Система управления линейным ускорителем ИЯИ РАН
Рассмотрена история развития и представлено текущее состояние системы управления линейным ускорителем ионов водорода (ЛУ) ИЯИ РАН. Приводятся структурная схема существующей системы управления (СУ) и описание основных этапов ее создания. В 2000 году было официально решено использовать пакет программн...
Saved in:
| Published in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Date: | 2008 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут ядерних досліджень Росії
2008
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111192 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Система управления линейным ускорителем ИЯИ РАН / О.В. Грехов, А.Н. Другаков, Ю.В. Киселев // Вопросы атомной науки и техники. — 2008. — № 3. — С. 64-67. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-111192 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Грехов, О.В. Другаков, А.Н. Киселев, Ю.В. 2017-01-08T17:31:23Z 2017-01-08T17:31:23Z 2008 Система управления линейным ускорителем ИЯИ РАН / О.В. Грехов, А.Н. Другаков, Ю.В. Киселев // Вопросы атомной науки и техники. — 2008. — № 3. — С. 64-67. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111192 62-5 Рассмотрена история развития и представлено текущее состояние системы управления линейным ускорителем ионов водорода (ЛУ) ИЯИ РАН. Приводятся структурная схема существующей системы управления (СУ) и описание основных этапов ее создания. В 2000 году было официально решено использовать пакет программного обеспечения LabView в качестве основного языка программирования в СУ ЛУ. В настоящее время практически все программное обеспечение системы управления построено на базе LabView. Описываются типовые промышленные устройства ввода-вывода дискретной и аналоговой информации, используемые в настоящее время в СУ ЛУ. Обсуждаются основные принципы и возможности дальнейшего развития системы управления и автоматизации ЛУ. Розглянуто історію розвитку і представлено поточний стан системи керування лінійним прискорювачем іонів водню (ЛП) ІЯД РАН. Приводяться структурна схема існуючої системи керування (СК) і опис основних етапів її створення. В 2000 р. було офіційно вирішено використати пакет програмного забезпечення LabVіew як основної мови програмування в СК ЛП. Зараз практично все програмне забезпечення системи керування побудовано на базі LabVіew. Дано опис типових промислових пристроїв вводу-виводу дискретної і аналогової інформації, що використовуються в цей час у СК ЛП. Обговорюються основні принципи і можливості подальшого розвитку системи керування і автоматизації ЛП. The history and current status of the control system for the INR linear accelerator of beams of hydrogen ions is presented. The block diagram of the linac control system and the description of main automated manufacturing step is considered. In 2000 we have officially decided to use LabView as the software language for control system of INR linear accelerator. Now all application software is based on LabView. Commercial hardware of the control system is described also. The key approach and further development on the control system and the accelerator automation is discussed. ru Інститут ядерних досліджень Росії Вопросы атомной науки и техники Физика и техника ускорителей Система управления линейным ускорителем ИЯИ РАН Система керування лінійним прискорювачем ІЯД РАН Control system of the INR linac Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Система управления линейным ускорителем ИЯИ РАН |
| spellingShingle |
Система управления линейным ускорителем ИЯИ РАН Грехов, О.В. Другаков, А.Н. Киселев, Ю.В. Физика и техника ускорителей |
| title_short |
Система управления линейным ускорителем ИЯИ РАН |
| title_full |
Система управления линейным ускорителем ИЯИ РАН |
| title_fullStr |
Система управления линейным ускорителем ИЯИ РАН |
| title_full_unstemmed |
Система управления линейным ускорителем ИЯИ РАН |
| title_sort |
система управления линейным ускорителем ияи ран |
| author |
Грехов, О.В. Другаков, А.Н. Киселев, Ю.В. |
| author_facet |
Грехов, О.В. Другаков, А.Н. Киселев, Ю.В. |
| topic |
Физика и техника ускорителей |
| topic_facet |
Физика и техника ускорителей |
| publishDate |
2008 |
| language |
Russian |
| container_title |
Вопросы атомной науки и техники |
| publisher |
Інститут ядерних досліджень Росії |
| format |
Article |
| title_alt |
Система керування лінійним прискорювачем ІЯД РАН Control system of the INR linac |
| description |
Рассмотрена история развития и представлено текущее состояние системы управления линейным ускорителем ионов водорода (ЛУ) ИЯИ РАН. Приводятся структурная схема существующей системы управления (СУ) и описание основных этапов ее создания. В 2000 году было официально решено использовать пакет программного обеспечения LabView в качестве основного языка программирования в СУ ЛУ. В настоящее время практически все программное обеспечение системы управления построено на базе LabView. Описываются типовые промышленные устройства ввода-вывода дискретной и аналоговой информации, используемые в настоящее время в СУ ЛУ. Обсуждаются основные принципы и возможности дальнейшего развития системы управления и автоматизации ЛУ.
