CN105404277A - 一种基于epics的聚变电源实时状态监控与故障显示方法 - Google Patents

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朱黎黎
何诗英
王广红
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Abstract

本发明公开了一种基于EPICS的聚变电源实时状态监控与故障显示方法，包括实验配置信息设置与显示、实验波形预设与显示如、故障实时监控与显示、状态机几个步骤。本发明将EPICS的PV,CA协议与基于CSS的界面设计技术完美结合，实现对系统实验参数配置和系统的晶闸管，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电流预设、实际电压电流值等的监控，满足了聚变电源系统实验运行状态的实时监控与数据可靠的要求。

Description

一种基于EPICS的聚变电源实时状态监控与故障显示方法
技术领域
本发明涉及聚变电源实验数据处理方法领域领域，具体是一种基于EPICS的聚变电源实时状态监控与故障显示方法。
背景技术
EAST（ExperimentalAdvancedSuper-conductingTokamak）超导托卡马克聚变实验装置是国家九五重大科学工程，聚变电源系统是EAST装置的核心子系统之一，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。聚变电源系统由12套电源组成，每套电源主要有10KV交流电网、交流电压器、可控整流器、可控硅开关、失超和短路的后备保护开关等组成。
聚变电源控制系统实现对整个聚变电源系统实验运行过程的全面监控和控制，控制电源系统的运行模式。通过操作界面上的状态机发送不同的状态请求控制电源运行的开始与停止，并对实验过程中实验配置信息、实验命令和各子系统故障状态进行实时监控与数据共享，当出现故障状态时即刻检测相应的故障系统。一种基于EPICS的聚变电源实时状态监控与故障显示方法对电源运行实验的安全、可靠运行至关重要。
发明内容本发明的目的是提供一种基于EPICS的聚变电源实时状态监控与故障显示方法，以解决现有技术实时状态监控与故障显示方法存在的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种基于EPICS的聚变电源实时状态监控与故障显示方法，其特征在于：过程如下：
（1）、实验配置信息设置与显示：对聚变电源运行过程中的实验参数进行配置并将其显示在主界面上，通过设置过程变量ProcessVariables(PV)，将实验参数进行共享，如果界面显示设置参数有误，需重新设置参数，确保实验正常运行；
（2）、实验波形预设与显示如下：通过设置电流，电压和混合模式参考波形来控制电源运行，控制系统通过通道访问ChannelAccess(CA)协议获取实时数据波形，然后进行相应的反馈运算来控制电源运行；
（3）、故障实时监控与显示：当有故障发生时，监控界面能实时显示故障类型，故障发生时间，故障严重度，故障解决办法，以便于实验人员能准确判断故障和解决故障，确保实验安全，稳定运行；当故障恢复时，能手动清除故障显示；
（4）、状态机:通过状态机让聚变电源运行在OFF，START,PREPARE,EXCITATION,FAULT五种状态，使控制系统中的各个程序运行在相同的状态并执行相应的操作；如果哪个部分出现相应的故障则进入故障态，等故障恢复后，又进入正常状态。
所述的一种基于EPICS的聚变电源实时状态监控与故障显示方法，其特征在于：采用设置过程变量ProcessVariables(PV)来对应实验运行中的参数，利用过程变量ProcessVariables(PV)协议实现数据传输以达到数据在各个控制层进行实时传输；利用软件CSS来设计界面，在实验运行时，需要设置预设波形，所以利用多个PV分别对应波形的X轴和Y轴的值，并显示相应的波形用以判断设置波形的正确性，然后通过CA协议进行数据共享；在界面上显示状态机，通过点击界面上状态机按钮发送状态请求到控制系统的下一层，并收集所有下一层状态机的状态，如果状态相互匹配则进入相应的状态；同时与控制系统下一层实现实时数据共享，来实现对电流，电压的监控，并显示波形在界面上；当故障发生时，需要在界面上显示故障的属性和解决办法，采用在CSS的TABLE控件上添加scripts的办法来对故障进行显示，并且添加按钮控件和scripts来清除故障显示。
本发明的有益效果为：
本发明提供了一种基于EPICS的聚变电源实时状态监控与故障显示方法，包括设置实验配置参数、预设实验波形、各子系统故障状态的实时监控和状态机。本发明将EPICS的PV,CA协议与基于CSS的界面设计技术完美结合，实现对系统实验参数配置和系统的晶闸管，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电流预设、实际电压电流值等的监控，满足了聚变电源系统实验运行状态的实时监控与数据可靠的要求，并通过波形预设和故障实时显示的创新使用，为聚变电源稳定运行提供了有力保障。
附图说明
图1为显示状态机、主电流电压实时显示和配置参数的主界面示意图。
图2为预设实验波形示意图。
图3为设置试验参数示意图。
图4为故障实时显示示意图。
图5为脚本alarm.py的流程框图
图6为脚本alarmclr.py的流程框图
图中：1.参数设置显示2.实时主电压电流显示3.状态机显示4.预设波形点数和XY轴值5.预设波形显示6.实验参数设置。
具体实施方式
