超导磁体运行监控系统及设计方法

1.本发明涉及超导磁体安全运行监控技术领域，具体涉及一种超导磁体运行监控系统及设计方法。


背景技术：

2.超导磁体因具有体积小、电流密度高、零电阻的特性，被广泛应用于科研、医疗甚至国防领域。超导磁体形式有多种，包括液氦迫流冷却的大型超导磁体、闭环运行的核磁共振超导磁体、制冷机制冷的中小型干式磁体、液氦浸泡冷却的中小型超导磁体以及液氮冷却的中小型高温超导磁体等。
3.超导磁体需要在4.5k(低温超导)或77k(高温超导)下运行，磁体运行时需要真空系统和低温系统配合维持低温真空环境，实验时需要电源系统、失超探测、温度监测等系统同时配合协调工作。超导磁体控制设备类型多样，但这些设备总体可以分成八种类别，分别为超导磁体、冷屏杜瓦、低温设备、真空设备、电源设备、失超探测、数据采集设备及控制系统设备。
4.针对超导磁体的运行需求，目前提出了很多系统方案，比如：
5.(1)公开号为cn110989359a的发明专利申请提出了“一种基于深度学习的控制系统”，利用深度学习后的模型对超导磁体进行运行控制，但该方法忽略一个问题，深度学习需要大量正常和失超的运行数据作为样本数据进行模型训练，但超导磁体运行时有大量的储能，每一次失超可能对磁体造成损坏，而且超导磁体的运行一般情况是不允许失超或尽量避免失超运行，所以实际样本数据获取困难，且要求控制系统安全裕度更高。
6.(2)工程科技ⅱ辑于2021年5月31日公开的“east装置超导磁体温度监控系统的研制”，该文章提出了一种基于plc和lakeshore设备的超导磁体低温监测系统，但该系统只适用于east装置低温监测对其他磁体系统不具有适用性。
7.(3)核电子学与探测技术期刊于2017年6月20日公开的“ecrh超导磁体装置监控系统设计”，该文章提出了该监测与控制系统运用计算机网络技术和光纤隔离技术，利用图形化编程软件labview进行界面设计，可以设置超导磁体电流、电压等参数，并远程实时监控超导磁体及其硬件设备的状态。但该系统同样只适用于ecrh装置的控制，不具有普适性。
8.(4)工程科技ⅱ辑于2020年6月1日公开的“csmc磁体测试平台诊断控制系统设计与研究”，该文章提出了一种基于epics架构的分布式大型超导磁体运行监控系统，由于系统复杂，不适用于中小型超导磁体的运行控制。
9.综上，目前的超导磁体运行监控系统存在两种问题：(1)系统为超导磁体运行监控系统的一部分或为系统本身，系统根据超导磁体进行定制，对其目标装置具有良好的匹配性，但不具备通用性；(2)系统中各模块间耦合严重，模块不具有可替换性，对新设备的兼容性较差。


技术实现要素：

10.本发明所要解决的技术问题在于提供一种通用性较好的超导磁体运行监控系统。
11.本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
12.一方面，本发明提出了一种超导磁体运行监控系统，所述系统包括：放置在真空杜瓦内的超导磁体，所述超导磁体连接有子系统和电源，所述真空杜瓦与分子泵机组经波纹管连接，所述波纹管上设有电磁真空阀，所述子系统、所述电源、所述电磁真空阀以及所述分子泵机组均与监控主机连接；
13.所述监控主机内运行有系统软件，所述软件系统架构的上层为用户控制界面、中间层包括设备控制模块、底层包括所述子系统、所述电源、所述电磁真空阀、所述真空杜瓦以及所述分子泵机组在软件层面映射得到的子系统控制模块、电源控制模块、电磁阀控制模块、真空机组控制模块以及分子泵控制模块。
14.本发明对实际运行的监控系统进行功能模块划分，将实际运行的物理系统在软件层面映射，得到与各功能模块对应的设备模块，作为系统软件的底层，并将用户操作界面作为软件框架顶层，后台功能模块作为中间层，集成得到与监控系统对应的软件框架，当实际运行的物理设备发生变化时，只需要对底层预物理设备对应设备控制模块进行简单的修改，即可将新的设备集成到本系统中，实现了超导磁体运行监控系统的通用化。