Розглянуто історію розвитку і представлено поточний стан системи керування лінійним прискорювачем іонів водню (ЛП) ІЯД РАН. Приводяться структурна схема існуючої системи керування (СК) і опис основних етапів її створення. В 2000 р. було офіційно вирішено використати пакет програмного забезпечення LabVіew як основної мови програмування в СК ЛП. Зараз практично все програмне забезпечення системи керування побудовано на базі LabVіew. Дано опис типових промислових пристроїв вводу-виводу дискретної і аналогової інформації, що використовуються в цей час у СК ЛП. Обговорюються
основні принципи і можливості подальшого розвитку системи керування і автоматизації ЛП.
The history and current status of the control system for the INR linear accelerator of beams of hydrogen ions is presented. The block diagram of the linac control system and the description of main automated manufacturing step is considered. In 2000 we have officially decided to use LabView as the software language for control system of INR linear accelerator. Now all application software is based on LabView. Commercial hardware of the control system is described also. The key approach and further development on the control system and the accelerator automation is discussed.
|
| issn |
1562-6016 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111192 |
| citation_txt |
Система управления линейным ускорителем ИЯИ РАН / О.В. Грехов, А.Н. Другаков, Ю.В. Киселев // Вопросы атомной науки и техники. — 2008. — № 3. — С. 64-67. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT grehovov sistemaupravleniâlineinymuskoritelemiâiran AT drugakovan sistemaupravleniâlineinymuskoritelemiâiran AT kiselevûv sistemaupravleniâlineinymuskoritelemiâiran AT grehovov sistemakeruvannâlíníinimpriskorûvačemíâdran AT drugakovan sistemakeruvannâlíníinimpriskorûvačemíâdran AT kiselevûv sistemakeruvannâlíníinimpriskorûvačemíâdran AT grehovov controlsystemoftheinrlinac AT drugakovan controlsystemoftheinrlinac AT kiselevûv controlsystemoftheinrlinac |
| first_indexed |
2025-11-25T21:02:28Z |
| last_indexed |
2025-11-25T21:02:28Z |
| _version_ |
1850545424828465152 |
| fulltext |
УДК 62-5
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЛИНЕЙНЫМ УСКОРИТЕЛЕМ ИЯИ РАН
О.В. Грехов, А.Н. Другаков, Ю.В. Киселев
Институт ядерных исследований РАН, 117312, Москва, Россия
E-mail: grekhov@inr.ru
Рассмотрена история развития и представлено текущее состояние системы управления линейным уско-
рителем ионов водорода (ЛУ) ИЯИ РАН. Приводятся структурная схема существующей системы управле-
ния (СУ) и описание основных этапов ее создания. В 2000 году было официально решено использовать па-
кет программного обеспечения LabView в качестве основного языка программирования в СУ ЛУ. В настоя-
щее время практически все программное обеспечение системы управления построено на базе LabView. Опи-
сываются типовые промышленные устройства ввода-вывода дискретной и аналоговой информации, исполь-
зуемые в настоящее время в СУ ЛУ. Обсуждаются основные принципы и возможности дальнейшего разви-
тия системы управления и автоматизации ЛУ.
