基于Labview的ICRH发射机监控系统的开发.docx

基于Labview的ICRH发射机监控系统的开发ronggang导语：本文主要介绍HT-7离子盘旋共振加热系统，基于可视化开发软件Labview设计的发射机系统的电子管电参数计算机监控系统的开发。此系统在检测的经过中，连续收集四极管相应的电参数摘要：本文主要介绍HT-7离子盘旋共振加热系统，基于可视化开发软件Labview设计的发射机系统的电子管电参数计算机监控系统的开发。此系统在检测的经过中，连续收集四极管相应的电参数，假如相应管件不在额定的条件下工作时，那么发出声音及视觉警报，向现场工作人员提出警示，并加以保存。整个系统功能较为完善，尤其在长时间使用发射机时，对有效监控系统及现场维护提供了完善的监测手段;同时，通过采用事件驱动、通道选择算法、频谱分析的计算机技术和数学分析技术，完好记录了发射机系统的真实工作状况。十分是通道选择算法，那么解决了在收集经过中，无法随时更改在线的通道数的问题，在实验阶段获得了良好的效果。关键词：数据收集、发射机、监控、报警、离子盘旋共振加热系统DevelopmentofmonitoredcontrolsystemofICRHbasedonLabviewAbstract:Inthispaper,themonitorandcontrolunitofIonCyclotronRangeofFrequencyheatingICRHsystemonHT-7ismainlypresented.ThewholesystemisbasedonLabviewsystem.Becauseofthetetrodeworkinginseverecondition,suchashighvoltageoverto13.5kV,thewholesystemmustbeundercontrol.Thissystemacquiresthecorrespondingelectricparameterofthetetrodeconstantlyduringtheprocessofmeasuring.Ifthecorrespondingcomponentwhileoutofthespecifiedrange,thesystemwillgivesoundandvisionalarm.Byusingevent-driven,channel-selectedalgorithmandFFT,wecouldrecordandshowthetrueworkingstateofthetransmittersystemandcorrespondinganalysisexactly.Moreover,thealgorithmofthechannelselectionsolvestheproblemwhichwasunabletoswitchthechannelsonlinewhiledataacquiringatanytime.Keywords:Dataacquisitions,ICRheatingsystem,monitorandcontrolunit,alarm1.引言我国第一个超导托卡马克HT-7装置，是一个庞大的核聚变环形真空磁笼实验装置，它主要包括HT-7超导托卡马克装置本体，大型超高真空系统，大型计算机控制和数据收集处理系统，大型高功率脉冲电源及其回路系统，有全国规模最大的低温液氦系统，兆瓦级低杂波电流驱动和射频波加热系统，以及数十种复杂的诊断测量系统等。核聚变研究的重要目的之一就是设法把等离子体加热到10keV以上。离子盘旋波加热主要是通过天线将波的能量馈入到等离子体中。本文主要介绍了基于Labview的离子盘旋共振加热发射机实时监控系统,对设备的电参数进展监测，并按要求对射频波形进展反应控制;要检测的信号包括模拟电压、开关信号、脉冲信号，同时对信号进展快慢收集，并保存在硬盘。2.HT-7离子盘旋共振加热发射机系统原理及主要监控对象本系统主要是对等离子体进展加热，故此输出功率较大，通过信号源首先输出30150MHz，10mW的振荡信号，射频调制和宽带放大器及前级放大器、驱动级放大器、末级放大器三级放大，最后输出最大功率300kw，对真空室中的等离子体加热，本文主要对下列图1所示局部的数据收集系统进展分析。本监控系统主要是对发射机的四极管各个管脚的电压、电流及功率的监控。由于采用的设备较为昂贵，四极管的各级电压到达几千伏，甚至几十千伏，电流到达几百安，同时四极管的各级参数的变化对发射机发射输出影响较大，同时也影响电子管的使用寿命，其中阳极的最高电压末级可以到达13.5KV，而末级的灯丝电流到达最高400A，在高的电压，大电流的情况下，在未全面理解系统情况下，对各电子管的各级的操纵会有着意想不到的意外发生，轻那么造成停机检修，影响试验进度，重那么造成有关器件的损坏，造成无法修复的问题。故对放大器的检测无疑就成了重中之重。现阶段主要是通过一些模拟设备及现场观察来进展检测，本收集方案以期解决造成平安性、准确性、实时性得不到知足的问题。align=center图1发射机系统原理图/align3.系统实现3.1硬件局部align=center图2监控系统流程图/align本收集系统由于测量的电流电压都较高，故此需要进展一些转换和隔离来获得输入计算机的信号，有关转换和隔离局部的硬件设计将不在此篇中介绍，主要对已经通过转换和光电隔离的信号后续处理经过进展讨论，收集卡采用NationalInstruments公司的PCI-6014多功能卡，具有16个单端输入或者8个双端输入，精度为16位，采样率200kS/s，配置内存大小512个字，两个模拟输出通道，数据传送以DMA或者中断方式进展，工控机一台，奔腾III主频为1GHz的处理器，512M内存，使用Win2000操纵系统。3.2软件设计从需求分析着手，按数据收集、数据分析、数据显示、数据传输等列出相关要求，通过对要求的分析及本钱、精度的综合考虑，对软件和硬件局部提出相应的解决方案，软件系统的流程图如图2所示。