摘 要：為滿足核聚變裝置HT-7極向場電源控制系統(tǒng)的要求，利用Labview編程環(huán)境設(shè)計(jì)了狀態(tài)監(jiān)控界面。監(jiān)控界面實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、可靠的監(jiān)控極向場電源狀態(tài)，并通過ODBC接口與數(shù)據(jù)庫連接，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程回放。本文簡述了狀態(tài)監(jiān)控界面的構(gòu)造與實(shí)現(xiàn)。多次實(shí)驗(yàn)表明在Labview環(huán)境下利用UDP協(xié)議、LabSQL工具包實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信和過程回放，是可行、可靠而高效的。 關(guān)鍵詞：狀態(tài)監(jiān)控，數(shù)據(jù)庫，Labview，LabSQL 1、引言 　　國家大科學(xué)工程HT-7是我國第一個(gè)超導(dǎo)托卡馬克熱核聚變裝置 。極向場電源控制系統(tǒng)是托卡馬克主要子系統(tǒng)之一，它為等離子體的產(chǎn)生、約束、維持、加熱，以及等離子體的電流、位置、形狀、分布和破裂的控制，提供必要的工程基礎(chǔ)和控制手段。對(duì)裝置運(yùn)行的性能與安全，物理實(shí)驗(yàn)的成敗與效率，有著至關(guān)重要的作用。其實(shí)時(shí)性、可靠性、可擴(kuò)充性要求甚高。 　　電源工作過程中，電源系統(tǒng)的控制信號(hào)和過程數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)、有效地存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn);同時(shí)數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)通過UDP協(xié)議，實(shí)時(shí)、同步地轉(zhuǎn)發(fā)當(dāng)前的電源狀態(tài)、電壓和電流等數(shù)據(jù)給狀態(tài)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)。監(jiān)控界面利用Labview編程實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)并加以同步顯示;在需要查詢某炮號(hào)放電情況時(shí)，通過ODBC接口從數(shù)據(jù)庫查詢數(shù)據(jù)，按時(shí)間順序和設(shè)定的回放速度加以回放。本文介紹了如何利用Labview實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，編程實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)控和離線動(dòng)態(tài)回放。 2、電源控制系統(tǒng)簡介 　　極向場電源控制系統(tǒng)由三層網(wǎng)絡(luò)組成：Windows 監(jiān)測層、QNX實(shí)時(shí)控制層、現(xiàn)場總線執(zhí)行層。Windows 監(jiān)測層選用Windows 2000平臺(tái)作為操作工作站，進(jìn)行測量、監(jiān)控、故障分析和波形顯示。而QNX實(shí)時(shí)控制層選用QNX6.20實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（一個(gè)符合POSIX 1003標(biāo)準(zhǔn)、支持內(nèi)核搶占、真正微內(nèi)核、基于消息傳遞的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)），擔(dān)負(fù)著電源系統(tǒng)多變量電流反饋控制、系統(tǒng)連鎖控制、保護(hù)及各種運(yùn)行方式的調(diào)配。現(xiàn)場總線層由大量現(xiàn)場總線控制器及模塊組成，對(duì)大量現(xiàn)場設(shè)備發(fā)送控制量并讀取其狀態(tài)傳遞給實(shí)時(shí)控制層和監(jiān)測層。 　　狀態(tài)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)工作在Windows監(jiān)控層，用于對(duì)系統(tǒng)的晶閘管、隔離開關(guān)、直流快速開關(guān)等的狀態(tài)，水路、溫度報(bào)警信號(hào)及電壓預(yù)設(shè)、實(shí)際電流值等模擬量信號(hào)的監(jiān)控，是系統(tǒng)狀態(tài)的“晴雨表”。實(shí)驗(yàn)人員通過狀態(tài)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控電源當(dāng)時(shí)的工作狀況。 　　數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)工作在QNX監(jiān)控層，采用Empress RDBMS（一個(gè)快速、可靠、嵌入式的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)）。