1. ВВЕДЕНИЕ
Опыт создания и эксплуатации современных
ускорителей показывает, что их эффективность, на-
дежность и затраты на эксплуатацию существенным
образом зависят от качества работы системы управ-
ления. Расположенный в городе Троицке линейный
ускоритель ИЯИ РАН предназначен для получения
пучков протонов и отрицательных ионов водорода.
В данной работе приведено описание истории раз-
вития и представлено текущее состояние системы
управления (СУ) указанным ускорителем.
2. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ СИСТЕМЫ
УПРАВЛЕНИЯ
Процесс создания и развития системы управле-
ния ЛУ ИЯИ РАН условно можно разбить на три
этапа:
1. Разработка и ввод в эксплуатацию СУ
ЛУ (1973-1995 г.).
2. Исследование и доработка СУ (1996-1999
г.).
3. Модернизация СУ ЛУ (2000-2007 г.).
Разработка проекта системы управления ЛУ
ИЯИ проводилась, начиная с 1972 года, Московским
радиотехническим институтом. В 1973 году в ИЯИ
была организована Лаборатория управления и авто-
матизации, основной задачей которой являлось уча-
стие в разработке и тестировании технических
средств, создание алгоритмов и программного обес-
печения и ввод в эксплуатацию СУ ЛУ. Для обеспе-
чения указанных работ была разработана модель ав-
томатизированного линейного ускорителя ИЯИ [1].
Работы по приемке оборудования СУ, его монтажу
и наладке начались в 1980 году.
Физический запуск первого резонатора линейно-
го ускорителя произошел в 1988 г. [2]. До 1996 года
система управления линейным ускорителем была
построена по территориально-функциональному
принципу [3] и состояла из пяти секторных подси-
стем (Рис.1), в состав которых, в свою очередь, вхо-
дили ЭВМ типа СМ 1420 и ряд (до 20 на каждом из
секторов) разработанных МРТИ [4] устройств связи
с объектом (УСО). Обмен информацией с УСО осу-
ществлялся через устройство ввода-вывода инфор-
мации (УВВ). Каждое УСО обеспечивало:
- управление от ЭВМ входящими в состав УСО
функциональными блоками;
- прием с технологического оборудования линей-
ного ускорителя, запоминание и выдачу в систе-
му управления ускорителем аварийных и глав-
ных статусных сигналов;
- прием и преобразование в двоичный код 96 ана-
логовых сигналов,
- прием и коммутацию на две согласованные ли-
нии 28 видеосигналов;
- выдачу серий с программируемым числом им-
пульсов по 64 каналам управления шаговыми
двигателями;
- прием и выдачу 128 дискретных сигналов;
- выдачу 16 пар независимых импульсов синхро-
низации.
Рис.1. Структурная схема СУ ЛУ в 1980-1995 гг.
(1 - ЭВМ СМ1420; 2 - устройство ввода-вывода;
3 - Монитор)
Основными функциями представленной на Рис.1
СУ были:
- измерение основных параметров оборудования
высокочастотных ВЧ-каналов ускоряющей систе-
мы, системы фокусировки пучка и вакуумной си-
стемы;
- установка и управление амплитудой и фазой
ВЧ-каналов;
- автоматическое восстановление работоспособ-
ности ВЧ-каналов основной части ускорителя;
____________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2008. № 3.
Series: Nuclear Physics Investigations (49), p.64-67.
64
mailto:grekhov@inr.ru
- управление токами источников питания систе-
мы фокусировки;
- регистрация и оперативная диагностика при-
чин возникновения аварийных и предаварий-
ных ситуаций.
Все секторные компьютеры работали под управ-
лением операционной системы RSX-11M с про-
граммным обеспечением, написанным на языках
Ассемблер и Фортран.
