Аппаратная инфраструктура измерительных и управляющих систем плазменных установок ИЯФ СО РАН

- многоканальные системы сбора данных на основе гальванически изолированных и встраиваемых регистраторов, фиксирующие сигналы, формируемые корпускулярными и зондовыми диагностиками, вторично-эмиссионными датчиками.

Аппаратура, размещаемая в крейтах КАМАК, используется для регистрации сигналов спектроскопической и рентгеновской диагностик, для фиксации динамики потока термоядерных нейтронов.

Ключевыми элементами программного обеспечения системы автоматизации ГДЛ являются база данных параметров эксперимента, построенная на основе реляционной СУБД PostgreSQL, и пакет программ обработки и хранения экспериментальных данных ROOT. Инструментальные машины обеспечивают работу с аппаратурой. Комплект их прикладных программ включает сервисные процессы, обеспечивающие взаимодействие оператора с сервером базы данных эксперимента, и драйверы, обслуживающие интерфейсы измерительных и управляющих подсистем.

Управляющий и измерительный комплексы установки ГОЛ-3 (§6.2) также строятся на основе программируемых контроллеров, многоканальных синхронных систем регистрации данных и измерительных кластеров. Незначительные отличия управляющего комплекса связаны с применением для построения его функционально выделенных фрагментов подсистем с распределенной топологией размещения оборудования, а для системы синхронизации - многоканальных генераторов синхроимпульсов. На уровне системы связи эти генераторы, непосредственно или через коммутатор, сопрягаются с инструментальной машиной, в которой с помощью графического редактора формируется временная диаграмма работы элементов установки. В процессе инициализации подсистемы эта информация загружается в генераторы и задает текущий режим их работы. Рабочий цикл подсистемы инициируется импульсом запуска, формируемым подсистемой зарядки емкостных накопителей энергии. Последняя может служить примером функционально выделенной подсистемы управления. Она содержит несколько идентичных сегментов, в состав каждого из которых включены модуль мастера на основе процессора ARM7TDI, набор периферийных контроллеров и объединяющий их мультиплексный канал связи. Мастера сегментов сопрягаются друг с другом и с консолью оператора, функции которой выполняет машина класса x86, каналами связи Ethernet-100FX. Один из мастеров является ведущим модулем подсистемы. Он берет на себя реализацию сценария ее работы и управление передачами по каналам связи. Инструментальная машина используется как средство подготовки этого сценария, его загрузки в модуль мастера и для фиксации в архиве с малой временной дискретностью (0.2-1с) текущего состояния оборудования. Подобное построение и логику работы имеют и остальные подсистемы управления: генератором РЭП, вакуумным и газовым оборудованием, оборудованием диагностического комплекса.

Основой измерительного комплекса ГОЛ-3 являются 32-х канальные синхронные системы сбора данных ADC1250/32, позволяющие фиксировать сигналы диагностик с 12-ти разрядным амплитудным разрешением при частотах дискретизации до 50МГц. Общее количество таких трактов в системе - более 200. “Реликтовые” звенья комплекса в виде аппаратуры КАМАК используются лишь в диагностиках интенсивности потока термоядерных нейтронов и регистрации спектров излучения на двойной плазменной частоте. На модернизацию этих фрагментов направлен цикл работ по созданию быстродействующих регистраторов АЦП12500, синхронных систем регистрации и измерительных кластеров на их основе, 128-ми канальных систем сбора данных АЦП1204/128.

Программное обеспечение системы автоматизации ГОЛ-3 по функциональному назначению, принципам построения и структуре, из-за идентичности задач, вычислительной, сетевой и приборной инфраструктуры, аналогично обеспечению установки ГДЛ. Имеющиеся отличия в организации архива, его структуре и форматах записей, носят исторический характер и не являются принципиальными.

В §6.3 в тезисном виде обсуждается текущее состояние и тенденции развития систем автоматизации плазменного эксперимента.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении представлены основные результаты работы:

· Предложен, обоснован и апробирован в плазменном эксперименте метод регистрации данных, основанный на использовании ”цифровой” осциллографии. В рамках его развития:

- сформулированы принципы построения регистрирующей аппаратуры в конструктивах стандарта КАМАК с адекватными требованиям ключевых диагностик техническими характеристиками, разработаны соответствующие аппаратные средства, организовано их мелкосерийное и промышленное производство;

- сформирован функционально полный набор методик для метрологической поверки и настройки аппаратуры регистрации, созданы автоматизированные настроечные и поверочные стенды;

- созданы первые информационно-измерительные системы, ориентированные на поддержку исследований по взаимодействию РЭП с плазмой (установки ГОЛ-1 и ГОЛ-М) и отработку метода формирования РЭП микросекундной длительности с энергосодержанием свыше 100кДж (установки У-1 и Спин).

· Сформулированы и апробированы в эксперименте принципы построения подсистем управления диагностическим и технологическим оборудованием плазменных установок с помощью периферийных контроллеров с управляющим ядром на основе микропрограммного управляющего автомата, микро-ЭВМ и микроконтроллеров.

