1、1开开 题题 报报 告告基于基于LabVIEW的真空数据快采系统的真空数据快采系统 报报 告告 人：人：陈陈 强强 指导老师：指导老师：王王 玲玲 胡建生胡建生 2009.12.8ASIPP2基于基于LabVIEW的真空数据快采系统的真空数据快采系统一、一、EAST真空数据采集现状真空数据采集现状二、系统概述二、系统概述三、系统特点及功能要求三、系统特点及功能要求四、系统硬件结构四、系统硬件结构五、系统软件实现五、系统软件实现六、课题进度及时间安排六、课题进度及时间安排七、参考文献七、参考文献3真空数据采集现状真空数据采集现状 目前目前EAST装置真空数据由装置真空数据由PLC采集得到，采样采
2、集得到，采样速率为速率为1Hz，主要用来满足真空运行需要，采集速度主要用来满足真空运行需要，采集速度慢，采样精度低，无法进行一些物理研究。同时，这慢，采样精度低，无法进行一些物理研究。同时，这些数据比较分散和凌乱，处理起来比较困难。些数据比较分散和凌乱，处理起来比较困难。本课题将建立一套基于本课题将建立一套基于LabVIEW的真空数据快的真空数据快速采集系统，提高采样速率，提高采样精度，并对数速采集系统，提高采样速率，提高采样精度，并对数据进行初步处理，从而节省后续数据处理时间，满足据进行初步处理，从而节省后续数据处理时间，满足相关物理研究的要求。如不同条件下中性气体产生与相关物理研究的要求。
3、如不同条件下中性气体产生与分布、壁滞留、充气效率等的研究。分布、壁滞留、充气效率等的研究。4 4系统概述系统概述本系统是一个采样速率为本系统是一个采样速率为1KHz的快速数据采集系统，的快速数据采集系统，采集的信号有：采集的信号有：4路路050mV的热电偶温度信号；的热电偶温度信号；12路路010V的真空度信号；的真空度信号；共计十六路，如表一所示。按需要以后还能进行相应的扩共计十六路，如表一所示。按需要以后还能进行相应的扩展，包括通道数的扩展和功能的扩展。展，包括通道数的扩展和功能的扩展。系统能将采样到的数据换算后实时动态显示，保存至系统能将采样到的数据换算后实时动态显示，保存至数据库，可查
4、询历史记录，并希望最终能在网上发布。数据库，可查询历史记录，并希望最终能在网上发布。系统能与上位机进行通信，接收放电开始信号、放电系统能与上位机进行通信，接收放电开始信号、放电时间和炮号等数据。时间和炮号等数据。系统与原始信号输入设备间有输入隔离。系统与原始信号输入设备间有输入隔离。5 5表一表一主充气罐规管主充气罐规管1 1APR262主抽气口规管主抽气口规管1PKR251偏滤器充气罐规管偏滤器充气罐规管1 1APR262主抽气口规管主抽气口规管2PKR251偏滤器充气罐规管偏滤器充气罐规管2 2APR262热电偶热电偶1(外耙板外耙板)K型型杂质充气罐规管杂质充气罐规管1 1APR262热
5、电偶热电偶2(内耙板内耙板)K型型杂质充气罐规管杂质充气罐规管2 2PCG400热电偶热电偶3(高场高场)K型型壁处理充气罐规管壁处理充气罐规管1 1PCG400热电偶热电偶4(demo板板)K型型上偏滤器规管上偏滤器规管PKR251预留预留PKR251PKR251下偏滤器规管下偏滤器规管PKR251预留预留PKR251PKR2516 6偏滤器充气阀门杂质充气阀门主充气阀门图一图一壁处理充气阀门APR262APR262APR262PCG400PCG400PCG4007 7系统特点及功能要求系统特点及功能要求v友好、直观的监测界面；友好、直观的监测界面；v实现实现12路真空度信号和路真空度信号和
6、4 4路温度信号的快速采集路温度信号的快速采集（1ms的巡检周的巡检周期）；期）；v数据库管理：按炮号完成数据的存储与查询；数据库管理：按炮号完成数据的存储与查询；v网络通信：与上位机进行通信，网络通信：与上位机进行通信，接收放电开始信号、放电时间和接收放电开始信号、放电时间和炮号等数据炮号等数据；v温度信号调理温度信号调理 ：将采集到的：将采集到的050mV的温度信号进行冷端补偿，的温度信号进行冷端补偿，并滤波、放大。并滤波、放大。v较高的采样速率：将原来的采样速率由较高的采样速率：将原来的采样速率由1Hz改为改为1KHz。v较高的采样精度：采样精度由原来的较高的采样精度：采样精度由原来的1
7、2位提高到位提高到16位。位。8 8系统硬件结构系统硬件结构 图二v研华研华610H工控机工控机vNI PCI-6229数据采集卡数据采集卡vNI SCC-68温度信号调理盒温度信号调理盒vNI SCB-68接线盒接线盒vTC-02温度调理模块温度调理模块v规管：规管：APR262、PCG400、PKR251vK型热电偶型热电偶9 9NI PCI-6229与与SCB-68、SCC-68、TC-02v NI PCI-6229的采样精度为的采样精度为16位，板卡使用自身位，板卡使用自身板载时钟源，最高模拟采样速率为板载时钟源，最高模拟采样速率为250KHz，有，有32路模拟输入，路模拟输入，48路