Рассмотренная выше система не обеспечивала
быстрого оперативного измерения, обработки и на-
глядного графического представления основных па-
раметров пучка заряженных частиц и распределения
его потерь вдоль ускорителя. А, как известно, обес-
печение радиационной чистоты является одним из
основных требований, предъявляемых к сильноточ-
ным ускорителям. Потери пучка на ЛУ ИЯИ измеря-
ются с помощью фотоэлектронных умножителей
(ФЭУ-30 и ФЭУ-115) и нейтронных датчиков
(УДБН-02Р). Автоматизацию системы измерений
основных параметров и потерь пучка, проводимую в
1996-1999 годах, было решено осуществлять на
основе применения появившихся к этому времени
персональных компьютеров (ПК) на базе 486 про-
цессора и использования модулей в стандарте КА-
МАК. ПК работали под управлением операционной
системы Windows95 и были объединены в локаль-
ную сеть (Рис.2). Прикладные программы были на-
писаны на языке С.
Рис.2. Структурная схема СУ ЛУ в 1996-2000 гг.
(1 – ЭВМ СМ1420; 2 – УВВ; 3 – Монитор; 4 –
компьютер с 486 процессором; 5 – крейт КАМАК)
В 2000 году было принято очень важное решение
для системы управления ЛУ ИЯИ, которое опреде-
лило всю ее дальнейшую судьбу. Дело в том, что в
Отделе ускорительного комплекса практически не
осталось квалифицированных программистов, а чис-
ло остальных специалистов по системе управления
ЛУ заметно уменьшилось (Рис.3). Поэтому было ре-
шено при дальнейшей модернизации системы
управления использовать платы ввода-вывода ана-
логовых и дискретных сигналов и пакет программ-
ного обеспечения LabView компании National Instru-
ments (NI) в качестве основного языка программиро-
вания в СУ ЛУ.
В 2000-2002 годах была осуществлена замена ста-
рых секторных компьютеров СМ1420 на новые ПК с
операционными системами фирмы Microsoft, которые
выполняют функции контроллера УСО, и на их базе
осуществлена модернизация управления системой фо-
кусировки ускорителя [5] и ВЧ-каналами начальной и
основной частями ЛУ. Для сопряжения ПК с УВВ и
УСО были использованы платы ввода-вывода дис-
кретных сигналов NI DIO96, применение которых, как
минимум на порядок, позволило поднять скорость об-
мена информацией с УСО. Одновременно все компью-
теры СУ были включены во вновь созданную локаль-
ную сеть системы управления ускорителем.
Рис.3. Динамика численности специалистов по про-
граммному обеспечению (ПО) и техническим сред-
ствам (ТС) системы управления ускорителем (СУ –
общее количество специалистов)
Все прикладное программное обеспечение
(ППО) разработано с использованием пакета графи-
ческого программирования LabView. В качестве
примера на Рис.4 представлена конфигурация ППО
контроллера УСО.
Рис.4. Конфигурация специального прикладного про-
граммного обеспечения компьютера, который
управляет работой УСО:
1- сервер управления; 2- сервер команд; 3- программа
включения-отключения оборудования системы
управления; программы: 4 - тестирования оборудо-
вания системы управления, 5 - восстановления рабо-
ты ВЧ-каналов при их отключении; 6 - контроля за
работой вакуумной системы; 7 - контроля и управ-
ления параметрами ВЧ-систем; 8 - пакет программ
управления системой фокусировки; 9 - сервер управ-
ления УСО; программы работы с УСО: 10 - вывода
дискретной информации; 11- управления шаговыми
двигателями; 12 - управления сигналами синхрониза-
ции; 13 - регистрации считываемых параметров и
ошибок работы с УСО; 14 - ввода дискретных сигна-
____________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2008. № 3.
Series: Nuclear Physics Investigations (49), p.64-67.
