 文範; 篠崎 信一; 本田 敦; 大島 克己; 沼澤 呈*; 池田 佳隆

Fusion Engineering and Design, 83(2-3), p.280 - 282, 2008/04

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Nuclear Science & Technology)

JT-60Uの超伝導改修計画であるJT-60SAにおいて、加速エネルギー85keVの中性粒子ビームを入射するP-NBI加熱装置は、24MW(2MW$$times$$12ユニット),100秒入射が求められる。このためには現在の制御システム(集中管理方式,30秒入射)を全面的に改造して100秒入射に改造する必要がある。このためPLCを用いたユニット単位制御方式で、シンプルな構成で汎用化・拡張性の高い新制御システムを設計した。新制御システムは、汎用PLC及びデータ収集ユニットを用いることでコストダウン化を図った。最新の汎用PLCは本制御システムで要求される200$$mu$$sの処理が可能である。また、監視制御画面は市販のソフトウェアが使用できるようにI/F変換用ソフトウェアを開発することで専用知識を持たない者でも開発が可能である。本稿では、これらの設計内容について報告する。

論文

Application of PLC to dynamic control system for liquid He cryogenic pumping facility on JT-60U NBI system

本田 敦; 岡野 文範; 大島 克己; 秋野 昇; 菊池 勝美; 棚井 豊; 竹之内 忠; 沼澤 呈*; 池田 佳隆

Fusion Engineering and Design, 83(2-3), p.276 - 279, 2008/04

 被引用回数:11 パーセンタイル:62.49(Nuclear Science & Technology)

JT-60NBI加熱装置用冷凍設備の制御システムをPLC(プログラマブル・ロジックコントローラ)とSCADA(監視制御及びデータ収集ソフトの略)の組合せにより更新した。従来の制御システムは約400のループ制御を行う分散型計算機システムであるが、運転開始から20年が経過し、高経年化により、最近、故障頻度が著しく高くなってきた。このため冷凍設備の信頼性維持として、PLCとSCADAを組合せた制御システムの更新を計画した。この新制御システムはブロック内の演算とブロック間のリンクを最適化することで、400ループをPLCで構築した。現在、同制御システムは正常に機能している。このシステムは、400以上の制御ループシステムを市場性の高いPLCを用いてユーザー自体が製作した初めての例である。

報告書

JT-60SAにおけるP-NBI加熱装置の制御システム(100秒化)の予備設計検討

本田 敦; 岡野 文範; 篠崎 信一; 大島 克己; 沼澤 呈*; 池田 佳隆

JAEA-Technology 2007-026, 19 Pages, 2007/03

JAEA-Technology-2007-026.pdf:3.36MB

国際熱核融合実験炉(ITER)のサテライトトカマク及びトカマク国内重点化装置として、JT-60U本体を超伝導トカマク装置に改造するJT-60SA(JT-60 Super Advanced)計画が進められている。JT-60SA化における主加熱装置である正イオンNBI加熱装置(P-NBI)は、既存の入射パルスを30秒から100秒に伸長し、12ユニットで24MWの中性粒子ビーム入射が求められる。このためには、製作から20年以上経過した現行の大型制御システム(デジタル:約4000点)を全面的に改造する必要がある。新制御システムの予備設計を、拡張性,コストパフォーマンスに加え、プログラムの自主開発の視点から行った。この結果、大型システムにおいてもPLC(Programmable Logic Controller)を主要機器に用いたユニット単位制御方式の導入により、現行制御機能を確保しつつ拡張性を有する100秒化制御システムを汎用品の組合せで構築できることが明らかとなった。