數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)作為數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換的樞紐，其主要作用為：1、在等離子體放電每炮實(shí)驗(yàn)期間，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)地存儲(chǔ)電源控制系統(tǒng)的幾百路控制信號(hào)和反饋控制數(shù)據(jù);2、實(shí)驗(yàn)期間實(shí)時(shí)的、同步的轉(zhuǎn)發(fā)電源狀態(tài)、電壓和電流等數(shù)據(jù)以供狀態(tài)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)顯示當(dāng)前電源的工作狀況;3、管理各類歷史實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)源，接受對(duì)數(shù)據(jù)的查詢和訂閱，提供統(tǒng)一和有效的數(shù)據(jù)庫支持。 3、實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控部分設(shè)計(jì) 　　狀態(tài)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)監(jiān)控程序采用美國國家儀器公司（NI）的Labview開發(fā)工具編寫。 Labview是一種基于G語言的革命化的圖形開發(fā)平臺(tái)，主要用于數(shù)據(jù)的采集、分析、處理和顯示。它與基于文本的傳統(tǒng)編程語言不同，是一種基于圖形編程的開放式軟件開發(fā)平臺(tái)，其可視化圖形編程環(huán)境直觀易用，可以極大地提高開發(fā)效率縮短設(shè)計(jì)周期。 [align=center] 圖1 Labview實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控程序流程圖[/align] 　　狀態(tài)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)與數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)的通信周期設(shè)置為50ms，因?yàn)橛?jì)算機(jī)屏幕變化時(shí)間在50ms左右時(shí)，人眼看到的是連續(xù)的狀態(tài)和波形變化過程。數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)通過UDP協(xié)議同狀態(tài)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)通信，采用客戶機(jī)/服務(wù)器軟件架構(gòu)，狀態(tài)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)為服務(wù)器，被動(dòng)的接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)為客戶機(jī)，主動(dòng)的發(fā)送數(shù)據(jù)。通過Labview編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收，并分別加以顯示。其程序流程圖如圖1所示。圖2為Labview實(shí)時(shí)監(jiān)控框圖程序簡圖，給出了UDP協(xié)議部分的框圖設(shè)計(jì)并在圖中加以說明，而大量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和顯示處理部分未給出。 [align=center] 圖2 Labview實(shí)時(shí)監(jiān)控框圖程序簡圖[/align] 　　HT-7的極向場電源系統(tǒng)根據(jù)對(duì)等離子體的不同約束作用分為垂直場、加熱場、偏磁場、水平場及垂直校正場，其中垂直場和加熱場電源由4套整流器電源（PS1-PS4）組成。Labview監(jiān)控界面的前面板用Tab Control圖標(biāo)分為“垂直場和加熱場”、“偏磁場、水平場及垂直校正場”兩個(gè)不同的界面。圖1中提到的PS 子VI 作用是將接收到的整流器電源狀態(tài)數(shù)據(jù)加以轉(zhuǎn)換，分離出晶閘管觸發(fā)信號(hào)及水溫過高、水壓過低、母排過熱、快熔損壞等故障信號(hào)加以顯示。在正常工作情況下，Labview前面板上故障信號(hào)報(bào)警界面會(huì)自動(dòng)隱藏，只有當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，報(bào)警界面才會(huì)顯示出來。在實(shí)驗(yàn)期間選擇Labview工具欄中的連續(xù)執(zhí)行按鈕，通過UDP協(xié)議持續(xù)的接收數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)并加以處理。 　　在實(shí)時(shí)監(jiān)控狀態(tài)下，當(dāng)垂直場和加熱場有故障信號(hào)時(shí)，隱藏的故障指示會(huì)在空白部分顯示出來，界面自動(dòng)切換到“垂直場和加熱場”界面，并且不能切換到其他界面;當(dāng)偏磁場、水平場和垂直校正場有故障時(shí)，如果垂直場和加熱場沒有故障，則界面自動(dòng)切換到“偏磁場、水平場和垂直校正場”界面，并且不能切換到其他界面。 4、狀態(tài)回放部分設(shè)計(jì) 　　狀態(tài)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)除了同步監(jiān)視系統(tǒng)狀態(tài)外，另一個(gè)功能就是“回放”。