ELSA - Elektronen Stretcher Anlage, Physikalisches Institut, Universität Bonn

ELSA Kontrollsystem


Hardware und Architektur

Die meisten modernen Beschleunigerkontrollsysteme sind nach den gleichen Prinzipien aufgebaut: eine verteilte Architektur und die Verwendung offener Standards. Bei der Entwicklung des ELSA Kontrollsystem wurde insb. Wert auf hohe Bandbreite in allen Schichten und die Möglichkeit einer problemlosen Erweiterung von Kapazität und Fähigkeiten Wert gelegt. Es kombiniert Kontrolle, Simulation und Modellierung zusammen mit Online-Strahldiagnose in einer homogenen Umgebung. Die folgenden Richtlinien wurden beim Design zugrunde gelegt:

Der Aufbau des Kontrollsystems besteht aus 4 logischen Schichten:

Gegenwärtig (Juli 2017) sind in der Prozesskontrollebene und der Feldbusebene 24 VME-Systeme, 16 Linux-PCs und Raspberry Pis, 17 SPS-Systeme, 44 MACS-Systeme und 18 MAUDIS-Systeme im Einsatz.

Die Kommunikation zwischen Kontroll- und Prozessebene erfolgt über Ethernet unter Verwendung der Standard-Protokolle TCP und UDP. Der Austausch kleinerer Datenmengen erfolgt über das verbindunslose UDP-Protokoll, während der Austausch großer Datenmengen über TCP-Sockets oder ONC-RPC-Aufrufe erfolgt.


Software

Die Effizienz und Flexibilität des Kontrollsystems hängt wesentlich von der eingesetzten Software ab. Die Software des Kontrollsystems erfüllt Aufgaben, die in vielerlei Hinsicht denen eines verteilten Betriebssystems entsprechen. Dementsprechend sind die Resultate der Forschungen auf dem Gebiet der verteilten Systeme entscheidend für das Design eines Beschleunigerkontrollsystems.

Jeder Computer der Kontrollebene verfügt über eine speicherresidente Datenbank, die einen Teil der Beschleunigeranlage repräsentiert. Diese Online-Datenbanken auf den einzelnen Computern sind über horizontale Kommunikationspfade verbunden, so dass nach außen nur eine einzelne, verteilte Datenbank sichtbar ist, wodurch ein transparenter Zugriff auf alle Daten der Beschleunigeranlage möglich ist. Die Zuordnung von Daten auf bestimmte Computer ist für Applikationen der höheren Ebenen nicht sichtbar.

Auf den Kontrollrechnern laufen sog. Expertenprogramme. Ein Teil dieser Programme implementiert Algorithmen, die physikalische Größen (z.B. Energie, Arbeitspunkte) in technische Größen (z.B. Magnetströme) umrechnen und umgekehrt. Auch das Kontrollsystem selbst überwacht seine Performance und Resourcen mit Hilfe von Experntenprogrammen.

Ein Meldungssystem erlaubt es den Applikationen, Status- und Fehlermeldungen im Textform zu versenden, die mittels spezieller Programme angezeigt und ausgewertet werden können.

Die Interaktion mit dem Kontrollsystem kann sowohl konsolenbasiert als auch über eine graphische Oberfläche erfolgen. Um den Lernaufwand zu verringern, erfolgt die Interaktion der Beschleunigernutzer hauptsächlich über die graphische Bedienoberfläche, das sog. Menüsystem. In den Menüs werden einzelne Teile der Beschleunigeranlage virtuell nachgebildet. Dadurch ist eine intuitive Bedienung möglich. Zur eigentlich Interaktion mit dem Benutzer steht eine Vielzahl von Elementen zur Verfügung, deren Verhalten dem realer Bedientelemente entspricht: Schalter, Knöpfe, Schieberegler, digitale und analoge Anzeigeelemente. Die Menüs können interaktiv mit Hilfe eines graphischen Menüdesigners erstellt werden oder automatisch an Hand der definierten Parameter generiert werden. Beim Aufruf im Menüsystem werden die in den Menüs verwendeten Parameter automatisch und tranparent mit der Online-Datenbank verbunden, so dass Parameteränderungen automatisch in die Datenbank übernommen werden. Umgekehrt werden geänderte Parameterwerte automatisch im Menü angezeigt.

Menus of the ELSA control system
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Letzte Bearbeitung: 20.07.2017, 17:42 - F. Frommberger

URL: http://www-elsa.physik.uni-bonn.de/Beschleuniger/control_system_de.html Druckdatum: 18.12.2017, 04:01