托卡馬克裝置控制系統(tǒng)設(shè)計與技術(shù)研究.pdf

1、托卡馬克是一種磁約束核聚變實驗裝置，現(xiàn)代大型托卡馬克裝置由大量子系統(tǒng)構(gòu)成，規(guī)模龐大，實驗流程復(fù)雜。為了確保托卡馬克裝置正常運行，必須有一套控制系統(tǒng)來控制、協(xié)調(diào)這些子系統(tǒng)，使實驗順利進行，產(chǎn)生符合實驗要求的等離子體，并獲取、存儲實驗產(chǎn)生的數(shù)據(jù)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(tǒng)及相關(guān)控制技術(shù)研究具有重要意義。
　　本文結(jié)合國際熱核聚變實驗堆（ITER）控制系統(tǒng)設(shè)計方案論述了現(xiàn)代大型托卡馬克控制系統(tǒng)的需求，研究了控制系

2、統(tǒng)設(shè)計與關(guān)鍵實現(xiàn)技術(shù)，設(shè)計實現(xiàn)了J-TEXT控制、數(shù)據(jù)訪問與通訊（COntrol Data Access and Communications，CODAC）系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上探索了可應(yīng)用于未來托卡馬克裝置的控制系統(tǒng)與技術(shù)。
　　本文重點研究了托卡馬克控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、控制系統(tǒng)集成軟件框架設(shè)計以及數(shù)據(jù)采集與實時控制技術(shù)。本文通過對控制系統(tǒng)進行抽象與封裝，設(shè)計了一套以結(jié)構(gòu)化方式描述的控制系統(tǒng)模型，同時給出了該模型下的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

3、方法。本文設(shè)計了一個自組織去中心化的控制系統(tǒng)框架，并對控制系統(tǒng)組件的通用功能進行了抽象。在上述研究基礎(chǔ)上完成了J-TEXT物理實驗與工業(yè)控制系統(tǒng)（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(tǒng)的開發(fā)效率；研制了一套基于面向儀器的外設(shè)擴展總線（PXI/PXIe）硬件與LabVIEW-RT軟件的實時控制與數(shù)據(jù)采集框架；研

4、究了基于可編程邏輯門陣列（Field-Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA）的實時高速采集與實時數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
　　本文根據(jù)J-TEXT控制系統(tǒng)的應(yīng)用需求，設(shè)計并實現(xiàn)了J-TEXT CODAC系統(tǒng)。J-TEXT CODAC系統(tǒng)主要特點包括：采用自組織去中心化結(jié)構(gòu)設(shè)計；使用與ITER相同的EPICS通道訪問（Channel Access）控制網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；使用J-TEXT EPICS軟件框架開發(fā)；采用標準化的控制系統(tǒng)

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