WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Для программы CSLite управляемый объект представляется набором параметров, таких как токи через обмотки магнитов, температура воды в системе охлаждения и т.д. Пользовательский интерфейс программы CSLite (рис. 2) состоит из нескольких окон: одна или несколько таблиц параметров, окно станций, лог (журнал), окно управления массивами значений. Таблицы параметров представляют собой основное средство для просмотра и изменения значений параметров объекта. Окно станций отображает состояние связи с управляющими станциями нижнего уровня. Журнал отображает события, происходящие в системе управления. Окно управления массивами значений служит для сохранения значений параметров в базу данных с возможностью их последующего восстановления.

Помимо описанного функционала, также поддерживается функция сканирования, позволяющая изучить зависимость значения одного параметра от другого.

В §2.3 даётся описание средств редактирования представлений объектов.

Редактор базы позволяет настроить систему для работы с различными объектами, наборами параметров, а также станциями нижнего уровня.

В §2.4 рассматривается подключение программы расчета оптики пучка к системе контроля и управления. Для упрощения процедуры настройки тракта транспортировки и инжекции пучка электронов в разрезной микротрон было принято решение подключить к программе CSLite программу расчета оптики пучка. В качестве такой программы была выбрана программа BeamOptik, разработанная в Институте ядерной физики университета г. Майнц в рамках проекта MAMI и усовершенствованная автором диссертации в рамках сотрудничества с указанным институтом.

В основе программы BeamOptik лежит матричный формализм описания элементов тракта транспортировки пучка. Пучок электронов описывается с помощью фазовых эллипсов отдельно для вертикальной и горизонтальной плоскостей. Параметры фазового эллипса в некоторой точке тракта транспортировки вычисляются через параметры фазового эллипса в начале тракта с помощью кумулятивной матрицы преобразования пучка, полученной перемножением матриц предшествующих оптических элементов. Таким образом, осуществляется построение огибающих пучка в вертикальной и горизонтальной плоскостях, пространственной и угловых дисперсий. В любой точке тракта транспортировки могут быть построены фазовые эллипсы.

Изменения токов питания оптических элементов, задаваемые оператором с помощью интерфейса программы CSLite, передаются в программу оптики пучка, где они преобразуются с использованием калибровочных коэффициентов в соответствующие параметры оптических элементов и используются для расчета изменений огибающих пучка и проекций фазовых портретов в двумерном фазовом пространстве.

Совместная работа программ CSLite и BeamOptik обеспечивается тем, что информация об изменениях значений параметров пересылается между процессами CSLite и BeamOptik при помощи стандартного средства систем семейства UNIX для межпроцессового взаимодействия, локального сокета (Unix domain socket). На рис. 3 показано графическое окно программы BeamOptik при работе с CSLite.

В третьей главе приведены методики и результаты использования программы CSLite для обеспечения работы ускорителей электронов нового поколения и экспериментальных стендов НИИЯФ МГУ.

Рис. 3. Графическое окно программы BeamOptik при работе с CSLite.

Положенные в основу системы контроля и управления принципы и значительный запас входных и выходных каналов различного типа, позволили создать универсальную систему, легко реконфигурируемую для решения новых задач, возникающих в ходе реализации проектов ускорителей и создания специализированных измерительных стендов. Фотографии компонент системы контроля и управления показаны на рис. 4.

В §3.1 описывается использование системы для работы с разрезным микротроном на энергию 70 МэВ. Разрезной микротрон на энергию 70 МэВ используется для исследований в области ядерной физики, физики излучений, медицины, элементного анализа, для разработки акустических методов регистрации заряженных частиц, для исследований в области радиационной химии, радиационной биологии и т.д.

Особенностью данного ускорителя является то, что его основные магнитные элементы изготовлены с использованием редкоземельного магнитного материала, что существенно сокращает размеры ускорителя, значительно уменьшает количество контролируемых параметров, увеличивает стабильность пучка, упрощает эксплуатацию ускорителя. Другой особенностью ускорителя является, то, что его система СВЧ питания построена по автоколебательному принципу с ускоряющей структурой в цепи обратной связи клистрона, что исключает необходимость иметь высокостабильный задающий СВЧ генератор и с высокой точностью контролировать резонансную частоту ускоряющей структуры.

(а) (б) Рис. 4. Фотографии компонент системы контроля и управления: (а) станции нижнего уровня с источниками тока, расположенные в ускорительном зале и (б) станция верхнего уровня в пультовой.