· Созданы первые полномасштабные системы автоматизации экспериментальных исследований по физике плазмы и УТС с централизованным управлением (установка ГОЛ-1) и на основе многомашинных управляющих комплексов (установки ГОЛ-М, У-1 и Спин).

· Сформулированы принципы построения, разработаны архитектура, аппаратная и программная инфраструктура систем автоматизации с распределенным управлением на основе периферийных “интеллектуальных” контроллеров и сетевой среды MIL-STD-1553B. На основе этих разработок построены системы автоматизированного управления, сбора и обработки экспериментальных данных установок ГОЛ-3 и Амбал-М, функционирующие в режиме реального времени.

· Сформулированы принципы построения, разработаны архитектура, аппаратная и программная инфраструктура:

- многоканальных синхронных систем регистрации экспериментальных данных и измерительных кластеров с распределенной архитектурой;

- систем сбора данных на основе гальванически изолированных и встраиваемых регистраторов;

- измерительных комплексов со встроенными элементами потоковой математической обработки экспериментальных данных.

· На установках ГОЛ-3М, Амбал-М и ГДЛ на основе машин класса х86, каналов связи Ethernet-10/100, многоканальных систем регистрации и сбора данных последнего поколения, измерительных кластеров, специализированных контроллеров и контроллеров общего назначения, созданы полномасштабные информационно-измерительные и управляющие комплексы, обеспечивающие проведение исследований по всей физической программе.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

А.Д. Хильченко. Аппаратные средства систем автоматизации экспериментальных исследований по взаимодействию РЭП с плазмой. / Кандидатская диссертация. Новосибирск, 1986 г.

В.М. Аульченко, А.М. Батраков, В.Р. Козак, Э.П. Кругляков, В.И. Нифонтов, Ю.А. Цидулко, А.А. Шейнгезихт, В.Я. Сазанский, А.Д. Хильченко. Система автоматизации эксперимента на термоядерной установке ГОЛ-1. / В сб. Автоматизация научных исследований на основе применения ЭВМ. Тезисы докладов Всесоюзной конференции. Новосибирск, 1979, с.37.

А.М. Батраков, В.И. Нифонтов, А.Д. Хильченко, Ю.А. Цидулко. Автоматизированная система регистрации, хранения и обработки данных на установке ГОЛ-1. / В сб. Современные методы магнитного удержания, нагрева и диагностики плазмы. Труды 3-й Всесоюзной школы-конференции. - Харьков, 1982, т.2, с. 78.

С.Г. Воропаев, В.В. Конюхов, К.И. Меклер, А.Д. Хильченко, Ю.А. Цидулко. Автоматизация регистрации и обработки данных на установке У-1, генераторе мощного релятивистского электронного пучка для нагрева плазмы. / В сб. Обработка физической информации. - Ереван, 1985, с.52.

А.Д. Хильченко. Регистратор однократных импульсных сигналов с микросекундным циклом преобразования. / - ПТЭ, 1986, N3, с.108-111.

В.В. Капранов, Л.Ю. Равер, Ю.Н. Палбенников, О.П. Макаров, Н.К. Александров, А.Д. Хильченко. Аналого-цифровой преобразователь с оперативным запоминающим устройством Ф4226 в стандарте КАМАК. / - ПТЭ, №4, 1986. с. 213.

А.Д. Хильченко. Широкополосный регистратор формы однократных импульсных сигналов. / - ПТЭ, 1987, №3, стр.124.

И.С. Бурмасов, С.О. Измалков, Э.П. Кругляков, Е.П. Семенов, А.Д. Хильченко. Многоканальный ИК интерферометр с управлением начальной фазой. / Диагностика плазмы, М., Энергоатомиздат, 1989, вып.6, с. 77-80.

В.В. Конюхов, Э.П. Кругляков, А.Д. Хильченко, Ю.А. Цидулко. Система автоматизации экспериментов по взаимодействию РЭП с плазмой на установке ГОЛ-М. / Диагностика плазмы, М., Энергоатомиздат, 1989, вып.6, с. 259-262.

А.Н. Квашнин, В.В. Конюхов, А.Д. Хильченко. Контроллер последовательного мультиплексного канала связи. / Новосибирск, 1991. -20c. - Препринт ИЯФ СО РАН, 91-37.

А.Н. Квашнин, В.В. Конюхов, А.Д. Хильченко. Интерфейсные платы абонентов последовательного мультиплексного канала связи. / Новосибирск, 1991. -19c. - Препринт ИЯФ СО РАН, 91-38.

А.Н. Квашнин, В.В. Конюхов, А.Д. Хильченко. Интеллектуальный контроллер крейта КАМАК “Миленок” / Новосибирск, 1991. -23c. - Препринт ИЯФ СО РАН, 91-39.

А.Н. Квашнин, В.В. Конюхов, А.Д. Хильченко. Распределенная система управления и обработки информации на базе последовательной линии связи в стандарте MIL-STD-1553B. / 6-е Совещание по диагностике высокотемпературной плазмы, СПб, с.176, 1993.

