基于FPGA和ARM的控制器设计及在快联锁保护系统中的应用

联锁保护系统是上海光源为保护重要设备而设置的控制子系统,快联锁保护系统是其中一部分,其联锁响应时间要小于1ms。本文介绍了一种基于FPGA和ARM的快联锁保护系统的实现方案,该方案利用ARM软件功能强及FPGA逻辑处理灵活和IO资源丰富的特点实现快联锁的功能。本文简要介绍了系统的设计方案和硬件结构,及该控制器的测试结果。     

基于PLC的直线加速器联锁保护系统

介绍-个在EPICS软件环境下实现的用于加速器的联锁保护系统.系统选取以PLC为核心基于硬件的技术路线,联锁信号以硬件方式在各系统间直接连接,联锁逻辑由PLC处理完成.联锁事件的上报、存档、分析则通过EPICS控制软件系统实现,联锁事件由联锁系统PLC上报到中控系统,PLC通过以太网与EPICS通信.     

EAST安全联锁监管系统设计

全超导托卡马克装置(FullSuperconductingTokamak,FST)所有主要磁体均为超导磁体,其运行风险大大高于现有的其它超导托卡马克。EAST(ExperimentalAdvancedSuperconductingTokamak)是一个全超导托卡马克装置,为了避免人员和装置出现意外事故,建立了联锁系统与安全系统。安全联锁监管系统位于EAST联锁系统与安全系统的顶层,协调各分控系统的安全运行。根据EAST安全联锁系统的需求,采用可编程逻辑控制器、联锁信号光纤网和光电转换设备,建立了安全联锁监管系统,实现了事件收集、信号循环扫描、保护动作输出、系统状态和故障日志信息记录和实时监控等功能。该系统实际扫描周期平均值约0.7ms,最大值约3ms,达到了EAST安全联锁系统的要求。     

上海光源储存环机器保护系统升级

上海光源线站工程(二期)对机器保护系统提出的高要求是现有系统无法满足的,需对机器保护系统进行升级改造。本文使用FL-net技术实现了光源储存环所有联锁可编程逻辑控制器单元间的数据共享,解决了联锁系统跨单元通信的问题。机器保护系统的远程控制基于分布式EPICS设计,扩充部分通过统一接口形式和使用层次化设计方法,避免了对原系统的改动。新系统通过测试,在线运行可靠稳定,单元间联锁响应时间小于21 ms,满足加速器运行的需求,且改造后的系统更灵活、易扩充,可满足日后不同的联锁需求。     

快堆冗余电气系统自动切换控制设计

快堆设计中充分考虑冗余设计,因此一些冗余设备会有自动切换的要求。还会出现成套设备(几个电气控制设备共同完成一个功能,缺一不可)间有自动切换要求,成套设备内有联锁动作顺序要求。针对这种控制较为复杂、设备间存在联锁的控制要求的设计,在充分考虑安全性、稳定性及人因等多方面要求的情况下进行设计开发工作。设计中采用电气传动、软件编程、上位开发三方面设计多重联锁、综合考虑的方式。经过硬件层次和软件层次的综合设计,最大限度的提高了设备的安全性,系统运行的可靠性。在快堆运行期间,自动切换功能正常,设备运行良好。     

BESⅢ安全联锁慢控制系统方案设计与可靠性研究

新一代北京谱仪BESⅢ安全联锁系统完成北京谱仪内部装置以及与加速器中央控制室间的协同工作,保证系统运行时的重要设备与人身安全。文章从设计需求入手,主要介绍了安全联锁系统的硬件和软件设计,提出了基于PLC的状态机软件实现方法以及提高系统可靠性的研究。     

上海光源储存环机器保护系统升级

上海光源线站工程（二期）对机器保护系统提出的高要求是现有系统无法满足的,需对机器保护系统进行升级改造。本文使用FL-net技术实现了光源储存环所有联锁可编程逻辑控制器单元间的数据共享,解决了联锁系统跨单元通信的问题。机器保护系统的远程控制基于分布式EPICS设计,扩充部分通过统一接口形式和使用层次化设计方法,避免了对原系统的改动。新系统通过测试,在线运行可靠稳定,单元间联锁响应时间小于21 ms,满足加速器运行的需求,且改造后的系统更灵活、易扩充,可满足日后不同的联锁需求。     

