Alexei.Kuryakin@cern.ch 12/11/2009 1 AliPhosCool: PHOS cooling system Что сделано в сент./ноябре 2009 Опытная эксплуатация Получен первый опыт охлаждения. - презентация

1 12/11/ AliPhosCool: PHOS cooling system Что сделано в сент./ноябре 2009 Опытная эксплуатация Получен первый опыт охлаждения 3-х модулей Найдены параметры алгоритма регулирования Достигнута рабочая температура PHOS 2 раза проводился анализ Interlock Текущее обслуживание Подбор параметров регулирования – по мере охлаждения Примерно раз в неделю – выпуск status report Доработка ПО Параметры цикла регулирования: Naver, Caver, Taver Включение в систему ТРВ (только чтение) Учет магнитного поля (сделано частично) Доработка системы блокировок (+5 новых) Железо Добавлена блокировка по ТРВ (NotConnected, Alarm, TimeOut) Документация Help\AliPhosCool.htm – единая справочная система (начата) Help\AliPhosTags.htm – список DIM тегов (не завершен) Зафиксированы параметры системы регулирования 2009 Написан Short manual for cooling experts (Draft)

2 12/11/ PHOS Cooling status (1 Oct – 7 Nov) PHOS temperatures (overview) Nominal stabilization temperature achieved 21 Oct cooling liquid (C 6 F 14 ) FEE2FEE3 FEE4 PWO2 PWO3 PWO4 Interlock 1 Oct. Interlock 19 Oct.

3 12/11/ PHOS Cooling status (1 Oct – 7 Nov) Cooling liquid level ~53 L Temperature effect + (possible) leak (?) +5 ° C -3 ° C -25 ° C -10 ° C -30 ° C -20 ° C -15 ° C Interlock 19 Oct by pump cover temperature Interlock 1 Oct by ECV controller battery, +25°C -5 ° C ~3 Litres of C 6 F 14 filled 21 Oct Now level ~53.3 Litres and stay the same > 16 days Leak are frozen? Need more time to estimate leak but it seems leak became much smaller

4 12/11/ AliPhosCool: PHOS cooling system Заправка жидкости (Сент-Октябрь) Заправки были: 22.09(+10L), 29.09(+28L), 21.10(+3L) При +17 имели течь ~1 литр в неделю (в PHOS-4) Liquid filling

5 12/11/ PHOS Cooling status (1 Oct – 7 Nov) PHOS-2 humidity FEE2 PWO2

6 12/11/ PHOS Cooling status (1 Oct – 7 Nov) PHOS-3 humidity FEE3 PWO3

7 12/11/ PHOS Cooling status (1 Oct – 7 Nov) PHOS-4 humidity FEE4 PWO4

8 12/11/ PHOS Cooling status (1-27 Oct) Pump cover temperatures Pump2 Pump1 Pumps works in round-robin order (8 hours per cycle) to equalize working times Interlock 19 Oct by pump cover temperature threshold was -10°C

9 12/11/ PHOS Cooling status (1-27 Oct) Compressor cover temperatures Comp.2 Compressors also works in round- robin order (8 hours per cycle) to equalize working times Comp.3 Comp.4 Comp.1

10 12/11/ AliPhosCool: PHOS cooling system Concept scheme Evaporator (suction header) Condensing (discharge header) 4 Compressors Freon R404A receiver Water condenser for freon cooling Heat Exchanger R404A C 6 F 14 Electric Control Valve EX4 ECV controller 2 Pumps Receiver tank 65L C 6 F 14 Cooling server alidcscom252 LAN2 DCS server alidcscom072 phs_top project PVSS LAN1 DIM 4 compressors, 2 pumps, 3 heaters, 2 vents, Electric Control Valve + controller, fan, 3 pressure + 14 temperature sensors, liquid level sensor, thermo/oil/pressure relays, funless industrial computer, I-7000 serial remote data acquisition modules PHOS Control unit (ADC, DIO etc) RS-485 Feedback temperature sensor Vent Y2 Vent Y1

11 12/11/ AliPhosCool: PHOS Cooling System Алгоритм стабилизации При правильном выборе параметров получаем устойчивый цикл Tstab (Taim) Tstab+Delta Tstab-Delta Compressor ON level Compressor OFF level Cooling liquid temperature from feedback sensor T1 °C Time NbMax NbMin Number of compressors switched ON Control cycle Time Устойчивый цикл Неустойчивый цикл

