一种中性束注入器实时状态监控与数据共享方法
【专利摘要】本发明公开了一种中性束注入器实时状态监控与数据共享方法，包括实验配置信息实时监控与数据共享、实验命令实时监控与数据共享和各子系统故障状态实时监控与数据共享。中性束注入器的安全、可靠、实时运行需要对实验配置参数的合理性、多个实验命令发送逻辑的正确性、各子系统故障状态的稳定性进行实时监控和数据的可靠共享。本发明专利将共享内存块进行分类分割，并为每个内存块添加一个标签进行标识，实现数据的实时监控、数据共享及系统扩展，满足中性束注入系统实验运行可靠、实时、且可扩展的运行要求。
【专利说明】一种中性束注入器实时状态监控与数据共享方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及中性束注入器实验数据处理方法领域，具体是一种中性束注入器实时状态监控与数据共享方法。
【背景技术】
[0002]能源是现代国民经济的基础，是人类社会发展的根本。随着科技发展的日新月异和世界范围内人口的不断增长，能源的消耗也与日俱增。聚变能凭借其原料丰富、无污染等优点被认为是新时代的清洁能源。研究表明聚变反应的发生需要几千万度甚至上亿度的高温。中性束注入器作为物理机制最清晰，加热效果最好的聚变装置辅助加热系统，将预先加速到能量比聚变装置等离子体本底电子和离子的平均能量大很多的高能离子，然后转变为中性粒子形成中性束，注入到等离子体中，有效地实现对等离子体的加热。中性束注入器主要由离子源、中性化室、主真空室、偏转磁体、离子吞噬器、功率测量靶、低温冷凝屏、电源系统、水系统、低温真空系统和控制系统组成。
[0003]中性束注入控制系统实现对整个中性束注入系统实验运行过程的全面监控，控制电源系统的供给及其幅值和时序的实时调节与数据共享、通过网络命令的发送控制中性束注入实验的开始与停止，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进行软件和硬件上的连锁保护处理。一种中性束注入器实时状态监控与数据共享方法对于中性束注入实验的安全、可靠运行至关重要。
[0004]目前，大型装置控制系统实现对实验配置信息、实验命令、各子系统故障状态的实时监控和数据共享方法有很多种。例如应用数据库技术实现对实验配置参数、实验命令、系统状态等信息的实时存储与数据共享。通过对数据库中不同数据表的读写操作实现对各个状态信息的实时更新与共享。数据库虽然具有开放源码、体积小、开发周期短、调试直观等优点，但当用户访问量增大或用户访问数据量过大时会出现数据库工作不稳定或崩溃等问题，同时其对数据读写过程的实时性较差。
[0005]
【发明内容】
本发明的目的是提供一种中性束注入器实时状态监控与数据共享方法，以解决现有技术实验数据实时状态监控与数据共享方法存在的问题。
[0006]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:
一种中性束注入器实时状态监控与数据共享方法，其特征在于:包括实验配置信息实时监控与数据共享、实验命令实时监控与数据共享、各子系统故障状态实时监控与数据共享，其中:
实验配置信息实时监控与数据共享过程如下:对中性束注入实验配置参数和数据采集系统配置参数的有效性和合理性进行校验，校验通过则对配置信息进行实时存储与共享，否则给出错误提示，进行重新配置；
实验命令实时监控与数据共享过程如下:对中性束注入实验所需的Reset、GetReady,Fire,Stop网络命令进行实时监控与数据共享，并对命令发送的逻辑进行校验，逻辑顺序合理则将其发送到硬件层，否则给出错误提示；
各子系统故障状态实时监控与数据共享过程如下:对中性束注入实验过程中灯丝电源、弧电源、抑制极电源、高压电源、缓冲器电源、偏转磁体电源、水系统、低温真空系统各个子系统状态进行实时监控与数据共享，一旦监控到某一子系统的故障信号，即刻进行微秒量级的硬件连锁，并通过数据共享进行毫秒量级的软件连锁保护。
[0007]所述的一种中性束注入器实时状态监控与数据共享方法，其特征在于:采用共享内存技术实现对中性束注入实验过程中实验配置信息、实验命令和各子系统故障状态的实时监控与数据共享，为每一类状态划分一个存储区域并添加一个标签进行标识；终端需要对某一类数据进行共享时，只需将该终端信息追加到共享数据所对应的标签之后，该终端即可实现对该标签对应状态信息的实时共享，实现了多个终端对同一状态信息的实时共享及同一个终端对多种状态信息的实时共享；通过此标签添加机制可实现终端对实时状态信息的自动化共享，同时共享数据类型的增加也只需要为新增加的共享数据分配一个标签，实现了中性束注入器实时状态监控与数据共享的自动化及系统的可扩展性。
[0008]本发明的有益效果为:
