一种中性束注入器分布式定时同步方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种中性束注入器分布式定时同步方法和系统，包括时序和幅值同步输出控制方法和各子系统上位PC机系统时间同步方法。中性束注入器的安全、可靠、同步、实时运行需要各子系统拥有相同的触发脉冲和时钟基准，同时一炮实验结束后实验数据的有效对比分析与处理则要求各子系统提供的实验数据拥有相同的时间戳。本发明专利技术将硬件定时与网络时钟分发完美结合，实现对各子系统同步输出控制，满足了中性束注入系统实验同步运行与数据可靠标识的要求，为中性束注入系统可靠运行、集成扩展及数据对比分析处理提供有力保障。

A distributed timing synchronization method and system for NBI

【技术实现步骤摘要】
一种中性束注入器分布式定时同步方法和系统
本专利技术涉及中性束注入器实验技术，具体涉及到聚变领域辅助加热中性束注入器系统实验运行控制技术、分布式定时同步技术。
技术介绍
为满足人类社会发展对洁净无污染能源的需求，科学家们发现核聚变这一新兴能源。受控核聚变的实现需满足等离子体密度、等离子体温度、能力约束时间这三个基本条件。在托卡马克中，仅仅依靠欧姆加热无法满足温度要求，因此必须采用波加热、中性束注入加热等辅助加热手段。中性束注入加热是通过将高能中性束注入到聚变装置，并与本底等离子体互相碰撞交换能量，到达加热等离子体的目的，其主要由离子源、中性化室、主真空室、偏转磁体、离子吞噬器、功率测量靶、低温冷凝屏、电源系统、水系统、低温真空系统和控制系统组成。中性束注入控制系统实现对整个中性束注入系统实验运行过程的协调管理，控制各子系统的同步供给及其幅值和时序的实时调节、实现数据采集与数据共享、并对各子系统状态进行实时监控、故障报警和连锁保护。一种中性束注入器分布式定时同步方法对于中性束注入实验的安全、同步、可靠运行至关重要。目前，大型装置控制系统实现分布式定时同步的方法有多种，例如应用网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准实现对各子系统的同步输出控制，保障各子系统拥有相同的时间戳，但其具体实现需要高性能网络的支持，运行成本较高，且不能实时响应系统故障信号，对于突发的异步事件处理能力较差。
技术实现思路
本专利技术专利的目的是提供一种中性束注入器分布式定时同步方法和系统，实现对中性束注入实验过程中各子系统的同步输出控制、为各子系统提供统一的时钟基准，保障各子系统的实验数据拥有相同的时间戳。本专利技术的技术方案如下：一种中性束注入器分布式定时同步方法，包括如下步骤：步骤1、进行服务器参数配置：(1.1)、服务器设置脉冲时间、各子系统运行参数；(1.2)、服务器发送脉冲时间、各子系统运行参数到定时系统；步骤2、时序和幅值同步输出控制：(2.1)、定时系统从服务器接收脉冲时间、各子系统运行配置参数；(2.2)、定时系统的时序和幅值同步输出模块通过多功能可重置板卡，向各子系统发送时序信号和幅值信号；(2.3)定时系统的网络通信模块在接收到控制台发送的网络START命令后，时序和幅值同步输出模块驱动运行于FPGA上的主循环开始运行，主循环的循环周期为10微秒，每循环一次循环周期数加1，当循环周期数大于等于t1/10小于t2/10时该路数字信号输出通道输出高电平信号“1”，其他时刻该路数字信号输出低电平信号“0”；所述时序信号为方波信号，其中t1为的方波信号的起始点，t2为时序方波信号的结束点；(2.4)当循环周期数等于所有数字输出通道设置值t2的最大值除以10时，或者在实验运行过程中出现系统故障时主循环结束，循环周期归零，定时系统的时序和幅值同步输出模块停止向各子系统发送时序信号和幅值信号；步骤3、各子系统上位PC机系统时间同步：(3.1)服务器以自身系统时间为基准，周期性的向客户端发送系统时间；(3.2)客户端在接收到服务器端发送的系统时间后，以此系统时间更新自身计算机系统时间，并发送接收确认信息到服务器端；(3.3)客户端通过更新命令，主动向服务器端索取服务器端系统时间来更新自身系统时间。进一步的，定时系统从服务器获取的配置参数中的所有时序配置信息均由两个时间点组成，格式为(t1，t2)，其中t1为方波信号的起始点，t2为方波信号的结束点，单位为微秒。进一步的，定时系统的时序和幅值同步输出模块通过多功能可重置FPGA板卡，向各子系统发送时序信号，定时系统的网络通信模块在接收到控制台发送的网络START命令后驱动运行于FPGA板卡上的主循环开始运行，该主循环主要用于控制时序和幅值信号的实际输出。