65
лов; 15 - синхронного считывания и преобразование
аналоговых сигналов; 16 - синхронного ввода дис-
кретных сигналов; 17 - считывание информации о
параметрах сигналов синхронизации; 18 - коммута-
ции видеосигналов; 19 - массив данных; 20 -програм-
ма записи данных в порт платы NI DIO96; 21- про-
грамма чтения информации из порта платы NI
DIO96
Ядром ППО контроллера УСО является програм-
ма, названная сервером управления УСО. Ее задачей
является:
- запуск сервера команд (предназначенного для
работы с оборудованием сектора с любого из
компьютеров сети управления в режиме
запрос-ответ) и остальных необходимых про-
грамм работы с оборудованием ускорителя
(осуществляющих ввод-вывод информации че-
рез УСО);
- передача в сеть по протоколу TCP/IP всей со-
бранной с помощью УСО за выбранный проме-
жуток времени информации.
Одним из недостатков УСО являлось невозмож-
ность одновременного измерения большого количе-
ства быстроменяющихся параметров. Поэтому для
решения задач управления и автоматизации различ-
ными системами ускорителя (такими, например, как
системы измерения параметров пучка на различных
участках ускорителя, сигналов с нейтронных датчи-
ков и датчиков системы измерения потерь пучка,
импульсных сигналов в ВЧ-системах и т. д.) были
использованы компьютеры с PCI и USB платами
компании National Instruments. К числу этих плат от-
носятся, в частности, NI PCI 6071E, NI PCI 5102, NI
PCI 6031E, NI PCI 5112, NI PCI 6259M, NI USB
6259M, NI USB 6009 [6] и другие.
3. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ
Структурная схема существующей в настоящее
время системы управления ЛУ представлена на
Рис.5.
Рис.5. Структурная схема системы управления ЛУ
по состоянию на 2007 год.
1-клиентские компьютеры; 2-Web-сервер; 3-шлюз;
4-серверы верхнего уровня СУ; 5-сервер УСО с пла-
той NI DIO96; 6-сервер оборудования ускорителя с
различными (от 1 до 4-х) платами NI; 7-сервер обо-
рудования с платой последовательного интерфейса
(NI USB-485-2 или аналогичной ей); 8-УВВ; 9-УСО;
10-различное промышленное оборудование с интер-
фейсом RS-485, такое, например, как источники
стабилизированного питания, микропроцессорные
регуляторы и т.д.; ОУК–персональные компьюте-
ры сотрудников Отдела ускорительного комплекса
В состав СУ ЛУ входит около 30 компьютеров с
различными платами NI, которые выполняют функ-
ции серверов или контроллеров оборудования уско-
рителя. Первоначально это были обычные персо-
нальные компьютеры с шиной PCI, а последние
шесть, полученные в последние два года – промыш-
ленные компьютеры.
В качестве операционных систем на серверах
оборудования используются Win98, 2K и XP. Все
компьютеры СУ ЛУ объединены между собой с по-
мощью высокоскоростной (скорость передачи ин-
формации 1 Гб в сек.) локальной сети Ethernet. Кли-
ентские компьютеры, расположенные в пультовой
ЛУ, получают по сети и обеспечивают операторов
ЛУ всей необходимой для управления ускорителя
информацией.
Фотография пульта управления ЛУ представлена
на Рис.6.
Рис.6. Пульт управления линейным ускорителем
Обобщенная информация о работе ЛУ выдается
в глобальную сеть с помощью Web-сервера.
На всех компьютерах Отдела ускорительного
комплекса, не входящих в состав СУ ЛУ, доступна
полная информация о работе ускорителя и его пара-
метрах. Указанная информация поступает к ним с
соответствующих серверов верхнего уровня, таких,
например, как:
- сервер данных (о параметрах оборудования си-
стем и установок ЛУ и пучках заряженных ча-
стиц),
- сервер регистрации и анализа событий (в том
числе и в аварийных и предаварийных ситуа-
циях) [7] и т.д.
