Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://rtm-cs.sinp.msu.ru/publications/acs1998/acs98_1.html
Дата изменения: Mon Nov 30 21:54:37 1998
Дата индексирования: Mon Oct 1 21:12:09 2012
Кодировка: koi8-r
Построение консоли оператора системы управления ускорителем с использованием операционной системы Linux.

А. С. Чепурнов, Ф. Н. Недеогло, В. М. Липгарт НИИ Ядерной Физики, Московский Государственный Университет. 119899, Москва, Россия, (095) 939-5659

 Содержание:
 Введение
 Структура системы управления и постановка задачи
 Организация консоли оператора с ОС Linux
 Заключение
 Литература


Введение.
    Перед нашей исследовательской группой стоит задача плавного перехода от системы управления трехсекционного непрерывного линейного ускорителя электронов, построенной на основе аппаратуры КАМАК и ЭВМ ДВК, к системе использующей открытые промышленные стандарты как на соединительные интерфейсы, так и на аппаратные средства. Оригинальная система управления имеет многоуровневую иерархическую структуру. Используя это свойство, предлагаемая методика организации консоли оператора на PC с операционной системой Linux позволяет решить задачу перехода с одной системы на другую, не нарушая штатную работу ускорителя и обеспечивая необходимую для перехода масштабируемость системы.

1. Структура системы управления и постановка задачи.
    Ускоритель электронов НИИЯФ МГУ введенный в строй в 1995 году относится к классу непрерывных резонансных линейных ускорителей со стоячей волной [4,5]. В 1997 г. была добавлена третья ускоряющая секция и магнитное зеркало, обеспечивающее двойной проход пучка через третью секцию. На настоящий момент ускоритель позволяет получать высокопрецизионный непрерывный пучок электронов со средней интенсивностью до 8 мА и энергиями 1.2, 1.7 и 2.3 МэВ, в зависимости от состояния поворотного магнита и магнитного зеркала (рис. 1).
 
 



 


До 1997 года ускоритель полностью управлялся многоуровневой системой автоматического управления (САУ) разработанной для инжектора разрезного микротрона НИИЯФ МГУ [1-3]. Эта система хорошо зарекомендовала себя за период работы с 1989 года. САУ инжектора разрезного микротрона делится на четыре уровня (Рис. 2):

  1. уровень доступа к оборудованию ускорителя
  2. уровень љстанций управленияљ
  3. уровень коммутатора
  4. сервисный (верхний) уровень

Рис. 2 Структура системы управления инжектора разрезного микротрона НИИЯФ МГУ.

Функции автоматического оперативного управления сосредоточены в подсистемах уровней 1 и 2. Эти уровни по своему функциональному назначению разбиты на две подсистемы: љИнжекторљ и љСВЧљ. Каждой из подсистем управляет одноплатная микро-ЭВМ МС1201.02 (ДВК), называемая љстанцией управленияљ. Доступ к оборудованию ускорителя осуществляется через аппаратуру КАМАК. В целях повышения надежности и отказоустойчивости станции управления имеют ограниченный набор внешних устройств, в них отсутствуют средства хранения программ и средства отображения информации. Верхние два уровня состояли из ЭВМ-коммутатора, через которую осуществлялась загрузка программного обеспечения системы управления в станции нижнего уровня из ЭВМ МЕРА. Функции консоли оператора выполняла двухпроцессорная мини-ЭВМ с двумя мониторами: алфавитно-цифровым и графическим. Связь станций управления с ЭВМ-коммутатором осуществлялась через интерфейс љтоковая петляљ. Программное обеспечение нижнего уровня представляет собой программную систему написанную на языке Паскаль с добавлением функций, необходимых для работы в режиме реального времени. Это ПО создавалось на ЭВМ ДВК, которые не обеспечивают современного уровня удобства и быстроты разработки. В настоящее время линейный ускоритель совершенствуется, к нему добавляются новые компоненты. В соответствии с этим и система управления нуждается в добавлении новых аппаратных систем и контуров управления. В принципе, старая система управления обладает необходимым уровнем масштабируемости (под масштабируемостью мы здесь понимаем возможность добавления в систему новых аппаратных и программных компонентов без необходимости изменения уже существующих). Однако в этом случае необходимо создавать ПО для ЭВМ-ДВК со всеми вытекающими отсюда ограничениями. Решение проблемы перехода к новой системе возможно благодаря многоуровневой иерархической структуре старой системы управления. Уровень коммутатора связан с уровнем станций управления через интерфейс токовая петля. Поэтому заменив два верхних уровня системы управления на PC- совместимый компьютер с программным обеспечением, которое полностью эмулирует функции выполняемые этими уровнями (консоль оператора и загрузка ПО станций нижнего уровня), можно обеспечить работоспособность старой системы управления параллельно с новыми системами, которые подключаются к PC. Новые модули системы управления создаются с использованием промышленных стандартов на соединительные интерфейсы таких как CAN, I2C. Контроллеры этих шин и драйвера для них, с финансовой точки зрения, доступны в основном для PC. Это - еще одно условие, которое ограничивает возможность дальнейшего наращивания системы управления в рамках старой идеологии. Кроме функций указанных выше обновленный уровень можнет выполнять функции по удаленному наблюдению за управлением ускорителя, что часто бывает необходимо физикам- экспериментаторам во время проведения длительных экспериментов. Эту функцию нетрудно реализовать на PC с использованием современной операционной системы с развитыми сетевыми возможностями, например UNIX или Windows NT. Таким образом можно сформулировать основные требования предъявляемые к новому верхнему уровню:

