1、NBINBI分布式数分布式数据采集系统据采集系统设计与应用设计与应用8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP2答辩内容答辩内容l NBI装置及对数据采集系统的要求装置及对数据采集系统的要求l NBI分布式数据采集系统各模块的实现分布式数据采集系统各模块的实现 高速数据采集系统高速数据采集系统 参数预设参数预设 真空度和低温监控真空度和低温监控 放电脉冲时序控制放电脉冲时序控制小结：系统调试和应用小结：系统调试和应用l NBI实验记录查询系统实验记录查询系统l 工作总结及进一步改进之处工作总结及进一步改进之处8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP3NBI装置
2、装置&对数据采集系统的要求对数据采集系统的要求 8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP4NBI装置介绍装置介绍 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 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中性束注入系统结构图8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP5NBI数据采集系统的功能数据采集系统的
3、功能NBI采集和监控系统相当于整个采集和监控系统相当于整个NBI装置的大脑。其功能为：装置的大脑。其功能为：1、测量和分析实验中的物理参数；、测量和分析实验中的物理参数；2、监测实验运行的状态；、监测实验运行的状态；3、提供对实验参数的预设；、提供对实验参数的预设；4、控制脉冲放电的时序。、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
4、。处理和保存，最后以图形的方式直观地呈现给实验人员。8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP6NBI装置对数据采集系统要求装置对数据采集系统要求l 2030路模拟量输入，路模拟量输入，610路数字量输出；路数字量输出；l 真空、低温长时间监控，真空、低温长时间监控，PLC脉冲时序控制；脉冲时序控制；l 使用、操作方便；使用、操作方便；l 通用性好，易于扩充；通用性好，易于扩充；l 可靠性高、可维护性好；可靠性高、可维护性好；l 由于功能模块独立性和地理位置分布性特点，系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统设计为分布式结构8/8/2022Yongjun
5、 Wang in ASIPP7NBI分布式数据采集系统分布式数据采集系统总体框架总体框架8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP8NBI分布式数据采集系统各模块的实现分布式数据采集系统各模块的实现 高速数据采集系统高速数据采集系统 参数预设参数预设 真空度和低温监控真空度和低温监控 放电脉冲时序控制放电脉冲时序控制小结：系统调试和应用小结：系统调试和应用 .8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP9NBI分布式数据采集系统分布式数据采集系统模块实现（模块实现（1）-高速数据采集系统高速数据采集系统设计目标和要求：设计目标和要求：模拟电压值范围：模拟电压值范围
6、：-10V-10V 单通道采样频率单通道采样频率：6 k 以上以上采集时间：采集时间：10s板卡数：板卡数：多卡同时工作多卡同时工作抗干扰：抗干扰：多模光纤（高压隔离）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；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。具有内外两种触发方式；网络传输功能。8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP10高速数据采集需要测量的信号量高速数据采集需要测量的信号量灯丝电源电压灯丝电源电压15V/10V正高压电源电正高压电源电压压60kV/10V灯丝电源电流灯丝电源电流500A/10V正高
7、压电源电正高压电源电流流60A/10V磁场电源电压磁场电源电压6V/10V负高压电源电负高压电源电压压-5kV/10V磁场电源电流磁场电源电流100A/10V负高压电源电负高压电源电流流-5A/10V气阀气阀1电源电电源电压压150V/10V偏转磁场电压偏转磁场电压50V/10V气阀气阀2电源电电源电压压150V/10V偏转磁场电流偏转磁场电流400A/10V弧流电源电压弧流电源电压150V/10V探针电压探针电压200V/10V弧流电源电流弧流电源电流1000A/10V探针电流探针电流5A/10V5A/10V8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP11PCI 9112卡配置