Обмен необходимой оперативной информацией
между системами управления ЛУ и установками
экспериментального комплекса осуществляется че-
рез соответствующий компьютер, выполняющий
функции шлюза.
4. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ
РАЗВИТИЯ
Основными направлениями развития системы
управления ЛУ на ближайшее время являются:
- обеспечение управления ЛУ при одновремен-
ном ускорении двух пучков (протонов и Н-);
66
- создание и использование в режиме on-line раз-
личных моделей работы оборудования ускори-
теля и динамики пучка в ЛУ;
- обеспечение возможности контроля и управле-
ния при ускорении пучков с длительностью
импульса менее 1 мкс;
- развитие серверов приложений;
- расширение применения интерфейса RS-485
для автоматизации медленных процессов [8];
- диагностика основных параметров пучка на
установках экспериментального комплекса;
- модернизация системы быстрой аварийной за-
щиты ускорителя и т.д.
ЛИТЕРАТУРА
1. О.Я. Грицына и др. Модель автоматизирован-
ного линейного ускорителя мезонной фабрики:
Препринт П-028. Москва, ИЯИ АН СССР, 1976.
2. Yu.V. Bylinsky, et al. Initial Operation of the First
20 MeV Tank of the INR Linac // Proc. of the 1989
IEEE Particle Acc. Conf. Chicago, March 20-23,
1989, v.2, p.l411-1413.
3. О.Я. Грицына и др. Управление ускорителем
мезонной фабрики: Препринт П-025, Москва:
ИЯИ АН СССР, 1976.
4. Ускорительный комплекс для физики средних
энергий (мезонная фабрика) / Под ред. Б.П. Му-
рина. Москва: Труды Радиотехнического инсти-
тута, 1974, №16.
5. O.V. Grekhov and al. Focusing System Control Up-
grade of MMF LINAC // Problems of Atomic Sci-
ence and Technology. Series "Nuclear Physics In-
vestigations". 2001, N 3, p.113-115.
6. Measurement and Automation. Catalog 2006. Na-
tional Instruments, 2006.
7. A.N. Drugakov and al. Event Registration System
for INR LINAC // Problems of Atomic Science and
Technology. Series "Nuclear Physics Investiga-
tions" (46). 2006, N 2, р.106-107.
8. O. Grekhov. IST Distributed DAQ System for INR
Linac // Proceedings of RuPAC. 2006, Novosibirsk,
Russia p. 261-263. http://www.jacow.org
CONTROL SYSTEM OF THE INR LINAC
O. Grekhov, A. Drugakov, Yu. Kiselev
The history and current status of the control system for the INR linear accelerator of beams of hydrogen ions is
presented. The block diagram of the linac control system and the description of main automated manufacturing step
is considered. In 2000 we have officially decided to use LabView as the software language for control system of
INR linear accelerator. Now all application software is based on LabView. Commercial hardware of the control sys-
tem is described also. The key approach and further development on the control system and the accelerator automa-
tion is discussed.
СИСТЕМА КЕРУВАННЯ ЛІНІЙНИМ ПРИСКОРЮВАЧЕМ ІЯД РАН
О.В. Грехов, А.Н. Другаков, Ю.В. Кисельов
Розглянуто історію розвитку і представлено поточний стан системи керування лінійним прискорювачем
іонів водню (ЛП) ІЯД РАН. Приводяться структурна схема існуючої системи керування (СК) і опис
основних етапів її створення. В 2000 р. було офіційно вирішено використати пакет програмного
забезпечення LabVіew як основної мови програмування в СК ЛП. Зараз практично все програмне
забезпечення системи керування побудовано на базі LabVіew. Дано опис типових промислових пристроїв
вводу-виводу дискретної і аналогової інформації, що використовуються в цей час у СК ЛП. Обговорюються
основні принципи і можливості подальшого розвитку системи керування і автоматизації ЛП.
____________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2008. № 3.
Series: Nuclear Physics Investigations (49), p.64-67.
67
http://www.jacow.org/
|