  1. Полная программная эмуляция функций двух верхних уровней старой системы управления (загрузка ПО в станции нижнего уровня, обеспечение диалога с оператором ускорителя);
  2. Возможность подключения новых подсистем управления параллельно работающим старым;
  3. Возможность управления и наблюдения за управлением по локальной вычислительной сети .


2. Организация консоли оператора на PC компьютере с ОС Linux.
    Для связи PC-совместимого компьютера со станциями нижнего уровня используется устройство-преобразователь интерфейса љтоковая петляљ в RS232. Для эмулирования функций верних уровней системы управления по загрузке ПО в станции и обеспечению диалога с оператором ускорителя было создано программное обеспечение для операционной системы Linux. Такой выбор операционной системы обусловлен более высоким показателем цена/производительность ОС Linux по сравнению с Windows NT. Dos не подходит из-за того, что нужна многозадачная ОС, а Windows 3.1/3.11/95 не обладают необходимой для работы с ускорителем надежностью. Программное обеспечение консоли оператора построено по архитектуре клиент-сервер (рис. 3). Для каждой станции управления на PC компьютере запускается программа сервер, основные функции которой заключаются в следующем:

  1. Мультиплексирование потока данных от станции управления к программам клиентам;
  2. Загрузка программного обеспечения нижнего уровня в станции управления;
  3. Аутентификация клиентов.
Единственной задачей которую выполняет программа клиент - это отображение информации полученной от сервера на экране компьютера и пересылка данных введенных с клавиатуры серверу. Сервер и клиент обмениваются данными по протоколу TCP/IP. Минимизация функций выполняемых клиентской частью позволяет сделать более легким написание версий клиента для различных платформ. Для клиентов существует два режима работы: режим управления и режим наблюдения. При этом в режиме управления может одновременно работать только один клиент, число љнаблюдателейљ - неограничено. Кто в каком режиме будет работать решает программа сервер во время аутентификации.


 
 


Рис. 3 Структура программного обеспечения консоли оператора.


 






3. Заключение.
    Применение PC-совместимого компьютера для организации консоли оператора ускорителя позволяет подключать новые подсистемы управления с использованием современных промышленных стандартов на соединительные интерфейсы. Операционная система Linux относится к семейству UNIX-подобных операционных систем, которые на настоящий момент являются наиболее надежными и производительными операционными системами. Это обеспечивает необходимую надежность программной части консоли оператора САУ. Простой программный интерфейс ОС Linux позволяет в короткие сроки разрабатывать необходимое ПО или модифицировать уже существующее. Описанная система в упрощенном варианте (без применения технологии клиент-сервер) находится в эксплуатации с октября 1997 года и зарекомендовала себя как надежная (наработка без сбоев порядка полугода). Серверная часть программ находится на стадии тестирования.

4. Литература.

[1] A.S. Alimov, A.S. Chepurnov, O.V. Chubarov, I.V. Gribov, B.S. Ishkhanov, I.M. Piskarev, A.G. Rzhanov, M.A. Sotnikov, I.V. Surma, A.V. Shumakov, V.I. Shvedunov, A.V. Tiunov, and V.A. Ushkanov, Performance of the 6 MeV Injector for the Moscow Racetrack Microtron,// Nucl. Instr. Meth. A326 (1993) 391.

[2] A.S.Chepurnov, I.V.Gribov, et al., Moscow University Race-Track Microtron Control System: Ideas and Developments //Proc. Int. Conf. on Accelerator and Large Experimental Physics Control Systems (Tsukuba, Japan, KEK, 11-15 Nov.1991) Tsukuba, KEK,1993 pp.140-142. ACSљ98

[3] A.S.Chepurnov, I.V.Gribov, S.Yu.Morozov, et al. Systems for Local Control of Race Track Microtron Accelerating Section. //Proc. Int. Conf. on Accelerator and Large Experimental Physics Control Systems (Tsukuba, Japan, KEK, 11-15 Nov.1991.) Tsukuba, KEK,1993 pp.424-426.

[4] A.S.Alimov et al. Tow Section CW Linac for Industrial Application // Proceedings of the Fourth EPAC, London, 1994 pp.766-768

[5] A.S.Alimov, K.A.Gudkov et al. Experimental Study of a Prototype High-Current CW Linear Electron Accelerator // Instruments and Experimental Techniques, Vol.37, No.5, Part 1, 1994