8、卡配置&数据采集框图数据采集框图1、采用单端输入法；、采用单端输入法；2、板卡系统内部时钟；、板卡系统内部时钟；3、量程范围为、量程范围为-1010V；装载驱动，设置缓存，通过装载驱动，设置缓存，通过“我的电脑我的电脑”“属性属性”“硬硬件件”“设备管理器设备管理器”可以查看板卡是否能正常使用可以查看板卡是否能正常使用。工控机工控机诊断仪器诊断仪器1诊断仪器诊断仪器nVF(1)VF(n)多模多模光纤光纤PCI-9112PCI-9112PCI-9112卡数据采集方块图卡数据采集方块图8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP12PCI同步、连续单缓冲编程模式同步、连续单缓冲编程模
9、式 8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP13高速数据采集的软件设计高速数据采集的软件设计程序开始程序开始上位机发送采上位机发送采集参数到下位机集参数到下位机发送状态发送状态YN巡检触发端口巡检触发端口是否触发是否触发N开始数据采集开始数据采集数据本地存盘数据本地存盘及图形化显示及图形化显示通过网络发送通过网络发送数据到上位机数据到上位机上位机处理数据上位机处理数据程序结束程序结束Y数据采集程序流程简图数据采集程序流程简图8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP14数据本地存盘的格式数据本地存盘的格式DataBase=HT7 ShotNo.=120601S
10、ignal Name=ARC_A(VF)Unit Name=VTrigger Time=0sFrequency=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数据库数据库放电炮号放电炮号通道信号名称通道信号名称通道信号单位名称通道信号单位名称触发时刻和采集时刻的差值触发时刻和采集时刻的差值两个采样点间的间隔时间两个采样
11、点间的间隔时间产生文件的时间产生文件的时间信号本次采集的点数信号本次采集的点数以下两列为采集数据的值，左列以下两列为采集数据的值，左列为采集时刻，右列为真实的电压为采集时刻，右列为真实的电压或电流值。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8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP15高速数据采集子系统的界面高速数据采集子系统的界面 8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP16NBI分布式数据采集系统分布式数据采集系统模块实现（模块实现（2）-参数预设系统参数预设系统设计目标、要求：设计目标、要求：输出输出0-10V左右的模拟电压，输出
12、精度尽可能高，输出端口左右的模拟电压，输出精度尽可能高，输出端口设计为设计为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。用户界面设为界面设为“通道名通道名”、“实际设置值实际设置值”和和“放大倍数放大倍数”三栏，板三栏，板卡实际卡实际输出的电压为实际设置值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。放大倍数。参数具有自动存储功能。8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP17参数预设信号量参数预设信号量&DA卡编程模式卡编程模式灯丝电流预置灯丝电流预置500A/10V弧流预置弧流预置1000A/10V磁场电流预置磁
13、场电流预置100A/10V气阀气阀1电压预置电压预置150V/10V弧压预置弧压预置150V/10V气阀气阀2电压预置电压预置150V/10V8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP18参数预设界面参数预设界面8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP19NBI分布式数据采集系统分布式数据采集系统模块实现（模块实现（3）-真空度和低温泵温度监控真空度和低温泵温度监控 设计目标和要求：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。使用速、短时间数据采集不同。使用RS
14、232接口进行数据通讯。接口进行数据通讯。1、实时监测真空度和低温泵温度；、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、根据历史数据画出变化曲线 硬件选择：硬件选择：1、DL-7程控真空计程控真空计2、8个个PT100型热电阻传感器，型热电阻传感器，RM411远端热电阻采集模块远端热电阻采集模块8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP20低温泵结构和原理示意图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8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP21串口通信硬件结构图
