NBI分布式数据采集系统设计与应用_225

1、NBI分布式数据采集系统设计与应用答辩内容 NBI装置及对数据采集系统的要求 NBI分布式数据采集系统各模块的实现 高速数据采集系统 参数预设 真空度和低温监控 放电脉冲时序控制小结：系统调试和应用 NBI实验记录查询系统 工作总结及进一步改进之处7/23/20222Yongjun Wang in ASIPPNBI装置&对数据采集系统的要求 7/23/20223Yongjun Wang in ASIPPNBI装置介绍离子源 2. 预抽系统 3. 加速栅 4. 中性化室 5. 主真空室 6. 偏转磁铁 7. 离子收集板 8. 束斑调整板 9.支撑架 10. 等离子体 11. 环绕磁铁 12. 真

2、空导管 13.漂移管道 14. 2万L低温泵 15. 量热计 16. 40万L低温泵图 HT-7 中性束注入系统结构图7/23/20224Yongjun Wang in ASIPPNBI数据采集系统的功能NBI采集和监控系统相当于整个NBI装置的大脑。其功能为：1、测量和分析实验中的物理参数；2、监测实验运行的状态；3、提供对实验参数的预设；4、控制脉冲放电的时序。 在实验开始及运行过程中，对各开关量的输入和输出进行控制；对各种实验参数进行采集；对系统状态进行实时监控，并对实验数据进行处理和保存，最后以图形的方式直观地呈现给实验人员。7/23/20225Yongjun Wang in ASIP

3、PNBI装置对数据采集系统要求 2030路模拟量输入，610路数字量输出；真空、低温长时间监控，PLC脉冲时序控制； 使用、操作方便； 通用性好，易于扩充； 可靠性高、可维护性好；由于功能模块独立性和地理位置分布性特点，系统设计为分布式结构7/23/20226Yongjun Wang in ASIPPNBI分布式数据采集系统总体框架7/23/20227Yongjun Wang in ASIPPNBI分布式数据采集系统各模块的实现 高速数据采集系统 参数预设 真空度和低温监控 放电脉冲时序控制小结：系统调试和应用 . . .7/23/20228Yongjun Wang in ASIPPNBI分布

4、式数据采集系统模块实现（1） 高速数据采集系统设计目标和要求：模拟电压值范围：-10V-10V 单通道采样频率 ：6 k 以上采集时间： 10s板卡数： 多卡同时工作抗干扰： 多模光纤（高压隔离） 炮号自动增加；修改后参数自动保存；存盘为实际值；具有内外两种触发方式；网络传输功能。7/23/20229Yongjun Wang in ASIPP高速数据采集需要测量的信号量灯丝电源电压15V/10V正高压电源电压60kV/10V灯丝电源电流500A/10V正高压电源电流60A/10V磁场电源电压6V/10V负高压电源电压-5kV/10V磁场电源电流100A/10V负高压电源电流-5A/10V气阀1

5、电源电压150V/10V偏转磁场电压50V/10V气阀2电源电压150V/10V偏转磁场电流400A/10V弧流电源电压150V/10V探针电压200V/10V弧流电源电流1000A/10V探针电流5A/10V7/23/202210Yongjun Wang in ASIPPPCI 9112卡配置&数据采集框图1、采用单端输入法；2、板卡系统内部时钟；3、量程范围为-1010V； 装载驱动，设置缓存，通过“我的电脑”“属性”“硬件”“设备管理器”可以查看板卡是否能正常使用 。工控机诊断仪器1诊断仪器nVF(1)VF(n) 多模光纤PCI-9112PCI-9112PCI-9112卡数据采集方块图7

6、/23/202211Yongjun Wang in ASIPPPCI同步、连续单缓冲编程模式 7/23/202212Yongjun Wang in ASIPP高速数据采集的软件设计程序开始上位机发送采集参数到下位机发送状态YN巡检触发端口是否触发N开始数据采集数据本地存盘及图形化显示通过网络发送数据到上位机上位机处理数据程序结束Y数据采集程序流程简图7/23/202213Yongjun Wang in ASIPP数据本地存盘的格式DataBase=HT7 ShotNo.=120601Signal Name=ARC_A(VF)Unit Name=VTrigger Time=0sFrequency

7、=1.454545E-004 screate at 2004-Dec-06 14:09:5013750 samples0.000000 -355.9570310.145455 -274.4140630.290909 -215.3320310.436364 -168.4570310.581818 -131.835938. . . HT-7数据库放电炮号通道信号名称通道信号单位名称触发时刻和采集时刻的差值两个采样点间的间隔时间产生文件的时间信号本次采集的点数以下两列为采集数据的值，左列为采集时刻，右列为真实的电压或电流值。按GT-7文件格式要求，采用Gt-7为终端图形显示软件7/23/202214

