發(fā)布時間：2020-06-10 11:03

【摘要】：論文針對蘭州重離子加速器(HIRFL)現(xiàn)有自主研發(fā)的控制系統(tǒng)存在的問題及進一步擴展升級的困難,采用國際上大型加速器裝置廣泛使用的EPICS(實驗物理與工業(yè)控制系統(tǒng)),進行HIRFL-CSRe(實驗環(huán))新控制系統(tǒng)的開發(fā),提高系統(tǒng)的可擴展性并改進裝置的性能。論文采用結(jié)構(gòu)化分析和設(shè)計方法,結(jié)合分布式系統(tǒng)理論給出了一種EPICS架構(gòu)下開發(fā)控制系統(tǒng)的方法。該方法以結(jié)構(gòu)化分析和設(shè)計為基礎(chǔ),由系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流導(dǎo)出系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義IOC(Input/Output Controller)服務(wù)器端對外接口(PV,過程變量)和客戶端界面主體,以系統(tǒng)的模塊設(shè)計為基礎(chǔ),開發(fā)EPICS記錄的設(shè)備支持和客戶端應(yīng)用程序,同時結(jié)合分布式系統(tǒng)理論設(shè)計控制系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)。論文采用上述方法進行CSRe電源系統(tǒng)、電源監(jiān)測系統(tǒng)、同步系統(tǒng)、真空系統(tǒng)的控制研發(fā),主要工作包括系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計和系統(tǒng)實現(xiàn)三個部分。在系統(tǒng)分析階段,采用結(jié)構(gòu)化分析方法對各系統(tǒng)進行控制需求分析,建立系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典,從總體上把握各系統(tǒng)的信息處理過程,規(guī)范和約束后續(xù)開發(fā)工作。在系統(tǒng)設(shè)計階段,采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法,按照輸入、變換、輸出結(jié)構(gòu)對數(shù)據(jù)流圖進行劃分,設(shè)計系統(tǒng)的模塊層次結(jié)構(gòu),結(jié)合分布式系統(tǒng)理論進行客戶-服務(wù)器結(jié)構(gòu)變換,并通過系統(tǒng)的縱向和橫向擴展,得到優(yōu)化的EPICS系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)。在系統(tǒng)實現(xiàn)階段,根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)果,編碼實現(xiàn)IOC記錄的設(shè)備支持及PV量定義,并采用多線程和共享內(nèi)存技術(shù)提高了系統(tǒng)的性能,同時在CSS環(huán)境下開發(fā)了客戶端應(yīng)用程序。論文在EPICS架構(gòu)下開發(fā)了OPC UA(Unified Architecture)服務(wù)器的記錄設(shè)備支持,實現(xiàn)了對OPC UA結(jié)點的訪問,通過對OPC UA結(jié)點和EPICS PV變量的映射,完成了對CSRe FC01(1號法拉第筒)的控制。采用該設(shè)計方案,可以將束診系統(tǒng)接入到CSRe EPICS主控系統(tǒng)中,在客戶端以統(tǒng)一的方式實現(xiàn)束診系統(tǒng)控制。論文在系統(tǒng)分析和設(shè)計基礎(chǔ)上進行相關(guān)控制系統(tǒng)的研發(fā),從總體上提高了軟件系統(tǒng)的可維護性,同時控制系統(tǒng)在EPICS架構(gòu)下進行具體實現(xiàn),提高了系統(tǒng)可擴展性,各控制系統(tǒng)均在現(xiàn)場進行了測試及運行,現(xiàn)場使用表明該控制系統(tǒng)明顯改善了CSRe參數(shù)預(yù)置等部分功能,提高了運行穩(wěn)定性和可靠性。論文首次在HIRFL裝置上應(yīng)用EPICS,為HIRFL控制系統(tǒng)的整體升級改造提供了理論基礎(chǔ)和實踐經(jīng)驗。
【圖文】：

第一章 引言1.1 實驗環(huán)簡介蘭州重離子加速器冷卻儲存環(huán)(HIRFL-CSR), 屬國家“九五” 重大科學工程項目。是一項主攻基礎(chǔ)科學研究、同時兼顧應(yīng)用科學研究的重大科學工程， 2008年通過國家驗收并投入運行。HIRFL-CSR 總體設(shè)計思想是:采取級聯(lián)回旋加速器與雙冷卻儲存環(huán)同步加速器的獨特組合,將放射性次級束(RIBs)與高品質(zhì)重離子束技術(shù)相結(jié)合,并適當提高束流能量。CSR 的科學目的是:放射性束物理的研究； 高溫高密度條件下核物質(zhì)性質(zhì)研究；介子物理及粒子物理研究；高離化態(tài)原子物理研究；重離子束相關(guān)的應(yīng)用研究以及重離子束深層治癌研究等[1]，圖 1.1 給出了HIRFL-CSR 的總體結(jié)構(gòu)圖：

第一章 引言 3圖1．2 CSRe同步數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)圖1.2 所示為CSRe同步數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)，，采用三層結(jié)構(gòu)。從用戶和應(yīng)用程序看整個系統(tǒng)實現(xiàn)的功能為將用戶生成的波形數(shù)據(jù)下發(fā)到相應(yīng)的電源控制器。系統(tǒng)功能的實現(xiàn)過程為，控制界面層完成數(shù)據(jù)的計算和數(shù)據(jù)上傳，之后數(shù)據(jù)庫完成波形數(shù)據(jù)的驗證、合成和同步分發(fā)到相應(yīng)的前服（應(yīng)用層程序），由前服將數(shù)據(jù)傳至電源控制器。從系統(tǒng)的信息處理分析，整個系統(tǒng)存在一個相對穩(wěn)定的信息處理中心（數(shù)據(jù)庫），所有的信息（包括內(nèi)部、外部）都流入數(shù)據(jù)庫，由數(shù)據(jù)庫集中加工處理，體現(xiàn)出集中式服務(wù)的特點。對于前服來說，每次數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)都需要從數(shù)據(jù)庫獲取數(shù)據(jù)，前服功能的實現(xiàn)方式使它更類似一個遠程終端而不是一個數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(近代物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TL503.6

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本文編號：2706201