进一步的，时序和幅值同步输出模块输出的多路方波信号，根据各通道时间设置t1和t2的相对时刻控制不同子系统投入实验时刻，实现各子系统同步输出控制，使得各子系统的上位计算机提供统一的系统时间，使各上位机系统采集数据拥有相同的时间戳，方便各子系统对实验数据以时间为单位进行存储和处理。另一方面，本专利技术提出一种中性束注入器分布式定时同步系统，包括：服务器，定时系统；所述定时系统包括网络通信模块、时序和幅值同步输出模块；时序和幅值同步输出控制模块通过对中性束注入各子系统输出同步的时序和幅值信号，保障各子系统投入实验时刻的准确性和可靠性，和各子系统上位PC机系统时间同步模块；所述网络通信模块包括注册服务模块、实验控制命令接收服务模块、实验参数接收服务及状态反馈值发送服务模块。进一步的，其中注册服务命令通过硬件定时向服务器发送网络注册命令和网络注销命令，实现硬件定时系统向服务器的注册与注销功能；实验控制命令接收服务模块用于硬件定时系统通过网络传输从服务器接收RESET命令、GETREADY命令和START命令；实验参数接收服模块用于硬件定时系统通过网络传输接收服务器发送的实验参数配置信息，并转换成硬件板卡所能识别的数据格式；状态反馈值发送服务模块包括状态信息发送和模拟量反馈值发送功能，硬件定时系统运行后，状态信息实时监控线程和模拟量反馈信息实时监控线程实时读取状态信息和模拟量反馈值，并在检测到故障状态时根据实验模式的不同进行不同系统的报警与安全连锁保护。进一步的，还包括该系统时间同步模块，所述该系统时间同步模块包括客户端信息存储模块、服务器端主动更新客户端系统时间模块、客户端主动更新本地系统时间模块。进一步的，客户端信息存储模块负责对客户端的IP地址、设备号、Socket、计算机系统时间信息的存储与更新；服务器端主动更新客户端系统时间模块由服务器端向客户端发出系统时间更新命令，并将客户端系统时间进行更新；客户端主动更新本地系统时间模块由客户端主动向服务器端发出更新系统时间请求，再根据服务器端发送的系统时间更新本地系统时间。进一步的，当中性束注入系统中增加一个子系统时，则只需对硬件定时系统相对应的时序和幅值输出通道进行配置，即能实现其与其他子系统的同步输出，将该客户端的IP地址、设备号、Socket信息录入到系统时间同步模块的客户端信息存储模块，即能随时主动、被动更新该客户端的系统时间，保障新增子系统实验数据与其他子系统实验数据拥有相同的时间戳。进一步的，时序和幅值同步输出控制通过硬件定时来完成，该硬件定时系统负责在总控和各个子系统间建立系统间的同步机制，向中性束注入各子系统提供统一的、精准的时钟信号和触发信号，保障整个中性束注入系统拥有统一的时序和幅值输出。硬件定时采用模块化方式实现具体功能，其网络通讯模块通过高速局域网从控制系统服务器端获取时序和幅值配置信息，经时序和幅值输出模块向各子系统输出统一的时序和幅值，同时通过状态监控模块实时读取各子系统状态，并进行相关的故障报警和连锁保护。进一步的，系统时间同步方法为各子系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中性束注入器分布式定时同步方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1、进行服务器参数配置：/n(1.1)、服务器设置脉冲时间、各子系统运行参数；/n(1.2)、服务器发送脉冲时间、各子系统运行参数到定时系统；/n步骤2、时序和幅值同步输出控制：/n(2.1)、定时系统从服务器接收脉冲时间、各子系统运行配置参数；/n(2.2)、定时系统的时序和幅值同步输出模块通过多功能可重置板卡，向各子系统发送时序信号和幅值信号；/n(2.3)定时系统的网络通信模块在接收到控制台发送的网络START命令后，时序和幅值同步输出模块驱动运行于FPGA上的主循环开始运行，主循环的循环周期为10微秒，每循环一次循环周期数加1，当循环周期数大于等于t1/10小于t2/10时该路数字信号输出通道输出高电平信号“1”，其他时刻该路数字信号输出低电平信号“0”；所述时序信号为方波信号，其中t1为的方波信号的起始点，t2为时序方波信号的结束点；/n(2.4)当循环周期数等于所有数字输出通道设置值t2的最大值除以10时，或者在实验运行过程中出现系统故障时主循环结束，循环周期归零，定时系统的时序和幅值同步输出模块停止向各子系统发送时序信号和幅值信号；/n步骤3、各子系统上位PC机系统时间同步：/n(3.1)服务器以自身系统时间为基准，周期性的向客户端发送系统时间；/n(3.2)客户端在接收到服务器端发送的系统时间后，以此系统时间更新自身计算机系统时间，并发送接收确认信息到服务器端；/n(3.3)客户端通过更新命令，主动向服务器端索取服务器端系统时间来更新自身系统时间。/n...

