加速器控制系統(tǒng)一般是基于網(wǎng)絡(luò)的分布式控制系統(tǒng),遵循所謂的“標(biāo)準(zhǔn)模型”,由三部分組成:the Operator Interface、Data Communication、the Front-end Computers。數(shù)據(jù)通信在加速器控制系統(tǒng)中起著紐帶的作用。隨著加速器規(guī)模的增大和復(fù)雜度的提高,對數(shù)據(jù)通信性能的要求越來越高,而可靠性和實時性是影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。PROFINET是目前工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的工業(yè)以太網(wǎng),在冗余技術(shù)支持方面處于行業(yè)領(lǐng)先地位,具備成熟的商業(yè)解決方案,在加速器控制領(lǐng)域也得到了比較廣泛的應(yīng)用。EPICS是加速器控制領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的開發(fā)工具和運行環(huán)境。論文將PROFINET技術(shù)和EPICS環(huán)境結(jié)合起來,開展了一系列的應(yīng)用研究工作。首先,對PROFINET的RT(Real-Time)和IRT(Isochronous Real-Time)通信協(xié)議進行了分析和測試。通過以太網(wǎng)分析儀netANALYZER和Wireshark軟件進行信息幀抓取和解析,以掌握PROFINET通信協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)和特征,為后續(xù)的通信性能分析打下了基礎(chǔ)。其次,設(shè)計了基于PROFINET的全冗余EPICS控制系統(tǒng)架構(gòu)。該架構(gòu)由EPICS IOC層、PROFINET IO控制層、PROFINET IO設(shè)備層以及PROFINET通信網(wǎng)絡(luò)層組成,各層之間相互獨立,可分別進行冗余配置�；赩Mware FT(Fault Tolerance)技術(shù)、菲尼克斯冗余PLC及PROFINET技術(shù)開發(fā)了原型系統(tǒng)。測試表明該系統(tǒng)冗余性能達到了設(shè)計要求,具有廣闊的工程應(yīng)用前景。再次,采用全冗余EPICS控制系統(tǒng)架構(gòu)為FELiChEM(Tunable Infrared Laser for Fundamental of Energy Chemistry)裝置設(shè)計了安全聯(lián)鎖系統(tǒng)。此外,還設(shè)計了基于西門子PROFINET通信板卡CP1616的EPICS控制系統(tǒng)方案,該方案支持PROFINET IRT通信,并且EPICS IOC可兼作PROFINET IO控制器,簡化了控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。最后,根據(jù)HLS-Ⅱ(Hefei Light Source-Ⅱ)的運行需求,基于PROFINET設(shè)計開發(fā)了新的HLS-Ⅱ人身安全系統(tǒng)。新系統(tǒng)將PROFINET、冗余PLC及EPICS技術(shù)結(jié)合在一起,與HLS-Ⅱ控制系統(tǒng)完全兼容,便于信息和軟件共享。在新系統(tǒng)中,通過對門禁卡進行分類授權(quán)實現(xiàn)了人員分類管理的功能,并可通過基于網(wǎng)頁的人員管理系統(tǒng)進行刷卡事件的查詢和統(tǒng)計。為了縮短現(xiàn)場調(diào)試時間,搭建了完備的離線測試平臺,并進行了全面細致的功能和性能測試。結(jié)果表明,新系統(tǒng)達到了設(shè)計目標(biāo)。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TL503.6
【部分圖文】：

?第１章緒?論???結(jié)構(gòu)上分為管理層、前端控制層和設(shè)備控制層。管理層是系統(tǒng)的最上層，通過??ＯＰＩ監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)，發(fā)送控制命令，同時還包括數(shù)據(jù)庫和文件服務(wù)器等服務(wù)器??系統(tǒng)，以提供系統(tǒng)初始化配置、歷史數(shù)據(jù)存檔和查詢等功能。ＩＯＣ?（Ｉｎｐｕｔ?Ｏｕｔｐｕｔ??Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）層是系統(tǒng)的中間層，按照客戶／服務(wù)者模型（Ｃｌｉｅｎｔ／Ｓｅｒｖｅｒ）響應(yīng)ＯＰＩ??層的請求，保存動態(tài)數(shù)據(jù)、負責(zé)過程控制并實現(xiàn)控制算法，是控制任務(wù)的主要執(zhí)??行者，其主要硬件為ＶＭＥ?（ＶｅｒｓａＭｏｄｕｌｅ?Ｅｕｒｏｃａｒｄ）總線控制器或ｃＰＣＩ?（Ｃｏｍｐａｃｔ??Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ?Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ?Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）總線控制器，以及運行在?ＰＬＣ?（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ??Ｌｏｇｉｃ?Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）或者?ＦＰＧＡ?（Ｆｉｅｌｄ?—?Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ?Ｇａｔｅ?Ａｒｒａｙ）上的嵌入式?ＩＯＣ。??設(shè)備控制層是系統(tǒng)的最底層，是ＥＰＩＣＳ控制系統(tǒng)的控制對象，包括各類現(xiàn)場控??制器和被控設(shè)備。??數(shù)據(jù)庫?文件服務(wù)器ＰＩ

鎖系統(tǒng)和門禁系統(tǒng)２個部分，設(shè)備控制層采用ＰＬＣ作為控制器。為提高系統(tǒng)可??靠性，ＰＰＳ也采用了冗余配置。??ＳＬＡＣ的ＰＰＳ包括多個如圖１．４所示的機柜，每個機柜中安裝有３臺ＰＬＣ。其??中一臺為門禁控制ＰＬＣ，采用的是西門子Ｓ７－３００?ＰＬＣ，包括了通信模塊、ＣＰＵ??６??

該ＰＬＣ通過通信模塊與上層的ＥＰＩＣＳ?ＩＯＣ交換數(shù)據(jù)。而２冗余ＰＬＣ和１０模塊構(gòu)成了?２條安全鏈（ｓａｆｅｔｙ?ｃｈａｉｎ），用于控制ＳＬ全聯(lián)鎖系統(tǒng)。冗余ＰＬＣ組成的安全鏈之間可采用不同冗余連接方式，區(qū)域和設(shè)備對安全聯(lián)鎖可靠性的需求。圖１．５和圖１．６分別是２種具級的可靠性框圖（Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ?Ｂｌｏｃｋ?Ｄｉａｇｒａｍ，?ＲＢＤ）。低可靠性的急停接觸器和２條安全鏈分別串聯(lián)，互不影響；而高可靠性的ＰＰＳ接觸器與２條安全鏈并聯(lián)，任意一個急停接觸器按下都會觸發(fā)２條全聯(lián)鎖。??｜安全鏈Ａ??器丨—ｊ—?ＭＩ１Ｐ?Ｉ?—?［?ＣＰＵ?｜?—，丨—Ｉ?Ｍ０４Ｐ?—ｊ—ｒ??？?翁?呀－Ｖ?Ｉ?Ｖ?－／??＞??Ｉ?Ｉ????Ｉ???????１??????器—ｊ—［?ＭＩ１Ｐ?１?—?：?ＣＰＵ?Ｊ?—：擴霞模：—＇?Ｍ０４Ｐ十＿?－＇
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本文編號：2852997