EPICS在CSRe控制系统中的应用

发布时间：2020-06-10 11:03

【摘要】：论文针对兰州重离子加速器(HIRFL)现有自主研发的控制系统存在的问题及进一步扩展升级的困难,采用国际上大型加速器装置广泛使用的EPICS(实验物理与工业控制系统),进行HIRFL-CSRe(实验环)新控制系统的开发,提高系统的可扩展性并改进装置的性能。论文采用结构化分析和设计方法,结合分布式系统理论给出了一种EPICS架构下开发控制系统的方法。该方法以结构化分析和设计为基础,由系统的数据流导出系统的数据结构,通过数据结构定义IOC(Input/Output Controller)服务器端对外接口(PV,过程变量)和客户端界面主体,以系统的模块设计为基础,开发EPICS记录的设备支持和客户端应用程序,同时结合分布式系统理论设计控制系统的组织结构。论文采用上述方法进行CSRe电源系统、电源监测系统、同步系统、真空系统的控制研发,主要工作包括系统分析、系统设计和系统实现三个部分。在系统分析阶段,采用结构化分析方法对各系统进行控制需求分析,建立系统的数据流图和数据字典,从总体上把握各系统的信息处理过程,规范和约束后续开发工作。在系统设计阶段,采用结构化设计方法,按照输入、变换、输出结构对数据流图进行划分,设计系统的模块层次结构,结合分布式系统理论进行客户-服务器结构变换,并通过系统的纵向和横向扩展,得到优化的EPICS系统组织结构。在系统实现阶段,根据系统的设计结果,编码实现IOC记录的设备支持及PV量定义,并采用多线程和共享内存技术提高了系统的性能,同时在CSS环境下开发了客户端应用程序。论文在EPICS架构下开发了OPC UA(Unified Architecture)服务器的记录设备支持,实现了对OPC UA结点的访问,通过对OPC UA结点和EPICS PV变量的映射,完成了对CSRe FC01(1号法拉第筒)的控制。采用该设计方案,可以将束诊系统接入到CSRe EPICS主控系统中,在客户端以统一的方式实现束诊系统控制。论文在系统分析和设计基础上进行相关控制系统的研发,从总体上提高了软件系统的可维护性,同时控制系统在EPICS架构下进行具体实现,提高了系统可扩展性,各控制系统均在现场进行了测试及运行,现场使用表明该控制系统明显改善了CSRe参数预置等部分功能,提高了运行稳定性和可靠性。论文首次在HIRFL装置上应用EPICS,为HIRFL控制系统的整体升级改造提供了理论基础和实践经验。
【图文】：

第一章 引言1.1 实验环简介兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR), 属国家“九五” 重大科学工程项目。是一项主攻基础科学研究、同时兼顾应用科学研究的重大科学工程， 2008年通过国家验收并投入运行。HIRFL-CSR 总体设计思想是:采取级联回旋加速器与双冷却储存环同步加速器的独特组合,将放射性次级束(RIBs)与高品质重离子束技术相结合,并适当提高束流能量。CSR 的科学目的是:放射性束物理的研究； 高温高密度条件下核物质性质研究；介子物理及粒子物理研究；高离化态原子物理研究；重离子束相关的应用研究以及重离子束深层治癌研究等[1]，图 1.1 给出了HIRFL-CSR 的总体结构图：

第一章 引言 3图1．2 CSRe同步数据分发系统图1.2 所示为CSRe同步数据分发系统，，采用三层结构。从用户和应用程序看整个系统实现的功能为将用户生成的波形数据下发到相应的电源控制器。系统功能的实现过程为，控制界面层完成数据的计算和数据上传，之后数据库完成波形数据的验证、合成和同步分发到相应的前服（应用层程序），由前服将数据传至电源控制器。从系统的信息处理分析，整个系统存在一个相对稳定的信息处理中心（数据库），所有的信息（包括内部、外部）都流入数据库，由数据库集中加工处理，体现出集中式服务的特点。对于前服来说，每次数据的转发都需要从数据库获取数据，前服功能的实现方式使它更类似一个远程终端而不是一个数据库子系统
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(近代物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TL503.6

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本文编号：2706201