【技术特征摘要】
1.一种中性束注入器分布式定时同步方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、进行服务器参数配置：
(1.1)、服务器设置脉冲时间、各子系统运行参数；
(1.2)、服务器发送脉冲时间、各子系统运行参数到定时系统；
步骤2、时序和幅值同步输出控制：
(2.1)、定时系统从服务器接收脉冲时间、各子系统运行配置参数；
(2.2)、定时系统的时序和幅值同步输出模块通过多功能可重置板卡，向各子系统发送时序信号和幅值信号；
(2.3)定时系统的网络通信模块在接收到控制台发送的网络START命令后，时序和幅值同步输出模块驱动运行于FPGA上的主循环开始运行，主循环的循环周期为10微秒，每循环一次循环周期数加1，当循环周期数大于等于t1/10小于t2/10时该路数字信号输出通道输出高电平信号“1”，其他时刻该路数字信号输出低电平信号“0”；所述时序信号为方波信号，其中t1为的方波信号的起始点，t2为时序方波信号的结束点；
(2.4)当循环周期数等于所有数字输出通道设置值t2的最大值除以10时，或者在实验运行过程中出现系统故障时主循环结束，循环周期归零，定时系统的时序和幅值同步输出模块停止向各子系统发送时序信号和幅值信号；
步骤3、各子系统上位PC机系统时间同步：
(3.1)服务器以自身系统时间为基准，周期性的向客户端发送系统时间；
(3.2)客户端在接收到服务器端发送的系统时间后，以此系统时间更新自身计算机系统时间，并发送接收确认信息到服务器端；
(3.3)客户端通过更新命令，主动向服务器端索取服务器端系统时间来更新自身系统时间。


2.根据权利要求1所述的一种中性束注入器分布式定时同步方法，其特征在于：
定时系统从服务器获取的配置参数中的所有时序配置信息均由两个时间点组成，格式为(t1，t2)，其中t1为方波信号的起始点，t2为方波信号的结束点，单位为微秒。


3.根据权利要求1所述的一种中性束注入器分布式定时同步方法，其特征在于：
定时系统的时序和幅值同步输出模块通过多功能可重置FPGA板卡，向各子系统发送时序信号，定时系统的网络通信模块在接收到控制台发送的网络START命令后驱动运行于FPGA板卡上的主循环开始运行，该主循环主要用于控制时序和幅值信号的实际输出。


4.根据权利要求1所述的一种中性束注入器分布式定时同步方法，其特征在于：
时序和幅值同步输出模块输出的多路方波信号，根据各通道时间设置t1和t2的相对时刻控制不同子系统投入实验时刻，实现各子系统同步输出控制，使得各子系统的上位计算机提供统一的系统时间，使各上位机系统采集数据拥有相...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵远哲，崔庆龙，胡纯栋，谢亚红，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34