关键词：虚拟仪器;LabVIEW;离子回旋共振加热;液态调配器;控制系统
引言
虚拟仪器是在计算机基础上结合相关硬件和软件构建而成、其功能由用户定义，具有可视化界面的一种计算机测试系统。利用虚拟仪器技术，用户可以充分利用计算机的软、硬件资源，实现软件代替硬件，自定义仪器的功能，组建灵活的测控系统[1-3]。
液态调配器（Liquid Stub Tuner）为HT-7托卡马克离子回旋共振加热系统中采用的一种新型阻抗匹配装置,用来进行传输线和天线阻抗调配。该调配器是在同轴线的内外导体之间填充一些具有低介电常数的液体（硅油），利用电磁波在空气和硅油这两种不同媒质中传播速度的不同, 来改变调配器每个支节的特性阻抗，使得天线阻抗和传输线特性阻抗匹配 [4]。图1为液态调配器支节结构示意图。
图1 液态调配器支节结构示意图
实际采用的是三支节液态调配器，即有三个如图1所示结构组成。根据液态调配器在不同发射波频率下的匹配参数，使各个支节中的硅油液面达到相应的匹配高度，即可使天线阻抗与传输线阻抗达到匹配。
本文应用虚拟仪器技术，建立一个液态调配器控制系统，根据采集得到的支节当前硅油液面高度，和匹配高度相比较，采用自动或者手动控制的方法，对液态调配器各支节中硅油液面进行控制，从而达到天线阻抗与传输线阻抗匹配。
1 系统硬件组成
系统硬件由个人计算机、数据采集卡、模拟输出卡、传感器、接口电路和油泵、电动球阀组成的油路系统等组成，系统结构示意图如图2所示。
图2 液态调配器控制系统结构示意图
数据采集卡和模拟输出卡都是采用ADLINK PCI NUDAQ卡：采集卡为PCI-91118HG，12位分辨率、最高采样速率333KS/s、16通道单端模拟输入（或8通道差分模拟输入）、2通道模拟输出、4通道TTL数字输入/输出、最大输入范围为0-10V（单端）或者 5V（差分）;模拟输出卡为PCI-6208V，16位分辨率、8通道电压输出、电压输出范围为 、4通道数字输入/输出。
液压传感器使用美国HONEYWELL公司的STD924差压变送器，它根据压强原理将液态调配器支节中的硅油液面高度转化成4～20mA的电流信号，根据差压变送器输出电流大小即可知道调配支节中的硅油液面高度。
油泵采用荷兰GRUNDFOS格兰富公司产品,具有高可靠性，其LiqTecTM技术能检测油泵中的液体存在与否，降低油泵干转的危险，此外格兰富油泵还具有极高的密封可靠性。
电动球阀使用阀门意大利OMAL公司产品，配合AM调节型电动执行器一起使用。电动执行器的输入信号为4～20mA电流信号。当输入的电流信号小于4mA时，电动执行器停止运转，电动球阀由当前位置回到关闭位置，阀门完全关闭;当输入的电流信号为20mA时，电动球阀完全打开。且OMAL电动球阀具有阀位变送器，可反馈出当前的阀门开度大小。
由油泵、电动球阀等组成的液态调配器油路系统如图3所示。其中，上升回路和下降回路是互锁的独立回路，上升或者下降回路可通过转换开关进行切换。
图3 液态调配器油路系统示意图
液压传感器的输出信号和阀门电动执行器的输入信号均为4～20mA直流电流信号，而数据采集卡PCI-9118HG和模拟输出卡PCI-6208V的输入、输出信号均为直流电压信号，所以需要设计接口电路进行相应的电流——电压或电压——电流转换。由于液态调配器支节总高度为6米，为了将液压传感器输出的4～20mA电流信号和实际液面高度相对应，可以把4～20mA电流信号转换为0-6V电压信号，图4为相应的电流——电压接口电路图。
图4 4～20mA电流转换为0-6V电压接口电路图
同样，为了将模拟输出卡PCI-6208输出的电压信号转换成电动执行器的驱动电流信号，设计了如图5所示的将1-5V电压转换成4～20mA电流接口电路。
图5 1-5V电压转换成4～20mA电流接口电路图
2 系统软件设计
系统软件采用图形化的虚拟仪器开发平台 NI LabVIEW 7.0进行设计的，软件流程如图6所示。
图6 液态调配器控制程序流程图
由于采用三支节液态调配器，每个支节都应该有相应的操作面板，进行硅油液面的控制，系统软件测试结果如图7所示。
图7 液态调配器控制系统软件
通过选择手动/自动开关，该程序可以实现液态调配器的手动和自动控制。
在手动控制模式下，操作者可以根据各支节当前液面和匹配高度情况，选择上升/下降开关，自由设定阀门速度，灵活控制各支节液面的上升或下降，达到匹配高度时，按下停止按钮，即可关闭该支节的油路系统，使液面高度稳定于匹配高度。
在自动控制模式下，操作者先设定每个支节液面的匹配高度，选择启动按钮后，使各支节液面自动达到匹配高度。同时，程序面板上的上升/下降、阀门速度会显示各支节液面的上升/下降、阀门速度等状态，上限指示、下限指示也会根据每个支节当前液面是否达到上限、下限进行报警显示，提示操作者停止控制，防止硅油外漏或者油泵干转。
在该控制程序中，操作者可以灵活、实时的控制电动球阀的阀门开度大小。面板上的“4～20”对应于电动执行器的4～20输入电流，4mA时，电动球阀关闭;20mA时电动球阀完全打开;电流越大，阀门开度也越大，支节液面上升/下降的速度也就越快。
3 结论
本系统在实际应用中运行稳定可靠，操作简便，很好地实现了液态调配器的控制，达到了实际要求。
本文作者创新点：系统硬件上，设计了各种接口电路，系统软件上应用了虚拟仪器软件LabVIEW，使得整个系统具有界面友好，操作方便，容易扩展等特点。
参考文献
[1] 郑挺, 王勇. 虚拟仪器在自动测试系统中的应用[J]. 中国测试技术, 2006年第32卷第1期
[2] 邓焱, 王磊等. LabVIEW测试技术与仪器应用[M]. 北京: 机械工业出版社, 2004
[3] 朱余清, 吴伟斌, 洪添胜. 基于虚拟仪器的柴油机喷油量模糊控制系统[J]. 微计算机信息, 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
