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EAST快控电源远程监控系统的实现


  离子体垂直位移快速控制电源(简称:EAST快控电源),是高功率电源系统的组成部分之一,旨在维持等离子体在非圆截面时的动态平衡与准确位置,抑制等离子体在垂直方向上的快速漂移。
  它与装置真空室内的一组主动(有源)控制线圈(IVC),形成等离子体垂直位移控制的主动控制。同时与装置的被动反馈(无源)导体一起,构成了装置等离子体垂直位移控制系统。EAST快控电源根据等离子体垂直位移信号工作,而等离子体垂直位移信号是等离子体控制系统(PlasmaControlSystem:PCS)根据真空室内的等离子体的垂直位移而得到的。
  快控电源是在高频高功率工作条件下工作的多重化并联电源,实时监视控制和故障诊断与自动保护直接影响到电源的工作乃至EAST的正常工作,所以快控电源的实时监控和故障实时自动诊断的研究及实现对EAST的正常运行具有重要的意义。本文着重介绍EAST快控电源远程监控系统的实现。
  2组态软件的选取EAST快控电源系统中,监控需要同时完成数据通信、画面显示、数据存储和网络发布的功能,因此选用的软件必须支持多任务调度处理,能够适应复杂的程序流程。同时,监控系统要保证监控界面的生动、直观,监控软件必须具备强大的图元库和图形处理能力。要实现这些软件功能,最适宜选取的就是广泛应用于系统监控领域的组态软件(ConfigurationSoftware)。
  组态软件的主要目的是使使用者在生成适合自己需要的应用系统时不需要修改软件程序的源代码。因此组态软件在设计时充分考虑了以下的问题:如何与采集、控制设备间进行数据交换;使来自设备的数据与计算机图形画面上的各元素关联起来;处理数据报警及系统报警;存储历史数据并支持历史数据的查询;各类报表的生成和打印输出;为使用者提供灵活、多变的组态工具,可以适应不同应用领域的需求;最终生成的应用系统运行稳定可靠;具有与第三方程序的接口,方便数据共享。
  从以上可以看出,组态软件具有实时多任务、接口开放、使用灵活、功能多样、运行可靠的特点。考虑到EAST快控电源远程监控系统的特点、软件的性价比和与EAST极向场电源监控系统合并等因素,最终选定了力控v6.0监控组态软件编写远程监控计算机的软件。
  3远程监控程序功能模块的设计远程监控计算机作为EAST快控电源远程监控系统的核心,米用ForceControl组态软件进行程序设计,所示为远程监控计算机采用力控组态软件实现其功能的示意图,监控程序的功能模块主要包括以下四个部分。
  管子平:助理工程师工学硕士图丨远程监控程序实现功能示意图您的论文得到两院院士关注测控自动化技术创新EAST快控电源远程监控界面:利用组态软件的图形开发环境,设计EAST快控电源的主电路窗口、二十四个逆变单元电路(四个一组)窗口、控制柜门按钮窗口和故障报警窗口。所有的监控界面窗口都与本地实时数据库之间通过数据库变量产生动画连接,操作人员通过它进行对电源的监控。
  力控本地实时数据库:本地实时数据库是监控程序的核心,是沟通I/O驱动程序与监控界面的桥梁,它将数据库点参数对应到相应的I/O驱动程序的变量,通过它可以将采集的数据送往界面进行显示,同时将界面中产生的遥控信息送往I/O驱动。
  I/O驱动程序:本地实时数据库借助I/O驱动程序对I/O设备执行数据的采集与回送,实时数据库与I/O驱动程序间构成服务器/客户结构模式。监控程序通过I/O驱动程序实现与PLC和DSP单元控制板的通讯,从而获取现场的数据,并且将系统设置信息发布下去。
  网络通讯程序和Web服务程序:远程监控计算机通过网络通讯程序和Web服务程序实现HTTP发布功能,采用B/S(Browser/Server)的结构,控制子网中的台式机或便携机通过浏览器可以直接浏览力控的工程画面,实现远程监控界面的Web发布,便于总控和其它子系统对EAST快控电源的监控。
  4远程监控程序的软件实现根据软件设计的要求,远程监控程序需要完成I/O驱动程序、本地数据库、电源监控界面、网络通信与Web服务程序四个方面的设置和代码编写。