8、数字路数字I/O和和4路模拟输出，路模拟输出，并具有输入隔离。完全能够满足本系统的采样并具有输入隔离。完全能够满足本系统的采样需求。需求。v TC-02为温度信号调理模块，将采集到的温度为温度信号调理模块，将采集到的温度信号进行冷端补偿，并滤波、放大。信号进行冷端补偿，并滤波、放大。v SCB-68与与SCC-68为接线盒。为接线盒。1010APR262、PCG400、PKR251 APR262APR262PCG400PCG400PKR251PKR251量程量程(mbar)(mbar)0.20.2220022005E-45E-4150015005E-95E-910001000输出电压输出电压(
9、V)(V)1 19.89.81.91.910.2310.230.50.59.59.5反应时间反应时间(ms)(ms)101010101010转换关系式转换关系式p=(U-1.8)F.S./10p=(U-1.8)F.S./10p=10E0.778(U-p=10E0.778(U-3.572)3.572)p=10E(1.667p=10E(1.667*U-U-9.333)9.333)APR262、PCG400、PKR2511212K型热电偶型热电偶o K型热电偶测量的温度范围为型热电偶测量的温度范围为 -2001370，输出电压，输出电压0 50mV，反应时间，反应时间100ms。测量。测量所得电压接
10、入到所得电压接入到TC-02温度调理温度调理模块，进行冷端补偿，并滤波、模块，进行冷端补偿，并滤波、放大。放大。K K型热电偶型热电偶1313系统软件实现系统软件实现 LabVIEW是一种程序开发环境，是由美国国家仪是一种程序开发环境，是由美国国家仪器器(NI)公司研制开发、类似于公司研制开发、类似于C和和BASIC的一种图形化的一种图形化的编程语言开发环境。使用这种语言编程时，基本上不的编程语言开发环境。使用这种语言编程时，基本上不需要写程序代码，取而代之的是流程图或框图。需要写程序代码，取而代之的是流程图或框图。LabVIEW拥有丰富的函数库，包括数据采集、拥有丰富的函数库，包括数据采集、
11、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示、数据通讯及数据存储串口控制、数据分析、数据显示、数据通讯及数据存储等等。等等。LabVIEW也有传统的程序调试工具，如设置断点、也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序以动画方式显示数据及其子程序（子子VI）的结果、单步的结果、单步执行等等，便于程序的调试。执行等等，便于程序的调试。LabVIEW广泛地被工业界、学术界和研究实验室广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。1414系统软件实现系统软件实现 结合结合NI公司的公司的LabVIEW SQ
12、L Toolkit数据库工具包，数据库工具包，LabVIEW可以与可以与SQL Server等数据库建立连接。实现数据等数据库建立连接。实现数据采集、处理、显示、通讯、存储和查询。采集、处理、显示、通讯、存储和查询。正因为正因为LabVIEW如此强大的功能，国外很多装置的数如此强大的功能，国外很多装置的数据采集系统都是用据采集系统都是用LabVIEW作为开发环境来开发的。如欧作为开发环境来开发的。如欧洲的洲的JET和西班牙和西班牙TJ-II等装置就用等装置就用LabVIEW作为开发环境作为开发环境来构建来构建数据采集系统，这些系统还可以同时进行数据处理。数据采集系统，这些系统还可以同时进行数据
13、处理。这里所用规管最快反应时间为这里所用规管最快反应时间为10ms，而，而NI PCI-6229数数据采集卡使用的是采集卡本身时钟，最高模拟采样速率达到据采集卡使用的是采集卡本身时钟，最高模拟采样速率达到250KHz，所以在，所以在Windows环境下用环境下用LabVIEW来搭建采样率来搭建采样率为为1ms的数据采集系统是完全可行的。的数据采集系统是完全可行的。1515系统软件实现系统软件实现 在在Windows操作系统下，以操作系统下，以LabVIEW作为软作为软件开发平台，利用件开发平台，利用LabVIEW SQL Toolkit数据库数据库工具包及工具包及SQL Server数据库技术
14、。数据库技术。根据系统功能，系统分为三个模块：根据系统功能，系统分为三个模块：(1)数据采集、监测模块数据采集、监测模块(2)通信模块通信模块(3)数据管理模块数据管理模块1616图三图三1717(1)采集与监控的实现采集与监控的实现v 运用运用LabVIEW的控件和函数制作出直观、友好的的控件和函数制作出直观、友好的监测显示界面。监测显示界面。v 通过访问板卡的通过访问板卡的I/O地址进行数据采集。地址进行数据采集。v 利用利用LabVIEW的的控件和相关函数将采集到的数据控件和相关函数将采集到的数据进行处理后建立实时趋势曲线，快速反映真空度和进行处理后建立实时趋势曲线，快速反映真空度和温度
