Sistema de Control TJ-II

El sistema de monitorización y control del TJ-II consiste en una red totalmente automatizada de sistemas de tiempo real con el fin de garantizar tanto, la seguridad de las personas como de la máquina, y para facilitar la investigación experimental. El sistema de control del TJ-II ha sido completamente desarrollado y programado por el Grupo de Control del TJ-II con el fin de mantener el control absoluto y el conocimiento del sistema durante toda su vida útil y está en funcionando exitosamente desde 1997. Fue diseñado y construido como un conjunto de subsistemas distribuidos y autónomos basados en el  estándar VMEbus  con procesadores embebidos que ejecutan el sistema operativo de tiempo real VxWorks. La arquitectura general del sistema se muestra esquemáticamente en la figura 1.  El sistema de control se ha dividido en los siguientes subsistemas: Control Rápido, Reloj Maestro, Cámara de Vacío, Protección de Bobinas, Inyección de Gas, Lazos de Tierra, Temporizadores de Diagnóstico, Emergencia, Control de Acceso y Vigilancia.

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El Sistema de Control Rápido se utiliza para la supervisón y control de los pulsos experimentales con una escala de tiempos de un milisegundo, siendo ésta la demanda más exigente en el tiempo de respuesta del sistema de control del TJ-II. El Control Rápido tiene las siguientes tareas principales: iniciar la secuencia de estados, supervisión de las corrientes y de las energías en las bobinas, cálculo en tiempo real de las funciones de protección, generación de perfiles de corrientes y el intercambio de señales con el sistema eléctrico.

El Reloj Maestro proporciona el reloj principal, las señales de disparo y los eventos utilizados para sincronizar todos los subsistemas durante la secuencia de pulso. Este sistema proporciona la secuencia lenta con una duración máxima de 65535 segundos y la secuencia rápida que dura un máximo de 3 segundos. El sistema de temporizadores se divide en dos secciones: la sección de la máquina, que incluye el generador del reloj maestro (10 MHz) junto con 40 canales temporizadores independientes y la sección de diagnósticos, con 120 canales temporizadores alojados en 3 bastidores de VME, los cuales se han distribuido espacialmente en torno a la máquina. En ambas secciones todas las señales de E/S están conectadas por medio de enlaces de fibra óptica.

El Sistema de Protección de Bobinas requiere el control de los flujos del agua de enfriamiento, presiones, temperaturas, y de los 32 desplazamientos mecánicos. El sistema de protección de bobinas maneja 285 señales de entrada.

El Sistema de la Cámara de Vacío tiene dos tareas principales: la protección de la cámara de vacío durante los pulsos por medio de las lecturas de 192 termopares y 32 desplazamientos mecánicos, y el proceso de calentamiento de la cámara de vacío a 150 º C.

El Sistema de Inyección de Gas proporciona los valores apropiados de la densidad del plasma durante los pulsos experimentales. El gas se inyecta utilizando un conjunto de 4 válvulas piezoeléctricas, que son accionados mediante 4 señales de tensión pre-programadas. Cuatro generadores de ondas, compuestos por un conjunto de módulos VME, generan las señales de salida. El sistema de inyección de gas sincroniza la generación de las formas de onda con la operación del TJ-II durante el pulso.

El Sistema de Puesta a Tierra minimiza las interferencias electromagnéticas en las señales de diagnóstico y de control y garantiza un funcionamiento seguro del TJ-II. Este sistema evita los lazos de tierra en toda la zona del experimento.

El Sistema de Emergencia garantiza la seguridad de las personas en los trabajos alrededor de la máquina y protege los componentes de la misma contra cualquier daño. Un sistema de alarmas, cableado directamente, realiza la lógica de las alarmas de enclavamiento de manera rápida y segura.

El Sistema de Seguridad está compuesto por el control de accesos a la nave experimental. La nave experimental está supervisada por cámaras de televisión que se monitorizan en la sala de control. En el nivel más bajo de control para la refrigeración, la fuente de alimentación, el sistema de vacío, y los girotrones se emplean varios autómatas programables. Un nuevo software de comunicaciones “middleware” basado en XML y denominado Servicio de Distribución de Mensajes (X-MDS) se ha desarrollado para el Sistema de Control del TJ-II. Dicho software se ha creado en respuesta a la necesidad de normalizar el modelo de programación de publicación-suscripción de mensajes. Este software permite el envío y la recepción de datos, eventos y comandos entre las aplicaciones de control que se ejecutan en diferentes sistemas operativos de tiempo real (OS9 y VxWorks), así como entre aplicaciones basadas en Java que se ejecutan en cualquier plataforma Windows o Linux. Dicho modelo ha sido probado y ha demostrado ser confiable y seguro.

Las herramientas específicas de software han sido desarrolladas para crear, gestionar y controlar todas las variables de control distribuido que participan en los experimentos del TJ-II. La interfaz gráfica de usuario para cada subsistema ha sido desarrollada utilizando el lenguaje de programación Java.