15.进一步地，所述子系统包括失超探测系统、数据采集系统和低温制冷机，所述失超探测系统和数据采集系统分别经线缆与所述超导磁体连接，所述低温制冷机经冷却氦气进出管与所述超导磁体连接，所述电源经电流引线与所述超导磁体连接；
16.所述子系统控制模块包括失超探测保护模块、数据采集控制模块和制冷控制模块。
17.进一步地，所述系统软件的中间层和底层之间设有消息队列模块，所述消息队列模块用于将所述中间层中模块发送的消息指令解析成对所述底层中设备模块的操作指令。
18.进一步地，所述中间层还包括数据采集模块、故障诊断模块和操作日志模块。
19.进一步地，所述控制模块包括：
20.第一控制单元，用于发送指令至所述电磁阀控制模块，以使所述电磁阀控制模块控制所述电磁真空阀打开；
21.第二控制单元，用于发送指令至所述真空机组控制模块，以使所述真空机组控制模块控制打开机械泵；
22.参数获取单元，用于获取所述真空杜瓦的真空度参数；
23.第三控制单元，用于根据所述真空度参数，发送指令至所述分子泵控制模块，以使所述分子泵控制模块控制打开所述分子泵机组；
24.第四控制单元，用于发送指令至所述制冷控制模块，以使所述制冷控制模块控制打开所述低温制冷机。
25.进一步地，所述真空度参数的计算公式为：
26.pvc(t2)＝δt*d(pv(t1))/dt pv(t1)
27.其中，δt＝t
2-t1，pv(t1)为t1时刻的杜瓦真空度，d(pv(t1))/dt为t1时刻真空度变化速率，pvc(t2)为t2时刻的杜瓦真空度；
28.所述第三控制单元用于在pvc(t2)＞＝pv
critical
时，发送指令至所述分子泵控制模
块，以使所述分子泵控制模块控制打开所述分子泵机组，pv
critical
为正常运行时极限真空度。
29.进一步地，所述数据采集模块包括：
30.第一获取单元，用于利用所述真空机组控制模块获取所述真空杜瓦的真空度；
31.第二获取单元，用于利用所述制冷控制模块获取所述超导磁体的下端的温度；
32.所述控制模块还包括：
33.判断单元，用于在所述真空度大于9e-4pa且所述超导磁体的下端的温度低于5k时，允许进行超导态测试；
34.第四控制单元，用于发送指令至所述电源控制模块以使所述电源输出电流i；
35.监测单元，用于监测所述超导磁体端电压，并在所述超导磁体处于非超导状态时，切断所述电源。
36.另一方面，本发明还提出了一种超导磁体运行监控系统设计方法，所述方法包括：
37.对超导磁体运行监控系统进行功能模块划分，得到多个功能模块；
38.将多个所述功能模块所实现的行为动作抽象为方法，将多个所述功能模块所具有的参数抽象为属性；
39.将多个所述功能模块对应的设备控制指令封装进其对应的方法内，作为所述超导磁体运行监控系统的软件框架的底层模块；
40.利用所述底层模块、上层和中间层集成所述软件框架，所述中间层为后台工作模块，所述上层为用户操作界面。
41.进一步地，所述中间层和所述底层模块间通过消息队列模块进行通信。
42.本发明的优点在于：
43.(1)本发明对实际运行的监控系统进行功能模块划分，将实际运行的物理系统在软件层面映射，得到与各功能模块对应的设备模块，作为系统软件的底层，并将用户操作界面作为软件框架顶层，后台功能模块作为中间层，集成得到与监控系统对应的软件框架，当实际运行的物理设备发生变化时，只需要对底层预物理设备对应设备控制模块进行简单的修改，即可将新的设备集成到本系统中，实现了超导磁体运行监控系统的通用化。
