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目前正在建造的EAST-NBI是全超导托卡马克EAST装置实现高参数运行所必须具备的重要加热手段,它由离子源、中性化室、偏转磁体、电源系统、真空系统、控制系统等部件组成。为完成在NBI(Neutral Beam Injector)束线运行过程中对各系统工作流程的测量与控制,NBI控制系统需实现运行控制、状态监测与显示、数据采集与处理、连锁保护、故障报警等功能。
本文借鉴了国内外聚变装置控制系统的成功经验,提出了控制系统框架,并对该框架下实时控制、数据采集、高压隔离等关键技术进行研究。主要包括:
(1)提出了基于网络技术的NBI控制系统框架。根据NBI系统的控制要求、物理位置及功能特点,控制系统采用集中分散相结合的网络控制模式,设计了硬件和软件系统,分析了控制网络的可靠性,提出了双网在线备份控制网络。
(2)设计了基于RTLinux的离子源实时控制系统。对RTLinuxFree重新编译和裁剪,建立了离子源实时反馈控制系统,开发了硬件驱动程序,设计了实时控制程序,通过实时调节离子源进气量从而实现了离子源的长脉冲稳定放电的实验目标。
(3)分析了NBI控制系统的数据采集系统要求,开发了NBI低温数据采集系统和基于C/S(Client/Server)模式的电源数据采集系统,实现了对液氦、液氮温区的温度监测,以及对离子源电源和高压电源的监控。
(4)研究了基于嵌入式FPGA(Field Programmable Gate Array)技术的高压隔离器。分析比较了目前隔离技术的优缺点,定义了一种基于曼彻斯特(Manchester)编码技术的高速数据传输协议,设计了ADC(Analog-to-Digital Convertor)前置低通滤波器,编写了运行于FPGA上的DSP(Digital Signal Processing)控制程序,实现了数据传输协议,并进行了隔离器数据传输过程仿真。
(5)设计开发了服务器进程、客户端监控程序。设计了NBI系统公共共享服务和网络通信协议,开发了服务器通用模块及客户端数据显示、真空监测、网络通信的ActiveX控件和动态链接库DLL(Dynamic Link Library)。