《高功率激光装置前端光纤控制系统》

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科学技术领域。属于通信网络管理与工业自动化控制交叉领域。简要背景:为解决人类能源问题,美、法、中分别在开展激光受控核聚变研究。激光约束不仅是受控核聚变一种方式,可用于发电,对非爆核试验及激光武器的研究发展也具有非常重要意义。美国国家点火工程装置(NIF)由位于美国加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室研制。于1994年开工建设,2013年仅实现聚变反应,并达到能量平衡点。法国叫兆焦耳装置(LMJ)于1995年开工建设。中国国家点火工程由中国工程物理研究院牵头,联合国内相关研究单位共同研制,目标是通过对192束激光束的波形、强度等参数的精密控制进行核聚变试验。2006年12月9日正式启动了高功率激光主机装置工程建设。神光-丨II主机装置投资已超过300亿元。高功率激光主机装置包括:前端系统、预放系统、主放系统、靶场系统和能源系统几大系统。前端系统是最为关键的系统,是各种精密控制激光波形的种子源。控制48束飞秒(1千万亿分之一秒)激光脉冲同时或按一定时间要求打向不足1微米的靶心,也就是聚焦到比头发丝的直径还要小的空间区域,其控制精准要求之高规模之大都是需要开展极其艰巨的工作和付出非凡的努力的。如何控制前端系统成千台套激光设备精确协同工作成为神光-Ⅲ主机装置工程建设的关键难题。为此,中国电科34所提出了采用TMN(电信管理网)技术,实现对神光-Ⅲ主机装置前端系统进行管理控制。主要技术内容及创新要点:利用分布式并发控制技术,嵌入控制器可同时对数量众多的激光设备进行管理控制。利用分层化设计,主控制器与并发嵌入控制器采用光纤千兆以太网技术;并发嵌入控制器与设备之间采用串行通信总线,构成控制通信网络。对具有近千台套设备的国家重大科技专项高功率激光装置前端系统进行高效控制管理。创新点:1)理论应用发现:运用TMN原理,采用高功率激光装置信息模型化设计、2)协议及适配算法:SNMP网络管理协议及协议适配算法、3)组网应用方法创新:分布式并发控制技术、分层化组网设计。指标及完成情况:系统实时响应时间<2s;束间同步精度<10ns;控制设备数量>1000台;主干网络带宽:lOOOMbs:通信网络组网方式:分级网络:控制方式:分布式:管理协议:SNMP。截止2013年12月实现合同总金额16953万余元。授权专利:发明专利2项,实用新型专利2项。计算机软件著作权1项。发表论文1篇。科技进步作用及应用推广情况:在国家重大科技专项高功率激光装置工程中己使用1套本控制系统。新方法取得了突破性发现,为非电信领域的工业生产系统进行高效自动控制管理提供了一套新方法和新手段。突破了工业控制并行突发大数据通信瓶颈难题,解决了工业控制领域的工业生产、加工制造系统的控制网络通信问题。可同时应用于军民相关领域。

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