8、Yongjun Wang in ASIPP高速数据采集子系统的界面 7/23/202215Yongjun Wang in ASIPPNBI分布式数据采集系统模块实现（2） 参数预设系统设计目标、要求： 输出0-10V左右的模拟电压，输出精度尽可能高，输出端口设计为16路，输出参数具有本地可调和远程可调两种功能。用户界面设为“通道名”、“实际设置值”和“放大倍数”三栏，板卡实际输出的电压为实际设置值/放大倍数。参数具有自动存储功能。 7/23/202216Yongjun Wang in ASIPP参数预设信号量 &DA卡编程模式灯丝电流预置500A/10V弧流预置1000A/10V磁场电流预置1

9、00A/10V气阀1电压预置150V/10V弧压预置150V/10V气阀2电压预置150V/10V7/23/202217Yongjun Wang in ASIPP参数预设界面7/23/202218Yongjun Wang in ASIPPNBI分布式数据采集系统模块实现（3） 真空度和低温泵温度监控 设计目标和要求：真空度和低温泵温度监控属于长时间、低速数据采集，和高速、短时间数据采集不同。使用RS232接口进行数据通讯。1、实时监测真空度和低温泵温度；2、根据历史数据画出变化曲线 硬件选择：1、DL-7程控真空计2、8个PT100型热电阻传感器，RM411远端热电阻采集模块7/23/2022

10、19Yongjun Wang in ASIPP低温泵结构和原理示意图1. 液氦杜瓦 2. 液氮杜瓦 3. 液氮人形挡板 4. 液氦冷屏 5. 铂电阻温度传感器 6. 铑铁电阻温度传感器7/23/202220Yongjun Wang in ASIPP串口通信硬件结构图 tank低温冷凝泵温度监控硬件连接图DL-7程控真空计RS232信号计算机真空度监控硬件连接图7/23/202221Yongjun Wang in ASIPP9针串口针脚说明和接线方法 9针串口9针-9针接线针号功能说明缩写231数据载波检测DCD322接收数据RXD553发送数据TXD4数据终端准备DTR5信号地GND6数据设备

11、准备好DSR7请求发送RTS8清除发送CTS9振铃指示DELL7/23/202222Yongjun Wang in ASIPP串口通信程序编写 通信程序可以用两种方法实现：利用ActiveX控件和使用API 通信函数。使用ActiveX控件，程序实现非常简单，结构清晰。VC+ 6.0提供的MSComm控件通过串行端口发送和接收数据 。 串口通信程序流程简图7/23/202223Yongjun Wang in ASIPPNBI分布式数据采集系统模块实现（4） 放电脉冲时序控制 1、NBI装置起弧为脉冲方式，有上百路开关量信号要被控制，每路开关量控制的时间为ms量级； 2、各开关量之间存在着先后的

12、时序关系，且对时间精确度要求越高越好。 PLC控制能精确到us量级，能满足系统的要求。因此选择了OMRON CPM2A 型PLC。7/23/202224Yongjun Wang in ASIPPPLC输入、输出的开关量开关量输入开关量输出机械泵状态磁场电源配电状态开警报弧电源开分子泵状态灯丝加至半压状态 电源复位弧电源关水压力保持状态弧流电源配电状态磁场电源开正高压关阀门1状态偏转磁铁开负高压关阀门2状态灯丝加全部电压气阀1关气阀1状态气阀1电源开气阀2关气阀2状态气阀2电源开偏转磁铁关辅助电源配电状态正高压电源开磁场电源关真空机组配电状态负高压电源开灯丝加半压控制电源配电状态AD触发开、关关

13、警报7/23/202225Yongjun Wang in ASIPPPLC程序流程图7/23/202226Yongjun Wang in ASIPP小结：系统调试和应用需要测试的功能: 1、A/D数据采集模块 2、D/A参数预设模块 3、PLC脉冲时序控制 4、数据服务器应用 5、网络通信7/23/202227Yongjun Wang in ASIPP系统台面测试流程7/23/202228Yongjun Wang in ASIPP系统台面测试结果 7/23/202229Yongjun Wang in ASIPP系统在实验中的应用（图1）幅值180A，放电时间2500ms的弧流波形7/23/20

