1. 导言
我国第一个超导托卡马克HT-7设备，是一个巨大的核聚变环形真空磁笼试验设备，它首要包含HT-7超导托卡马克设备本体，大型超高真空体系，大型核算机操控和数据收集处理体系，大型高功率脉冲电源及其回路体系，有全国规划最大的低温液氦体系，兆瓦级低杂波电流驱动和射频波加热体系，以及数十种杂乱的确诊丈量体系等。核聚变研讨的重要意图之一便是设法把等离子体加热到10keV以上。离子回旋波加热首要是经过天线将波的能量馈入到等离子体中。本文首要介绍了根据Labview的离子回旋共振加热发射机实时监控体系,对设备的电参数进行监测，并按要求对射频波形进行反应操控;要检测的信号包含模仿电压、开关信号、脉冲信号，一起对信号进行快慢收集，并保存在硬盘。
2. HT-7离子回旋共振加热发射机体系原理及首要监控目标
本体系首要是对等离子体进行加热，故此输出功率较大，经过信号源首要输出30～150MHz，10mW的振动信号，射频调制和宽带扩大器及前级扩大器、驱动级扩大器、末级扩大器三级扩大，最终输出最大功率300kw，对真空室中的等离子体加热，本文首要对下图1所示部分的数据收集体系进行剖析。本监控体系首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。因为选用的设备较为贵重，四极管的各级电压到达几千伏，乃至几十千伏，电流到达几百安，一起四极管的各级参数的改变对发射机发射输出影响较大，一起也影响电子管的运用寿命，其间阳极的最高电压末级能够到达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，在未全面了解体系情况下，对各电子管的各级的操作会有着意想不到的意外产生，轻则构成停机检修，影响试验进展，重则构成有关器材的损坏，构成无法修正的问题。故对扩大器的检测无疑就成了重中之重。现阶段首要是经过一些模仿设备及现场调查来进行检测，本收集计划以期处理构成安全性、准确性、实时性得不到满意的问题。
图1 发射机体系原理图
3. 体系完成
3.1 硬件部分
图2监控体系流程图
本收集体系因为丈量的电流电压都较高，故此需求进行一些转化和阻隔来取得输入核算机的信号，有关转化和阻隔部分的硬件规划将不在此篇中介绍，首要对现已经过转化和光电阻隔的信号后续处理进程进行讨论，收集卡选用National Instruments公司的PCI-6014多功用卡，具有16个单端输入或8个双端输入，精度为16位，采样率200kS/s，装备内存大小512个字，两个模仿输出通道，数据传送以DMA或中止办法进行，工控机一台，飞跃III主频为1GHz的处理器，512M内存，运用Win2000操作体系。
3.2 软件规划
从需求剖析着手，按数据收集、数据剖析、数据显现、数据传输等列出相关要求，经过对要求的剖析及本钱、精度的归纳考虑，对软件和硬件部分提出相应的处理计划，软件体系的流程图如图2所示。因为选用多个收集设备，考虑对收集设备的挑选，其次需求设置报警上下限，然后巡检输入通道，只需有一个通道被选，就能够进行收集，不然等候通道挑选;加热体系与总控和谐，波形数据收集等候触发，当外部触发宣布后，触发本体系的卡D/A输出程序，输出需求的模仿信号，一起触发对反射入射波收集程序，并承受服务器发送炮号，作为收集数据的保存标志，便于后继剖析。然后对每个通道的数据与设定值进行比较，假如在设定范围内，则不宣布报警信号，不然，宣布报警信号，显现报警部位，便于现场处理。针对以上要求，规划以下几个模块：设置模块、显现模块、保存模块、剖析模块、反应操控模块、通讯模块。设置模块其功用首要分为两大块，其一，对采样参数进行设置，即采样频率、采样数或采样时刻、采样办法、采样通道的设置;其二，对扩大器的栅极、偏压、阳极电压，灯丝电流的三级设置约束，预设办法保存在文件中;显现模块显现各通道收集的数据，以波形扫描办法进行显现，一起能够对图形进行扩大、缩小、且有游标显现，便于比较信号和丈量幅值，一起将丈量的值与预设值进行比较，宣布报警信号、报警灯或声响，一起显现报警部位和数值;保存模块功用在运转进程中，在外部触发后主动将运转期间有关参数保存为电子数据，并参加文件头及时刻信息，便于往后剖析，以炮号取名保存;剖析模块供给简略的频谱剖析和其他功用;反应操控模块首要功用是在承受总控的触发后对波形设定值进行反应操控。通讯模块从网上取得炮号数据，作为保存数据的辨认标志，一起将试验时的相关数据进行发布。