В.С. Белкин, В.М. Карлинер, А.Д. Хильченко. Структура, аппаратные и программные средства системы автоматизации установки АМБАЛ-М. / Новосибирск, 1999. - 19 c. - Препринт ИЯФ СО РАН, 99-4.

Д.В. Моисеев, А.Н. Квашнин, А.Д. Хильченко. Регистраторы однократных импульсных сигналов ADC824./ - ПТЭ, 1999, N3, с.81-85.

П.В. Зубарев, А.Н. Квашнин, А.Д. Хильченко. Многоканальная система гальванически изолированных регистраторов формы однократных импульсных сигналов. /- ПТЭ, 2001, N4, c.75-82.

П.В. Зубарев, А.Д. Хильченко. Прецизионный фазовый детектор для гетеродинной интерферометрической методики измерения плотности плазмы. / - ПТЭ, 2003, N2, с.1-7.

В.Ф. Гурко, А.Н. Квашнин, А.Д. Хильченко. Быстродействующая синхронная 32-х канальная система сбора данных. /- ПТЭ, 2003, N5, с.32-37.

В.Ф. Гурко, А.Н. Квашнин, А.Д. Хильченко. Синхронная 128-ми канальная система сбора данных для диагностического комплекса плазменных экспериментальных установок. / - ПТЭ, 2003, N5, с.38-44.

В.Ф. Гурко, П.В. Зубарев, А.Д. Хильченко. 64-канальная система сбора данных для гетеродинной интерферометрической диагностики плотности плазмы. / - ПТЭ, 2003, N5, с.45-50.

A.V. Anikeev, P.V. Zubarev, A.D. Khilchenko. The Automation System of the Gas Dynamic Device. / - Fusion Sci. and Techn. Trans. V47 N1T, 2004. p.159-161.

А.В. Аникеев, П.В. Зубарев, А.Д. Хильченко. Программное обеспечение системы управления и сбора данных установки газодинамическая ловушка (ГДЛ ИЯФ СО РАН). / - Материалы 6-й всероссийской конференции «Диагностика высокотемпературной плазмы”. - Троицк,13-18 июня 2005г. с.172-174.

А.Л. Соломахин, П.А. Багрянский, А.Д. Хильченко. Дисперсионный интерферометр на основе СО2 лазера. / - ПТЭ, 2005, N5, с.96-106.

P.A. Bagryansky, A.D. Khilchenko, A.N. Kvashnin. Dispersion interferometer based on a laser for TEXTOR and burning plasma experiments. /- Rev. Sci. Instruments, 2006, v. 77, N5, p. 053501-1-7.

L.N. Vyacheslavov, A.D. Khilchenko, P.V. Zubarev. Application of precise phase detector for density profile and Fluctuation measurements using Imaging heterodyne interferometer on LND. /- Rev. Sci. Instruments, 2006, v. 77, N10(Part 2), p. 10E909-1-3.

В.В. Поступаев, А.В. Аржанников, А.Д. Хильченко. Диагностический комплекс многопробочной ловушки ГОЛ-3. / - Материалы XII Всероссийской конференции «Диагностика высокотемпературной плазмы», г. Троицк, Моск. Обл., 2007, с. 168.

A. Lisunov, P. Bagryancky, A. Khilchenko. Development of a multichannel dispersion interferometer at Textor / - Rev. Sci. Instruments, Vol 79, 2008, pp 10E798 - 10E708-3.

Mitry M, Nicolai D., Neubauer O., Lambertz H.T., Schmidt I., Khilchenko A., Schweer B., Maier U., Samm U. Optimized plasma stabilization at TEXTOR with an advanced real-time digital control scheme. // - Fusion engineering and Design, V84, issue 7-11, June 2009, p.1329 - 1332.

А.Д. Хильченко, П.В. Зубарев, А.Н. Квашнин. Многоканальные синхронные системы регистрации экспериментальных данных и измерительные кластеры. / - Материалы 13-й всероссийской конференции «Диагностика высокотемпературной плазмы”. - Троицк, 8-13 июня 2009г. с.30-32.

А.А. Иванова, А.Д. Хильченко. Система регистрации энергетического спектра гамма-квантов ядерной реакции / - Материалы 13-й всероссийской конференции «Диагностика высокотемпературной плазмы”. - Троицк, 8-13 июня 2009г. с.85-87.

А.Д. Хильченко, П.В. Зубарев, А.Н. Квашнин. Электронный комплекс масс и энерго анализатора нейтральных атомов Аккорд-24.2. / - Материалы 13-й всероссийской конференции «Диагностика высокотемпературной плазмы”. - Троицк, 8-13 июня 2009г. с.88-89.

А.Д. Хильченко, А.Н. Квашнин, С.В. Иваненко. Измерительный комплекс дисперсионного интерферометра на основе лазера. / - ПТЭ, 2009, N3, с78-90.

Размещено на Allbest.ru