一种基于EPICS的聚变电源实时状态监控与故障显示方法，包括设置实验配置参数、预设实验波形、各子系统故障状态的实时监控和状态机。
参见图1-图4，整个操作界面包括有主界面，参数设置界面，预设波形界面，故障显示界面。主界面包括参数设置显示1、实时电压电流显示2、状态机3.当实验开始时，在试验参数设置6界面设置好实验参数并能显示在主界面的参数设置显示1，然后预设波波形点数和XY轴值4并显示在预设波形5上，通过点击状态机3按钮发送状态请求给下一控制层并相互匹配将状态显示在状态机3上，在电源运行过程中会将实时电流电压波形显示在实时主电压电流显示2上。
实验配置信息设置与显示：对聚变电源运行过程中的实验参数进行配置并将其显示在主界面上，通过设置过程变量ProcessVariables(PV)，将实验参数进行共享。如果界面显示设置参数有误，需重新设置参数，确保实验正常运行；
实验波形预设与显示如下：通过设置电流，电压和混合模式参考波形来控制电源运行，控制系统通过通道访问ChannelAccess(CA)协议获取实时数据波形，然后进行相应的反馈运算来控制电源运行；
故障实时监控与显示：当有故障发生时，监控界面能实时显示故障类型，故障发生时间，故障严重度，故障解决办法，以便于实验人员能准确判断故障和解决故障，确保实验安全，稳定运行。当故障恢复时，能手动清除故障显示；
状态机:通过状态机让聚变电源运行在OFF，START,PREPARE,EXCITATION,FAULT五种状态，使控制系统中的各个程序运行在相同的状态并执行相应的操作。如果哪个部分出现相应的故障则进入故障态，等故障恢复后，又进入正常状态；
采用设置PV来对应实验运行中的参数，利用CA协议实现数据传输以达到数据在各个控制层进行实时传输。利用软件CSS来设计界面，在实验运行时，需要设置预设波形，所以利用多个PV分别对应波形的X轴和Y轴的值，并显示相应的波形用以判断设置波形的正确性，然后通过CA协议进行数据共享。在界面上显示状态机，通过点击界面上状态机按钮发送状态请求到控制系统的下一层，并收集所以下一层状态机的状态，如果状态相互匹配则进入相应的状态。同时与控制系统下一层实现实时数据共享，来实现对电流，电压的监控，并显示波形在界面上。当故障发生时，需要在界面上显示故障的属性和解决办法，采用在CSS的TABLE控件上添加scripts的办法来对故障进行显示，并且添加按钮控件和scripts来清除故障显示。
本发明包括基于EPICS和CSS开发操作界面，能够设置实验参数和实时监控电源系统状态。首先创建EPICS工程，设置各个变量对应的PV，通过设置PV的field属性对PV进行不同的操作，利用CA协议能将数据在系统中实时传输，然后在CSS的OPI界面上放置不同的控件来实现相应的功能，状态机使用了按钮，标签，LED灯等控件，状态机分为聚变控制和总控两种模式，通过设置值按钮的属性来实现基本功能。使用XYGraphy控件来显示实时电流电压波形，设置不同的buffer大小和显示模式属性来显示不同的波形。通过在主界面设置按钮，设置actions属性来打开一个OPI界面，这样就可以在主界面点击相应的按钮进入参数设置界面，波形预设界面，故障显示和处理界面。波形预设功能实现通过现在程序冲设置三个waveform类型的PV分别对应预设波形点数，预设波形X轴值，预设波形Y轴值，根据预设波形需要的点数可以设置PV的NELM属性为相应的点数。总共设置13个预设波形界面，其中12个对应12套电源预设波形，最后一个可以同时预设12套电源波形为同一波形，控制系统的主控层接到预设波形后，根据预设点数和数值进行计算给出相应的控制，所以电源的稳定运行与正确波形预设息息相关。
当程序运行时，需要有状态机管理控制层的所有程序运行在相同的状态，使他们执行该状态的所有操作，不会发生混乱。状态机共有5个状态，分别为OFF，START,PREPARE,EXCITATION,FAULT。本程序使用EPICS自带的软件StateNotationLanguage编写，与C语言类似，便于编写顺序操作相关的程序，通常被使用在自动化启动序列、错误检测与恢复和自动化调理。在工程下添加状态机程序，状态机首先发送请求给下层，然后判断与所有下层状态相匹配则进入相应状态并且是界面上的LED灯显示亮，其余状态灯灭。
在电源运行过程中，可能会产生一些故障，实现的故障显示界面至关重要。通过将故障实时的显示在故障界面上，让实验人员能够准确的判断故障发生的具体位置，然后根据故障解决办法解决故障。在界面上显示的包括故障PV，故障发生时间，故障类型，故障严重度，故障提示的颜色。当点击某个故障时，会在界面上显示具体的故障和故障解决办法，当故障恢复时，点击按钮能够手动清除故障，故障显示界面见图4。在CSS的OPI界面上添加Tabel控件，然后在Tabel控件上添加两个Pathon脚本alarm.py和alarmclr.py，alarm.py流程图见图5，它的触发PV为所有有可能发生的故障PV名，alarmclr.py见流程图6，它的触发PV为
EAST-monitor-PF00:CLR_ALL_ALARM，
对EAST-monitor-PF00:CLR_ALL_ALARM的record设置为
record(bo,"EAST-monitor-PF00:CLR_ALL_ALARM")
{
field(DESC,"Clearallalarms")
field(DTYP,"MONITOR_BO")
field(SCAN,"2second")
field(HIGH,"2")
}
这个PV的扫描周期设为2s，HIGH设为2s表示当PV的数值由0变为1时，PV值为1将会保持两秒。