本发明提供了一种中性束注入器实时状态监控与数据共享的方法，包括实验配置参数、实验命令、各子系统故障状态的实时监控和数据共享。本发明将共享内存技术与多线程技术完美结合，实现对共享数据的快速读写操作，满足了中性束注入系统实验运行状态的实时监控与数据可靠共享的要求，并通过标签技术的创新使用，为中性束注入系统终端的扩展提供有力保障。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为电源幅值配置信息格式示意图。
[0010]图2为实时状态监控与数据共享流程框图。
[0011]图3为标签存储格式示意图。
【具体实施方式】
[0012]一种中性束注入器实时状态监控与数据共享方法，包括实验配置信息实时监控与数据共享、实验命令实时监控与数据共享、各子系统故障状态实时监控与数据共享，其中:
实验配置信息实时监控与数据共享过程如下:对中性束注入实验配置参数和数据采集系统配置参数的有效性和合理性进行校验，校验通过则对配置信息进行实时存储与共享，否则给出错误提示，进行重新配置；
实验命令实时监控与数据共享过程如下:对中性束注入实验所需的Reset、GetReady,Fire,Stop网络命令进行实时监控与数据共享，并对命令发送的逻辑进行校验，逻辑顺序合理则将其发送到硬件层，否则给出错误提示；
各子系统故障状态实时监控与数据共享过程如下:对中性束注入实验过程中灯丝电源、弧电源、抑制极电源、高压电源、缓冲器电源、偏转磁体电源、水系统、低温真空系统各个子系统状态进行实时监控与数据共享，一旦监控到某一子系统的故障信号，即刻进行微秒量级的硬件连锁，并通过数据共享进行毫秒量级的软件连锁保护。
[0013]采用共享内存技术实现对中性束注入实验过程中实验配置信息、实验命令和各子系统故障状态的实时监控与数据共享，为每一类状态划分一个存储区域并添加一个标签进行标识；终端需要对某一类数据进行共享时，只需将该终端信息追加到共享数据所对应的标签之后，该终端即可实现对该标签对应状态信息的实时共享，实现了多个终端对同一状态信息的实时共享及同一个终端对多种状态信息的实时共享；通过此标签添加机制可实现终端对实时状态信息的自动化共享，同时共享数据类型的增加也只需要为新增加的共享数据分配一个标签，实现了中性束注入器实时状态监控与数据共享的自动化及系统的可扩展性。
[0014]本发明包括实验配置信息实时监控与数据共享、实验命令实时监控与数据共享和各子系统故障状态实时监控与数据共享方法。中性束注入系统的安全、可靠运行需要对中性束注入实验各个过程中不同实验状态信息进行实时监控和数据共享，其中包括实验开始前对Reset实验命令的实时监控，并通过数据共享实现对中性束注入各子系统的复位操作；系统复位后对实验配置、数据采集系统配置信息进行配置值的有效性校验和实时监控，并通过数据共享实现对中性束注入定时系统和数据采集系统的网络配置；实验配置完成后通过对GetReady命令的实时监控和数据共享，实现中性束注入实验开始前对灯丝电源、弧电源、抑制极电源、高压电源、缓冲器电源、偏转磁体电源、水系统、低温真空系统状态的安全巡检；巡检通过则对Fire命令进行实时监控和数据共享，通过数据共享定时系统按照配置值向中性束注入的灯丝电源、弧电源、抑制极电源、高压电源、缓冲器电源、偏转磁体电源和诊断系统输出统一的时序和幅值，同时数据采集系统通过对Fire命令的数据共享开始采集实验反馈数据；实验运行过程中对灯丝电源、弧电源、抑制极电源、高压电源、缓冲器电源、偏转磁体电源、水系统、低温真空系统状态进行实时监控与数据共享，一旦监控到某一故障信号则进行硬件级和软件级的双重连锁保护，定时系统停止幅值信号和时序信号的输出，并通过数据共享将故障状态在远程监控界面进行实时显示。
[0015]本发明采用共享内存技术实现对实验配置信息、实验命令和各子系统故障状态的实时存储与监控，并通过多线程技术实现对实验配置信息、实验命令和各子系统故障状态信息的数据共享。申请足够大的共享内存区域，并将其分割成多个大小不等的子共享内存块，用以存储不同类型的实时状态信息，子共享内存区域的大小根据所要存储的实时数据大小而定。为每一个共享内存块定义一个指向该内存块首地址的指针，以实现对共享内存块的访问，并为每一共享内存块定义一个标签，以标识该内存块所存储数据的类型。同时将代表多个数据类型的多个标签存储到共享内存的一个子内存区域，并在标签后追加需要此类数据的终端信息。为每一个终端开辟一个独立的线程用来实现该终端对共享内存数据的访问，同时为每一个数据标签开辟一个独立的线程，用来周期性的检测标签状态。当某一终端访问共享内存数据，并对其进行写操作时，终端线程接收终端发送的状态数据，并对其有效性和逻辑性进行校验，校验通过则将此类状态信息写入共享内存的相应子内存区域，同时更新此状态数据对应标签的状态。标签线程检测到标签状态的变化后，解析标签后面存储的需求此标签对应数据的终端信息，并通过与这些需求终端间进行通信的多个独立线程，将实时状态数据同步发送到多个需求终端，实现实验状态的实时监控和数据的可靠共享。当中性束注入系统增加新的终端时，为新的终端创建独立的线程，实现新终端对共享内存的访问，同时将新终端的信息增加到某一状态标签后，新终端即可通过上述方法实现对标签代表的状态信息的共享。同时对于实时状态信息种类的添加也只需要将申请到的共享内存块进行再分割，得到一块子内存块，用以实现对新的实时状态信息的存储与监控，并为该实时状态信息定义一个标签，同时为新标签创建一个标签状态监控线程，用以实现对实时状态的数据共享。此技术方案为中性束注入系统的扩展提供了极大的方便。