報告書

JT-60UにおけるNBI加熱装置用ヘリウム冷凍設備のPLC制御

本田 敦; 岡野 文範; 大島 克己; 秋野 昇; 菊池 勝美; 棚井 豊; 竹之内 忠; 沼澤 呈*

JAEA-Technology 2006-020, 20 Pages, 2006/03

JAEA-Technology-2006-020.pdf:2.96MB

JT-60中性粒子ビーム入射装置(NBI)は臨界プラズマ試験装置(JT-60U)の主加熱装置の1つである。NBIは14基の正イオンNBIビームユニット(2イオン源/ユニット)と1基の負イオンNBIビームユニット(2イオン源/ユニット)があり、プラズマ源と中性化のためには、1基あたり3$$sim$$5Pam$$^{3}$$/sの重水素ガスを導入する必要がある。一方、中性ビームが再電離を起こさないように、導入した重水素ガスを素早く排気するために、排気速度20000m$$^{3}$$/sの大容量クライオポンプが設置されている。クライオポンプの冷却は2.4kWの冷凍能力を有するヘリウム冷凍設備で行っている。このヘリウム冷凍設備の制御は、1985年以来、DCS計算機システム(総制御ループ数:約400)で行っていた。しかし、近年DCS機器の高経年化等による故障頻度が著しく高くなってきたため、PLC計装を用いて制御システムの更新を実施した。本更新は、エンジニアリングメーカーに頼らず日本原子力研究開発機構の職員が独自に設計・製作したものである。本報告書は、これらの改造への取り組み及び成果についてまとめたものである。

論文

核融合/大型液体ヘリウム製造装置の負荷変動帰還制御へのPLC計装の活用

岡野 文範; 本田 敦; 大島 克己; 秋野 昇; 菊池 勝美; 沼澤 呈*

計装, 49(3), p.22 - 26, 2006/03

日本原子力研究開発機構那珂核融合研究所では、核融合実験装置(JT-60U)を用いて高性能プラズマ長時間維持を目指した研究開発を行っている。核融合実験装置において臨界プラズマ条件を成立させるためにはプラズマを追加熱する必要があり、その加熱装置の一つとして中性粒子ビーム入射装置(NBI)がある。NBIは14基のビームラインから構成されており、ビーム入射運転時に動作ガスとして1基あたり3$$sim$$5Pam$$^{3}$$/sの重水素ガスが導入される。そのために、冷媒として極低温である液体ヘリウムを用いたクライオポンプ(1基あたり1,400m$$^{3}$$/s)が各ビームラインに設置されている。クライオポンプへの液体ヘリウムの供給は、国内最大級の冷凍能力を有する液体ヘリウム製造装置(高圧ガス製造施設)で行っている。本液体ヘリウム製造装置は約20年前に導入された設備であり、制御システムは、DCS計算機システム(総ループ数:約400)で行っていた。近年、DCSの性能低下等による故障頻度が著しく、また、本システムは、製造中止後10年経過しているため部品調達も困難な状況になっており、実験運転に支障をきたし始めてきた。これを機に新しい試みとして、PLC計装を用いた大規模な制御システムの改造を実施した。なお、本改造は、エンジニアリングメーカーに頼らず日本原子力研究開発機構の職員が自ら実施したものである。本稿では、これらの改造への取り組み及び成果について報告する。

論文

JT-60U用負イオンNBI装置の長パルスビーム出力の安定化

本田 敦; 河合 視己人; 岡野 文範; 大島 克己*; 沼澤 呈*; 大賀 徳道; 池田 佳隆

平成16年度大阪大学総合技術研究会報告集(CD-ROM), 4 Pages, 2005/03

JT-60U用負イオンNBI装置を従来定格の10秒から30秒までとする改造を行い、ビーム入射実験を開始したところ10秒未満の運転時に比較してビーム出力が時間とともに大きく変動する事例が目立つようになった。原因は受電周波数変動と既存のフィラメントプレプロ制御の限界によるもので、フィラメント電源の制御応答高速化,プレプロ制御へのフィードバック機能導入により出力変動を抑制した。その詳細について報告する。

