مقدمه

با پیشرفت توکامکها در ابعاد، اندازه و نحوه شکلگیری پلاسما، پیچیدگیهای فنی در آنها نیز افزایش یافته است. اولین نقشی که برای اتاق کنترل به عنوان مغز ماشین توکامک تعریف میشود، اکتساب داده از ابزارهای تشخیصی برای تعیین پارامترها و مشخصههای پلاسماست، که اطلاعات برخط۲ برای کنترل پلاسما و اطلاعات خارج از خط۳، برای پژوهش و تحقیق درباره پلاسما را فراهم میکنند. بخشی از دادهها به صورت زمان واقعی۴، پردازش و بر اساس آنها فرامین لازم جهت کنترل پلاسما صادر میشود. بخش دیگری از دادهها به منظور بررسی پارامترهای پلاسما و توکامک به صورت خارج از خط ذخیره و تشکیل پایگاه داده میدهند. تعداد کانالها، نرخ نمونه برداری۵، وضوح دادهها۶، سرعت انتقال دادهها، حجم دادهها و ذخیره آنها از جمله مهمترین فاکتورها در طراحی و ساخت سیستم دادهگیری و همچنین استفاده از حداکثر پتانسیل ابزارهای شناسایی در تشخیص مشخصههای پلاسما میباشند. تمام توکامکهای دنیا حداقل شامل یک سیستم دادهگیری میباشند. با توجه به سرعت پیشرفت تجهیزات الکترونیکی، سیستمهای دادهگیری جدید با قابلیت بالا و ظرفیت انتقال اطلاعات برخط با استفاده از تکنولوژیهای۷FPGA ، ۸ARM و بر پایه سیستم-عامل لینوکس و واسط برنامه زمانواقعی (۹RTAI) در طول سالها ارتقاء یافتهاند. به عنوان نمونه سیستم داده-

۱ Model Driven System plus 2 Online 3 Offline 4 Real time

۵ Sampling Rate 6 Data resolution 7 Field-Programmable Gate Array

۸ Advanced RISC Machines 9Real Time Application Interface

۱۱۹۶

گیری در توکامک EAST، بر اساس کامپیوترهای صنعتی۱۰IPCبرای عملیات تخلیه الکتریکی طراحی و پیادهسازی شده است .[۱] با تکنولوژی۱۱ cPCI در این سیستم دادهگیری، قابلیت دادهگیری به طور همزمان برای ۱۰۰۰ ثانیه با نرخ نمونهبرداری ۱۰۰Ks/s فراهم شده است .[۲] ساختار کلی سیستم شامل ۶ سری سیستم دادهگیری است که هر کدام از یک کامپیوتر cPCI، یک سرور داده و یک ذخیرهساز داده تشکیل شده-اند .[۳] به منظور دادهگیری همزمان چندگانه، یک برد دادهگیری هوشمند برای سیستم از خانواده D-TACQ انتخاب شدهاست. نرم افزار سیستم، سیستم عامل ردهت لینوکس۱۲ در کنترلر cPCI نصب شده است و برنامه دادهگیری با زبانهای C/C++ نوشته شده و با استفاده از ابزارهای کامپایلر GNU C توسعه یافته است .[۴] در حال حاضر سیستم دادهگیری در EAST، شامل۱۰ دستگاه از واحدهایDAQ 2 با سرعت پایین ۵۰) کانال، نرخ نمونهبرداری (۱۰Ks/s، ۶ مجموعه سرعت متوسط از واحدهای ۹۶) DAQ- 196کانال، نرخ نمونه-برداری (۲۵۰ Ks/s میباشد سختافزارهای این سیستمها شامل ابزارهای آمادهسازی سیگنال، ابزارهای اتصالات داخلی و ابزارهای دادهگیری بر پایه ۱۳PCI ، ۱۴VME ، ۱۵CAMAC میباشند .[۵]

