1 开 题 报 告开 题 报 告 基于 LabVIEW 的真空数据快采系统 报 告 人： 陈 强 指导老师： 王 玲 胡建生 2009.12.8 ASIPP.

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1 1 开 题 报 告开 题 报 告 基于 LabVIEW 的真空数据快采系统 报 告 人： 陈 强 指导老师： 王 玲 胡建生 2009.12.8 ASIPP

2 2 基于 LabVIEW 的真空数据快采系统 一、 EAST 真空数据采集现状 二、系统概述 三、系统特点及功能要求 四、系统硬件结构 五、系统软件实现 六、课题进度及时间安排 七、参考文献

3 3 真空数据采集现状 目前 EAST 装置真空数据由 PLC 采集得到，采样 速率为 1Hz ，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 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 LabVIEW 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 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 分布、壁滞留、充气效率等的研究。

4 44 系统概述 本系统是一个采样速率为 1KHz 的快速数据采集系统， 采集的信号有： ① 4 路 0~50mV 的热电偶温度信号； ② 12 路 0~10V 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 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。

5 55 表一 主充气罐规管 1 APR262 主抽气口规管 1 PKR251 偏滤器充气罐规管 1 APR262 主抽气口规管 2 PKR251 偏滤器充气罐规管 2 APR262 热电偶 1( 外耙板 )K型K型 杂质充气罐规管 1 APR262 热电偶 2( 内耙板 )K型K型 杂质充气罐规管 2 PCG400 热电偶 3( 高场 )K型K型 壁处理充气罐规管 1 PCG400 热电偶 4(demo 板 ) K型K型 上偏滤器规管 PKR251 预留 PKR251 下偏滤器规管 PKR251 预留 PKR251

6 66 偏滤器 充气阀门 杂质充 气阀门 主充气 阀门 图一 壁处理 充气阀门 APR262 PCG400

7 77 系统特点及功能要求  友好、直观的监测界面；  实现 12 路真空度信号和 4 路温度信号的快速采集（ 1ms 的巡检周 期）；  数据库管理：按炮号完成数据的存储与查询；  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 炮号等数据；  温度信号调理 ：将采集到的 0 ～ 50mV 的温度信号进行冷端补偿， 并滤波、放大。  较高的采样速率：将原来的采样速率由 1Hz 改为 1KHz 。  较高的采样精度：采样精度由原来的 12 位提高到 16 位。

8 88 系统硬件结构 图二  研华 610H 工控机  NI PCI-6229 数据采集卡  NI SCC-68 温度信号调理盒  NI SCB-68 接线盒  TC-02 温度调理模块  规管： APR262 、 PCG400 、 PKR251  K 型热电偶

9 99 NI PCI-6229 与 SCB-68 、 SCC-68 、 TC-02  NI PCI-6229 的采样精度为 16 位，板卡使用自身 板载时钟源，最高模拟采样速率为 250KHz ，有 32 路模拟输入， 48 路数字 I/O 和 4 路模拟输出， 并具有输入隔离。完全能够满足本系统的采样 需求。  TC-02 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。  SCB-68 与 SCC-68 为接线盒。

10 10 APR262 、 PCG400 、 PKR251 APR262PCG400PKR251 量程 (mbar)0.2 ～ 22005E-4 ～ 15005E-9 ～ 1000 输出电压 (V)1 ～ 9.81.9 ～ 10.230.5 ～ 9.5 反应时间 (ms) 10 转换关系式 p=(U-1.8)F.S./10 p=10E0.778(U- 3.572) p=10E(1.667*U- 9.333)

11 APR262 、 PCG400 、 PKR251

12 12 K 型热电偶  K 型热电偶测量的温度范围为 -200 ～ 1370 ℃，输出电压 0 ～ 50mV ，反应时间 100ms 。测量 所得电压接入到 TC-02 温度调理 模块，进行冷端补偿，并滤波、 放大。 K 型热电 偶