Claims (2)

1.一种基于EPICS的聚变电源实时状态监控与故障显示方法，其特征在于：过程如下：
（1）、实验配置信息设置与显示：对聚变电源运行过程中的实验参数进行配置并将其显示在主界面上，通过设置过程变量ProcessVariables(PV)，将实验参数进行共享，如果界面显示设置参数有误，需重新设置参数，确保实验正常运行；
（2）、实验波形预设与显示如下：通过设置电流，电压和混合模式参考波形来控制电源运行，控制系统通过通道访问ChannelAccess(CA)协议获取实时数据波形，然后进行相应的反馈运算来控制电源运行；
（3）、故障实时监控与显示：当有故障发生时，监控界面能实时显示故障类型，故障发生时间，故障严重度，故障解决办法，以便于实验人员能准确判断故障和解决故障，确保实验安全，稳定运行；当故障恢复时，能手动清除故障显示；
（4）、状态机:通过状态机让聚变电源运行在OFF，START,PREPARE,EXCITATION,FAULT五种状态，使控制系统中的各个程序运行在相同的状态并执行相应的操作；如果哪个部分出现相应的故障则进入故障态，等故障恢复后，又进入正常状态。
2.根据权利要求1所述的一种基于EPICS的聚变电源实时状态监控与故障显示方法，其特征在于：采用设置过程变量ProcessVariables(PV)来对应实验运行中的参数，利用过程变量ProcessVariables(PV)协议实现数据传输以达到数据在各个控制层进行实时传输；利用软件CSS来设计界面，在实验运行时，需要设置预设波形，所以利用多个PV分别对应波形的X轴和Y轴的值，并显示相应的波形用以判断设置波形的正确性，然后通过CA协议进行数据共享；在界面上显示状态机，通过点击界面上状态机按钮发送状态请求到控制系统的下一层，并收集所有下一层状态机的状态，如果状态相互匹配则进入相应的状态；同时与控制系统下一层实现实时数据共享，来实现对电流，电压的监控，并显示波形在界面上；当故障发生时，需要在界面上显示故障的属性和解决办法，采用在CSS的TABLE控件上添加scripts的办法来对故障进行显示，并且添加按钮控件和scripts来清除故障显示。
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