[0016]本发明包括实验配置信息实时监控与数据共享、实验命令实时监控与数据共享和各子系统故障状态实时监控与数据共享方法。三种类型数据的实时监控与数据共享方法相类似，以实验配置信息中电源幅值配置实时监控与数据共享为例，介绍本发明专利的【具体实施方式】。
[0017]在中性束注入器的运行控制中，共有16路电源幅值配置通道，其配置信息格式如图1，ChName代表通道名称，ChNum代表通道号，ChGain代表通道增益，ChData代表通道配置数据信息，通道配置数据信息如图1下方所示，由四个时间点和四个幅值点组成。实时状态监控与数据共享流程如图2，终端A按照图1数据格式将16路电源幅值配置信息发送到实时状态监控与数据共享方法的线程A，线程A对接收到的幅值配置信息进行有效性校验，校验方法为将通道配置的幅值与通道增益相除，若得到的结果在O到10之间，则幅值通道配置值合理，如果不在范围内则配置值不合理，线程A向终端A发送错误提示信息。幅值配置校验成功后，线程A将幅值配置信息写入共享内存A区域，实现对幅值配置信息的更新和实时监控，同时将存储在共享内存B区域的幅值配置标签TS_C0NFIG的状态从O更新为I。共享内存B区存储标签格式如图3，Tag为标签名称，Flag为标签状态，User为需要此标签代表的状态数据的终端用户名，#为起始位，多个终端信息以*号进行隔离，Sender为更新此标签数据的终端用户名。线程B周期性检索标签TS_C0NFIG的状态，当标签状态为I时，线程B读取共享内存A区域的幅值配置信息，并将图3 User字段内存储的多个终端信息进行独立分割，并通过之前与这些终端通信的多个独立线程将幅值配置信息同步发送到这些终端，从而实现对幅值配置信息的实时共享。
[0018]当中性束注入系统中增加一个需求幅值配置信息的终端，则只需在TS_C0NFIG标签后的User字符串后追加此终端的信息，即可实现此终端对幅值配置信息的共享。而当中性束注入系统中增加一类状态数据时，只需要为新的状态数据增加一块共享内存区域，并为新的状态数据定义一个标签，即可实现对新状态数据的实时监控和数据共享。通过此方法不但实现了对中性束注入实时状态的监控与数据共享，同时为系统的扩展提供方便。
【权利要求】
1.一种中性束注入器实时状态监控与数据共享方法，其特征在于:包括实验配置信息实时监控与数据共享、实验命令实时监控与数据共享、各子系统故障状态实时监控与数据共享，其中: 实验配置信息实时监控与数据共享过程如下:对中性束注入实验配置参数和数据采集系统配置参数的有效性和合理性进行校验，校验通过则对配置信息进行实时存储与共享，否则给出错误提示，进行重新配置； 实验命令实时监控与数据共享过程如下:对中性束注入实验所需的Reset、GetReady,Fire,Stop网络命令进行实时监控与数据共享，并对命令发送的逻辑进行校验，逻辑顺序合理则将其发送到硬件层，否则给出错误提示； 各子系统故障状态实时监控与数据共享过程如下:对中性束注入实验过程中灯丝电源、弧电源、抑制极电源、高压电源、缓冲器电源、偏转磁体电源、水系统、低温真空系统各个子系统状态进行实时监控与数据共享，一旦监控到某一子系统的故障信号，即刻进行微秒量级的硬件连锁，并通过数据共享进行毫秒量级的软件连锁保护。
2.根据权利要求1所述的一种中性束注入器实时状态监控与数据共享方法，其特征在于:采用共享内存技术实现对中性束注入实验过程中实验配置信息、实验命令和各子系统故障状态的实时监控与数据共享，为每一类状态划分一个存储区域并添加一个标签进行标识；终端需要对某一类数据进行共享时，只需将该终端信息追加到共享数据所对应的标签之后，该终端即可实现对该标签对应状态信息的实时共享，实现了多个终端对同一状态信息的实时共享及同一个终端对多种状态信息的实时共享；通过此标签添加机制可实现终端对实时状态信息的自动化共享，同时共享数据类型的增加也只需要为新增加的共享数据分配一个标签，实现了中性束注入器实时状态监控与数据共享的自动化及系统的可扩展性。
【文档编号】G05B19/418GK104133445SQ201410363148
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】赵远哲, 盛鹏, 胡纯栋, 崔庆龙, 张小丹 申请人:中国科学院等离子体物理研究所