13 13 系统软件实现 LabVIEW 是一种程序开发环境，是由美国国家仪 器 (NI) 公司研制开发、类似于 C 和 BASIC 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 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、 GPIB 、 串口控制、数据分析、数据显示、数据通讯及数据存储 等等。 LabVIEW 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（子 VI ）的结果、单步 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 所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。

14 14 系统软件实现 结合 NI 公司的 LabVIEW SQL Toolkit 数据库工具包， LabVIEW 可以与 SQL Server 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。 正因为 LabVIEW 如此强大的功能，国外很多装置的数 据采集系统都是用 LabVIEW 作为开发环境来开发的。如欧 洲的 JET 和西班牙 TJ-II 等装置就用 LabVIEW 作为开发环境 来构建数据采集系统，这些系统还可以同时进行数据处理。 这里所用规管最快反应时间为 10ms ，而 NI PCI-6229 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 250KHz ，所以在 Windows 环境下用 LabVIEW 来搭建采样率 为 1ms 的数据采集系统是完全可行的。

15 15 系统软件实现 在 Windows 操作系统下，以 LabVIEW 作为软 件开发平台，利用 LabVIEW SQL Toolkit 数据库 工具包及 SQL Server 数据库技术。 根据系统功能，系统分为三个模块： (1) 数据采集、监测模块 (2) 通信模块 (3) 数据管理模块

16 16 图三

17 17 (1) 采集与监控的实现  运用 LabVIEW 的控件和函数制作出直观、友好的 监测显示界面。  通过访问板卡的 I/O 地址进行数据采集。  利用 LabVIEW 的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 温度随时间的变化情况。

18 18 (2) 网络通信的实现 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 TCP 通 信协议的数据传输。接收放电开始信号、 放电时间和炮号等数据。

19 19 (3) 数据存储与管理方案 结合 NI 公司 LabVIEW SQL Toolkit 数据 库工具包， LabVIEW 可以与 SQL Server 数 据库建立连接，利用 SQL Server 来管理采集 到的数据。

20 20 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 安装，同时学习了 SQL Server 数据库和 LabVIEW 的使用及一些基本的编程方法， 目前正在进行程序的编写。 计划在年后 EAST 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 一步完善系统的各部分功能。

21 21 参考文献 1.LabVIEW 高级程序设计 杨乐平等编著 清华大学出版社 2003.4 2.LabVIEW 8.2.1 与 DAQ 数据采集 龙华伟，顾永刚编著 清华大学出版 社 2008.8 3. 精通 LabVIEW 程序设计 张桐，陈国顺，王正林编著 电子工业出版社 2008.12 4. 基于 LabVIEW 数据采集系统的设计 沈保山，姬长英等 《机械与电子》 2009.4 5. 基于 LabVIEW 的太阳能电池温度采集和数据保存系统 杨刚，黎冠文 《中国 科技信息》 2008.2 6.LabVIEW 中访问数据库的几种不同方法 毕虎，律方成等 《传感器与仪器仪 表》 2006.1 7. 在 LabVIEW 中灵活访问数据库 赵贵明，赵质良 《电子测试》 2008.9 8. 基于 LabVIEW 的数据采集系统的实现 王建群，南金瑞等 《计算机工程与 应用》 2003 9. 精通 SQL Server 2005 数据库应用系统开发 启明工作室 人民邮电出版社 2007.7 10. 数据库处理 - 基础、设计与实现 施伯乐等译 电子工业出版社 2003.7

22 22 参考文献 10. Real-time data acquisition and processing platform for fusion experiments M. Ruiz, E. Barrera, S. López, D. Machón, J. Vega, E. Sánchez 《 Fusion Engineering and Design 》 2004 11. CAMAC, VXI, and PXI hybrid data acquisition system with MDSplus Seong- Heon Seo, J.S. Hong, M. Kwon 《 Fusion Engineering and Design 》 2004 12. 128 Channel PCI-based data acquisition system for MDSplus Xavier Llobet, Basil P. Duval 《 Fusion Engineering and Design 》 2009 13. 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 》 2009

23 23 Thanks