等離子體放電每炮的周期性數(shù)據(jù)已經(jīng)存入Empress數(shù)據(jù)庫，如果希望重新回放在某一炮放電實(shí)驗(yàn)的任何一段時(shí)間內(nèi)的各個(gè)信號(hào)的變化過程，可以通過ODBC接口使用SQL語言從數(shù)據(jù)庫中查找出符合條件的數(shù)據(jù)，按時(shí)間順序和設(shè)定的回放速度在界面上顯示出來，再次重現(xiàn)電源的工作過程和相關(guān)信號(hào)量的變化，相應(yīng)的，還可以根據(jù)需要多次回放。此時(shí)，監(jiān)控節(jié)點(diǎn)是在主動(dòng)的查詢數(shù)據(jù)。 　　在Labview編程環(huán)境下，可以采用多種方法來完成與數(shù)據(jù)庫的接口，監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)回放部分所采用的是Labview免費(fèi)數(shù)據(jù)庫訪問工具包LabSQL。LabSQL是一個(gè)免費(fèi)的、多數(shù)據(jù)庫、跨平臺(tái)的Labwiew數(shù)據(jù)庫訪問工具包，它利用Microsoft ADO以及SQL語言來完成數(shù)據(jù)庫訪問，將復(fù)雜的底層ADO及SQL操作封裝成一系列的LabSQL VIs，簡單易用。運(yùn)用Labview編寫的狀態(tài)回放程序流程圖如圖3所示。圖4為Labview狀態(tài)回放框圖程序簡圖，給出了Labview通過LabSQL與Empress數(shù)據(jù)庫連接部分的框圖設(shè)計(jì)并在圖中加以說明，而大量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和顯示處理部分未給出。 [align=center] 圖3 Labview狀態(tài)回放程序流程圖[/align] 　　HT-7試驗(yàn)中，等離子體放電的各炮信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)的“Config表”中，每炮的極向場電源控制系統(tǒng)的信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)的“state表”中，例如“state_77777”表示炮號(hào)為77777時(shí)，極向場電源系統(tǒng)的信息狀況。如圖4所示，在“SQL命令”和“回放炮號(hào)”輸入控件中用SQL語言的SELECT語句選擇所需的項(xiàng)目記錄和炮號(hào)，取出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和回放?！霸O(shè)定回放速度”部分為一個(gè)定時(shí)程序，可設(shè)定循環(huán)的讀取周期，以按照不同的周期讀取記錄進(jìn)行回放，此處設(shè)定回放周期為50ms。當(dāng)需要查詢某炮電源情況時(shí)，在“回放炮號(hào)”中輸入炮號(hào)，選擇運(yùn)行按鈕，監(jiān)控界面將回放此炮號(hào)下電源的工作過程。 [align=center] 圖4 Labview回放框圖程序簡圖[/align] 　　實(shí)時(shí)監(jiān)控過程采取被動(dòng)模式，數(shù)據(jù)按周期產(chǎn)生，具有規(guī)律性，顯而易見，沒有必要進(jìn)行查詢，采用被動(dòng)接收方式可以減輕主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)。狀態(tài)回放過程采取主動(dòng)模式，體現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的思想，數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)只是開啟ODBC訪問接口，具體的應(yīng)用交給監(jiān)控程序處理，體現(xiàn)了模塊化的程序設(shè)計(jì)思想，也可以減少對(duì)數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)的影響。狀態(tài)回放程序前面板外觀上除了多了回放炮號(hào)輸入攔外，其余與狀態(tài)監(jiān)控程序完全相同。 [align=center] 圖5 垂直場和加熱場監(jiān)控界面[/align] 　　圖5所示為Labview前面板“垂直場和加熱場”監(jiān)控界面，通過操作工具可以切換前面板監(jiān)控界面對(duì)偏磁場、水平場和垂直校正場進(jìn)行監(jiān)控。 5、結(jié)束語 　　在HT-7實(shí)驗(yàn)中，狀態(tài)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)能實(shí)時(shí)、有效、直觀地對(duì)極向場電源系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能及時(shí)報(bào)警;對(duì)等離子體任意炮放電過程中極向場電源的情況都可以通過從數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)取出狀態(tài)并加以回放。通過試驗(yàn)的多次驗(yàn)證，證實(shí)用Labview編寫的監(jiān)控程序是可行、可靠、高效的。 參考文獻(xiàn) 　　[1] LabVIEW高級(jí)程序設(shè)計(jì)，楊樂平、李海濤等，清華大學(xué)出版社 2003.4 　　[2] Labview User Manuals. National Instrument Company，2003 　　[3] Empress Manual Set. Empress Software Inc，2001