磁阱型磁压缩聚变装置控制与数据采集系统设计

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磁阱型压缩聚变装置是一种用于研究场反位型(Field-ReversedConfiguration,简称FRC)等离子体的复杂聚变研究装置,由磁体、真空、电源、诊断等众多子系统构成。为了协调各系统工作,保证整个实验装置正确、有序、稳定的运行,拥有一个统一规范和功能强大的控制系统就显得十分重要。另外,FRC实验装置的运行将会伴随大量数据的产生,对实验数据的前期采集与存储以及后期的管理与访问也将提出较高要求。
  目前磁阱型磁压缩聚变装置总体还处于初步建设阶段。通过对目前聚变界较为主流的相关键技术与问题进行分析调研,结合当今注重系统通用性、灵活性的趋势,以及FRC装置控制与数据采集子系统的具体要求,本文对FRC装置的控制系统进行了总体结构的初步设计,并重点设计研发了集成控制子系统框架,以及通用实验数据采集、存储、管理与访问子系统。
  在集成控制系统框架的设计研发上,本文在前人工作基础上进一步开发完善了CFET(Control system Framework for Experimental Devices Toolkit)控制系统框架,使其能应用于实际生产环境之中。该方案以Web与.NET做为技术基础,采用遵循RESTful设计原则的HTTP协议作为系统的通用通信协议。不同于以往各装置上控制与数据采集两个系统往往采用不同软件框架和通信协议,本文将采用统一的CFET框架与对应通信协议来实现FRC装置的控制与数据采集系统,大大提高整个系统的通用性与灵活性,并降低相关软件研发的工作量与复杂度。
  基于CFET框架,本文设计研发了通用实验数据采集、存储、管理与访问子系统,其性能稳定,通用性强,能够普遍应用于FRC装置的诊断以及其它具有数据采集需求的系统之中。数据采集系统采用了灵活的架构设计,能方便地集成到J-TEXT等不同装置控制系统之中。在兼容不同厂家、系列采集设备的同时,该数据采集系统为用户提供了统一、简洁而明了的人机操作接口,极大方便了实验管理人员的日常操作与维护工作,并具有良好的扩展性能。数据存储系统采用接口设计,兼容不同格式的数据存储方式,并提供了对HDF5等格式文件的全面支持。实验数据上传兼容文件数据传输与MDSplus数据库传输两种方式。使用MongoDB数据库作为实验文件数据管理系统底层软件,并在此基础上实现了不同方式、功能全面、简洁明快且性能优秀的数据访问服务。
  目前,以上CFET控制系统框架及数据采集、存储、管理与访问系统已经有了接近产品化的解决方案,并在J-TEXT装置上测试运行,取得了良好的实际效果,为未来FRC装置相关系统的建设打下了良好的基础。
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