基于LabVIEW的EAST真空數據快速采集系統
國家大科學工程EAST 全超導托卡馬克實驗裝置,是我國聚變能源研究戰略的重要組成部分,用于在近堆芯的高參數條件下研究等離子體的穩態和先進運行,深入探索實現聚變能源的工程、物理問題。EAST 與國際上的ITER 裝置類似,都是全超導非圓截面的托卡馬克裝置,具備長脈沖運行能力,靈活的運行模式和加料手段,以及多種壁處理技術。而粒子再循環及滯留實驗行為特性的研究對未來裝置長脈沖放電具有非常重要的參考價值。
目前EAST 裝置上的真空數據由西門子PLC采集,采樣速率低,采集精度也不高,數據分散且凌亂,處理起來較困難。這些數據主要為EAST 裝置真空運行提供依據,無法用于深入的物理研究。本系統將構建一套基于LabVIEW 的真空數據快速采集系統,通過提高采樣率和采樣精度,節省數據處理時間,以滿足相關物理研究要求,如不同條件下中性氣體的產生與分布、壁滯留及充氣效率等。
1、系統功能要求
EAST 真空系統主要由抽氣系統和充氣系統兩部分組成。充氣系統主要為EAST 等離子體物理實驗提供燃料,如D2;為EAST 裝置壁處理提供清洗工藝氣體(He,I)和涂層工藝氣體(硅烷、硼烷和鋰等);此外,在內外真空室暴露大氣時,需充入氮氣以盡量保護內第一壁,防止空氣中的雜質氣體沉積在壁上。抽氣系統則主要抽出反應后的氣體及真空室內壁釋放的氣體。本系統可用于研究充氣量與抽氣量的變化狀況,為反應原料滯留的有效控制提供參考依據,以便減少壁的滯留。系統主要包括以下功能:
(a) 與EAST 總控系統進行UDP 通信,接收放電炮號與放電時長。
(b) 與EAST 真空數據庫進行通信, 讀取EAST 裝置充氣系統和抽氣系統的所有泵、閥狀態并存儲。
(c) 采集7 路充氣罐、5 路抽氣口壓強信號及4 路溫度信號,將采集到的數據進行實時處理、顯示和存儲,包括每次放電的充氣量、抽氣量、滯留量和滯留率等。
(d) 實時顯示11 臺低溫泵的累積抽氣量,為低溫泵再生提供依據。
(e) 提供歷史數據查詢,包括單炮數據查詢和多炮數據查詢,單炮查詢包括每次放電時的充氣量、抽氣量、滯留量、滯留率、抽氣速率等。多炮查詢則查詢上述各個量的連續變化狀態等。
3、總結
本系統除實現上述對真空信號與裝置內部部件溫度信號的采集、存儲和UDP 通信、數據處理外,還具有讀取PLC 服務器的數據庫數據、歷史數據查詢等功能。本系統已用于2010 年EAST超導托卡馬克裝置春季物理實驗,整個系統操作界面友好,運行穩定可靠,為不同位置的加料效率、多種壁處理技術、粒子循環及壁的滯留等的物理實驗和研究提供了基礎平臺。
【作者】 陳強;王玲;胡建生;
【Author】 CHEN Qiang,WANG Ling,HU Jian-sheng(Institute of Plasma Physics,Chinese Academy of Sciences,Hefei 230031,China)
【機構】 中科院等離子體所;
【摘要】 為了在EAST裝置上建立量化的真空與壁處理技術研究平臺,我們構筑了以研華工控機、NI-6229數據采集卡為硬件基礎,LabVIEW軟件為編程環境的數據采集系統。該系統特色體現在充分利用LabVIEW圖形化編程語言直觀特性進行數據采集的同時,在程序內嵌入相關公式節點,利用文本語言簡潔、靈活的特性對采集的數據進行處理。本系統通過提高真空信號與溫度信號的采樣速率和采樣精度,使獲得的數據很好地滿足了EAST裝置壁滯留研究和低溫泵再生運行的要求,為EAST裝置的穩態運行及物理實驗研究提供了良好的平臺。這一系統的可靠性和先進性已在最新一輪EAST實驗中得到了驗證。
【Abstract】 To increase the sampling rate and improve the sampling accuracy of the vacuum and temperature data on the EAST Tokamak and to meet the requirements for further research,a set of data acquisition system based on ADVANTECH computer,NI PCI-6229 data acquisition card and LabVIEW software was designed.Combined with LabVIEW and text language,it has the virtues of LabVIEW and text language,such as the visibility of LabVIEW and the compact and flexible text language.By means of the design of the relevant interfaces,it implemented the data acquisition,UDP communication and display processes.
【關鍵詞】 EAST;真空系統;LabVIEW;數據采集;
【Key words】 EAST;vacuum system;LabVIEW;data acquisition;