Е. С. РОГОВА
Научный руководитель – И. Б. СЕМЕНОВ, к. ф.-м. н.
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
РЕАЛИЗАЦИЯ БЫСТРОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КАНАЛА ДЛЯ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ МЕЖДУНАРОДНОГО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ТЕРМОЯДЕРНОГО РЕАКТОРА (ИТЭР)
В данной работе рассмотрена концепция системы сбора данных быстрых процессов на базе экспериментального стенда, являющегося прототипом системы управления ITER CODAC (ITER – International Thermonuclear Experimental Reactor).
Установка ITER — это физическая установка с большим количеством технологических подсистем (более 160), содержащих приводы, датчики и другие приборы. Для управления этими подсистемами необходима автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП). Система CODAC, представляющая собой АСУ ТП установки ITER, построена по трехуровневой модели: на верхнем уровне находится супервизор, координирующий общую работу системы; на среднем уровне — САУ (Система Автоматического Управления); на нижнем уровне — управление с помощью программируемых логических контроллеров (ПЛК), а также магистрально-модульные системы. Стенд мини-CODAC предназначен для отработки технических решений CODAC [1,2] (рис.1).
Быстрые процессы в концепции CODAC – это процессы, частота которых выше 100 МГц. Обработка быстрых процессов осуществляется на «быстрых контроллерах» (см. Fast Controller на рис.1). Проблема передачи и online-обработки высокоскоростных потоков данных весьма актуальна. Связано это с физическими ограничениями пропускной способности каналов передачи данных. Пропускная способность канала Ethernet, в настоящее время составляет порядка 100 Мбит/с, шины PCI Express - 4 ГБайт/с, что не достаточно для высокоскоростных многоканальных систем. На установке ITER обеспечивается передача данных по каналу Ethernet с пропускной способностью 10 Гбит/с, но и этого бывает недостаточно для обработки высокоскоростных потоков данных в многоканальных системах (например, рефлектометрическая диагностика требует Online-передачу информации со скоростью порядка 0.5 Терабит/сек).
Рис. 1. АСУ ТП установки ITER
В связи с этим необходимо применять алгоритмы обработки данных на ПЛИС непосредственно в точке ввода информации в систему, с тем, чтобы уменьшить выходной поток данных. В данной концепции построения быстрого измерительного канала для диагностических систем международного экспериментального термоядерного реактора обработка первичной экспериментальной информации проводилась на ПЛИС (FPGA (field-programmable gate array) Cyclone III EP3C16F484C6) в приборе ADC-12500, находящемся в составе стенда мини-CODAC. Алгоритм обработки результатов физического эксперимента, реализованный в САПР Quartus II, включает в себя предварительную и конечную фильтрацию данных, арифметические и тригонометрические операции с данными, дающие на выходе алгоритма сдвиг фаз (угол).
Реализация конкретного алгоритма в ПЛИС позволила сократить выходной поток данных в два раза. Открываются широкие возможности обработки высокоскоростных потоков данных в быстром измерительном канале, достигается сокращение выходного потока посредством обработки данных на ПЛИС в составе прибора ADC-12500 стенда мини-CODAC в международном проекте ITER.
Список литературы
1. CODAC Conceptual Design / ITER CODAC Documentation – 2011 - IDM 27LH2V
2. Plant Control Design Handbook (Interfaces and specifications for plant system Instrumentation and Control) [Text] / ITER CODAC section – 2011- Version 6.1 – ITER_D_27LH2V v5.2