  力控组态软件集成了与多种I/O设备通信的模块化程序,提供串行通信方式、网络节点方式、DDE方式、OPC方式等多种数据交换方式,使得监控程序易于实现与现场多种I/O设备的通信连接。在开发系统Draw中,配置与PLC、DSP单元控制板通讯的I/O驱动程序OPC和“MODBUS,通过对设备地址、通信周期、数据读写方式等多种信息的定义,实现远程监控计算机与现场各个子系统的网络互连。根据监控实时性要求的高低对不同的信号所来源的饿设备可以设置不同的通信周期,以减少通信量。
  力控组态软件通过内部管理程序自动启动相应的I/O驱动程序执行与I/O设备的实时数据交换,程序运行时I/O驱动程序具备动态打开/关闭设备、故障恢复等功能,保证了通信的可靠性。
  本地实时数据库系统作为远程监控程序的核心,它将EAST快控电源远程监控系统需要的监控数据逐一定义为数据库点参数,电源监控界面和I/O驱动程序通过数据库点参数实现数据的交换。在开发系统Draw中启动“实时数据库”选项,选择“数据库组态”即可启动DbManager.DbManager是定义数据字典的主要工具,通过它可以完成:点参数组态、点类型组态、点组态、数据连接组态、历史数据组态等功能。在DbManager中,快控电源的24个单元的模拟量和数字状态量以及PLC的状态量被分别定义在不同的区域的不同组为相应点参数,被定义的数字量和模拟量I/O点的基本参数、报警参数、数据连接和历史参数等按照监控要求进行设置。实时数据库系统按照点参数的设置完成不同监控数成都刷卡门禁据的数据处理、量程变换、变化记录、故障报警、历史数据存储等功能。
  组态软件ForceControlv6.0包含丰富的图元库并支持外部位图插入,简化了监控图形界面的绘制,使图形界面美观、生动、立体,提供了良好的人机接口HMI.EAST快控电源远程监控界面利用力控组态软件的图形开发环境绘制,包括:主电路监控界面和二十四个逆变单元监控界面(分成六组:Unit1-4、Unit5-8、Umt9-12、Unitl3-16、Unitl7-20、Umt21-24)。现场控制柜门按钮监控界面不仅可以监控现场控制柜门上显示的信息,还可以远程操作快控电源系统的上电、退电操作。而报警和紧急报警窗口则在发生故障时由系统弹出,并发出警报声音,以便引起操作人员的注意。力控组态软件还提供类BASIC语言的脚本编程语言,利用脚本变量和函数可编程完成对现场数据的处理和控制,进行图形化监控。
  EAST快控电源监控界面运行时默认是主电路监控界面,可以通过系统菜单进行切换。在电源系统运行期间,界面上会动态显示单元的各种电压、电流、温度数据。在每次系统运行时,都需要对系统进行上电操作,系统结束运行时,需要进行退电操作,这些都是通过控制柜门按钮监控界面完成的,如所示。无论在监控程序中还是PLC程序中,都对这些按钮的操作顺序进行了自锁和互锁,避免操作人员的误操作。当出现故障时,系统会弹出报警窗口,并根据报警的优先级别用不同的颜色来显示,同时对于故障的相关信息都会进行记录。操作人员可以通过菜单打开报警窗口,以便查看历史报警。若存在故障,则报警窗口时钟显示在所有窗口之上。对于紧急报警,不仅会弹出紧急报警窗口,同时会有蜂鸣的警报声进行提示,从而引起操作人员的注意。由于主电路中使用的熔断器没有辅助触点,因此没有办法直接判断熔断器是否烧坏,因此,在程序中编写了相应的故障判断程序,当单元母线电压出现掉波头的情况时,则判断某一路熔断器烧坏,同时进行报警处理。
  围2现场控制柜门按钮监控界面图监控节点利用力控组态软件提供的Web功能,采用B/S结构,远程用户使用标准浏览器(如:InternetExplorer)即可实现对电源监控界面的访问,浏览的效果与在力控组态软件运行系统View中看到的工程画面完全相同,包含全部动态数据和动画。
  考虑到系统安全性问题,因此对操作人员等级进行了设置,只有达到一定等级的操作人员(既知道一定等级操作密码)才可以对远程监控界面上的远程操作部分进行操作修改。这样,当恶意侵入EAST控制子网的人,即使看到了远程监控计算机在该网络上发布的Web页面,但是也没有相应的权限进行修改,无法对系统的正常运行造成影响。
