Linux平台上的HLS-Ⅱ时序系统研发
发布时间：2020-06-04 10:05
【摘要】：合肥光源HLS-II作为一台同步辐射光源装置,高精度的时序系统是其控制系统不可或缺的重要组成部分。时序系统向位于HLS-Ⅱ直线加速器走廊和储存环大厅不同位置的各子系统设备发送具有特定同步关系的触发脉冲,协调它们按照一定的时间先后顺序步调一致的工作,实现特定的多种运行模式。本论文描述的HLS-Ⅱ时序系统,是在“合肥光源重大维修改造项目”中研发建设完成,并在“合肥光源恒流运行关键系统改造项目”进一步完善,对于这两个项目成功达成设计目标通过验收起到了重要作用。论文在调研当前国内外主流加速器时序系统的基础上,通过分析合肥光源时序系统的发展历程和HLS-Ⅱ的需求变化,设计了新的HLS-Ⅱ时序系统。该系统采用分布式事件定时系统,以事件产生器为中心,建立了星形连接的5个位于不同位置的本地时序站,向包括电子枪、微波功率源、注入冲击及切割磁铁、束流测量等不同子系统的被控设备共提供106路时序触发信号。各本地时序站的事件接收器接收基于多模光纤扇出的最高2.5Gb/s比特率的事件帧广播流,设置并输出本站连接设备的时序触发信号。HLS-Ⅱ时序系统在完成正常时序信号输出功能的同时,也具有全系统内输出信号通道的快速调整和扩展能力。HLS-Ⅱ时序系统首次在Linux平台上,针对MRF公司CPCI总线事件定时器件硬件,开发了符合EPICS标准控制模型规范的完整软件包。论文详细论述了软件各层级模块的功能及其编程实现方法,具体包括Linux操作系统下模块硬件的识别和加载、基于映射寄存器表读写的应用程序接口、输入输出控制器的驱动程序、过程数据库记录的模板和载入、可视化界面和上层程序交互等。该软件清晰的模块结构和通用的功能接口,保证了 HLS-Ⅱ时序系统在改造工程中快速地部署和调试成功,也可作为今后建设类似时序系统时的配套软件。该系统以储存环高频频率204MHz为唯一时钟基准源,通过向注入器电子枪等相关设备发送可精确延时调节的触发信号,可将直线加速器ns级长度的电子宏脉冲对准储存环220ns长度范围内的任一相位稳定区(Bucket),首次在合肥光源上实现了逐束团注入和储存环45个Bucket的任意模式填充。文中具体论述了基于事件时钟的Bucket选择方案及其软硬件实现方法,以及在恒流运行模式时,根据逐束团流强实时测量值选择Bucket最优化注入的调试过程。新的时序系统的研发建设,帮助HLS-Ⅱ达成了满能量逐束团注入和恒流运行的工程目标,实现了合肥光源的高水平运行。文中还介绍了 HLS-Ⅱ控制系统的框架设计,通过将VMware虚拟化平台和EPICS分布式控制模型相结合,实现了 IOC的虚拟化和集中管理与调度,提高了全系统的部署速度和运行可靠性。建立的高可用性的HLS-Ⅱ控制系统,实现了零故障、不中断维护的高水平运行。
【图文】：
项目的总体目标是对原合肥光源进行重大升级改造，大幅度地提高光源的品质，，逡逑为同步辐射用户提供亮度更高、稳定性更好的高品质同步辐射光。为了与原光源逡逑装置区分开，改造后的合肥光源简称为ＨＬＳ－ＩＩ，图１－１为ＨＬＳ－ＩＩ布局示意图。逡逑相应的，本论文中对于改造前的合肥光源时序系统简称为ＨＬＳ时序系统，而对逡逑于改造中需要设计和研发的新时序系统简称为ＨＬＳ－ＩＩ时序系统。逡逑Ｂ［ＴＴ邋ＴＪＴ￡￡Ｔ，逡逑＾—N逦－邋士，邋－邋．＾邋．．．士＊．．．．．—ＢＬ１２Ｂ－ａ邋＼ＢＬ１３Ｕ逡逑ＢＬ１１Ｕ邋Ｗ逡逑ＢＬ１０Ｂ邋Ａ逦、逡逑ＢＬ０Ｗ逦Ｋ０１Ｂ逡逑ＢＬ０８Ｂ邋Ｘ逦４逡逑ＢＬ伣逦ＢＬ０４Ｂ邋ＢＬ0３Ｕ逡逑图１－１邋ＨＬＳ－ＩＩ布局示意图逡逑２逡逑