15、串口通信硬件结构图 tank低温冷凝泵温度监控硬件连接图低温冷凝泵温度监控硬件连接图DL-7程控程控真空计真空计RS232信号信号计算机真空度监控硬件连接图真空度监控硬件连接图8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP229针串口针脚说明和接线方法针串口针脚说明和接线方法 9针串口针串口9针针-9针接线针接线针号针号功能说明功能说明缩写缩写231数据载波检测数据载波检测DCD322接收数据接收数据RXD553发送数据发送数据TXD4数据终端准备数据终端准备DTR5信号地信号地GND6数据设备准备好数据设备准备好DSR7请求发送请求发送RTS8清除发送清除发送CTS9振铃指示振铃
16、指示DELL8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP23串口通信程序编写串口通信程序编写 通信程序可以用两种方法实现：通信程序可以用两种方法实现：利用利用ActiveX控件和使用控件和使用API 通信函通信函数。使用数。使用ActiveX控件，程序实现非控件，程序实现非常简单，结构清晰。常简单，结构清晰。VC+6.0提供的提供的MSComm控件通过串行端口发送控件通过串行端口发送和接收数据和接收数据。串口通信程序流程简图串口通信程序流程简图8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP24NBI分布式数据采集系统分布式数据采集系统模块实现（模块实现（4）-放电脉冲
17、时序控制放电脉冲时序控制 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控制，每路开关量控制的时间为ms量级；量级；2、各开关量之间存在着先后的时序关系，且对时间精、各开关量之间存在着先后的时序关系，且对时间精确度要求越高越好。确度要求越高越好。PLC控制能精确到控制能精确到us量级，能满足系统的要求。因量级，能满足系统的要求。因此选择了此选择了OMRON CPM2A 型型PLC。8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP25PLC输入、输出的开关量输入、输出的开关量开关量输入开关量输入开关量输出开关量
18、输出机械泵状态机械泵状态磁场电源配电状态磁场电源配电状态开警报开警报弧电源开弧电源开分子泵状态分子泵状态灯丝加至半压状态灯丝加至半压状态 电源复位电源复位弧电源关弧电源关水压力保持状态水压力保持状态弧流电源配电状态弧流电源配电状态磁场电源开磁场电源开正高压关正高压关阀门阀门1状态状态偏转磁铁开偏转磁铁开负高压关负高压关阀门阀门2状态状态灯丝加全部电压灯丝加全部电压气阀气阀1关关气阀气阀1状态状态气阀气阀1电源开电源开气阀气阀2关关气阀气阀2状态状态气阀气阀2电源开电源开偏转磁铁关偏转磁铁关辅助电源配电状态辅助电源配电状态正高压电源开正高压电源开磁场电源关磁场电源关真空机组配电状态真空机组配电状
19、态负高压电源开负高压电源开灯丝加半压灯丝加半压控制电源配电状态控制电源配电状态AD触发开、关触发开、关关警报关警报8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP26PLC程序流程图8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP27小结：系统调试和应用小结：系统调试和应用需要测试的功能需要测试的功能:1、A/D数据采集模块数据采集模块 2、D/A参数预设模块参数预设模块 3、PLC脉冲时序控制脉冲时序控制 4、数据服务器应用、数据服务器应用 5、网络通信、网络通信8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP28系统台面测试流程系统台面测试流程8/8/2022
20、Yongjun Wang in ASIPP29系统台面测试结果系统台面测试结果 8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP30系统在实验中的应用系统在实验中的应用-（图（图1）幅值幅值180A，放电时间，放电时间2500ms的弧流波形的弧流波形8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP31系统在实验中的应用系统在实验中的应用-（图（图2）数据服务器端程序界面数据服务器端程序界面8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP32系统在实验中的应用系统在实验中的应用-（图（图3）温度变化历史曲线温度变化历史曲线真空度变化历史曲线真空度变化历史曲线8/8/
21、2022Yongjun Wang in ASIPP33 NBI实验记录查询系统实验记录查询系统 8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP34NBI实验记录查询系统实验记录查询系统设计目标：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。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：设计方法：该系统是以该系统是以Wind