.۲ توکامک دماوند

توکامک دماوند از توکامکهای مهم تحقیقاتی ایران میباشد که به منظور پژوهشهای فیزیک پلاسما طراحی و ساخته شده است .[۷] پژوهشهای این توکامک به دلیل دارا بودن سطح مقطع D شکل از اهمیت بسزایی برخوردار میباشد. ماشین توکامک در حدود ۳۰۰ کانال ورودی و خروجی با رنجهای مختلفی از ولتاژها و فرکانسها را داراست. در حال حاضر، علاوه بر سیستم دادهگیری، سخت افزار سیستم مانیتورینگ و سرور مورد نیاز آن نیز در توکامک دماوند موجود است. نرمافزار آن برای نمایش و کار بر روی سیگنالهای ذخیره شده در بانک اطلاعاتی MDSPlus میباشد. ازویژگیهای این سیستم قابلیت پیکربندی برای اتصال به انواع مختلف ارائهدهندگان داده، قابلیت انتخاب بخشی از یک سیگنال برای نمایش، قابلیت نمایش چند سیگنال مختلف در یک نمودار، قابلیت نمایش سیگنالها در پنجرههای مختلف در چند مانیتور، قابلیت ذخیره بخشی از یک سیگنال بر روی سیستم کاربر با فرمت txt یا CSV میباشد. این نرمافزار با استفاده از زبان جاوا نوشته شده و مکانیزمی که برای تعیین سطح دسترسیها در این نرمافزار در نظر گرفته شده است، مکانیزم استاندارد MDSPlus میباشد.

.۳ سیستم دادهگیری توکامک دماوند

۱۰Industrial Personal Computer 11 Comprehensive Primary Care Initiative 12Redhat Linux 13 Peripheral Component Interconnect 14 VERSA module Eurocard
15 Computer Automated Measurement and Control
1197

قسمت کلیدی اتاق کنترل، واحد دادهگیری آن میباشد که وظیفه اکتساب دادهها از ابزارهای تشخیصی، ذخیره و انتقال آنها به واحد کنترل پلاسما را بر عهده دارد. این سیستم دارای دو بخش سخت افزاری و نرم افزاری است.

شکل(:(۱ مدار بافر و فیلتر مربوطه

-۱-۳ سخت افزار سیستم دادهگیری

سیگنالهای الکتریکی توکامک، بنا به ماهیت آنها دارای رنجهای ولتاژی و فرکانسی مختلفی میباشند. که قبل از ورود به دستگاه DAQ در محدوده رنج ولتاژی خاصی تقویت و یا تضعیف میشوند. این محدوده در توکامک دماوند۱۰ ولت میباشد. تمام سیگنالهای آنالوگ بعد از ورود به دستگاهها از یک بافر۱۶ و یک فیلتر پایینگذر ۲۰۰MHz عبور میکنند تا آماده کوانتیزه۱۷ شدن گردند (شکل.(۱ همچنین، در طراحی سخت-افزار، از FPGA XC 3S1000-4FG456C استفاده شده است. یکی از مهمترین قسمتهای الکترونیکی سیستم دادهگیری بخش نمونهبرداری آن است. نرخ نمونه برداری مطلوب برای کاربرد به بالاترین مولفه فرکانسی سیگنالی که قصد اندازهگیری یا تولید آن را داریم بستگی دارد. تئوری نایکوئیست۱۸بیان میکند که برای بازسازی یک سیگنال بایستی ازآن سیگنال، حداقل با فرکانس دو برابر نمونهبرداری کرد، در عمل بهتر است که حداقل با فرکانسی ۱۰ برابر بزرگتر از بزرگترین مولفه فرکانسی یک سیگنال از آن نمونهبرداری کنیم. محدوده فرکانسی سیگنالهای توکامک بسیار گسترده بوده که از حدود چند صد هرتز تا چند مگا هرتز میباشد. با توجه به این مسئله مهم، در توکامکهای مختلف چند نوع سیستم دادهگیری برای هر زیر سیستم بکار میرود [۱]، که البته این موضوع نیز منجر به گستردگی سخت افزاری میشود. در توکامک دماوند برای داشتن یک سیستم یکپارچه دادهگیری، یک دستگاه با قابلیت تنظیم نرخ نمونهبرداری مختلف، تنظیم محدوده مدت زمان دادهگیری و انتخاب کانالهای مورد نیاز طراحی و ساخته شده است. بخش نمونهبردار دستگاه