1、托卡馬克是一種復(fù)雜的大型實(shí)驗(yàn)裝置，由許多不同功能的子系統(tǒng)構(gòu)成。這些子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建造涉及眾多研究機(jī)構(gòu)、高校、供應(yīng)商，采用的結(jié)構(gòu)、軟件、硬件也各不相同。各個(gè)子系統(tǒng)需要由集成控制系統(tǒng)整合為一體，才能完成托卡馬克裝置的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，并保障設(shè)備和人員的安全。先進(jìn)的集成控制系統(tǒng)對(duì)于提高子系統(tǒng)集成、維護(hù)和升級(jí)的效率有著重要意義。
　　集成控制系統(tǒng)是一個(gè)綜合性很高的系統(tǒng)性工程，其體系結(jié)構(gòu)龐大而復(fù)雜，其本身及采用的技術(shù)又處于不斷發(fā)展之中，有許多工作尚

2、待深入研究。本文在國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆（International Thermonuclear Experimental Reactor，簡(jiǎn)稱ITER）等裝置的研究基礎(chǔ)上，著眼目前和和未來(lái)托卡馬克的發(fā)展需求，利用各種新技術(shù)對(duì)集成控制系統(tǒng)展開(kāi)了研究，并在 J-TEXT托卡馬克上進(jìn)行了應(yīng)用，設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了新的J-TEXT集成控制系統(tǒng)，即J-TEXT CODAC（Control，Data Access and Communication，控制

3、、數(shù)據(jù)訪問(wèn)和通訊）系統(tǒng)。
　　首先，分析了J-TEXT原有集成控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能與局限性，參考ITER的設(shè)計(jì)方案，總體設(shè)計(jì)了J-TEXT CODAC系統(tǒng)。J-TEXT CODAC系統(tǒng)使用了在實(shí)驗(yàn)物理及工業(yè)控制系統(tǒng)（Experimental Physics and Industrial Control System，簡(jiǎn)稱EPICS）基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的J-TEXT EPICS作為通訊中間層，并根據(jù)去中心化、自組織的設(shè)計(jì)思想，取消了傳統(tǒng)意義

4、上的中央控制系統(tǒng)，各個(gè)子系統(tǒng)采用觀察者模式協(xié)同工作，自組織的完成整個(gè)裝置的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。另外還制定了子系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型以及相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并依此設(shè)計(jì)了關(guān)鍵子系統(tǒng)，改造了原有子系統(tǒng)。
　　其次，集成控制系統(tǒng)需要提供各種人機(jī)界面，用于遠(yuǎn)程監(jiān)控各個(gè)子系統(tǒng)。本文基于模型-視圖-控制器（Model-View-Controller，簡(jiǎn)稱MVC）模式設(shè)計(jì)了J-TEXT人機(jī)界面開(kāi)發(fā)框架。該框架嚴(yán)格解耦了數(shù)據(jù)在應(yīng)用程序內(nèi)部的表現(xiàn)形式和呈現(xiàn)給用戶的表現(xiàn)形式，由

5、模型、視圖和控制器分別負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)源操作、人機(jī)交互和事務(wù)邏輯。并集成了一些工業(yè)控制控件庫(kù)，提供了J-TEXT CODAC系統(tǒng)顏色標(biāo)準(zhǔn)和狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)翻譯器以及監(jiān)控子系統(tǒng)、訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的常用模型。
　　第三，分析了各種控制器技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)，提出了將可編程自動(dòng)化控制器（Programmable Automation Controller，簡(jiǎn)稱PAC）應(yīng)用至托卡馬克，設(shè)計(jì)了一種支持EPICS的PAC作為J-TEXT CODAC系統(tǒng)的慢控制器和

6、子系統(tǒng)主機(jī)。該P(yáng)AC硬件上由控制器主機(jī)和可擴(kuò)展的輸入輸出模塊組成，選用了商用現(xiàn)貨產(chǎn)品（Commercial-off-the-shelf，簡(jiǎn)稱 COTS）；軟件上采用了類似可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，簡(jiǎn)稱PLC）的掃描式架構(gòu)，將EPICS通訊、輸入輸出操作和非標(biāo)準(zhǔn)控制器通訊等功能封裝成了相應(yīng)的模塊，并提供了控制器狀態(tài)監(jiān)視插件、自動(dòng)保存插件、狀態(tài)機(jī)插件等內(nèi)置插件，還可以通過(guò)用戶腳本和用戶插件

7、擴(kuò)展其功能。
　　第四，ITER提出的自描述數(shù)據(jù)（self-description data，簡(jiǎn)稱SDD）可以有效的提高托卡馬克靜態(tài)信息創(chuàng)建、管理與共享的效率，但很難應(yīng)用于其他托卡馬克。本文在ITER自描述數(shù)據(jù)的研究基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了可以應(yīng)用于不同托卡馬克的自描述數(shù)據(jù)軟件框架ECCO-SDD。ECCO-SDD將自描述數(shù)據(jù)的概念從子系統(tǒng)擴(kuò)展至構(gòu)成子系統(tǒng)的各種組件，并將組件之間的連接信息也保存為自描述數(shù)據(jù)。不同托卡馬克可以使用這些模型組合

8、出各自的子系統(tǒng)，并能夠從已有模型擴(kuò)展出新的自描述數(shù)據(jù)模型。為了儲(chǔ)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不斷演變的自描述數(shù)據(jù)模型，采用了支持動(dòng)態(tài)模式的非關(guān)系型（Not Only SQL，簡(jiǎn)稱NoSQL）數(shù)據(jù)庫(kù)MongoDB作為數(shù)據(jù)層。另外還設(shè)計(jì)了負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)持久化和管理自描述數(shù)據(jù)模型的服務(wù)層，以及用于錄入、維護(hù)和共享自描述數(shù)據(jù)，輔助子系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的應(yīng)用層。
　　本文設(shè)計(jì)的J-TEXT CODAC系統(tǒng)目前已經(jīng)部署在J-TEXT裝置上，經(jīng)多輪實(shí)驗(yàn)測(cè)試，取得了良好的控制