12 12/11/ AliPhosCool: PHOS cooling system Параметры цикла Управляющие параметры: Tstab – желаемая температура стабилизации - независимый Delta – температурный коридор компрессоров - зависимый NbMin – минимальное число компрессоров - зависимый NbMax – максимальное число компрессоров - зависимый Защита от теплового удара: Taim - текущая температура стабилизации dTMax – максимальная разность температур PWO и Taim Nsens – номер сенсора для температуры PWO Понятие устойчивый цикл нуждается в формализации: нужно иметь внятный численный критерий. Мониторные параметры: Caver – Длительность цикла Taver – Средняя температура за цикл Naver – Среднее число компрессоров за цикл

13 12/11/ AliPhosCool: PHOS cooling system Управляющие и мониторные параметры Tstab °C Delta °C NbMinNbMax Taver °C Caver minutes Naver ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± 0.09

14 12/11/ AliPhosCool: PHOS cooling system Стабильность температуры за цикл Требуемая точность ±0.1°C достигнута

15 12/11/ AliPhosCool: PHOS cooling system Стабильность периода цикла Период не стабилен при низкой T

16 12/11/ AliPhosCool: PHOS cooling system Среднее число компрессоров за цикл Работаем вблизи максимума при низкой T

17 12/11/ AliPhosCool: PHOS cooling system Стабилизация: проблемы с мощностью As shown in table and picture, at -30°C we are working near maximum of compressors power (~94% of max. power). This cause some instability of control cycle (see pic.). Remind that we have another (more powerful) cooling machine in b.167. At the moment this machine is not ready for operation, so we should plan this item for the next year. Control cycle period is not stable enough

18 12/11/ AliPhosCool: PHOS cooling system Влияние магнитного поля Математический аппарат коррекции заложен. Pt-100 датчики можно использовать как эталонные. Калибровку можно делать по скачкам температуры при включении поля. I× , I-ток соленоида, А Pt-100 Ni-100 Остается неизвестным – будет ли ΔT линейно зависеть от тока магнита, будет ли скачек одинаков при увеличении и снижении поля (есть ли гистерезис). Имеющихся данных пока недостаточно. В программу пока заложена линейная зависимость ΔT от тока.

19 12/11/ AliPhosCool: PHOS cooling system Учет магнитного поля Скачек температуры удобно рассчитывать графически через меню View\Mouse\Select ROI. При этом результат виден в главной консоли (SIZE_Y). Файлы CONFIG\MATR\PHOS_MATR_ELMB1.CFG CONFIG\MATR\PHOS_MATR_ELMB3.CFG CONFIG\MATR\PHOS_MATR_ELMB5.CFG Устройства &PHOS.MATR.PWO2.TCOR &PHOS.MATR.PWO3.TCOR &PHOS.MATR.PWO4.TCOR Переменные: Coeff#0 … Coeff#31 Программа PHOS_MATR_TCOR.PAS В настоящее время заложена линейная зависимость ΔT от тока магнита I Coeff#n = ΔT n /ΔI.

20 12/11/ Incident 1 Oct Liquid temperature ECV failure Normal operation Interlock on T max ECV operation in manual mode

21 12/11/ Incident 1 Oct Pressure in evaporation tube Compressor works but no freon (vacuum in evaporator tube) Normal operation Fatal Interlock Electronic Control Valve (ECV) failure Continue in manual ECV mode

22 12/11/ Incident 1 Oct Compressor cover temperature Compressor 3 cover raise up to 80°C Compressor 1 Compressor 2 Compressor 4 Compressor 3 ECV failure Interlock ECV work in manual mode

23 12/11/ Incident 1 Oct ECV controller diagnosis Alarm: Battery failure

24 12/11/ Incident 1 Oct ECV controller problem fixed now Battery Alarm switched OFF as tests with controller show, controller can work without battery if battery alarm is OFF ECV controller Alarm added to AliPhosCool Interlock system Also program Interlock on ECV TimeOut added (see next slide)

25 12/11/ Incident 1 Oct ECV controller problem fixed now Путем перехвата и дизассемблирования Java-скриптов был расшифрован протокол обмена (точнее, мониторинга) данными с контроллером. По этому протоколу написано краткое описание (см. Help\emerson.htm) и написан драйвер, позволяющий считывать состояние основных параметров ECV. Драйвер ECV был включен в программу AliPhosCool. На рисунке изображена мнемосхема с параметрами ТРВ. В качестве имен параметров фигурируют имена, под которыми они известны в протоколе обмена контроллера EC3-X32 (например, nvomo04 – открытие клапана в процентах). Не все параметры удалось понять из анализа Java скриптов, да я и не пытался (при необходимости я это сделаю), ограничившись основным набором. Однако на всякий случай в DAT-файле сохраняется полный набор параметров.