１．３邋ＥＰＩＣＳ控制系统逡逑粒子加速器作为迄今为止人类建造的最大、最精巧的系统装置，通常都是在逡逑一个较大的区域里分布着大量的不同用途的设备。而将这些设备有机地结合在一逡逑起协调工作，就是其控制系统的主要目的和最大挑战Ｍ。最初的加速器控制系统逡逑通常懫用带有分支结构的集中式系统，即将所有需要控制的设备连接到中央控制逡逑用的一台或几台计算机上。２０世纪８０年代以后，随着个人计算机（ＰＣ）和工作逡逑站的出现，以及网络技术的迅速发展，为建立一种开放性的分布式控制系统创造逡逑了条件，即使用网络将许多完成不同控制任务的计算机连接起来，使用数据通信逡逑协议让它们互相配合工作。随着网络和计算机技术的迅猛发展，这种控制专用网逡逑络的结构和协议标准在９０年代初逐渐形成一种“标准模型”，并为世界上大多数逡逑加速器装置的控制系统所采用。“标准模型”将控制系统分为操作员接口（Ｏｐｅｒａｔｏｒ逡逑Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ＯＰＩ）、控制局域网（ＬＡＮ）和输入输出控制器（Ｉｎｐｕｔ邋Ｏｕｔｐｕｔ邋Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，逡逑ＩＯＣ）三级结构（如图１－２），其中０ＰＩ负责处理人机界面和上层应用，ＩＯＣ负责逡逑直接控制各子系统设备，ＯＰＩ和ＩＯＣ之间通过控制局域网采用互联网通用的逡逑ＴＣＰ（ＵＤＰ）／ＩＰ通信协议通讯。逡逑
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TL594
【图文】：
项目的总体目标是对原合肥光源进行重大升级改造，大幅度地提高光源的品质，，逡逑为同步辐射用户提供亮度更高、稳定性更好的高品质同步辐射光。为了与原光源逡逑装置区分开，改造后的合肥光源简称为ＨＬＳ－ＩＩ，图１－１为ＨＬＳ－ＩＩ布局示意图。逡逑相应的，本论文中对于改造前的合肥光源时序系统简称为ＨＬＳ时序系统，而对逡逑于改造中需要设计和研发的新时序系统简称为ＨＬＳ－ＩＩ时序系统。逡逑Ｂ［ＴＴ邋ＴＪＴ￡￡Ｔ，逡逑＾—N逦－邋士，邋－邋．＾邋．．．士＊．．．．．—ＢＬ１２Ｂ－ａ邋＼ＢＬ１３Ｕ逡逑ＢＬ１１Ｕ邋Ｗ逡逑ＢＬ１０Ｂ邋Ａ逦、逡逑ＢＬ０Ｗ逦Ｋ０１Ｂ逡逑ＢＬ０８Ｂ邋Ｘ逦４逡逑ＢＬ伣逦ＢＬ０４Ｂ邋ＢＬ0３Ｕ逡逑图１－１邋ＨＬＳ－ＩＩ布局示意图逡逑２逡逑
１．３邋ＥＰＩＣＳ控制系统逡逑粒子加速器作为迄今为止人类建造的最大、最精巧的系统装置，通常都是在逡逑一个较大的区域里分布着大量的不同用途的设备。而将这些设备有机地结合在一逡逑起协调工作，就是其控制系统的主要目的和最大挑战Ｍ。最初的加速器控制系统逡逑通常懫用带有分支结构的集中式系统，即将所有需要控制的设备连接到中央控制逡逑用的一台或几台计算机上。２０世纪８０年代以后，随着个人计算机（ＰＣ）和工作逡逑站的出现，以及网络技术的迅速发展，为建立一种开放性的分布式控制系统创造逡逑了条件，即使用网络将许多完成不同控制任务的计算机连接起来，使用数据通信逡逑协议让它们互相配合工作。随着网络和计算机技术的迅猛发展，这种控制专用网逡逑络的结构和协议标准在９０年代初逐渐形成一种“标准模型”，并为世界上大多数逡逑加速器装置的控制系统所采用。“标准模型”将控制系统分为操作员接口（Ｏｐｅｒａｔｏｒ逡逑Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ＯＰＩ）、控制局域网（ＬＡＮ）和输入输出控制器（Ｉｎｐｕｔ邋Ｏｕｔｐｕｔ邋Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，逡逑ＩＯＣ）三级结构（如图１－２），其中０ＰＩ负责处理人机界面和上层应用，ＩＯＣ负责逡逑直接控制各子系统设备，ＯＰＩ和ＩＯＣ之间通过控制局域网采用互联网通用的逡逑ＴＣＰ（ＵＤＰ）／ＩＰ通信协议通讯。逡逑
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TL594
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1 谭羽丰;陈e
本文编号：2696221
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