摘 要：为满足核聚变装置HT-7极向场电源控制系统的要求，利用Labview编程环境设计了状态监控界面。监控界面实现实时、可靠的监控极向场电源状态，并通过ODBC接口与数据库连接，实现实验过程回放。本文简述了状态监控界面的构造与实现。多次实验表明在Labview环境下利用UDP协议、LabSQL工具包实现实时通信和过程回放，是可行、可靠而高效的。
关键词：状态监控，数据库，Labview，LabSQL
1、引言
国家大科学工程HT-7是我国第一个超导托卡马克热核聚变装置 。极向场电源控制系统是托卡马克主要子系统之一，它为等离子体的产生、约束、维持、加热，以及等离子体的电流、位置、形状、分布和破裂的控制，提供必要的工程基础和控制手段。对装置运行的性能与安全，物理实验的成败与效率，有着至关重要的作用。其实时性、可靠性、可扩充性要求甚高。
电源工作过程中，电源系统的控制信号和过程数据需要实时、有效地存储到数据库节点;同时数据库节点通过UDP协议，实时、同步地转发当前的电源状态、电压和电流等数据给状态监控节点。监控界面利用Labview编程实现，实验时实时接收数据库节点转发的监控数据并加以同步显示;在需要查询某炮号放电情况时，通过ODBC接口从数据库查询数据，按时间顺序和设定的回放速度加以回放。本文介绍了如何利用Labview实验平台，编程实现在线实时监控和离线动态回放。
2、电源控制系统简介
极向场电源控制系统由三层网络组成：Windows 监测层、QNX实时控制层、现场总线执行层。Windows 监测层选用Windows 2000平台作为操作工作站，进行测量、监控、故障分析和波形显示。而QNX实时控制层选用QNX6.20实时操作系统（一个符合POSIX 1003标准、支持内核抢占、真正微内核、基于消息传递的实时操作系统），担负着电源系统多变量电流反馈控制、系统连锁控制、保护及各种运行方式的调配。现场总线层由大量现场总线控制器及模块组成，对大量现场设备发送控制量并读取其状态传递给实时控制层和监测层。
状态监控节点工作在Windows监控层，用于对系统的晶闸管、隔离开关、直流快速开关等的状态，水路、温度报警信号及电压预设、实际电流值等模拟量信号的监控，是系统状态的“晴雨表”。实验人员通过状态监控节点实时监控电源当时的工作状况。
数据库节点工作在QNX监控层，采用Empress RDBMS（一个快速、可靠、嵌入式的实时数据库管理系统）。数据库节点作为数据流转换的枢纽，其主要作用为：1、在等离子体放电每炮实验期间，负责实时地存储电源控制系统的几百路控制信号和反馈控制数据;2、实验期间实时的、同步的转发电源状态、电压和电流等数据以供状态监控节点显示当前电源的工作状况;3、管理各类历史实验数据，提供数据源，接受对数据的查询和订阅，提供统一和有效的数据库支持。
3、实时状态监控部分设计
状态监控节点监控程序采用美国国家仪器公司（NI）的Labview开发工具编写。 Labview是一种基于G语言的革命化的图形开发平台，主要用于数据的采集、分析、处理和显示。它与基于文本的传统编程语言不同，是一种基于图形编程的开放式软件开发平台，其可视化图形编程环境直观易用，可以极大地提高开发效率缩短设计周期。
图1 Labview实时状态监控程序流程图
状态监控节点与数据库节点的通信周期设置为50ms，因为计算机屏幕变化时间在50ms左右时，人眼看到的是连续的状态和波形变化过程。数据库节点通过UDP协议同状态监控节点通信，采用客户机/服务器软件架构，状态监控节点为服务器，被动的接收数据，数据库节点为客户机，主动的发送数据。通过Labview编程实现数据的接收，并分别加以显示。其程序流程图如图1所示。图2为Labview实时监控框图程序简图，给出了UDP协议部分的框图设计并在图中加以说明，而大量的数据转换和显示处理部分未给出。
图2 Labview实时监控框图程序简图
