实验物理和工业控制系统在极向场电源控制系统中的应用

介绍了实验物理和工业控制系统（EPICS）的总体结构和特点,以及极向场电源控制系统监控网络的结构和特点,特别是EPICS设备支持在极向场电源控制系统的监控网络中的开发和应用。系统实现了实时监控极向场电源系统的现场设备和开关分合控制,实现了对极向场电源控制系统的电源控制单元的配置参数设置、控制模式的设置、时序控制等,并能及时报警、定位故障点。该系统监控的数字量及模拟量信号近2000路,且支持多用户操作,具备良好的跨平台移植性和扩展能力。经实验测试,该应用运行稳定,能满足极向场电源控制系统监控网络的需求。     

EAST极向场电源本地控制器软件设计与实现

本地控制器是EAST (Experimental Advanced Super—conducting Tokamak)极向场电源控制系统重要的子系统,实现对12套电源系统的实时控制,设备状态监控以及系统保护。本地控制器采用主从结构的实时控制软件架构,共享内存实现内部数据传输,脉冲式消息传递触发进程执行;通过现场总线、硬件板卡、反射内存网络等与现场设备和主控制器进行数据传输;通过数字移相板卡实现对整流器的环流、四象限等运行控制。经实验测试,该设计运行稳定,能满足极向场电源控制系统对本地控制器的实时性可靠性的需求。     

HT—7装置极向场控制系统

本语文介绍了ＨＴ－７装置的极向场控制系统的特点、设计思想、硬件结构及调试结果，给出了部分程序流程图。该控制系统能方便、灵活和可靠地控制装置的放电参数。     

基于实时Linux的极向场电源主控制系统的设计

为了满足极向场电源控制系统严苛的实时响应的要求,选择实时Linux系统作为系统平台,采用一个开放源代码的、基于C/C++的Eclipse可扩展的开发平台作为开发工具,完成极向场电源主控制系统的设计,实现了在一个控制周期内(1ms)对极向场电源系统的12套本地控制器的实时通信和实时控制。对极向场电源主控制系统的高速通信和实时控制、稳定可靠等关键问题给出了可行的实践性的解决方法。经实验测试,该设计运行稳定,能满足极向场电源控制系统的实时需求。     

EAST极向场超导线圈电源控制网络的可靠性研究

为满足EAST极向场超导线圈电源控制的高可靠性要求,结合电源控制网络的特点,采用双网热备份冗余技术进行可靠性优化,并改进了相应软件。对比分析了优化前后控制网络的可靠性,结果表明软硬件优化提高了系统的可靠性,满足了电源控制的高要求。     

铁芯变压器对极向场的影响

本文叙述了对HL-1装置铁芯变压器作无限长均匀磁化假定后,给出了极向场线圈(包括等离子体电流环)在空气区产生的磁场解析表达式,及数值计算,并在一比四模拟变压器上做了实验,计算结果与实验结果符合。     

基于EtherCAT的ITER极向场电源现场层监控系统设计

根据ITER 大功率极向场电源高实时性与高可靠性控制的需求,选取了具有高实时通讯性能的工业以太网现场总线EtherCAT(以太网控制自动化技术)设计ITER 极向场电源现场层监控系统。依据ITER 极向场电源装置体积大、分布较为分散的特点,为保障高可靠性的数据传输,对比了可构成的两种EtherCAT 环网冗余拓扑的可靠性,选取从站单元中最末端从站是将E-BUS 转换为100BASE-TX/FX 的拓展模块的可靠性较高的环网冗余拓扑来设计极向场电源现场层监控系统的拓扑结构。使用了组态软件TwinCAT(基于Windows 的控制和自动化技术)对系统进行配置,同时绘制了具有可直观显示并控制现场信号等功能的HMI 界面。经测试,该系统可实现对现场层数百路模拟与数字量信号的实时监控,满足了ITER 极向场电源的高实时性与可靠性的控制需求。     

EAST极向场电源的数据存储及读取方法

EAST (Experimental Advanced Super-conducting Tokamak)装置的等离子体放电持续时间设计值为1000 s,目前放电长度已超过100 s。极向场电源(PF)是EAST的核心系统,有接近200路信号需要进行数据存储,每一次放电的数据量非常大,普通的数据库不能够满足长脉冲数据存储的要求。本文使用HDF5(Hierarchical Data Format)存储长脉冲数据,HDF5是可以存储不同类型的图像和数码数据的文件格式。本文采用HDF5的C接口,设计复合数据类型的数据集,为了实现实时存储与实时读取,将一次放电时间进行分割,并对数据进行分块存储和读取。通过可视化工具Hdfview查看数据集,以及Qt读取HDF5文件并进行波形显示,证明复合数据类型和分块数据集的正确性,以及分块写入与分块读取的可行性,同时对读写时间进行简单的测试,证明分块写入与分块读取方式具有高效性。     