由于采用多个收集设备，考虑对收集设备的选择，其次需要设置报警上下限，然后巡检输入通道，只要有一个通道被选，就可以进展收集，否那么等待通道选择;加热系统与总控协调，波形数据收集等待触发，当外部触发发出后，触发本系统的卡D/A输出程序，输出需要的模拟信号，同时触发对反射入射波收集程序，并承受效劳器发送炮号，作为收集数据的保存标志，便于后继分析。然后对每个通道的数据与设定值进展比拟，假如在设定范围内，那么不发出报警信号，否那么，发出报警信号，显示报警部位，便于现场处理。针对以上要求，设计以下几个模块：设置模块、显示模块、保存模块、分析模块、反应控制模块、通讯模块。设置模块其功能主要分为两大块，其一，对采样参数进展设置，即采样频率、采样数或者采样时间、采样形式、采样通道的设置;其二，对放大器的栅极、偏压、阳极电压，灯丝电流的三级设置限制，预设形式保存在文件中;显示模块显示各通道收集的数据，以波形扫描方式进展显示，同时可以对图形进展放大、缩小、且有游标显示，便于比拟信号和测量幅值，同时将测量的值与预设值进展比拟，发出报警信号、报警灯或者声音，同时显示报警部位和数值;保存模块功能在运行经过中，在外部触发后自动将运行期间有关参数保存为电子数据，并参加文件头及时间信息，便于以后分析，以炮号取名保存;分析模块提供简单的频谱分析和其他功能;反应控制模块主要功能是在承受总控的触发后对波形设定值进展反应控制。通讯模块从网上获得炮号数据，作为保存数据的识别标志，同时将实验时的相关数据进展发布。3.3模块及局部算法为了对整个发射机工作状态到达较为完善的监控，整个系统中需要采用一定的算法来知足需求，其中包括通道选择算法，PID控制算法、多通道数据图像多道显示和多通道数据单道显示、消息机制，以下简单介绍通道选择算法和PID控制算法。该系统在Labview中实现，由于采用的是NI收集卡，可以在Measurement&Automation环境中可以按照要求任意设置虚拟通道，便于通道选择算法的实现，在Labview编程中，采用NI的可视化控件，同时采用其Ni-Daq控件，使数据的收集也变得尤为方便，并可同时进展一定的分析和显示。采用Labview软件对发挥原厂收集卡起到较大作用。align=center图3通道选择算法流程图/align3.3.1通道选择算法。收集前，需要对收集卡16个通道进展设置，在收集经过中，要求可以任意更改通道，即随意切换通道数，并显示其通道收集值，同时不影响其他进程，并将各个通道是否被选以指示灯方式显示。根本流程如图3所示,通道的选取以数组方式传递给收集函数，首先设定输入通道，通道选择采用布尔类控件，通道控制采用Labview高级编程中的部分变量方式，映射通道选择布尔类控件状态，将所设置布尔值顺序输入一个布尔数组，然后对数组进展“或者操纵，假如为真那么继续，否那么继续等待输入通道，这个目的是为了确保至少有一个通道翻开时才可以进展收集。然后对此数组进展检索和追加字符串操纵，形成以下字符串数组，即假如选择了第一和第二通道，那么通道数组为通道0，通道1等等。这个数组可以事先在Measurement&AutomationExplore中进展设定，Labview收集经过中就可以识别这个数组;此外还考虑到收集前可能需要将所有通道一次全部翻开，单个输入较为繁琐，这种情况下，align=center图4通道选择算法在Labview中的实现/align只要采用一个布尔控件，判定为真后形成一个全通道的字符串数组，即通道0，通道1，通道2通道15，这个数组可以直接给收集函数调用。通过以上的经过，在收集经过中可以灵敏的设置通道号，并独立于其他进程。图4为Labview中实现的程序，I0、I1I15为通道布尔控件的部分变量，通过for和case构造，实现了输出收集通道数组，随时在线更改通道的功能。3.3.2PID控制算法为了对输出波形进展设定控制，采用了PID控制算法，PID控制器运动方程为：align=center图5PID输出在Labview中的实现方式/alignYt=其中Yt是输出信号，et为输入偏向，Kp为放大倍数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数。PID控制器在计算机上实现，采用增量算法，如下增量算法在计算中不需要累加，增量输出只与前几次的采样输入有关，此算法是一个递归经过，实现经过较简单。在此应用中采用了Labview的PID控件实现了以上算法，同时可以对PID控制器参数进展设置，实现方式如图5所示。4.实际试验结果及结论本监控系统在最近一次实验中，由于设置参数较公道、功能较为齐全，对发射机电参数的监控起到了重要的作用，图6为测试经过中截取的界面。在实验经过中，对异常现象的报警，为现场工作人员及时发现问题、解决问题提供了第一手资料，而且保存的数据为今后具体分析和仿真发射机的工作原理提供了极其重要的优化实验参数的根据。同时本文对在Labview下进展测试及自动化化应用方面有着很好的参考价值。本文作者创新点在于，首先使用了高级编程方式中的部分变量，解决了以往在收集经过align=center图6HT-7发射机监控系统界面截图/align中无法动态更改通道的问题，对系统监控功能起到非常重要的作用;同时采用了PID控制算法，使反应输出的准确性明显得到了改善，此外把声音及视觉报警功能、故障及运行数据保存、通讯功能加以整合，为现场处理及使用提供了方便、快捷的手段;此外此方法为计算机进展反应及定时控制多支路系统的应用奠定了良好根底。参考文献：1.张玉兴等编著，（射频模拟电路），电子工业出版社，2002年9月2.仲元昌编著，（电子管放大电路理论），福建科学技术出版社，2001。53.电于管手册/郑国川，李洪英编著.福建科学技术出版社，2002.104.朱士尧编著，（核聚变原理），中国科学技术大学出版社，1992年6月5.雷振山编著，（Labview7Express实用技术教程）中国铁道出版社，2004，36.艾延廷，黄福幸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