HT-7的极向场电源系统根据对等离子体的不同约束作用分为垂直场、加热场、偏磁场、水平场及垂直校正场，其中垂直场和加热场电源由4套整流器电源（PS1-PS4）组成。Labview监控界面的前面板用Tab Control图标分为“垂直场和加热场”、“偏磁场、水平场及垂直校正场”两个不同的界面。图1中提到的PS 子VI 作用是将接收到的整流器电源状态数据加以转换，分离出晶闸管触发信号及水温过高、水压过低、母排过热、快熔损坏等故障信号加以显示。在正常工作情况下，Labview前面板上故障信号报警界面会自动隐藏，只有当出现异常情况时，报警界面才会显示出来。在实验期间选择Labview工具栏中的连续执行按钮，通过UDP协议持续的接收数据库节点发送的数据并加以处理。
在实时监控状态下，当垂直场和加热场有故障信号时，隐藏的故障指示会在空白部分显示出来，界面自动切换到“垂直场和加热场”界面，并且不能切换到其他界面;当偏磁场、水平场和垂直校正场有故障时，如果垂直场和加热场没有故障，则界面自动切换到“偏磁场、水平场和垂直校正场”界面，并且不能切换到其他界面。
4、状态回放部分设计
状态监控节点除了同步监视系统状态外，另一个功能就是“回放”。等离子体放电每炮的周期性数据已经存入Empress数据库，如果希望重新回放在某一炮放电实验的任何一段时间内的各个信号的变化过程，可以通过ODBC接口使用SQL语言从数据库中查找出符合条件的数据，按时间顺序和设定的回放速度在界面上显示出来，再次重现电源的工作过程和相关信号量的变化，相应的，还可以根据需要多次回放。此时，监控节点是在主动的查询数据。
在Labview编程环境下，可以采用多种方法来完成与数据库的接口，监控节点的状态回放部分所采用的是Labview免费数据库访问工具包LabSQL。LabSQL是一个免费的、多数据库、跨平台的Labwiew数据库访问工具包，它利用Microsoft ADO以及SQL语言来完成数据库访问，将复杂的底层ADO及SQL操作封装成一系列的LabSQL VIs，简单易用。运用Labview编写的状态回放程序流程图如图3所示。图4为Labview状态回放框图程序简图，给出了Labview通过LabSQL与Empress数据库连接部分的框图设计并在图中加以说明，而大量的数据转换和显示处理部分未给出。
图3 Labview状态回放程序流程图
HT-7试验中，等离子体放电的各炮信息存储在数据库节点的“Config表”中，每炮的极向场电源控制系统的信息存储在数据库节点的“state表”中，例如“state_77777”表示炮号为77777时，极向场电源系统的信息状况。如图4所示，在“SQL命令”和“回放炮号”输入控件中用SQL语言的SELECT语句选择所需的项目记录和炮号，取出数据进行处理和回放。“设定回放速度”部分为一个定时程序，可设定循环的读取周期，以按照不同的周期读取记录进行回放，此处设定回放周期为50ms。当需要查询某炮电源情况时，在“回放炮号”中输入炮号，选择运行按钮，监控界面将回放此炮号下电源的工作过程。
图4 Labview回放框图程序简图
实时监控过程采取被动模式，数据按周期产生，具有规律性，显而易见，没有必要进行查询，采用被动接收方式可以减轻主机和网络的负担。状态回放过程采取主动模式，体现了数据库服务器的思想，数据库节点只是开启ODBC访问接口，具体的应用交给监控程序处理，体现了模块化的程序设计思想，也可以减少对数据库节点的影响。状态回放程序前面板外观上除了多了回放炮号输入拦外，其余与状态监控程序完全相同。
图5 垂直场和加热场监控界面
图5所示为Labview前面板“垂直场和加热场”监控界面，通过操作工具可以切换前面板监控界面对偏磁场、水平场和垂直校正场进行监控。
5、结束语
在HT-7实验中，状态监控节点能实时、有效、直观地对极向场电源系统进行监控，当系统出现故障时，能及时报警;对等离子体任意炮放电过程中极向场电源的情况都可以通过从数据库节点取出状态并加以回放。通过试验的多次验证，证实用Labview编写的监控程序是可行、可靠、高效的。
参考文献
[1] LabVIEW高级程序设计，杨乐平、李海涛等，清华大学出版社 2003.4
[2] Labview User Manuals. National Instrument Company，2003
[3] Empress Manual Set. Empress Software Inc，2001