Основными задачами

системы контроля и управления для разрезного микротрона на энергию 70 МэВ является оптимизация фокусировки пучка, коррекция его положения на орбитах, подстройка фазы пучка на первой орбите, выбор оптимального расстояния между поворотными магнитами, выбор оптимального режима системы СВЧ питания и контроль параметров высокочастотного поля.

Настройка ускорителя разбивается на ряд последовательных этапов, связанных со вполне определенными особенностями динамики пучка в разрезном микротроне. После выполнения последнего этапа цикл настройки повторяется до тех пор, пока изменение любого параметра не будет приводить к снижению тока пучка.

В процессе настройки ускорителя иногда возникает необходимость измерения зависимости одного параметра от времени или от другого параметра, например, зависимости амплитуды ускоряющего поля от времени, тока пучка от величины тока определенного корректора и т.д. Для проведения таких измерений используется процедура сканирования.

В §3.2 рассматривается работа с разрезным микротроном на энергию МэВ, предназначенного для ускорения сгустков электронов с большим зарядом, малой длительностью и малым поперечным эмиттансом. Пучок ускорителя используется для генерации когерентного излучения в миллиметровой и субмиллиметровой области длин волн, разработки новых методов диагностики пучков заряженных частиц, исследования новых методов ускорения частиц.

Система контроля и управления обеспечивает выполнение следующих основных задач:

1. Поддержание и регулирование амплитуд и разности фаз поля ускоряющих структур СВЧ пушки, инжектора и разрезного микротрона.

2. Регулирование накала катода СВЧ пушки.

3. Регулирование работы системы сжатия сгустков на основе альфа-магнита.

4. Регулирование положения лазерного импульса относительно фазы ускоряющего поля СВЧ пушки.

5. Настройку тракта инжекции пучка; настройку электронно-оптической системы разрезного микротрона; управление системой подавления когерентного синхротронного излучения.

6. Вывод пучка из разрезного микротрона.

7. Проведение измерений эмиттанса инжектируемого и выведенного пучка электронов.

В §3.3 дано описание работы с импульсным ускорителем на энергию МэВ. Импульсный ускоритель на энергию 10 МэВ и мощность пучка, лежащую в зависимости от типа клистрона в диапазоне от 3 кВт до 50 кВт, разрабатывался для радиационных технологий в промышленности. В НИИЯФ МГУ в рамках совместных работ с ФГУП «НПП «Торий» был создан стенд для испытаний ускорителя, который был подключен к описанной в данной работе системе контроля и управления. Система СВЧ питания ускорителя основана на автоколебательном принципе аналогично системе питания разрезного микротрона на энергию 70 МэВ, описанной выше.

Система контроля и управления выполняет следующие функции:

1. Контроль работы СВЧ блока обратной связи – управление шаговыми двигателями фазовращателя и аттенюатора, управление p-i-n аттенюатором.

2. Измерение разности температур на входе и выходе радиальных и кольцевых каналов охлаждения ускоряющей структуры и входе и выходе коллектора пучка с целью определения мощности СВЧ потерь в стенках ускоряющей структуры и измерения мощности пучка.

3. Управление источниками тока, питающими корректоры пучка, квадрупольную линзу, магнитный спектрометр.

4. Измерение среднего тока пучка и подсчет интегрального заряда, поглощенного цилиндром Фарадея.

5. Измерение спектра пучка с помощью магнитного спектрометра.

В §3.4 описана работа со стендом для испытания ускоряющих структур.

В рамках контракта с Институтом ядерной физики университета г. Майнц в НИИЯФ МГУ были разработаны и изготовлены ускоряющие структуры для проекта двухстороннего микротрона MAMI-C. Для тренировки и испытаний ускоряющих структур на высоком уровне мощности был создан специальный стенд.

В процессе тренировки и испытаний система контроля и управления выполняла следующие функции.

1. Проведение тепловых измерений с целью определения уровня СВЧ потерь в стенках ускоряющей структуры.

2. Управление шаговыми двигателями, осуществляющими перемещение настроечных плунжеров.

На рис. 5 показана зависимость резонансной частоты ускоряющей структуры от уровня СВЧ потерь в стенках, измеренная для одной из структур.

49.49.49.49.49.49.49.0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 P, кВт w Рис. 5. Зависимость резонансной частоты от уровня СВЧ потерь в стенках.

В §3.5 рассматривается использование системы для контроля флюенса электронов на ускорителе с энергией 1.2 МэВ.