口頭

PLCによるプロセス演算機能を用いた大型ヘリウム冷凍設備の制御構築

岡野 文範; 本田 敦; 大島 克己; 沼澤 呈*

no journal, , 

日本原子力研究開発機構核融合研究開発部門では、核融合実験装置(JT-60U)を用いて高性能プラズマの長時間維持を目指した研究開発を行っている。JT-60Uにおいて臨界プラズマ条件を成立させるためにはプラズマを追加熱する必要があり、その主加熱装置として中性粒子ビーム入射装置(NBI)がある。NBIにより重水素の高速中性粒子ビームをJT-60Uのプラズマへ入射してプラズマ温度を数億度にまで上昇させることができる。NBIは14基のビームラインから構成されており、ビーム入射運転時に動作ガスとして1基あたり3$$sim$$5Pam$$^{3}$$/sの重水素ガスを導入される。そのために、液体ヘリウムを冷媒とする凝縮型の大容量クライオポンプ(1基あたり1,400m$$^{3}$$/s)が設置されている。クライオポンプへの液体ヘリウムの供給は、2.4kWの冷凍能力を有する液体ヘリウム製造装置(高圧ガス製造施設)で行っている。本液体ヘリウム製造装置は約20年前に運転を開始した設備で、制御システムは、DCS計算機システム(総ループ数:約400)で行っていた。近年、DCSの性能低下等による故障頻度が著しく高くなっており、また、本システムは製造中止後10年経過しているため部品調達も困難な状況で、JT-60Uの実験運転に支障をきたし始めている。この対策として、PLC計装を用いた大規模な制御システムへの改造を試みた。本講演では、これらの改造への取り組み及び成果について報告する。

口頭

PLC計装を用いた核融合実験装置用大型液体ヘリウム製造装置の負荷変動帰還制御

岡野 文範; 本田 敦; 大島 克己; 秋野 昇; 菊池 勝美; 沼澤 呈*

no journal, , 

JT-60Uにおいて臨界プラズマ条件を成立させるためにはプラズマを追加熱する必要があり、その主加熱装置として中性粒子ビーム入射装置(NBI)がある。NBIのクライオポンプへの液体ヘリウムの供給は、2.4kWの冷凍能力を有する液体ヘリウム製造装置で行っているが、経年劣化(約20年間)等により、最近特に制御システムで故障が頻発してきた。このため、この制御システムを従来の専用計算機システムから汎用シーケンサー(PLC)を用いて更新した。負荷が異なる12系統のNBIクライオポンプの実時間安定動作のためには、制御システムとして総数400ループの帰還制御が必要であったが、汎用シーケンサーの性能を最大限に引き出す制御プログラムを構築し、これを実現した。なお汎用シーケンサーを用いた帰還制御としては、同制御システムは国内最大級のものであり、今回の成功によりPLC計装の適用範囲を拡大した。

口頭

JT-60SA P-NBI加熱装置の制御系改造(100秒化)の予備設計

岡野 文範; 本田 敦; 大島 克己; 篠崎 信一; 沼澤 呈*; 池田 佳隆

no journal, , 

JT-60SA計画において、NBI(中性粒子ビーム)加熱装置は、100秒,34MWの入射が求められている。この要求を実現するためには、電源設備等の増力に加え制御系の大幅な改造が必要である。既設正イオンNBI加熱装置の制御システムは、製作から20年以上経過し、経年劣化による一部の故障で全体が停止してしまう現象も顕在化しており、100秒入射対応を契機として、高信頼性・汎用性・拡張性等を考慮した制御系を新たに構築する必要がある。このためJT-60SA用の正イオンNBI加熱装置制御系として、高信頼性で汎用性の高いPLC(Programmable Logic Controller)を主要制御機器に採用する。既設制御システムが、PLCに移行できるかの検討を行い、(1)高速処理(数百$$mu$$s)が必要なタイミング制御部は、プログラム量及び入出力点数等の制限を設けることで高速PLCにより移行は可能である。(2)データ収集系はPLCと計測器等を用いることで、最速10msサンプリングで大容量処理が可能である。(3)マンマシン系には、監視画面作成用ソフトウェア(SCADA)を用いることで、操作性の良い監視・操作画面の作成が可能である、ことが明らかとなった。講演では、これらの検討に基づく、PLCを主体とした正イオンNBI加熱装置制御系の100秒化改造の基本設計を報告する。

口頭

NBI加熱装置用データ収集システムのプロトタイプの開発

本田 敦; 篠崎 信一; 大島 克己; 清水 達夫; 沼澤 呈*; 池田 佳隆

no journal, , 

JT-60U用正イオンNBIは、JT-60U本体を超伝導トカマク装置に改造するJT-60SA計画で入射パルスを30秒から100秒に伸長が求められている。一方、既存のデータ収集システムは製作から20年以上が経過し、故障頻度が高くなり、運転にも支障をきたすようになっている。したがってJT-60SAでは、既存システムの大幅改造よりも、最新の計測機器を用いた新データ収集システムを開発し、データ収集の100秒化を目指す。今回、このデータ収集システムの基本設計を検証するため、検証システム(プロトタイプ)を開発・製作し動作試験を実施した。研究会では試験結果などについて報告する。

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