44.(2)本发明在系统软件框架的中间层和底层间集成消息队列模块，消息队列模块用于将中间层中的后台功能模块发送的消息指令解析成对底层中设备控制模块的操作指令，通过消息队列模块对系统软件框架的上层和底层之间进行解耦，将上层系统的具体控制指令封装成字符串命令，通过消息队列模块传递到指定的设备控制模块中，设备控制模块解析对应命令，从而调用相应的方法，从而实现对物理设备的最终控制，解决了系统中各模块间耦合严重，模块不具有可替换性，对新设备的兼容性较差的问题。
45.(3)为达到超导磁体的运行环境条件，需要进行一个漫长的抽真空和降温时间，本发明提出了一键降温功能，可以实现自动对超导磁体系统进行抽真空降温及超导态测试工作，无需人工参与，极大的节约了人工成本和时间成本。
46.(4)为节约能耗，本发明在磁体运行过程中真空度达标后将会关闭真空机组，当真空度升高到设定阈值后，再重新打开真空机组进行抽真空操作，实现超导磁体杜瓦的真空度自动控制。
47.(5)通过对补偿后的端电压进行监测，在磁体非超导状态时，可实现快速切断电
源，从而降低磁体温升。
48.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
49.图1是本发明第一实施例中超导磁体运行监控系统的结构图；
50.图2是本发明第一实施例中系统软件框架的功能模块示意图；
51.图3是本发明第一实施例中一键制冷流程图；
52.图4是本发明第一实施例中真空控制流程图；
53.图5是本发明第一实施例中超导态测试流程图；
54.图6是本发明第二实施例中超导磁体运行监控系统设计方法的流程图；
55.图7是本发明第二实施例中超导磁体运行监控系统设计方法的整体流程图。
具体实施方式
56.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
57.如图1至图2所示，本发明实施例提出了一种超导磁体1运行监控系统，所述系统包括：放置在真空杜瓦2内的超导磁体1，所述超导磁体1连接有子系统和电源6，所述真空杜瓦2与分子泵机组7经波纹管14连接，所述波纹管14上设有电磁真空阀9，所述子系统、所述电源6、所述电磁真空阀9以及所述分子泵机组7均与监控主机8连接；
58.所述监控主机8内运行有系统软件，所述软件系统架构的上层为用户控制界面、中间层包括设备控制模块、底层包括所述子系统、所述电源6、所述电磁真空阀9、所述真空杜瓦2以及所述分子泵机组7在软件层面映射得到的子系统控制模块、电源6控制模块、电磁阀控制模块、真空机组控制模块以及分子泵控制模块。
59.本实施例中，对实际运行的监控系统进行功能模块划分，将实际运行的物理系统在软件层面映射，得到与各功能模块对应的设备模块，作为系统软件的底层，并将用户操作界面作为软件框架顶层，后台功能模块作为中间层，集成得到与监控系统对应的软件框架，当实际运行的物理设备发生变化时，只需要对底层预物理设备对应设备控制模块进行简单的修改，即可将新的设备集成到本系统中，实现了超导磁体1运行监控系统的通用化。
60.在一实施例中，所述子系统包括失超探测系统3、数据采集系统4和低温制冷机5，所述失超探测系统3和数据采集系统4分别经线缆与所述超导磁体1连接，所述低温制冷机5经冷却氦气进出管12与所述超导磁体1连接，所述电源6经纯铜电流引线13与所述超导磁体1连接；所述子系统控制模块包括失超探测保护模块、数据采集控制模块和制冷控制模块。
61.其中，失超探测系统用于通过电压探头对超导磁体接头电压端电压以及电流变化速率进行实时测量，当监测到200ms内某一部位补偿后电压持续超过1v时，判定磁体发生失超，此时失超探测系统会向电源系统发送报警信号，通知电源系统切断电源并接入保护电路。
62.数据采集系统用于监测杜瓦内各部件的温度，通过pt100或者cernox低温温度传感器测量磁体和冷制部件的温度，将温度信号转换为
±
1v内的模拟电压信号，通过数据采集系统的数模转换模块，将模拟电压信号转换为数字信号，然后通过特定的转换公式，将数字信号转化为实际温度，从而实现各部件温度的监测。