  5结论本论文围绕国家九五重大科学工程EAST热核聚变实验装置,主要研究了EAST快控电源远程监控系统的设计与实现,在远程监控计算机中使用力控软件编写了监控程序,实现了对EAST快控电源系统的监控,保证了系统的可靠运行。在后续的实验中,将完成系统的整体通讯调试,根据通讯延时,进行参数调整,进一步提高系统的实时性。
  本文作者创新点:本文所提出的方案以工业以太网为传输网络,利用组态软件编程实现远程监控系统,兼容非标设备和小厂家设备,提高其灵活性、实时性与可靠性。
  经济效益:本项目是为国家大科学工程EAS成都指纹打卡门禁T服务的,为EAST快控电源提供监控手段。这套系统可以运用于大容量的单相逆变电源的监控,预计经济效益为80万元。(下转第57页)今丰ournalElectronicPublishingHouse.您的论文得到两院院士关注嵌入式与SOC技术创新(9)/net目录包含了和网络相关的代码,如ipv4、ipv6等。
  3移植过程的实现3.1交叉编译环境的建立移植前需要在宿主机上建立ARM的交叉编译环境。交叉编译指利用运行在机器上的编译器编译某个源程序,生成在另一台机器上运行的目标代码的过程。主要用到的开发工具包括三个部分:binutils、gcc、libc.其中binutils是二进制文件的处理工具;gcc是编译工具;glibc是链接和运行库,当中最重要的是gcc交叉编译器,本文采用的是最新的GCC4.2.3编译器。
  经过编译binutils、配置Linux内核头文件、第一次编译gcc、交叉编译glibc、第二次编译gcc后,所需的交叉编译环境就搭建好了。本文中宿主机安装RedHat9.0版本的Linux操作系统,交设置目标平台和指定交叉编译器在根目录的makefile文件中,做如下改动:编译出来的内核存放在该目录下,要根据实际的硬件系统,修改解压后内核开始运行的实际物理地址。
  修改arch/arm/boot/compressed目录下的makefile文件该文件的功能是创建一个压缩的镜像文件,添加如下代码:ifeq((CONFIGARCHDAVINCI),y)目录下添力口head-davinci.s文件该文件主要用于初始化处理器。
  配置文件修改arch/arm/kernel目录下的makefile文件该文件主要用来确定文件类型的依赖关系。
  修改arch/arm/kernel目录下的debug-armv.s文件目的是关闭外围设备的时钟,以保证系统正常运行。
  修改arch/arm/kernel目录下的entry-armv.s文件该文件是CPU初始化时处理中断的汇编代码。
  修改arch/arm/mach-davinci目录下的相关文件此目录下包含的代码是专门针对davinci处理器的。
  在完成上述工作后,再进行如下编译,即可得到我们需要的映像文件。
  makeclean:该命令清除以前构造内核时生成的所有目标文件、模块和临时文件。
  makemenuconfig:该命令是用来调用菜单式配制内核界面。
  makeuImage:该命令用来编译内核,生成压缩的Linux内核目标代码ulmage文件。
  将编译好的内核代码通过已经移植好的BootLoader下载到开发板上,Linux系统就成功的移植到了ARM处理器中。接下来就可以在此基础上进行驱动程序和应用程序的开发了。
  4结束语嵌入式系统中引入操作系统是目前嵌入式设计与应用的一个热点,嵌入式操作系统在优化系统设计、提高系统设计效率、减少系统设计中重复劳动和提高移植性的方面起到了非常积极的作用。嵌入式操作系统中的引导、加载和启动是其中最基本也是最重要的一个步骤。本文结合嵌入式Linux系统和相应的硬件平台,研究和实践了Linux操作系统向TMS320DM6446平台上移植的过程,为后续的驱动程序和应用程序的开发奠定了基础。本文作者创新点:将嵌入式Linux内核移植到TMS320DM6446处理器上。
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