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(tài)調配器控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件由PC機、液壓傳感器、數(shù)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(tǒng)等組成。系統(tǒng)界面采用虛擬儀器開發(fā)軟件LabVIEW設計。系統(tǒng)根據測量得到的液態(tài)調配器各支節(jié)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(jié)中的硅油液位進行控制，從而達到離子回旋共振加熱系統(tǒng)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(tài)調配器;控制系統(tǒng) 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(tǒng)。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(xiàn)軟件代替硬件，自定義儀器的功能，組建靈活的測控系統(tǒng)[1-3]。 　　液態(tài)調配器（Liquid Stub Tuner）為HT-7托卡馬克離子回旋共振加熱系統(tǒng)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(shù)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(jié)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(tài)調配器支節(jié)結構示意圖。 [align=center] 圖1 液態(tài)調配器支節(jié)結構示意圖[/align] 　　實際采用的是三支節(jié)液態(tài)調配器，即有三個如圖1所示結構組成。根據液態(tài)調配器在不同發(fā)射波頻率下的匹配參數(shù)，使各個支節(jié)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(tài)調配器控制系統(tǒng)，根據采集得到的支節(jié)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(tài)調配器各支節(jié)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(tǒng)硬件組成 　　系統(tǒng)硬件由個人計算機、數(shù)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(tǒng)等組成，系統(tǒng)結構示意圖如圖2所示。 [align=center] 圖2 液態(tài)調配器控制系統(tǒng)結構示意圖[/align] 　　數(shù)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(shù)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(shù)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(tài)調配器支節(jié)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(jié)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(jié)型電動執(zhí)行器一起使用。電動執(zhí)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(zhí)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(tài)調配器油路系統(tǒng)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(tài)調配器油路系統(tǒng)示意圖[/align] 　　液壓傳感器的輸出信號和閥門電動執(zhí)行器的輸入信號均為4～20mA直流電流信號，而數(shù)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(tài)調配器支節(jié)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(zhí)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(tǒng)軟件設計 　　系統(tǒng)軟件采用圖形化的虛擬儀器開發(fā)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(tài)調配器控制程序流程圖[/align] 　　由于采用三支節(jié)液態(tài)調配器，每個支節(jié)都應該有相應的操作面板，進行硅油液面的控制，系統(tǒng)軟件測試結果如圖7所示。 [align=center] 圖7 液態(tài)調配器控制系統(tǒng)軟件[/align] 　　通過選擇手動/自動開關，該程序可以實現(xiàn)液態(tài)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(jié)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(jié)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(jié)的油路系統(tǒng)，使液面高度穩(wěn)定于匹配高度。 　　在自動控制模式下，操作者先設定每個支節(jié)液面的匹配高度，選擇啟動按鈕后，使各支節(jié)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(jié)液面的上升/下降、閥門速度等狀態(tài)，上限指示、下限指示也會根據每個支節(jié)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(zhí)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(jié)液面上升/下降的速度也就越快。 3 結論 　　本系統(tǒng)在實際應用中運行穩(wěn)定可靠，操作簡便，很好地實現(xiàn)了液態(tài)調配器的控制，達到了實際要求。 　　本文作者創(chuàng)新點：系統(tǒng)硬件上，設計了各種接口電路，系統(tǒng)軟件上應用了虛擬儀器軟件LabVIEW，使得整個系統(tǒng)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(tǒng)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(yè)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(tǒng)[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