加速器控制技术及新进展.pdfVIP

第二届全国加速器技术学术交流会论文燕 加速器控制技术及其新进展 赵籍九 中国科学院高能物理研究所，北京100039 摘要：加速器和大型宴验物理设施包括高能加速器，；鲁仪，天文望远镜，中低能核物理设 施等．控制系统的研制开发是一项复杂的系统工程，它篥计算机，网络通讯，前端控制及硬 件接口技术于一体．该领域内有许多新技术，新方法和理论课题需要研究。本文综合了近年 收集的国际会议论文和有关资料，对加速嚣控制系统的技术及其必威体育精装版进展作一介绍． 关键词：加速器控制，软件工程，网络和现场总线，反馈控制，数据库，人机接口，面向对 象的技术． T引言 90年代以来，随着计算机，网络和信息技术的发展，加速器控制技术也得到，迅速的发展。本文将 介绍加速器控制系统技术及其新进展，包括加速器控制系统的体系结构，控制系统的开发方法和软件工 程，网络通讯和现场总线，信号处理和反馈控制，数据库技术．人机接口技术，以及面向对象的技术等。 本文还介绍了当前加速器控制系统的新特点。 2．加速器控制系统 控制系统是加速器的大脑和神经，它对加速器设备的工作状态进行监测和控制．并为操作员提供设 备运行参数和调柬的手段，使各设备协调的运行，以得到理想的束流，满足物理实验的要求。 一般的加速器控制系统由以下几部分组成：(i)设备的监测与控制，即对各类设备实施开／关机、 屑节参量变化的操作。测控设备包括磁铁电源，高频，真空，定时，各种柬流测量设备，及人身的安全 联锁保护设施。测控的功能包括波形和图形显示，数据的采样处理，设鲁的巡检，以及设备故障的报警。 (2)加速器控制应用软件，为调束人员提供调束的软件和工具。如磁聚焦结构的计算，闭轨畸变的校正， 和设备控制程序等等。(3)友好的人机交互界面，即操作员控制台。在控制台上以图形方式显示设备状 态、波形及参数，可方便地调整和控制设备，为操作员提供良好的工作环境。(4)以数据库为核心的信 息管理系统。 加速器运行中大量实时数据，机器参数，历史数据都存放在数据库中，供在线及离线分 析使用，信息管理系统具有快速存取数据的能力．并为用户提供方便的人机交互界面访问数据库中的信 息。 现代加速器控制系统普遍采用分布式体系结构。整个加速器的控制任务由分布在网络上的多台计算 机拭同完成。大量的实时作业由前端控制计算机承担，因此系统具有很强的并行处理能力，很高的可靠 性和实时响应速度以及良好的扩充性能。 Layer)．它由若干台计算机组成， 两层或三层结构(图1)。标准模型的最高层为操作员级(Operator 提供操作员的人机交互界面，安装数据库管理系统和高级应用软件，供大型在线和离线计算作业和程序 Layer)由分布在设备周围的前端控制计算机 开发之用。标准模型的第二层是前端控制级(Front～end 组成。在较小的系统中，这些计算机可以通过I／0接口直接与妓控设备相连。前端机和离层计算机通过 局域网连接．进行数据和信息的交换。在大型的加速器控制系统中，作为前端控制级的补充，第三层为 Control 设备控制级(Device Layer)，它由直接面向硬件蹬各的设备控制器，或由装有微处理器的智 能设备组成。设备控制器通过现场总线与第二层的前端机相连．进行数据交换。在前端级和设备控制级 计算机上运行实时操作系统或实时操作系统的核，安装实时数据库，开发r／o驱动程序和实时控制程序。 两级网络通讯软件也是必需的。据美国BNL的统计，控制系统应用软件中，一般控制接口软件约占应用 软件的31％，数学物理计算占22％，数据的存储和管理占21％，数据I／0占14％，图形软件占12％。近年来 KEK—B r 新建成的或正在建设的加速嚣的控制系统结构都采用了标准模型如：APS，EsRF，SPring一8，RHIC 和中国合肥同步辐射光源的改造工程等。