摘 要：基于虛擬儀器技術設計了HT-7托卡馬克離子回旋共振加熱液態調配器控制系統。系統硬件由PC機、液壓傳感器、數據采集卡，模擬輸出卡、接口電路和油泵、電動球閥組成的油路系統等組成。系統界面采用虛擬儀器開發軟件LabVIEW設計。系統根據測量得到的液態調配器各支節當前硅油液位高度，和匹配高度相比較，采用自動或手動控制的方法，對各支節中的硅油液位進行控制，從而達到離子回旋共振加熱系統阻抗匹配的目的。 關鍵詞：虛擬儀器;LabVIEW;離子回旋共振加熱;液態調配器;控制系統 引言 　　虛擬儀器是在計算機基礎上結合相關硬件和軟件構建而成、其功能由用戶定義，具有可視化界面的一種計算機測試系統。利用虛擬儀器技術，用戶可以充分利用計算機的軟、硬件資源，實現軟件代替硬件，自定義儀器的功能，組建靈活的測控系統[1-3]。 　　液態調配器（Liquid Stub Tuner）為HT-7托卡馬克離子回旋共振加熱系統中采用的一種新型阻抗匹配裝置,用來進行傳輸線和天線阻抗調配。該調配器是在同軸線的內外導體之間填充一些具有低介電常數的液體（硅油），利用電磁波在空氣和硅油這兩種不同媒質中傳播速度的不同, 來改變調配器每個支節的特性阻抗，使得天線阻抗和傳輸線特性阻抗匹配 [4]。圖1為液態調配器支節結構示意圖。 [align=center] 圖1 液態調配器支節結構示意圖[/align] 　　實際采用的是三支節液態調配器，即有三個如圖1所示結構組成。根據液態調配器在不同發射波頻率下的匹配參數，使各個支節中的硅油液面達到相應的匹配高度，即可使天線阻抗與傳輸線阻抗達到匹配。 　　本文應用虛擬儀器技術，建立一個液態調配器控制系統，根據采集得到的支節當前硅油液面高度，和匹配高度相比較，采用自動或者手動控制的方法，對液態調配器各支節中硅油液面進行控制，從而達到天線阻抗與傳輸線阻抗匹配。 1 系統硬件組成 　　系統硬件由個人計算機、數據采集卡、模擬輸出卡、傳感器、接口電路和油泵、電動球閥組成的油路系統等組成，系統結構示意圖如圖2所示。 [align=center] 圖2 液態調配器控制系統結構示意圖[/align] 　　數據采集卡和模擬輸出卡都是采用ADLINK PCI NUDAQ卡：采集卡為PCI-91118HG，12位分辨率、最高采樣速率333KS/s、16通道單端模擬輸入（或8通道差分模擬輸入）、2通道模擬輸出、4通道TTL數字輸入/輸出、最大輸入范圍為0-10V（單端）或者 5V（差分）;模擬輸出卡為PCI-6208V，16位分辨率、8通道電壓輸出、電壓輸出范圍為 、4通道數字輸入/輸出。 　　液壓傳感器使用美國HONEYWELL公司的STD924差壓變送器，它根據壓強原理將液態調配器支節中的硅油液面高度轉化成4～20mA的電流信號，根據差壓變送器輸出電流大小即可知道調配支節中的硅油液面高度。 　　油泵采用荷蘭GRUNDFOS格蘭富公司產品,具有高可靠性，其LiqTecTM技術能檢測油泵中的液體存在與否，降低油泵干轉的危險，此外格蘭富油泵還具有極高的密封可靠性。 　　電動球閥使用閥門意大利OMAL公司產品，配合AM調節型電動執行器一起使用。電動執行器的輸入信號為4～20mA電流信號。當輸入的電流信號小于4mA時，電動執行器停止運轉，電動球閥由當前位置回到關閉位置，閥門完全關閉;當輸入的電流信號為20mA時，電動球閥完全打開。且OMAL電動球閥具有閥位變送器，可反饋出當前的閥門開度大小。 　　由油泵、電動球閥等組成的液態調配器油路系統如圖3所示。其中，上升回路和下降回路是互鎖的獨立回路，上升或者下降回路可通過轉換開關進行切換。 [align=center] 圖3 液態調配器油路系統示意圖[/align] 　　液壓傳感器的輸出信號和閥門電動執行器的輸入信號均為4～20mA直流電流信號，而數據采集卡PCI-9118HG和模擬輸出卡PCI-6208V的輸入、輸出信號均為直流電壓信號，所以需要設計接口電路進行相應的電流——電壓或電壓——電流轉換。由于液態調配器支節總高度為6米，為了將液壓傳感器輸出的4～20mA電流信號和實際液面高度相對應，可以把4～20mA電流信號轉換為0-6V電壓信號，圖4為相應的電流——電壓接口電路圖。 [align=center] 圖4 4～20mA電流轉換為0-6V電壓接口電路圖[/align] 　　同樣，為了將模擬輸出卡PCI-6208輸出的電壓信號轉換成電動執行器的驅動電流信號，設計了如圖5所示的將1-5V電壓轉換成4～20mA電流接口電路。 [align=center] 圖5 1-5V電壓轉換成4～20mA電流接口電路圖[/align] 2 系統軟件設計 　　系統軟件采用圖形化的虛擬儀器開發平臺 NI LabVIEW 7.0進行設計的，軟件流程如圖6所示。 [align=center] 圖6 液態調配器控制程序流程圖[/align] 　　由于采用三支節液態調配器，每個支節都應該有相應的操作面板，進行硅油液面的控制，系統軟件測試結果如圖7所示。 [align=center] 圖7 液態調配器控制系統軟件[/align] 　　通過選擇手動/自動開關，該程序可以實現液態調配器的手動和自動控制。 　　在手動控制模式下，操作者可以根據各支節當前液面和匹配高度情況，選擇上升/下降開關，自由設定閥門速度，靈活控制各支節液面的上升或下降，達到匹配高度時，按下停止按鈕，即可關閉該支節的油路系統，使液面高度穩定于匹配高度。 　　在自動控制模式下，操作者先設定每個支節液面的匹配高度，選擇啟動按鈕后，使各支節液面自動達到匹配高度。同時，程序面板上的上升/下降、閥門速度會顯示各支節液面的上升/下降、閥門速度等狀態，上限指示、下限指示也會根據每個支節當前液面是否達到上限、下限進行報警顯示，提示操作者停止控制，防止硅油外漏或者油泵干轉。 　　在該控制程序中，操作者可以靈活、實時的控制電動球閥的閥門開度大小。面板上的“4～20”對應于電動執行器的4～20輸入電流，4mA時，電動球閥關閉;20mA時電動球閥完全打開;電流越大，閥門開度也越大，支節液面上升/下降的速度也就越快。 3 結論 　　本系統在實際應用中運行穩定可靠，操作簡便，很好地實現了液態調配器的控制，達到了實際要求。 　　本文作者創新點：系統硬件上，設計了各種接口電路，系統軟件上應用了虛擬儀器軟件LabVIEW，使得整個系統具有界面友好，操作方便，容易擴展等特點。 參考文獻 　　[1] 鄭挺, 王勇. 虛擬儀器在自動測試系統中的應用[J]. 中國測試技術, 2006年第32卷第1期 　　[2] 鄧焱, 王磊等. LabVIEW測試技術與儀器應用[M]. 北京: 機械工業出版社, 2004 　　[3] 朱余清, 吳偉斌, 洪添勝. 基于虛擬儀器的柴油機噴油量模糊控制系統[J]. 微計算機信息, 2006, 3: 24-26 　　[4] Pan Yaping, Wang Lei, Zhao Yan ping, et al. Design and Realization of Liquid Stub Tuner Contron System. Plasma Science & Technology, 2004: Vol6, No.6