63.需要说明的是，本实施例中子系统的结构设置仅为举例说明，本领域技术人员可根据实际需求，设置具体的子系统结构。
64.具体地，失超探测系统3经失超探测信号线缆10与超导磁体1连接，数据采集系统4经数据采集信号线缆11与超导磁体1连接，监控主机8经数字通讯线缆15分别与电源6、分子泵机组7、失超探测系统3、数据采集系统4、低温制冷机5、电磁真空阀9连接。监控系统运行时需要各个模块之间相互协调配合，完成超导磁体1运行实验。
65.在一实施例中，所述系统软件的中间层和底层之间设有消息队列模块，所述消息队列模块用于将所述中间层中模块发送的消息指令解析成对所述底层中设备模块的操作指令。
66.本实施例中，通过消息队列对系统的上层和底层之间进行解耦，将上层系统的具体控制指令封装成字符串命令，通过消息队列传递到指定的模块中，模块解析对应命令，从而调用相应的方法，从而实现对物理设备的最终控制。
67.中间层与底层通过消息队列进行解耦，从而保持两层之间的相互独立，当物理设备发生变化时，只需要对底层对应设备模块进行简单的修改，即可将新的设备集成到监控系统中。
68.在一实施例中，所述中间层还包括数据采集模块、故障诊断模块和操作日志模块。
69.其中，数据采集模块用于对磁体运行过程中温度、电压、真空度、分子泵转速、制冷机进出水温度等各种参数进行收集，一方面为用户提供实时和历史运行数据服务，另一方面为故障分析和检修提供数据支持。
70.故障诊断模块用于通过提取数据采集模块中的历史数据和实时数据对磁体运行状态进行实时评估。例如当磁体运行时发生真空度逐渐升高、分子泵启动更加频繁，则说明杜瓦密封出现了问题，需要提醒用户进行检修；也可以通过磁体降温速率判断制冷机的运行效率是否下降，从而提醒用户对制冷机进行检查。
71.操作日志模块用于对用户操作和系统自动运行操作进行记录，当设备发生故障时，帮助维修工程师对故障进行判定。
72.应当理解的是，中间层设置的后台功能模块不局限于本实施例所述的功能模块，本实施例不做具体限定。
73.在一实施例中，所述控制模块包括：
74.第一控制单元，用于发送指令至所述电磁阀控制模块，以使所述电磁阀控制模块控制所述电磁真空阀9打开；
75.第二控制单元，用于发送指令至所述真空机组控制模块，以使所述真空机组控制模块控制打开机械泵；
76.参数获取单元，用于获取所述真空杜瓦2的真空度参数；
77.第三控制单元，用于根据所述真空度参数，发送指令至所述分子泵控制模块，以使所述分子泵控制模块控制打开所述分子泵机组7；
78.第四控制单元，用于发送指令至所述制冷控制模块，以使所述制冷控制模块控制打开所述低温制冷机5。
79.如图3所示，该监控系统具有一键降温状态，系统软件框架中间层的控制模块首先控制打开真空杜瓦2与真空泵之间的电磁阀控制模块，然后开启机械泵对杜瓦进行初级抽真空工作。由于此时真空度较差，若直接开启分子泵机组7，则会造成分子泵损坏。按照系统设计此时会自动监测杜瓦真空度，当真空度高于10e-2pa时，控制模块通过分子泵控制模块控制开启分子泵机组7进行二级抽真空工作。当监测到真空度高于10e-4pa时，表示此时杜瓦真空度良好，可以进入制冷阶段。此时监控主机8通过数字信号远程控制低温制冷机5启动，并对制冷机进气出气口压力及冷却水温度进行监测。进入制冷阶段后监控系统会利用数据采集模块监测记录超导磁体1及冷屏温度，并通过温度对超导磁体1状态进行判断，若温度达到磁体运行要求温度，则进入超导态测试流程。若超导态测试未通过，则继续进行降温，间隔一段时间后再进行超导态测试。若超导态测试通过，则代表磁体已进入超导态，磁体一键降温流程完成。
80.为达到超导磁体1的运行环境条件，需要进行一个漫长的抽真空和降温时间，本实施例提出了一键降温功能，可以实现自动对超导磁体1系统进行抽真空降温及超导态测试工作，无需人工参与，极大的节约了人工成本和时间成本。
