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一、項目背景
我國第一個具有先進偏濾器位形的非圓截麵的托卡馬克核聚變實驗研究裝置環流器二號A（HL-2A）1999年4月開始建設，2002年12月建成，中國從此進入了世界少數幾個中型托卡馬克裝置之列。HL-2A 的大半徑1.65米、小半徑0.4米、環向磁場2.8T、環向等離子體電流480kA，主zhu要yao目mu標biao是shi開kai展zhan高gao參can數shu等deng離li子zi體ti條tiao件jian下xia的de改gai善shan約yue束shu實shi驗yan，並bing利li用yong其qi獨du特te的de大da體ti積ji封feng閉bi偏pian濾lv器qi結jie構gou，開kai展zhan核he聚ju變bian領ling域yu許xu多duo前qian沿yan物wu理li課ke題ti以yi及ji相xiang關guan工gong程cheng技ji術shu的de研yan究jiu，為wei我wo國guo下xia一yi步bu聚ju變bian堆dui研yan究jiu與yu發fa展zhan提ti供gong技ji術shu基ji礎chu。
在磁約束受控核聚變試驗裝置中，中性束注入（NBI）加熱是提高等離子體溫度、等(deng)離(li)子(zi)體(ti)電(dian)流(liu)驅(qu)動(dong)及(ji)改(gai)變(bian)等(deng)離(li)子(zi)體(ti)約(yue)束(shu)性(xing)能(neng)控(kong)製(zhi)的(de)最(zui)有(you)效(xiao)方(fang)法(fa)之(zhi)一(yi)。北(bei)京(jing)微(wei)硬(ying)創(chuang)新(xin)科(ke)技(ji)有(you)限(xian)公(gong)司(si)研(yan)發(fa)的(de)可(ke)編(bian)程(cheng)時(shi)序(xu)控(kong)製(zhi)器(qi)正(zheng)是(shi)為(wei)了(le)有(you)效(xiao)的(de)控(kong)製(zhi)NBI設備的啟動、時序、停止等工作。
二、主要功能
1.控製器實現分別以1ms為計時單位和以1us為計時單位的編程（下麵簡稱ms時序部分和us時序部分），對應的計時時長分別為5000ms和3ms；
2.控製器使用標準的3U－19寸機箱；
3.控製器外接220V/3A交流電源；
4.控製器具備就地操作和遠程操作功能，就地和遠程操作模式通過設置機箱麵板上的功能切換按鈕設置；
5.控製器的就地操作使用觸摸屏實現，通過該觸摸屏可以實現對控製器所有輸出通道的輸出脈衝進行編程；
6.控製器的遠程操作可使用modbus-rtu通訊和profibus-dp通訊，用戶在實際應用中，可自行選擇配置；
7.ms時序部分可輸出8路脈衝信號，每一路都可根據用戶需要進行編程，包括輸出脈衝寬度和延時值；
8.ms時序部分輸出的8路脈衝信號對應設置有8路封鎖輸入信號，封鎖信號與控製器輸出的信號進行”邏輯與”，產生真正的時序脈衝輸出；
9.ms時序部分設置輸出總封鎖信號一路輸入，所有輸出與該總封鎖信號進行“邏輯與”後產生輸出；
10.ms時序部分可實現就地觸發和遠程觸發，觸發方式可由用戶根據控製麵板設置的觸發方式按鈕進行選擇；
11.us時序部分可輸出4路獨立脈衝信號，每一路都可根據用戶需要進行編程，包括輸出脈衝寬度和延時值，且各路的初始輸出狀態可以編程設置，所有us控製的4路輸出的延時值都以一個統一輸入的觸發信號為基準開始，以1us為計時單位計時；
12.控製器的所有輸出信號包括ms部分和us部分需要通過一個DB25接頭將各路輸出信號以TTL兼容的形式輸出，但這些輸出信號必須是獨立器件輸出，不得複用，以免對正常輸出通道造成幹擾；
13.所有的輸入輸出為電信號，觸發信號為邊沿有效，封鎖信號為狀態電平信號，有效狀態用戶可以根據實際需要進行設置；
14.所有的輸出為光信號，發光有效或無光有效，可以根據用戶實際需要進行設置。
三、設計描述
1.硬件設計
控製器內部由2塊電路板組成：控製板和接口板。控製板上包含ARM單片機和FPGA，是核心控製板，根據機箱內空間布局，這塊電路板可分拆為2塊電路板，實現功能不變。接口板安裝在機箱背部，用來轉換所有的輸入輸出信號。如下圖：
1.1.ms控製器接口描述
輸入信號：遠程觸發信號，封鎖所以輸出的總封鎖信號、對應於8路脈衝輸出的8路封鎖信號，全部為Q9接頭；
輸出信號：有8路時序脈衝輸出，全部為Q9接頭。
1.2.us控製器接口描述
輸入信號：有運行區域信號、觸發啟動信號、打火信號、故障信號，全部為Q9接頭；
輸出信號：有4路脈衝輸出信號、結束信號，全部為光纖FC接頭，型號為HFBR-1424。
2.軟件設計
2.1.控製板設計框圖
ARM單片機負責的工作有：與觸摸屏通訊、與外部總線通訊、參數讀寫等；
FPGA負責的工作有：接口信號采集、接口信號輸出、時序控製等；
2.2.ms控製器運行時序圖
2.3.us控製器運行時序圖
北京微硬創新科技有限公司是專業從事PROFIBUS、PROFINET工業通訊技術的研發單位，針對特殊的控製要求和工藝要求，我們提供專用的可編程控製器的定製與研發。公司詳細信息參考www.profibus-dp.com
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