Arquitectura PXI multiprocesadora para adquisición y procesado de datos en tiempo realaplicación a diagnósticos en entornos de fusión por confinamiento magnético

Abstract

La fusión nuclear por confinamiento magnético se ha convertido en las últimas décadas en línea de investigación prioritaria en gran parte de los países desarrollados. La explotación científica de cualquier dispositivo de fusión va orientada a obtener el mayor conocimiento posible de las propiedades físicas del plasma. Para ello se utilizan una amplia variedad de sistemas de medida, denominados diagnósticos en la terminología del entorno. Debido a las altas temperaturas existentes en el interior del plasma, la gran mayoría de los resultados se obtienen por métodos indirectos, convirtiendo las magnitudes físicas en señales eléctricas. Los diferentes diagnósticos asociados a los dispositivos de fusión incorporan de forma genérica medios hardware y software para la digitalización de señales, lectura e integración de datos en bases de datos y aplicaciones para el análisis de los resultados obtenidos. Todos los dispositivos existentes en la actualidad son dispositivos "pulsados", es decir, se produce un "pulso", de una duración determinada, durante el cual se aplica al dispositivo energía suficiente como para lograr confinar el plasma en su interior. La aplicación de esta energía es también conocida en la terminología del entorno como descarga. Los pulsos de la mayoría de los dispositivos son de corta duración (del orden de segundos o fracciones de segundos), aunque existen algunos dispositivos en los que la descarga tiene una duración superior (del orden de centenas de segundos). En este sentido, los objetivos de la comunidad internacional se centran en aunar esfuerzos que permitan aumentar la duración de las descargas. Fruto de ese esfuerzo ha sido la génesis de ITER, una gran instalación de fusión proyectada por los principales países, cuyo objetivo principal será demostrar la viabilidad científica y tecnológica de la fusión nuclear como fuente de energía. Ese aumento del tiempo de descarga obligará a un cambio en el ciclo clásico de operación en fusión. Mientras en los dispositivos de pulso corto es posible realizar la adquisición y el almacenamiento de los datos durante la descarga, para su procesado off-line posterior, se necesitarán soluciones de adquisición y procesado de datos on-line para pulsos largos y, en último extremo, para estado estacionario. La realización de esta tesis doctoral se centra en la definición y el desarrollo de una arquitectura PXI multiprocesadora orientada a la adquisición y el procesado de datos en tiempo real en entornos de fusión por confinamiento magnético. Esta arquitectura debe permitir escalar la capacidad de procesado de los sistemas PXI en función del diagnóstico al que se dedique cada sistema. Esto permitirá aplicar esta solución en dispositivos de fusión con experimentos de larga duración y permitirá aproximarse a una solución válida para el estado estacionario. Además, se pretende aplicar la nueva arquitectura desarrollada al diagnóstico de bolometría del TJ-II (CIEMAT), de forma que la adquisición de los datos relativos al mismo y su procesado pueda hacerse en paralelo, cuestión no resuelta en la actualidad. Actualmente las tecnologías basadas en PXI que se comercializan no son capaces de soportar el volúmen de procesamiento necesario para estas aplicaciones, ya que la capacidad de procesado que presenta el sistema está restringida a la del propior controlador del mismo. La solución que se propone en esta tesis pasa por insertar en los chasis PXI estándar una o varias tarjetas procesadoras y por desarrollar los mecanismos necesarios para que, desde el controlador del sistema, se pueda distribuir el procesado de los diferentes canales adquiridos entre el propio controlador y las tarjetas procesadoras adicionales. Esta arquitectura es totalmente innovadora ya que permite el escalado en la capacidad de procesado global que puede presentar un sistema PXI. Por otro lado, se persigue facilitar la participación remota en entornos de fusión. Para ello, se pretende desarrollar un sistema de procesado dinámico de datos que permita a los usuarios, locales o remotos, gestionar on-line la ejecución de algoritmos de procesado de datos codificados en un lenguaje de alto nivel (LabVIEW) sobre el sistema desarrollado.