81.在一实施例中，所述真空度参数的计算公式为：
82.pvc(t2)＝δt*d(pv(t1))/dt pv(t1)
83.其中，δt＝t
2-t1，pv(t1)为t1时刻的杜瓦真空度，d(pv(t1))/dt为t1时刻真空度变化速率，pvc(t2)为t2时刻的杜瓦真空度计算值；
84.所述第三控制单元用于在t1时刻提前计算出t2时刻的真空度，当pvc(t2)＞＝pv
critical
时，发送指令至所述分子泵控制模块，以使所述分子泵控制模块控制打开所述分子泵机组7，pv
critical
为正常运行时极限真空度。
85.需要说明的是，在杜瓦的密封良好的情况下，真空度的变化非常缓慢，在一个小时时间内可认为是线性变化的，这时pvc(t2)≈pv(t2)，pv(t2)为杜瓦真空度实际值，即使在密封状况比较差的时pvc(t2)＞pv(t2)，即pvc(t2)相对于pv(t2)还有一定的裕度，所以在控制时采用pvc(t2)进行控制。设正常运行时极限真空度为pv
critical
，当在t1时刻计算到pvc(t2)＞＝pv
critical
时，此时启动分子泵机组7。
86.由于分子泵机组7首先需要对自身内部控件进行抽真空，只有当其内部和管道真空度运行达到杜瓦真空度时，方能打开电磁阀，所以对杜瓦进行抽真空，设由于分子泵内部和管道空间较小，抽气时间为10分钟以内，即需要提前10min开始命令分子泵开启，故将δt设定为600秒。在实际运行时，系统会根据当前真空度及真空变化速率，预测600s后的真空度，若600s后的真空度不满足运行要求的真空度，则当前就需要开启分子泵机组7，准备进行抽气任务。
87.需要说明的是，为节约能耗，在超导磁体1运行过程中，杜瓦真空度达标后将会关闭真空机组，当真空度升高到设定阈值后，再重新打开真空机组进行抽真空操作。具体工作流程如图4所示，当磁体真空度达到要求后，监控系统将自动进入真空维持阶段。此时电磁真空阀9将会关闭以保证杜瓦内部真空度，监控系统将一直监测真空度参数，当真空度参数趋于设定阈值时，系统将控制机械泵开启，并监测真空波纹管14的真空度，当真空波纹管14
真空度达到10e-2pa时，开启系统控制分子泵开启。当真空波纹管14的真空度达与磁体杜瓦真空度接近时，开启杜瓦与波纹管14之间的电磁真空阀9。当杜瓦真空度达到5e-4pa时，关闭杜瓦与波纹管14之间的电磁真空阀9，同时也关闭分子泵，当分子泵停止转动后，再关闭机械泵，如此往复循环，直至实验结束。
88.本实施例中，控制模块通过真空机组控制模块控制实际的物理真空机组自动控制功能，在系统的真空度达标后自动控制真空机组停机，并根据计算公式预测真空度的变化情况，在合适时候自动开启真空机组，一方面简化用户操作，另一方面可以大幅降低实验运行期间的能耗。
89.在一实施例中，所述数据采集模块包括：
90.第一获取单元，用于利用所述真空机组控制模块获取所述真空杜瓦2的真空度；
91.第二获取单元，用于利用所述制冷控制模块获取所述超导磁体1的下端的温度；
92.所述控制模块还包括：
93.判断单元，用于在所述真空度大于9e-4pa且所述超导磁体1的下端的温度低于5k时，允许进行超导态测试；
94.第四控制单元，用于发送指令至所述电源6控制模块以使所述电源6输出电流i；
95.监测单元，用于监测所述超导磁体1端电压，并在所述超导磁体1处于非超导状态时，切断所述电源6。
