上海光源储存环机器保护系统升级
发布时间：2021-12-10 19:07
上海光源线站工程（二期）对机器保护系统提出的高要求是现有系统无法满足的,需对机器保护系统进行升级改造。本文使用FL-net技术实现了光源储存环所有联锁可编程逻辑控制器单元间的数据共享,解决了联锁系统跨单元通信的问题。机器保护系统的远程控制基于分布式EPICS设计,扩充部分通过统一接口形式和使用层次化设计方法,避免了对原系统的改动。新系统通过测试,在线运行可靠稳定,单元间联锁响应时间小于21 ms,满足加速器运行的需求,且改造后的系统更灵活、易扩充,可满足日后不同的联锁需求。
【文章来源】：原子能科学技术. 2020,54(03)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
上海光源储存环联锁保护系统结构
考虑到可编程逻辑控制器(programmable logic controller, PLC)成熟可靠的技术和在工控、加速器领域的广泛应用,上海光源机器保护系统是基于PLC的硬件联锁系统[5-6]。MPS采用日本Yokogawa FA-M3系列PLC进行搭建,其系统结构如图1所示,是以PLC为核心,基于网络、实验物理和工业控制系统(experimental physics and industrial control system, EPICS)设计的分布式控制系统。联锁输入、输出信号全部为通过电缆直接连接的硬件信号,运行参数全部保存在PLC控制器内。因此,联锁保护逻辑功能不依赖于后台软件,在MPS设备正常运行的前提下,后台软件和网络故障以及界面关闭和IOC重启等均不影响系统的联锁保护功能[7]。整个上海光源的MPS体系使用了分级管理和设计的方案,按总体级、分总体级、系统级、设备级4层进行部署和设计[8]。总体级MPS即中控MPS,处于MPS体系的最上层,主要负责装置运行模式与运行状态的联锁控制、对各分总体级MPS的监控、总体级联锁功能实现、中控的声光报警以及MPS的操作接口等功能。分总体级MPS根据加速器的直线(LA)、增强器(BS)和储存环(SR) 3个组成部分设置了LA-MPS、BS-MPS、SR-MPS 3个分总体级。分总体级分别连接各系统级MPS,并独立完成各分总体级内部的联锁逻辑功能,3个分总体级间通过直接的硬件信号连接实现分总体级之间的联锁信号交互和逻辑功能。
FA-M3系列PLC支持FA-Link和FL-net两种单元间通信接口。FA-Link通过光纤通信,各单元间可按菊花链的方式进行连接。在实验室搭建FA-Link测试平台对其性能进行测试,结果表明,随着节点数、光纤距离和共享寄存器数量的增多,FA-Link方式的节点间响应时间一般控制在200 ms内,已远超出了上海光源对联锁保护系统响应时间的要求。另外,使用菊花链的连接方式,一旦运行过程中某节点出现故障,会影响整个系统的正常运行,可靠性降低。而FL-net的响应时间一般可控制在50 ms以内,因此选择FL-net方案对全环MPS进行升级改造。FL-net是一可用于连接多种可编程控制器、计算机数字控制器和自动化控制器产品的开放网络[9]。各单元PLC使用FL-net网络连接,通过FL-net模块实现单元间数据共享。FL-net对网络有特殊要求,因此在上海光源建立了独立于控制网的FL-net专用网络。此外,对储存环所有MPS单元CPU进行升级,新CPU型号为CPU SP71-4S,替代原本CPU SP53-4S和网络模块LE11-0T的功能。为提高网络通信的实时性和可靠性,减少网络占用率,采用设备网与控制网隔离的方式进行网络设计,IOC使用两个网段分别连接IOC和OPI,其结构如图3所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]上海软X射线自由电子激光装置联锁保护系统[J]. 于春蕾,赵欢,丁建国. 原子能科学技术. 2018(04)
[2]FELiChEM联锁系统的设计[J]. 黄子滪,宋一凡,宣科,王季刚,李川,刘功发. 原子能科学技术. 2017(09)
[3]C-ADS注入器Ⅰ联锁保护系统设计（英文）[J]. 赵颖,叶强,曹建社. 强激光与粒子束. 2015(04)
[4]ADS注入器Ⅱ控制系统软件平台设计[J]. 郭玉辉,于春蕾,徐卫彬,罗冰峰,姜子运,刘海涛. 原子能科学技术. 2014(S1)
[5]CSNS直线加速器前端水冷控制系统的研制[J]. 辛文曲,李刚,欧阳华甫,何泳成. 核电子学与探测技术. 2014(03)
[6]Lattice design and optimization of the SSRF storage ring with super-bends[J]. 田顺强,姜伯承,周巧根,冷用斌,赵振堂. Nuclear Science and Techniques. 2014(01)
[7]基于PLC的直线加速器联锁保护系统[J]. 仇文君,周大勇,陈建锋,沈立人,刘亚娟. 核技术. 2008(07)