22、ows 2000作为服务器平台，选用作为服务器平台，选用IIS5.0（Internet Information Server 5.0）作为）作为Web服务器，服务器，Microsoft Access 2000为数据为数据库引擎，采用了库引擎，采用了Microsoft FrontPage2003为开发工具。系统分为为开发工具。系统分为“浏浏览览”、“查询查询”和和“编辑编辑”三个模块，采用三个模块，采用Browser/Server模式和模式和ASP技术开技术开发。发。8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP35NBI实验记录查询系统结构图实验记录查询系统结构图 本系统采用了典型
23、的三层分布式本系统采用了典型的三层分布式B/S模式，即浏览器、模式，即浏览器、Web服务器、服务器、数据库服务器。系统划分为数据库服务器。系统划分为“浏览浏览”、“查询查询”和和“编辑编辑”三个模块三个模块 8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP36数据库设计数据库设计字段名称字段名称数据类型数据类型日期日期日期日期/时间时间炮号炮号数字数字实验说明实验说明文本文本灯丝电流投入时刻灯丝电流投入时刻msms数字数字灯丝电流脉宽灯丝电流脉宽msms数字数字灯丝电流预置灯丝电流预置A A数字数字磁场投入时刻磁场投入时刻msms数字数字磁场脉宽磁场脉宽msms数字数字磁场电流预置磁
24、场电流预置A A数字数字弧电流投入时刻弧电流投入时刻msms数字数字弧电流脉宽弧电流脉宽msms数字数字弧电流预置弧电流预置A A数字数字弧压投入时刻弧压投入时刻msms数字数字弧压脉宽弧压脉宽msms数字数字弧压预置弧压预置V V数字数字放电信息表放电信息表：8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP37数据库设计数据库设计-接上页（接上页（1）预电离脉宽预电离脉宽msms数字数字预电离间隔预电离间隔msms数字数字气阀气阀1 1投入时刻投入时刻msms数字数字气阀气阀1 1脉宽脉宽msms数字数字气阀气阀1 1电压电压V V数字数字气阀气阀2 2投入时刻投入时刻msms数字
25、数字气阀气阀2 2脉宽脉宽msms数字数字气阀气阀2 2电压电压V V数字数字气阀气阀3 3投入时刻投入时刻msms数字数字气阀气阀3 3脉宽脉宽msms数字数字气阀气阀3 3电压电压V V数字数字偏转磁场投入时刻偏转磁场投入时刻msms数字数字偏转磁场脉宽偏转磁场脉宽msms数字数字偏转磁场电流预置偏转磁场电流预置A A数字数字负高压投入时刻负高压投入时刻msms数字数字负高压投入脉宽负高压投入脉宽msms数字数字负高压预置负高压预置kVkV数字数字8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP38数据库设计数据库设计-接上页（接上页（2）正高压投入时刻正高压投入时刻msms数字
26、数字正高压脉宽正高压脉宽msms数字数字正高压预置正高压预置kVkV数字数字炮前气压炮前气压PaPa数字数字炮后气压炮后气压PaPa数字数字初始弧流强度初始弧流强度A A数字数字峰值弧流强度峰值弧流强度A A数字数字弧流脉宽弧流脉宽msms数字数字电子温度电子温度数字数字离子密度离子密度数字数字引出束流引出束流A A数字数字总功率总功率kWkW数字数字起弧现象起弧现象文本文本引出现象引出现象文本文本备注备注文本文本每条记录有每条记录有47个关键字段个关键字段8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP39数据库设计数据库设计用户验证表：用户验证表：login 字段名称字段名称数据
27、类数据类型型字段含字段含义义usernameusername文本文本用户帐用户帐号号passwordpassword文本文本用户密用户密码码 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，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“浏览浏览”和和“查询查询”权限外，还具备输入和修改数据库的权限。若不存在该权限外，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
28、误，则不能使用本系统任何功能。表中的信息由用户或密码错误，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。管理员直接录入数据库中。8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP40NBI实验记录查询系统主要页面结构图实验记录查询系统主要页面结构图 8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP41NBI实验记录查询系统程序流程图实验记录查询系统程序流程图 8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP42Web应用程序的功能块应用程序的功能块(1)客户端显示器分辨率确认客户端显示器分辨率确认(2)用户身份验证用户身份验证(3)组合查询组合查询(
