托卡馬克裝置控制系統設計與技術研究.pdf

1、托卡馬克是一種磁約束核聚變實驗裝置，現代大型托卡馬克裝置由大量子系統構成，規(guī)模龐大，實驗流程復雜。為了確保托卡馬克裝置正常運行，必須有一套控制系統來控制、協調這些子系統，使實驗順利進行，產生符合實驗要求的等離子體，并獲取、存儲實驗產生的數據供研究人員分析和處理。因此先進的托卡馬克裝置控制系統及相關控制技術研究具有重要意義。
　　本文結合國際熱核聚變實驗堆（ITER）控制系統設計方案論述了現代大型托卡馬克控制系統的需求，研究了控制系

2、統設計與關鍵實現技術，設計實現了J-TEXT控制、數據訪問與通訊（COntrol Data Access and Communications，CODAC）系統，并在此基礎上探索了可應用于未來托卡馬克裝置的控制系統與技術。
　　本文重點研究了托卡馬克控制系統的結構設計、控制系統集成軟件框架設計以及數據采集與實時控制技術。本文通過對控制系統進行抽象與封裝，設計了一套以結構化方式描述的控制系統模型，同時給出了該模型下的控制系統結構設計

3、方法。本文設計了一個自組織去中心化的控制系統框架，并對控制系統組件的通用功能進行了抽象。在上述研究基礎上完成了J-TEXT物理實驗與工業(yè)控制系統（Experimental Physics and Industrial Control System，EPICS）集成控制軟件框架的開發(fā)，提高了基于EPICS的控制系統的開發(fā)效率；研制了一套基于面向儀器的外設擴展總線（PXI/PXIe）硬件與LabVIEW-RT軟件的實時控制與數據采集框架；研

4、究了基于可編程邏輯門陣列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）的實時高速采集與實時數據處理系統。
　　本文根據J-TEXT控制系統的應用需求，設計并實現了J-TEXT CODAC系統。J-TEXT CODAC系統主要特點包括：采用自組織去中心化結構設計；使用與ITER相同的EPICS通道訪問（Channel Access）控制網絡協議；使用J-TEXT EPICS軟件框架開發(fā)；采用標準化的控制系統

5、設計模板，實現基于PXI/PXIe硬件LabVIEW-RT軟件的數據采集與實時控制系統，以及基于FPGA的高速采集與實時信號處理技術；使用了基于CompactRIO控制器的連鎖保護技術，基于FPGA的時序控制與同步技術，以及基于超文本傳輸協議（HTTP）服務的遠程參與技術。在J-TEXT CODAC系統開發(fā)經驗的基礎上，本文探索性地研究了基于HTTP面向服務的集成控制系統框架與協議，研究了基于云存儲技術的實驗數據存儲系統，并設計了原型系