Tokamak 控制系统介绍（ITER CODAC）
｜ CODAC 概述
CODAC（Control, Data Access and Communication）是 ITER（International Thermonuclear Experimental Reactor，国际热核聚变实验堆）的中央控制系统，负责整个装置的控制、通信与数据管理，被誉为 ITER 的“大脑与神经中枢”。
CODAC 将 ITER 中 30 余套 Plant System（装置系统）统一连接，通过标准化的软件平台和网络架构，实现各系统之间的互联互通、集中控制以及数据共享，保障整个装置安全、高效、稳定运行。
CODAC 的主要职责包括：
- 统一互联：通过计算机网络连接所有 Plant System，实现统一通信接口和数据交换。
- 集中控制：对托卡马克本体及各辅助系统进行集中监控、调度和协调。
- 数据管理：采集、管理并分发来自全装置约 100 万级过程信号（Process Variables）。
CODAC 的设计遵循 Plant System Design Handbook（PSDH），该手册规定了 ITER 装置级仪表与控制（I&C）的设计规范，为所有 Plant System 的开发和集成提供统一标准。
｜ CODAC Core System
CODAC Core System 是 ITER 官方提供的装置系统仪表与控制（I&C）开发平台，为各 Plant System 提供统一的软件框架、通信接口及开发工具。
该平台基于 EPICS（Experimental Physics and Industrial Control System） 和 CSS（Control System Studio） 构建，可运行于：
- mini-CODAC
- Plant System Host
- 高速控制器（Fast Controller）
同时，为 PLC 及第三方控制器提供标准化接口，实现不同控制平台之间的统一集成。
CODAC Core System 持续发布新版本，不断增加功能并提升系统稳健性，目前最新版本为 7.3.0。
除此之外，ITER 还同步发布 Operational Applications，用于支持各 Plant System 的系统集成与验收测试。
｜ CODAC Core System 的主要功能
- 中央监控与调度（Supervision & Orchestration）
统一管理各 Plant System 的运行状态、运行时序及系统协调，实现整个 ITER 装置的集中监控与调度。
- 等离子体控制系统（PCS）
PCS（Plasma Control System）负责 ITER 放电过程中的等离子体实时反馈控制，包括等离子体位置、形状、电流及功率控制，是实现 500 MW 聚变功率 和 Q ≥ 10 聚变增益目标的重要控制系统。
- 中央数据归档（Central Data Archive）
负责全装置实验数据的高速采集、长期存储及统一管理，并向全球科研人员提供实验数据访问服务。
｜ I&C 网络
为了满足不同控制任务对实时性、带宽和安全性的要求，ITER 建立了多种专用 I&C 网络。
- PON（Plant Operation Network）
Plant Operation Network 用于 Plant System I&C 与 CODAC 之间的异步通信，负责常规控制、状态监视以及命令交互。所有 Plant System I&C 均必须接入 PON。
- SDN（Synchronous Databus Network）
Synchronous Databus Network 面向实时等离子体反馈控制，提供 小于 100 μs 的通信延迟和小于 10 μs 的通信抖动，仅用于快控制系统。
- TCN（Time Communication Network）
Time Communication Network 提供全装置统一时间同步与时间戳分发，基于 PTP（IEEE 1588v2） 实现高精度时间同步，同步精度可达到 50 ns RMS。
- AVN（Audio/Video Network）
Audio/Video Network 用于音视频数据传输，支持诊断相机、可视化系统及相关多媒体数据流。
- DAN（Data Archiving Network）
Data Archiving Network 为诊断系统和快控制系统提供高吞吐科学数据通道，将原始采集数据传输至 CODAC 科学数据归档系统。
- CIN（Central Interlock Network）
Central Interlock Network 用于 Plant Interlock System 与中央联锁系统之间的通信，承担跨系统设备保护（Investment Protection）功能。
- CSN（Central Safety Networks）
Central Safety Networks 用于 Plant Safety System 与中央安全系统之间的通信，承担核安全及人员安全等跨系统安全功能。
｜ 联锁系统（Interlock I&C）
Interlock I&C 是 ITER 装置保护体系的重要组成部分，负责监测异常工况并执行自动保护。
- 异常检测（Fault Detection）
依据现场测量值、设备运行状态以及整机运行状态，采用简单或复杂算法识别异常工况，并判断是否需要启动保护。
- 保护事件生成（Protection Event Generation）
当检测到异常条件后，生成相应的保护事件及抑制信号，并发送至相关保护系统。
- 保护执行（Protection Execution）
依据预定义的联锁逻辑，自动驱动保护执行器实施保护动作，实现设备保护及装置安全运行。
｜ 总结
CODAC 是 ITER 仪表与控制（I&C）体系的核心平台，以 CODAC Core System 为软件基础，以 PON、SDN、TCN、AVN、DAN、CIN、CSN 等专用网络为通信基础，实现全装置的统一控制、数据管理、实时通信和安全保护。其中，PCS 负责等离子体实时控制，Interlock I&C 负责设备保护，两者共同保障 ITER 聚变装置安全、稳定、高效运行。
Refernence:
- ITER, https://www.iter.org/