26 12/11/ ECV controller ECV valve opening При высоких температурах клапан ECV варьируется от 0 до 30 %. При низких температурах клапан ECV варьируется от 30 до 40 %. +5°C -30°C

27 12/11/ ECV controller ECV valve superheat При высоких температурах перегрев ECV от 5 до 10 K. При низких температурах перегрев ECV от 5 до 11 K. +5°C-30°C

28 12/11/ PHOS Cooling System status (20 Oct) Safety: Alarms and Interlocks PHOS cooling plant have 3 outcome Interlocks: 1.Hardware (normal opened relay) – signal in case of cooling system power off or control computer hang 2.Software (DIM service) – signal in case of alarms, i.e. dangerous conditions (some parameter out of threshold) 3.Network (DIM service) – shows that cooling server (alidcscom252) still alive Software alarm produce interlocks by 35 conditions. Interlock mean that cooling plant halted because it could not continue safe operation. Important note: Cooling system alarms protect cooling plant against damage, but not PHOS PWO & FEE. PHOS protection is job for higher DCS level (PVSS, phs_top project).

29 12/11/ PHOS Cooling System status (20 Oct) Safety: Alarms and Interlocks Software alarms : 35 conditions Each alarm condition have: 1) Flag (enable/disable) 2) Timeout (milliseconds) 3) Threshold (optional parameter) Positive timeout produce temporary device blocking Negative timeout produce Interlock, i.e. fatal alarm and system HALT Interlock require shifters command to Reset

30 12/11/ AliPhosCool: PHOS cooling system Проблема с датчиками T1,T2 Замечены непонятные шумы в каналах T1,T2. Причина мне не ясна. Но это неприятно, так как это основной параметр для системы регулирования. Отказ датчиков температуры для нас будет большой проблемой. Не пойму, что это может быть. Датчики я сам ставил, они в термоусадке, в термопасте, в металлическом стакане, условия просто идеальные. Загадка. Это именно шумы, я наблюдал это в реальном времени, Компрессора работали без сбоев, все было как обычно. Только датчик температуры вдруг задурил, а потом так же вдруг перестал. На регулировании это отражается как нарушение цикла (см. внизу). По милливольтам видно что это шум в канале (см. справа). Для устранения проблемы введена возможность выбора датчика (T1, T2 или оба).

31 12/11/ AliPhosCool: PHOS cooling system Что сделать в xxx-бре 2009 Учет магнитного поля - по мере накопления данных По скачкам температуры при включении поля найти Coeff=ΔT/ΔI и понять есть ли линейность Доработка Interlock - снизить жесткость Ввести время накопления, чтобы шум и дребезг не давал ложного срабатывания ECV – попробовать снизить обмораживание компрессоров Выяснить как влияет перегрев (superheat setpoint – nvomo15) на охлаждение и на обморожение Следить за течью! При +17 была литр в неделю, при -30 – менее литра в 2 недели (грубая оценка) Привезти данные с alidcscom252 начиная с Регулярно скачивать данные PHOS_DATA, до все данные есть Добавить в DCS новые параметры Taver, Naver, Caver, mvomo01…nvomo18 и т.д. Консоль ALICE/PHOS/COOLING/COOL/CONSOLE (?). Продолжить документацию Не завершена aliphostags.htm и т.д. Следить за датчиками в PWO В модуле PHOS-3 4 датчика уже умерло

32 12/11/ AliPhosCool: PHOS cooling system Что сделать в 2010 Оптимизация параметров цикла Управление ТРВ из AliPhosCool (?) Переделка теплоизоляции (вся система мокрая) Новая машина – сборка и запуск Доработка short manual on AliPhosCool Выпуск internal note или статьи по системе охлаждения