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(tǒng)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(tǒng)來控制、協調這些子系統(tǒng),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(tǒng)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(tǒng)設計方案論述了現代大型托卡馬克控制系統(tǒng)的需求,研究了控制系統(tǒng)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, COD AC)系統(tǒng),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(tǒng)與技術。 本文重點研究了托卡馬克控制系統(tǒng)的結構設計、控制系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)模型,同時給出了該模型下的控制系統(tǒng)結構設計方法。本文設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(tǒng)。 本文根據J-TEXT控制系統(tǒng)的應用需求,設計并實現了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(tǒng)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(tǒng),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(tǒng)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(tǒng)框架與協議,研究了基于云存儲技術的實驗數據存儲系統(tǒng),并設計了原型系統(tǒng)。 本文研發(fā)的J-TEXT CODAC系統(tǒng)目前已經部署于J-TEXT裝置,在日常實驗中運行良好。本文研究的托卡馬克控制系統(tǒng)設計方法與技術,消化吸收了部分ITER現有技術,對其進行了實際測試與應用。本文同時創(chuàng)新性地對未來控制系統(tǒng)技術進行了探索性研究與實驗,為未來大型托卡馬克裝置控制系統(tǒng)的設計與研制提供了參考。
【學位單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2014
【中圖分類】：TL631.24
【部分圖文】：

ASDEX-U控制系統(tǒng)結構圖

簡稱HMI)。圖L3所示為KSTAR集成控制系統(tǒng)整體框圖。KICS主要是由一個監(jiān)控系統(tǒng)和很多分散在子系統(tǒng)中的本地控制以及連鎖保護安全系統(tǒng)組成。其監(jiān)控系統(tǒng)主要包含實驗流程控制系統(tǒng)、等離子體控制系統(tǒng)、時鐘同步系統(tǒng)以及數據存儲管理與訪問系統(tǒng)。它負責托卡馬克運行的關鍵協調工作。

馬克裝置流行的多線程應用程序執(zhí)行器（Multithreaded Application Real-Timeexecutor，簡稱MARTe) 實時框架，另一種是DIII-D開發(fā)的等離子體控制軟件框架[29]。圖1.4展示了 KSTAR為ITER CODAC評估技術搭建的送氣系統(tǒng)與密度反饋系統(tǒng)框圖。
【參考文獻】

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本文編號：2860957