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HFRC中央控制系统设计与实现

HFRC中央控制系统设计与实现

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作者：吴菲阳华中科技大学

学位级别：硕士

场反位形(Field-Reversed Configuration,简称FRC)具有结构简单,比压接近1等优势,对于研究新的核聚变位形,以及未来探索核聚变反应堆的小型化和经济化都具有重要意义。华中科技大学开展了相关研究。华中科技大学场反等离子体预研装置(HU... 详细信息

场反位形(Field-Reversed Configuration,简称FRC)具有结构简单,比压接近1等优势,对于研究新的核聚变位形,以及未来探索核聚变反应堆的小型化和经济化都具有重要意义。华中科技大学开展了相关研究。华中科技大学场反等离子体预研装置(HUST-FRC,简称HFRC)是一个复杂的磁约束核聚变研究装置,由不同的装置和仪器共同组成。每个装置有着自己独立的控制逻辑和流程,协调控制众多装置使它们作为一个整体安全有序的运行是非常重要的。本文介绍了基于Web技术的HFRC中央控制系统的设计与实现。HFRC中央控制系统负责控制协调整个装置的运行,实时控制放电脉冲,同时采集和存储实验中产生的数据以供分析,对于HFRC的正常实验必不可少。论文首先通过分析HFRC的特性,对HFRC在实时性,灵活性,低耦合性以及多子系统的正确流程控制等控制性能方面提出了需求。基于需求分析,HFRC中央控制系统采用了自研的CFET(Control system Framework for Experimental Devices Toolkit)控制框架。相比较于EPICS(Experimental Physics and Industrial Control System)框架,CFET在灵活性和互操作性上表现更好。CFET采用了HTTP协议和RESTful设计原则作为通信协议,具备了框架简单、协议透明、扩展灵活等优势。HFRC中央控制系统采用了模块化结合微服务的架构,将整个控制系统按照功能需求分解成了各子系统,达到功能模块化,业务服务化的目标。同时采用了有限状态机(Finite-State Machine,简称FSM)和观察者的设计模式,能够在控制放电流程和处理异常方面取得良好的效果。HFRC中央控制系统由子系统和一组控制系统网络组成。主要子系统包括中央流程控制系统、充电机控制系统、脉冲电源控制系统、中央触发控制系统、数据采集系统和数据存储系统。控制系统网络包括集成控制网络、联锁保护网络、时序网络、数据存储网络。目前,HFRC中央控制系统已初步部署在HFRC的日常实验中。

关键词： HFRC Web 控制系统 CFET 数据采集与存储有限状态机设计模式

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