[8]上海光源数字化低电平控制系统的硬件设计与实现[J]. 张同宣,赵玉彬,尹成科,付泽川,赵振堂. 强激光与粒子束. 2008(06)
本文编号：3533223
【文章来源】：原子能科学技术. 2020,54(03)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
上海光源储存环联锁保护系统结构
考虑到可编程逻辑控制器(programmable logic controller, PLC)成熟可靠的技术和在工控、加速器领域的广泛应用,上海光源机器保护系统是基于PLC的硬件联锁系统[5-6]。MPS采用日本Yokogawa FA-M3系列PLC进行搭建,其系统结构如图1所示,是以PLC为核心,基于网络、实验物理和工业控制系统(experimental physics and industrial control system, EPICS)设计的分布式控制系统。联锁输入、输出信号全部为通过电缆直接连接的硬件信号,运行参数全部保存在PLC控制器内。因此,联锁保护逻辑功能不依赖于后台软件,在MPS设备正常运行的前提下,后台软件和网络故障以及界面关闭和IOC重启等均不影响系统的联锁保护功能[7]。整个上海光源的MPS体系使用了分级管理和设计的方案,按总体级、分总体级、系统级、设备级4层进行部署和设计[8]。总体级MPS即中控MPS,处于MPS体系的最上层,主要负责装置运行模式与运行状态的联锁控制、对各分总体级MPS的监控、总体级联锁功能实现、中控的声光报警以及MPS的操作接口等功能。分总体级MPS根据加速器的直线(LA)、增强器(BS)和储存环(SR) 3个组成部分设置了LA-MPS、BS-MPS、SR-MPS 3个分总体级。分总体级分别连接各系统级MPS,并独立完成各分总体级内部的联锁逻辑功能,3个分总体级间通过直接的硬件信号连接实现分总体级之间的联锁信号交互和逻辑功能。
FA-M3系列PLC支持FA-Link和FL-net两种单元间通信接口。FA-Link通过光纤通信,各单元间可按菊花链的方式进行连接。在实验室搭建FA-Link测试平台对其性能进行测试,结果表明,随着节点数、光纤距离和共享寄存器数量的增多,FA-Link方式的节点间响应时间一般控制在200 ms内,已远超出了上海光源对联锁保护系统响应时间的要求。另外,使用菊花链的连接方式,一旦运行过程中某节点出现故障,会影响整个系统的正常运行,可靠性降低。而FL-net的响应时间一般可控制在50 ms以内,因此选择FL-net方案对全环MPS进行升级改造。FL-net是一可用于连接多种可编程控制器、计算机数字控制器和自动化控制器产品的开放网络[9]。各单元PLC使用FL-net网络连接,通过FL-net模块实现单元间数据共享。FL-net对网络有特殊要求,因此在上海光源建立了独立于控制网的FL-net专用网络。此外,对储存环所有MPS单元CPU进行升级,新CPU型号为CPU SP71-4S,替代原本CPU SP53-4S和网络模块LE11-0T的功能。为提高网络通信的实时性和可靠性,减少网络占用率,采用设备网与控制网隔离的方式进行网络设计,IOC使用两个网段分别连接IOC和OPI,其结构如图3所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]上海软X射线自由电子激光装置联锁保护系统[J]. 于春蕾,赵欢,丁建国. 原子能科学技术. 2018(04)
[2]FELiChEM联锁系统的设计[J]. 黄子滪,宋一凡,宣科,王季刚,李川,刘功发. 原子能科学技术. 2017(09)
[3]C-ADS注入器Ⅰ联锁保护系统设计（英文）[J]. 赵颖,叶强,曹建社. 强激光与粒子束. 2015(04)
[4]ADS注入器Ⅱ控制系统软件平台设计[J]. 郭玉辉,于春蕾,徐卫彬,罗冰峰,姜子运,刘海涛. 原子能科学技术. 2014(S1)
[5]CSNS直线加速器前端水冷控制系统的研制[J]. 辛文曲,李刚,欧阳华甫,何泳成. 核电子学与探测技术. 2014(03)
[6]Lattice design and optimization of the SSRF storage ring with super-bends[J]. 田顺强,姜伯承,周巧根,冷用斌,赵振堂. Nuclear Science and Techniques. 2014(01)
[7]基于PLC的直线加速器联锁保护系统[J]. 仇文君,周大勇,陈建锋,沈立人,刘亚娟. 核技术. 2008(07)
[8]上海光源数字化低电平控制系统的硬件设计与实现[J]. 张同宣,赵玉彬,尹成科,付泽川,赵振堂. 强激光与粒子束. 2008(06)
本文编号：3533223
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3533223.html