3.3 模块及部分算法
为了对整个发射机作业状况到达较为完善的监控，整个体系中需求选用必定的算法来满意需求，其间包含通道挑选算法，PID操控算法、多通道数据图画多道显现和多通道数据单道显现、音讯机制，以下简略介绍通道挑选算法和PID操控算法。该体系在Labview中完成，因为选用的是NI收集卡，能够在Measurement & Automation环境中能够依照要求恣意设置虚拟通道，便于通道挑选算法的完成，在Labview编程中，选用NI的可视化控件，一起选用其Ni-Daq控件，使数据的收集也变得尤为便利，并可一起进行必定的剖析和显现。选用Labview软件对发挥原厂收集卡起到较大效果。
图3 通道挑选算法流程图
3.3.1通道挑选算法。
收集前，需求对收集卡16个通道进行设置，在收集进程中，要求能够恣意更改通道，即随意切换通道数，并显现其通道收集值，一起不影响其他进程，并将各个通道是否被选以指示灯办法显现。根本流程如图3所示,通道的选取以数组办法传递给收集函数，首要设定输入通道，通道挑选选用布尔类控件，通道操控选用Labview高档编程中的局部变量办法，映射通道挑选布尔类控件状况，将所设置布尔值次序输入一个布尔数组，然后对数组进行“或”操作，假如为真则持续，不然持续等候输入通道，这个意图是为了保证至少有一个通道翻开时才能够进行收集。然后对此数组进行检索和追加字符串操作，构成以下字符串数组，即假如挑选了第一和第二通道，则通道数组为[通道0，通道1]等等。这个数组能够事先在
Measurement & Automation Explore中进行设定，Labview收集进程中就能够辨认这个数组;此外还考虑到收集前或许需求将一切通道一次悉数翻开，单个输入较为繁琐，这种情况下，
图4 通道挑选算法在Labview中的完成
只需选用一个布尔控件，判别为真后构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]，这个数组能够直接给收集函数调用。经过以上的进程，在收集进程中可
以灵敏的设置通道号，并独立于其他进程。图4为Labview中完成的程序，I0、I1……I15为通道布尔控件的局部变量，经过for和case结构，完成了输出收集通道数组，随时在线更改通道的功用。
3.3.2 PID操控算法
为了对输出波形进行设定操控，选用了PID操控算法，PID操控器运动方程为：
图5 PID输出在Labview中的完成办法
Y(t)=
其间Y(t)是输出信号，e(t)为输入误差，Kp为扩大倍数，Ti为积分时刻常数，Td为微分时刻常数。PID操控器在核算机上完成，选用增量算法，如下
增量算法在核算中不需求累加，增量输出只与前几次的采样输入有关，此算法是一个递归进程，完成进程较简略。在此运用中选用了Labview的PID控件完成了以上算法，一起能够对PID操控器参数进行设置，完成办法如图5所示。
4. 实践试验成果及定论
本监控体系在最近一次试验中，因为设置参数较合理、功用较为完全，对发射机电参数的监控起到了重要的效果，图6为测验进程中截取的界面。在试验进程中，对异常现象的报警，为现场作业人员及时发现问题、处理问题供给了第一手资料，并且保存的数据为往后详细剖析和仿真发射机的作业原理供给了极其重要的优化试验参数的根据。一起本文对在Labview下进行测验及主动化化运用方面有着很好的参考价值。
本文作者立异点在于，首要运用了高档编程办法中的局部变量，处理了以往在收集进程
图6 HT-7发射机监控体系界面截图
中无法动态更改通道的问题，对体系监控功用起到非常重要的效果;一起选用了PID操控算法，使反应输出的准确性显着得到了改进，此外把声响及视觉报警功用、毛病及运转数据保存、通讯功用加以整合，为现场处理及运用供给了便利、方便的手法;此外此办法为核算机进行反应及守时操控多支路体系的运用奠定了良好基础。