15、随时间的变化情况。温度随时间的变化情况。1818(2)网络通信的实现网络通信的实现 通信模块主要是指系统在运行中与通信模块主要是指系统在运行中与EAST总控和炮号服务器之间基于总控和炮号服务器之间基于TCP通通信协议的数据传输。信协议的数据传输。接收放电开始信号、接收放电开始信号、放电时间和炮号等数据放电时间和炮号等数据。1919(3)数据存储与管理方案数据存储与管理方案 结合结合NI公司公司LabVIEW SQL Toolkit数据数据库工具包，库工具包，LabVIEW可以与可以与SQL Server数数据库建立连接，利用据库建立连接，利用SQL Server来管理采集来管理采集到的数据。到
16、的数据。2020课题进度及时间安排课题进度及时间安排 本课题所需的硬件设备已经购买并完成本课题所需的硬件设备已经购买并完成安装，同时学习了安装，同时学习了SQL Server数据库和数据库和LabVIEW的使用及一些基本的编程方法，的使用及一些基本的编程方法，目前正在进行程序的编写。目前正在进行程序的编写。计划在年后计划在年后EAST新一轮实验前完成初步新一轮实验前完成初步的工作，并在实验中使用，根据使用情况进的工作，并在实验中使用，根据使用情况进一步完善系统的各部分功能。一步完善系统的各部分功能。2121参考文献参考文献1.LabVIEW高级程序设计高级程序设计 杨乐平等编著杨乐平等编著 清
17、华大学出版社清华大学出版社 2003.4 2.LabVIEW 8.2.1与与DAQ数据采集数据采集 龙华伟，顾永刚编著龙华伟，顾永刚编著 清华大学出版清华大学出版社社 2008.8 3.精通精通LabVIEW程序设计程序设计 张桐，陈国顺，王正林编著张桐，陈国顺，王正林编著 电子工业出版电子工业出版社社 2008.12 4.基于基于LabVIEW数据采集系统的设计数据采集系统的设计 沈保山，姬长英等沈保山，姬长英等 机械与电子机械与电子 2009.45.基于基于LabVIEW的太阳能电池温度采集和数据保存系统的太阳能电池温度采集和数据保存系统 杨刚，黎冠文杨刚，黎冠文 中国中国科技信息科技信息
18、 2008.26.LabVIEW中访问数据库的几种不同方法中访问数据库的几种不同方法 毕虎，律方成等毕虎，律方成等 传感器与仪器仪传感器与仪器仪表表 2006.1 7.在在LabVIEW中灵活访问数据库中灵活访问数据库 赵贵明，赵质良赵贵明，赵质良 电子测试电子测试 2008.98.基于基于LabVIEW的数据采集系统的实现的数据采集系统的实现 王建群，南金瑞等王建群，南金瑞等 计算机工程与计算机工程与应用应用 20039.精通精通SQL Server 2005 数据库应用系统开发数据库应用系统开发 启明工作室启明工作室 人民邮电出版社人民邮电出版社 2007.710.数据库处理数据库处理-基
19、础、设计与实现基础、设计与实现 施伯乐等译施伯乐等译 电子工业出版社电子工业出版社2003.7 2222参考文献参考文献10.Real-time data acquisition and processing platform for fusion experiments M.Ruiz,E.Barrera,S.Lpez,D.Machn,J.Vega,E.Snchez Fusion Engineering and Design 200411.CAMAC,VXI,and PXI hybrid data acquisition system with MDSplus Seong-Heon Seo,J
20、.S.Hong,M.Kwon Fusion Engineering and Design 200412.128 Channel PCI-based data acquisition system for MDSplus Xavier Llobet,Basil P.Duval Fusion Engineering and Design 200913.New developments at JET in diagnostics,real-time control,data acquisition and information retrieval with potential application to ITER J.Vega,A.Murari,B.Carvalho,G.de Arcas,R.Felton,M.Riva,M.Ruiz,J.Svensson,JET-EFDA Contributors Fusion Engineering and Design 200923 Thanks Thanks 谢谢观赏