Система контроля и управления используется для контроля тока пучка электронов, величины флюенса и равномерности распределения в рабочей зоне в процессе проведения испытаний элементов космической техники на ускорителе электронов непрерывного действия на энергию 1.2 МэВ НИИЯФ МГУ. Система контроля и управления обеспечивает контроль величины тока и f -2400 Мгц подсчет флюенса по 8 каналам, а также измерение температуры образцов в процессе облучения.

В четвертой главе описаны результаты разработки программы контроля и управления верхнего уровня серийного технологического ускорителя.

Ускоритель на энергию 10 МэВ, разработанный совместно с ФГУП «НПП «Торий», был положен в основу серийного ускорителя предназначенного для работы в составе радиационно-технологического комплекса (рис. 6). На основании опыта разработки системы управления, описанной в Главе 2, автором диссертации было создано программное обеспечение верхнего уровня системы контроля и управления этим ускорителем.

Рис. 6. Общий вид технологического ускорителя.

В §4.1 рассмотрена общая структура системы контроля и управления технологического ускорителя, включая аппаратную часть.

Структура системы контроля и управления ускорителем показана на рис. 7. Центральными элементами системы контроля и управления ускорителем является консоль управления и контроллер ускорителя. Каждая из систем ускорителя имеет специально разработанный контроллер, основанный на микропроцессоре LPC2148 и интерфейсе RS-485.

Консоль управления реализуется на базе встраиваемого промышленного компьютера (ПК) типа eBOX630 - 830 - FL1.06G – D и обеспечивает контроль работы ускорителя в местном и дистанционном режиме. Жесткий диск ПК используется для хранения программ и баз данных, в его оперативной памяти функционирует управляющая программа, обеспечивающая взаимодействие с контроллером ускорителя, контроллерами отдельных подсистем, модулятором и модулем охлаждения. На консоли управления располагается также переключатель режима (местный/дистанционный) и кнопка аварийного выключения ускорителя.

Рис. 7. Структура системы контроля и управления технологическим ускорителем.

Взаимодействие консоли управления с контроллером ускорителя и контроллерами его систем осуществляется через Ethernet, преобразователь Modbus ТСР/RTU и далее с помощью последовательного интерфейса RS-485 с использованием протокола Modbus/RTU с четным паритетом.

Контроллер ускорителя реализует низкоуровневые управляющие алгоритмы, требующие быстрой реакции на события, в частности, связанные с механизмами блокировок. Консоль управления отвечает за более высокоуровневые алгоритмы, не требующие поддержки жёсткого реального времени. Данное распределение ролей упрощает структуру программного обеспечения, а также облегчает реализацию человеко-машинного интерфейса, работающего на консоли управления, а также повышает надёжность системы в целом.

В §4.2 описывается программное обеспечения консоли управления.

Программное обеспечение консоли управления построено на основе архитектуры клиент-сервер (рис. 8).

Выполнение управляющих алгоритмов и связь с системами ускорителя по протоколам Modbus и протоколу модулятора осуществляется серверной частью системы управления, реализованной, как фоновый процесс, постоянно работающий на консоли управления. Человеко-машинный интерфейс системы (рис. 9) реализован в виде отдельного приложения, взаимодействующего с серверной частью через специализированный протокол, работающий поверх стандартного стека протоколов TCP/IP.

Рис. 8. Общая структура программного обеспечения консоли управления.

Данный подход обеспечивает возможность работы с человеко-машинным интерфейсом системы как непосредственно с сенсорного экрана, так и в удалённом режиме. Работа с системой в удалённом режиме может осуществляться через сетевое соединение с компьютера, на котором установлено клиентское ПО системы управления, либо с использованием подключения к консоли управления по протоколу X11 с любого компьютера, на котором установлено программное обеспечение, совместимое с X Window System.

Реализация управляющих алгоритмов в серверной части системы основана на использовании конечных автоматов (Finite State Machine, FSM).

Для разработки серверной части, в том числе управляющих алгоритмов, был создан программный симулятор объекта, взаимодействующий с сервером по протоколу Modbus/TCP и позволяющий вести разработку ПО консоли управления даже без непосредственного доступа к управляемому оборудованию.

Как серверная, так и и клиентская части работают под управлением свободно распространяемой операционной системы Linux.

Рис. 9. Внешний вид человеко-машинного интерфейса системы контроля и управления технологическим ускорителем.

Заключение В ходе выполнения диссертационной работы получены следующие основные результаты.

1.Разработана концепция построения программного обеспечения систем контроля и управления ускорителями электронов нового поколения НИИЯФ МГУ.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»