LabVIEW开发监控聚变实验脉冲电源

LabVIEW开发监控聚变实验脉冲电源

用于监控和数据采集的分布式系统由发电机和一些电源装置的监控和数据采集组成，所有系统都具有相同的采样速率（10kHz），并由外部触发器控制。所实现的NI硬件通过网络流进行内部通信，以及通过OPC服务器和UDP协议与外部系统（例如SIMATIC）进行通信。测量数据本地保存在自己的硬盘上，并同时传输到Windows计算机进行实时显示。用于存档的文件传输由WebDAV协议完成。总共存储了350多个通道。

实时计算机具有以下功能：

COI具有一个控制器PXIe-8135和三个多功能数据采集卡PXI-6259。它用于快速等离子控制的COI转换器的数据采集，该转换器由两个类似的反并联四象限转换器组成，每个转换器都有一个基于强制换向晶闸管的直流开关。

L5E是一个具有2个模块的CompactRIO系统，用于模拟测量高电流转换器，为实验的磁体线圈供电，脉冲功率为580MVA，电流高达45kA/10s。

MAZ包括一个带有12个PXI-6143卡的PXI-机箱，用于同时测量96个通道的磁性探头。该机箱通过MXI电缆与LabVIEW计算机连接。

EZ4由一个带有cRIO-9038控制器的CompactRIO机箱组成。它捕获并监控飞轮发电机EZ4的电气参数。

带有Δ-Σ-模数转换器的C系列模块用于直接测量传感器的电流和电压。在FPGA中实现的阶椭圆滤波器在传递函数中具有非常陡峭的过渡。对于滤波器设计，使用了LabVIEW数字滤波器设计工具包。获得的值用于计算重要的发电机参数：有功和无功功率，热应力，存储的机械能和消耗的电功率。FPGA中这些值的优化计算是通过LabVIEW FPGA IP-Builder实现的。当超过规定的限值时，系统将在安全回路的帮助下，分别触发过早脉冲结束，立即停止脉冲的实验，并报告原因。cRIO和计算机之间的确定性连接用于快速控制等离子体放电是通过光纤电缆实现的。

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方案实现的分布式系统架构可带来以下优势：

测量精度提高

各种系统解耦

提高受监督装置的安全性

最重要的监控功能（测量、滤波、计算和控制）转移到FPGA，从而可以确保长期的可行性

FPGA使用NI软件进行编程，而无需VHDL。该软件可以进一步轻松地转移到即将推出的硬件上，而无需大量的编程工作

可以实时执行复杂的计算（热负荷，发电机和负载中的无功和有功功率等）

方案的灵活性可以适应独特应用，例如我们的系统。因此，我们可以通过合理的投资和时间解决非常复杂和昂贵的系统的问题。

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