29、4)输入合法性检查输入合法性检查(5)查询结果显示查询结果显示(6)记录的插入和删除记录的插入和删除 8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP43部分页面展示部分页面展示-1组合查询页面图组合查询页面图 8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP44部分页面展示部分页面展示-2字段选择页面字段选择页面 8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP45部分页面展示部分页面展示-3查询结果分页显示页面查询结果分页显示页面 8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP46小结：系统测试和应用小结：系统测试和应用网址：网址：http:/wy
30、jun/index.asp http:/202.127.204.173/index.asphttp:/wyjun/index.asphttp:/202.127.204.173/index.asp8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP47工作总结及进一步改进之处工作总结及进一步改进之处 8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP48工作总结（工作总结（1）1、比较圆满地完成了、比较圆满地完成了NBI分布式数据采集系统的开发工作，并成功地分布式数据采集系统的开发工作，并成功地 应用于应用于NBI物理实验，取得许多满意的实验结果。物理实验，取得许多满意的实验结果。
31、2、进一步开发了、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。数据采集系统的进一步延伸。本人的工作也是以本人的工作也是以“NBI分布式数据采集系统分布式数据采集系统”为主，为主，NBI分布式数据分布式数据采采集系统也是论文的主体，是文章的重点和核心，也是集系统也是论文的主体，是文章的重点和核心，也是NBI物理实验正常运物理实验正常运行的必备条件之一，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。两个系统都是围绕有力工具。两个系统都
32、是围绕NBI物理实验的正常运行而开发，两个系统物理实验的正常运行而开发，两个系统结合使用，有效地促进了结合使用，有效地促进了NBI科研工作的顺利开展。科研工作的顺利开展。8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP49工作总结（工作总结（2）已发表论文：已发表论文：1、HT-7中性束注入装置数据采集系统设计和应用中性束注入装置数据采集系统设计和应用（工业控制计算机，（工业控制计算机，2004年第八期，年第八期，第一作者）第一作者）2、Control System of Neutral Beam Injection On HT-7（Plasma Science&Technology
33、,2005年第年第3期，第一作者）期，第一作者）3、分布式控制系统在中性束注入实验中的应用、分布式控制系统在中性束注入实验中的应用（计算机测量与控制，（计算机测量与控制，2005年第年第5期，期，第二作者）第二作者）8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP50进一步工作建议进一步工作建议1、在实验中检验和完善、在实验中检验和完善NBI实验记录查询系统；实验记录查询系统；2、改变、改变A/D采集模式，提高采集时间；采集模式，提高采集时间；3、优化系统，提高系统集成度；、优化系统，提高系统集成度；4、提高可靠性，稳定性，加强各模块间的联系；、提高可靠性，稳定性，加强各模块间的联系
34、；5、加强数据的安全性管理，数据经常性备份和用户身份验证、加强数据的安全性管理，数据经常性备份和用户身份验证 8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP51致谢致谢 感谢感谢NBI控制工作组，我们在工作中互帮互助，互相学习。控制工作组，我们在工作中互帮互助，互相学习。共同提高，感谢胡纯栋老师、王绍虎书记给我们提供很好的共同提高，感谢胡纯栋老师、王绍虎书记给我们提供很好的 工作环境。工作环境。感谢感谢 7 室和室和 2 室的老师和同学，他们在我工作的过程中提供室的老师和同学，他们在我工作的过程中提供 了很大的帮助，给了很多的启发，使我少走了很多弯路。了很大的帮助，给了很多的启发，使我少走了很多弯路。感谢研究生部的老师，她们为我们研究生做出很多的工作，感谢研究生部的老师，她们为我们研究生做出很多的工作，使我们能安心工作。使我们能安心工作。8/8/2022Yongjun Wang in ASIPP52Thanks Thanks