HT-7U超导托卡马克极向场反馈控制系统

HL-7U超导托卡马克的极向场反馈控制系统是装置正常运行的重要保证。该控制系统以VXI总线机箱为基本单元、数字信号处理器为核心,组成反馈时间为2-4ms的高速实时反馈系统。简要地叙述了该系统的基本组成以及软件算法的研究。     

基于实验物理及工业控制系统的数控电源原理

设计了一个基于实验物理及工业控制系统(EPICS)实时测控的伺服电源控制器,并将其插入现有脉冲电源测试。该电源控制器采用死区时间调制(DTM)技术伺服跟踪外部控制信号以连续调节所需输出电流,这可确保开关管工作在近似零电流关断的状态下, 开关损耗小,电源效率高。对该电源及其控制器原理进行了介绍,对DTM法进行了理论分析与研究,并通过Matlab仿真和实验验证了其原理的正确性和可行性。     

基于实验物理和工业控制系统的电源操作节点开发

EAST极向场电源在近期实施了控制系统升级。操作节点是控制系统的一个重要部分,它可以实时监控和控制电源运行和及时报警、故障定位,支持多用户同时操作,具有良好的跨平台的可移植性和可扩展性。受ITER控制、数据访问和通信（CODAC）启发,实验物理和工业控制系统( EP ICS)已被选为控制系统框架,采用CSS开发人机接口界面。经过EAST秋季实验验证,操作节点程序稳定,人机界面友好,给实验人员提供了便利,符合EAST实验的需要。     

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利用组态软件编程设计监控界面,监控节点通过与现场总线控制器及高压监控节点的通信,实现对极向场电源状态的实时、可靠监控,并经ODBC接口将状态数据发送至数据库节点备份。简述了电源监控系统的构成,及通过不同的通信协议实现实时数据传输和处理的过程。     

基于实验物理和工业控制系统的电源操作节点开发

EAST极向场电源在近期实施了控制系统升级。操作节点是控制系统的一个重要部分,它可以实时监控和控制电源运行和及时报警、故障定位,支持多用户同时操作,具有良好的跨平台的可移植性和可扩展性。受ITER控制、数据访问和通信（CODAC）启发,实验物理和工业控制系统( EP ICS)已被选为控制系统框架,采用CSS开发人机接口界面。经过EAST秋季实验验证,操作节点程序稳定,人机界面友好,给实验人员提供了便利,符合EAST实验的需要。     

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According to the high real-time and high-reliability control requirements of ITER high-power poloidal field power supply, the industrial Ethernet field bus EtherCAT (Ethernet Control Automation Technology) with high real-time communication performance is selected to design the ITER poloidal field power field layer monitoring system. Due to the characteristics of large size and distributed distribution of the ITER poloidal field power supply device, as well as to ensure high reliability data transmission, the reliability of two kinds of EtherCAT ring network redundancy topologies are compared, and the EtherCAT ring network redundancy topology where the last station in slave station unit is an extension module converting E-BUS to 100BASE-TX/FX is more reliable and is adopted to design the structure of the poloidal field power supply monitoring system. The configuration software TwinCAT (The Windows Control and Automation Technology) is used to configure the system, and Human Machine Interfaces with functions such as visual display and control of live signals are drawn by this software. The experimental tests and operation demonstrate that the system can preferably realize real-time monitoring of hundreds of analog and digital signals on the field layer, and meet the high real-time and reliability control requirements of the ITER poloidal field power supply.     

基于实验物理与工业控制系统的EAST真空抽气及加料控制系统设计

介绍EAST 真空及加料监控系统底层和顶层的架构设计、连锁保护设计、运行模式设计以及系统部署。在底层架构中,真空抽气和加料监控系统分别采用两套相互独立的光纤环网拓扑,构成双光纤环网结构。顶层设计主要采用符合大科学装置规范的实验物理与工业控制系统(EPICS)架构。系统设计主要特点是将底层双光纤环网结构拓扑和顶层EPICS 架构相结合,构建了大型分布式真空抽气和加料数据采集与监视控制系统。测试结果表明整套监控系统运行稳定可靠,该监控系统不仅为EAST 装置实验提供了可靠支撑,同时也为未来其它大科学装置的监控系统构建提供参考和借鉴。