14、2230Yongjun Wang in ASIPP系统在实验中的应用（图2）数据服务器端程序界面7/23/202231Yongjun Wang in ASIPP系统在实验中的应用（图3）温度变化历史曲线真空度变化历史曲线7/23/202232Yongjun Wang in ASIPP NBI实验记录查询系统 7/23/202233Yongjun Wang in ASIPPNBI实验记录查询系统设计目标： 实验数据的管理与使用成为日益迫切的问题，如何快速有效地从众多的数据中获得所需数据是解决问题关键，用关系数据库来管理和查询每炮实验记录，进而实现对大量数据的快速有效使用。设计方法： 该系统是以W

15、indows 2000作为服务器平台，选用IIS5.0（Internet Information Server 5.0）作为Web服务器， Microsoft Access 2000为数据库引擎，采用了Microsoft FrontPage2003为开发工具。系统分为“浏览”、“查询”和“编辑”三个模块，采用Browser/Server模式和ASP技术开发。 7/23/202234Yongjun Wang in ASIPPNBI实验记录查询系统结构图 本系统采用了典型的三层分布式B/S模式，即浏览器、Web服务器、数据库服务器。系统划分为“浏览”、“查询”和“编辑”三个模块 7/23/2022

16、35Yongjun Wang in ASIPP数据库设计字段名称数据类型日期日期/时间炮号数字实验说明文本灯丝电流投入时刻ms数字灯丝电流脉宽ms数字灯丝电流预置A数字磁场投入时刻ms数字磁场脉宽ms数字磁场电流预置A数字弧电流投入时刻ms数字弧电流脉宽ms数字弧电流预置A数字弧压投入时刻ms数字弧压脉宽ms数字弧压预置V数字放电信息表 ：7/23/202236Yongjun Wang in ASIPP数据库设计接上页（1）预电离脉宽ms数字预电离间隔ms数字气阀1投入时刻ms数字气阀1脉宽ms数字气阀1电压V数字气阀2投入时刻ms数字气阀2脉宽ms数字气阀2电压V数字气阀3投入时刻ms数字气

17、阀3脉宽ms数字气阀3电压V数字偏转磁场投入时刻ms数字偏转磁场脉宽ms数字偏转磁场电流预置A数字负高压投入时刻ms数字负高压投入脉宽ms数字负高压预置kV数字7/23/202237Yongjun Wang in ASIPP数据库设计接上页（2）正高压投入时刻ms数字正高压脉宽ms数字正高压预置kV数字炮前气压Pa数字炮后气压Pa数字初始弧流强度A数字峰值弧流强度A数字弧流脉宽ms数字电子温度数字离子密度数字引出束流A数字总功率kW数字起弧现象文本引出现象文本备注文本每条记录有47个关键字段7/23/202238Yongjun Wang in ASIPP数据库设计用户验证表：login 字段名

18、称数据类型字段含义username文本用户帐号password文本用户密码 用户使用本系统前，都要登录本系统，输入自己的用户名和密码，系统将在login表格中查询，如果存在该用户且密码也正确，然后再判断该用户是普通用户还是管理员，管理员除具备“浏览”和“查询”权限外，还具备输入和修改数据库的权限。若不存在该用户或密码错误，则不能使用本系统任何功能。表中的信息由管理员直接录入数据库中。7/23/202239Yongjun Wang in ASIPPNBI实验记录查询系统主要页面结构图 7/23/202240Yongjun Wang in ASIPPNBI实验记录查询系统程序流程图 7/23/20

19、2241Yongjun Wang in ASIPPWeb应用程序的功能块(1) 客户端显示器分辨率确认(2) 用户身份验证(3) 组合查询(4) 输入合法性检查(5) 查询结果显示(6) 记录的插入和删除 7/23/202242Yongjun Wang in ASIPP部分页面展示1组合查询页面图 7/23/202243Yongjun Wang in ASIPP部分页面展示 2字段选择页面 7/23/202244Yongjun Wang in ASIPP部分页面展示 3查询结果分页显示页面 7/23/202245Yongjun Wang in ASIPP小结：系统测试和应用网址：http:/w

20、yjun/index.asp 73/index.asphttp:/wyjun/index.asp73/index.asp7/23/202246Yongjun Wang in ASIPP工作总结及进一步改进之处 7/23/202247Yongjun Wang in ASIPP工作总结（1）1、比较圆满地完成了NBI分布式数据采集系统的开发工作，并成功地 应用于NBI物理实验，取得许多满意的实验结果。2、进一步开发了NBI实验记录查询系统，大大方便了实验数据的检索，是 数据采集系统的进一步延伸。本人的工作也是以“NBI分布式数据采集系统”为主， NBI分布式数据采集系统也是论文的主体，是文章的重点和核心，也是NBI物理实验正常运行的必备条件之一，NBI实验记录查询系统是管理和使用实验数据的一个有力工具。两个系统都是围绕NBI物理实验的正