96.需要说明的是，如图5所示，当超导磁体1进入超导态时，电阻会变为零，此时磁体两端的电阻只有非常小的超导接头电阻，而超导接头电阻一般为10e-8ω以下，此时给超导磁体1通以2a电流时，若此时磁体端电压低于200mv，则代表磁体已进入超导态。但由于超导磁体1是一个大的储能电感，电感量为0.1-10h范围，励磁时端电压若励磁速率太快，则产生的感应端电压会超过电压判断阈值，造成磁体状态误判断，所以本实施例对电流的变化速率进行了监测，已知磁体电感，当电流变化时，系统自动计算出感应电动势，并在直接测得的端电压上减去计算的感应电动势，再与电压阈值作比较，从而评估磁体是否进入超导态。具体实现工作流程如下：
97.当启动超导态测试任务时，监控系统首先判断杜瓦真空度和超导磁体1下端温度是否符合要求，当真空度高于9e-4pa且磁体下端温度低于5k时，允许进行超导态测试。此时监控系统通过电源6控制模块控制实际电源6输出一个最大不超过2a的电流，并对超导磁体1端电压进行监测，若超导磁体1处于超导态，则补偿后的端电压应当非常小，同时电压变化量du应当约等于回路电阻r乘以电流变化量di。正常来说对电压变化量du进行监测即可，通过对补偿后的端电压进行监测，在磁体非超导状态时，可实现快速切断电源6，从而降低磁体温升。
98.此外，如图6所示，本发明实施例还提出了一种超导磁体运行监控系统设计方法，所述方法包括以下步骤：
99.s10、对超导磁体运行监控系统进行功能模块划分，得到多个功能模块；
100.s20、将多个所述功能模块所实现的行为动作抽象为方法，将多个所述功能模块所具有的参数抽象为属性；
101.s30、将多个所述功能模块对应的设备控制指令封装进其对应的方法内，作为所述
超导磁体运行监控系统的软件框架的底层模块；
102.s40、利用所述底层模块、上层和中间层集成所述软件框架，所述中间层为后台工作模块，所述上层为用户操作界面。
103.本实施例中，第一步对设计的监控系统进行功能模块划分，例如将系统划分为图1所示的多个模块，划分模块需要遵循独立的原则，即各模块具有自己的核心功能与独立行为，模块与模块之间应当没有交集。第二步是对各个模块进行抽象，将模块所能实现的行为动作抽象为方法，方法的输入参数为模块执行动作所需要的指标或参量，方法的返回值为模块执行动作后系统的实际返回指标或参量。将模块所具有的特定参数抽象为属性，属性可以为公有或者私有的，当模块希望对外暴露其某个参数时，该属性设置为公有属性，否则设为私有属性。第三步是对抽象后的模块对象进行具体的实现操作，即将实际的设备控制指令封装进对象的方法内，实际设备可以是plc、温控仪、温度监视器、电源、液位计、制冷机等等。当调用某一方法时，模块对象向对应设备发送相应的控制指令，从而控制设备运行。第四步是系统集成工作，将上述底层模块与上层模块及中间层模块进行集成，而上层模块开发可以根据具体的需求进行对应的设计，而无需关心底层的系统开发，上层系统可以是普通的用户操作界面，也可以是一个综合化测控平台，还可以是一套大数据自动化控制系统等；中间层模块为后台功能模块，可根据实际需求设计。
104.在一实施例中，如图7所示，所述中间层和所述底层模块间通过消息队列模块进行通信。
105.本实施例通过消息队列对系统的上层和底层之间进行解耦，将上层系统的具体控制指令封装成字符串命令，通过消息队列传递到指定的模块中，模块解析对应命令，从而调用相应的方法，最终只需要通过约定的控制命令，通过网络消息队列或本地消息队列，将数据发送给底层模块即可实现对物理设备的最终控制。
106.需要说明的是，以下通过一具体实例对监控系统设计过程进行说明：
107.这里以真空机组为例，对于真空机组，其功能包含真空度监测、机械泵开启和停止、分子泵开启和停止、分子泵转速调整、分子泵运行状态查询，将真空机组视为一个对象，其属性包含真空度、运行状态，其方法包含机械泵开启、机械泵关闭、分子泵开启、分子泵关闭、分子泵转速调整。当监控系统需要开启分子泵时，调用真空机组对象的分子分子泵开启方法即可。
