一、项目背景

　　我国第一个具有先进偏滤器位形的非圆截面的托卡马克核聚变实验研究装置环流器二号A（HL-2A）1999年4月开始建设，2002年12月建成，中国从此进入了世界少数几个中型托卡马克装置之列。HL-2A 的大半径1.65米、小半径0.4米、环向磁场2.8T、环向等离子体电流480kA，主要目标是开展高参数等离子体条件下的改善约束实验，并利用其独特的大体积封闭偏滤器结构，开展核聚变领域许多前沿物理课题以及相关工程技术的研究，为我国下一步聚变堆研究与发展提供技术基础。

　　在磁约束受控核聚变试验装置中，中性束注入（NBI）加热是提高等离子体温度、等离子体电流驱动及改变等离子体约束性能控制的最有效方法之一。北京微硬创新科技有限公司研发的可编程时序控制器正是为了有效的控制NBI设备的启动、时序、停止等工作。

　　二、主要功能

　　1.控制器实现分别以1ms为计时单位和以1us为计时单位的编程（下面简称ms时序部分和us时序部分），对应的计时时长分别为5000ms和3ms；

　　2.控制器使用标准的3U－19寸机箱；

　　3.控制器外接220V/3A交流电源；

　　4.控制器具备就地操作和远程操作功能，就地和远程操作模式通过设置机箱面板上的功能切换按钮设置；

　　5.控制器的就地操作使用触摸屏实现，通过该触摸屏可以实现对控制器所有输出通道的输出脉冲进行编程；

　　6.控制器的远程操作可使用modbus-rtu通讯和profibus-dp通讯，用户在实际应用中，可自行选择配置；

　　7.ms时序部分可输出8路脉冲信号，每一路都可根据用户需要进行编程，包括输出脉冲宽度和延时值；

　　8.ms时序部分输出的8路脉冲信号对应设置有8路封锁输入信号，封锁信号与控制器输出的信号进行”逻辑与”，产生真正的时序脉冲输出；

　　9.ms时序部分设置输出总封锁信号一路输入，所有输出与该总封锁信号进行“逻辑与”后产生输出；

　　10.ms时序部分可实现就地触发和远程触发，触发方式可由用户根据控制面板设置的触发方式按钮进行选择；

　　11.us时序部分可输出4路独立脉冲信号，每一路都可根据用户需要进行编程，包括输出脉冲宽度和延时值，且各路的初始输出状态可以编程设置，所有us控制的4路输出的延时值都以一个统一输入的触发信号为基准开始，以1us为计时单位计时；

　　12.控制器的所有输出信号包括ms部分和us部分需要通过一个DB25接头将各路输出信号以TTL兼容的形式输出，但这些输出信号必须是独立器件输出，不得复用，以免对正常输出通道造成干扰；

　　13.所有的输入输出为电信号，触发信号为边沿有效，封锁信号为状态电平信号，有效状态用户可以根据实际需要进行设置；

　　14.所有的输出为光信号，发光有效或无光有效，可以根据用户实际需要进行设置。

　　三、设计描述

　　1.硬件设计

　　控制器内部由2块电路板组成：控制板和接口板。控制板上包含ARM单片机和FPGA，是核心控制板，根据机箱内空间布局，这块电路板可分拆为2块电路板，实现功能不变。接口板安装在机箱背部，用来转换所有的输入输出信号。如下图：

　　1.1.ms控制器接口描述

　　输入信号：远程触发信号，封锁所以输出的总封锁信号、对应于8路脉冲输出的8路封锁信号，全部为Q9接头；

　　输出信号：有8路时序脉冲输出，全部为Q9接头。

　　1.2.us控制器接口描述

　　输入信号：有运行区域信号、触发启动信号、打火信号、故障信号，全部为Q9接头；

　　输出信号：有4路脉冲输出信号、结束信号，全部为光纤FC接头，型号为HFBR-1424。

　　2.软件设计

　　2.1.控制板设计框图

　　ARM单片机负责的工作有：与触摸屏通讯、与外部总线通讯、参数读写等；

　　FPGA负责的工作有：接口信号采集、接口信号输出、时序控制等；

　　2.2.ms控制器运行时序图

　　2.3.us控制器运行时序图

　　北京微硬创新科技有限公司是专业从事PROFIBUS、PROFINET工业通讯技术的研发单位，针对特殊的控制要求和工艺要求，我们提供专用的可编程控制器的定制与研发。公司详细信息参考www.profibus-dp.com