中性束注入(NBI)加热是普遍使用的磁约束等离子体的辅助加热方式之一,国内外大中型托卡马克装置均配备了功率容量达几MW至几十MW不等的中性束注入加热系统。其中,控制系统作为整个NBI加热系统的“中枢神经”系统,其功能、可靠性和稳定性决定了NBI加热系统的运行效率。中国环流器二号A(HL-2A)装置1号NBI加热系统已运行十余年,其控制系统总体上是成功的,保障了系统安全可靠的工作,但逐渐暴露出诸多不足之处,比如工程走线量大、时序调制精度低且不灵活、人机交互界面不够人性化等。因此,本文在归纳总结了国内外聚变装置NBI控制系统的成功设计经验的基础上,结合HL-2A装置NBI加热系统的特点,最终决定利用先进的虚拟仪器技术、光纤隔离技术以及串行通信技术开发一种更可靠更高效的HL-2A装置NBI主控制系统。该主控制系统不仅具备原主控制系统的远程监控、逻辑互锁、参数设置等基本功能,而且系统的集成度、抗干扰能力及其功能的可扩展性都得到了很大的提升。本文首先介绍了磁约束核聚变领域中的中性束注入加热技术的工作原理与作用,以及目标装置HL-2A装置NBI加热束线的结构框架。详细阐述了现运行的HL-2A装置NBI主控制系统的软硬件开发平台的特点,归纳总结了该主控制系统的优缺点。其次,选择成熟的商业成品(COST)设备即美国国家仪器(NI)公司的PXIe总线设备作为新的核心控制器。同时,配套使用NI公司的LabVIEW2015软件开发主控制系统的人机交互界面,主界面包括监控界面、时序设置与时序显示等6大功能模块,基本覆盖了NBI主控制系统所需的功能。本文分析了各个模块所包含的主要功能,并给出了功能模块的设计思路和实现方法,尤其对NBI电源系统的高精度时序与保护系统的设计,完成了从时序波形的特征分析到最后的时序波形的数字IO输出验证的整个设计过程,具有较好的工程应用价值。最后,通过分析NBI主控制系统的相关功能模块在NBI电源故障诊断中所起的重要作用,进一步说明了本文选择虚拟仪器技术设计NBI主控制系统的合理性与优越性。