108.在方法中添加实际控制真空机组的指令，例如分子泵开启指令为“02062000000883ff”，通讯协议为modbus tcp协议，那么只需在分子泵开启的方法中调用modbus tcp通讯程序，向真空机组发送“02062000000883ff”指令即可，至此真空机组控制模块的对象设计完成，且实现了与实际的分子泵通讯控制，那么上层系统就可以通过真空机组控制模块对真空机组进行控制。
109.但如果上层系统直接调用下层的方法，也会造成系统之间的耦合，在上层和下层之间做了一个解耦模块，即消息队列，上层模块只需向消息队列发送消息指令，通过消息队列模块，指令将被解析成对设备对象的操作指令。例如当系统需要开启分子泵时，首先上层控制系统通过控制模块对消息队列发送指令“vacuusystem.openmolecularpump”，此时消息队列对该指令进行解析，首先通过“.”符号，对指令进行切割，获取到目标系统名称“vacuusystem”和针对目标系统的控制指令“openmolecularpump”。此时消息队列将控制指
令转发给真空机组控制模块，调用其开启分子泵的方法，从而最终实现分子泵的开启任务。其他子系统均以类似方式进行设计，这里不再赘述。
110.当所有子系统的对象均抽象封装完成后，上层系统即可通过消息队列，对各个模块进行控制，从而实现系统整体协调控制。当任意子系统或设备发生改变，只需对对象内的方法进行稍许改动，即可重新实现适配。
111.在一实施例中，监控系统的一键降温功能，由控制系统对真空机组、制冷机、电磁阀、真空计、控制系统进行控制协调配合完成，其控制原理为：控制系统通过设备控制模块向电磁阀控制模块发送“open”字符串指令，电磁阀控制模块控制plc的数字io口，将数字电平置为高电平状态，此时电磁真空阀打开。然后控制模块向真空机组控制模块发出“mechanicalpumpopen”字符串指令，由真空机组控制模块基于modbus tcp指令通过网口向真空机组发送十六进制控制指令“020620000007c3fb”，真空机组接收到指令后打开机械泵。真空度由真空规探测，真空规作为真空机组一部分，通过真空机组控制模块进行控制，真空机组控制模块每0.5秒向真空机组发送指令“02031000000440fa”指令，然后接收其返回值，解析后获取真空参数。当需要开启分子泵时，控制模块向真空机组控制模块发送指令“openmolecularpump”真空机组控制模块向真空机组发送指令“02062000000883ff”，此时分子泵开始运行。当需要开启制冷机时，控制模块通过消息队列向制冷机发送指令“opencryorefrigerator”，制冷控制模块接收到指令后控制plc的数字io口，将制冷机控制io数字电平口置位高位，此时制冷机开始运行。
112.本实施例提出的超导磁体监控系统的设计方法，通过对各个子系统抽象，将各子系统封装成一个控制模块，通过对控制模块发送命令进行控制，从而实现对各个子系统的控制。采用消息队列对系统上下层进行解耦，上层系统开发和运行时可以不需要了解下层系统的具体实现方式，同样下层系统开发时，也无需了解上层系统的具体结构，从而实现上层和下层可以独立开发和运行。当子系统的添加或更换设备时，如果设备控制模块对象已有，则可以直接复制已有的模型，若是新的模块设备，则可以通过对控制模块的增加和修改从而实现对新设备的控制。当需要搭建一个新的超导磁体监控系统时，只需对底层的控制模块的控制指令进行修改，即可实现系统的移植，所以系统具有非常好的拓展性和可移植性。
113.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
114.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
115.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。