基于NIcRIO的合肥光源冷却水监测系统

合肥光源是以真空紫外和软X射线为主的专用同步辐射光源。为了提升其供光性能,2009年底启动了合肥光源重大维修改造项目,冷却水监测系统是此次重大维修改造项目的一部分。改造后的冷却水监测系统采用美国国家仪器公司(NI)的可重配置嵌入式工业控制器cRIO作为硬件平台,监测冷却水温度、压力和流量,以及磁铁温度和隧道环境温度等信号。cRIO上运行VxWorks操作系统,采用LabVIEW编写采集程序,并采用NI公司开发的接口程序"EPICS Server IO Server"将系统集成到EPICS中。cRIO-9073中的所有软件可通过镜像方式安装,并且采集程序通过一个包含机箱及模块信息的配置文件来自动检测硬件的匹配情况,因此,软件的安装和调试十分方便。系统的试运行情况表明其性能稳定,操作简单,扩展性好。     

CSNS直线加速器前端水冷控制系统的研制

CSNS直线加速器前端水冷控制系统负责监测CSNS直线加速器低能束流传输段(LEBT)、射频四极场加速器(RFQ)和中能束流传输段(MEBT)所属各水冷设备并提供联锁保护。该系统采用操作员接口层、控制器层、现场设备层的三层结构,使用集成开发工具EPICS进行开发,并选用新型PLC作为EPICS IOC实现系统控制功能。目前,已经完成系统的离线测试,实现了预期的功能。论文对系统的总体设计和具体实现进行了介绍。     

基于EPICS的加速器联锁保护系统

介绍一个在EPICS软件环境下实现的用于加速器的联锁保护系统。系统由PowerPC CPU和VxWorks实时操作系统组成的VME前端计算机(IOC)与高性能可编程逻辑控制器PLC—5共同组成。     

锦屏深地强流高压加速器控制系统的研制

本文介绍了锦屏深地强流高压加速器自动控制系统的基本结构、控制软件和安全联锁设计,阐述了该加速器在运行过程中高压打火产生的强干扰影响控制系统和相关设备的正常运行及在调试和实验过程中遇到的问题。通过分析原因,采取各种保护措施提高控制系统的抗干扰能力,确保控制系统和设备运行的稳定性。     

用于回旋加速器低电平系统的通用软硬件系统设计与实现

针对回旋加速器射频系统幅度、相位、频率、自动启动逻辑、联锁保护、在线参数修改等控制需求，设计了一种用于回旋加速器低电平系统的软硬件系统。该系统的硬件基于ZYNQ系列FPGA和高速ADC及DAC。采用数字下变频技术实现了幅度、相位和调谐控制；采用数字电路实现了腔体打火的快速检测。幅度控制精度为0.015%，相位控制精度为0.04°。该系统充分发挥了数字低电平系统的全可编程优势，通过上位机修改参数即可适用于多种回旋加速器。     

基于千兆以太网的CSNS RCS射频分布式控制系统架构

中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)快循环同步加速器的射频系统的远程控制系统采用基于千兆以太网的分布式体系结构,其软件架构使用国际加速器界广泛使用的开源软件工具EPICS(Experimental and Industrial Control System)进行开发。系统主要由CPCI低电平控制器、高功率四极管放大器和偏流源机器状态监控网络、联锁保护系统、中控中转服务器和人机交互界面组成。论文主要介绍了该系统的基本功能和拓扑结构,以及各个组成部分软硬件的设计和实现。     

Design of online control and monitoring software for the CPPF system in the CMS Level-1 trigger upgrade

The concentration preprocessing and fan-out(CPPF) system is one of the electronic subsystems of the upgraded Compact Muon Solenoid(CMS) Level-1 trigger system. It includes, in hardware, eight specially designed CPPF cards, one CMS card called AMC13, one commercial Micro-TCA Carrier HUB(MCH) card, and a MicroTCA shelf. Powerful online software is needed for the system, including providing reliable configuration and monitoring for the hardware, and a graphical interface for executing all actions and publishing monitoring messages.Further, to control and monitor the large amount of homogeneous hardware, the SoftWare Automating conTrol of Common Hardware(SWATCH) concept was proposed and developed. The SWATCH provides a generic structure and is flexible for customization. The structure includes a hardware access library based on the IPbus protocol, which assumes a virtual 32-bit address/32-bit data bus and builds a simple hardware access layer. Furthermore, the structure provides a graphical user interface, which is based on modern web technology and is accessible by web page. The CPPF controlling and monitoring online software was also customized from a common SWATCH cell, and provides afinite state machine(FSM) for configuring the entire CPPF hardware, and five monitoring objects for periodically collecting monitoring data from five main functional modules in the CPPF hardware. This paper introduces the details of the CPPF SWATCH cell development.     

基于ARM、CPLD和MCU的冷却储存环真空控制系统设计

为核心进行实时多路数据采集和控制的冷却储存环（CSR）真空控制系统设计。着重分析了控制系统组成、工作原理、功能实现、硬件电路和软件开发。该控制系统具有适应性与灵活性强、响应速度快、精度高、稳定性好、可靠性高、性价比优越、自我连锁保护等优点，现已成功应用于CSR真空控制系统中。     

重离子加速器冷却储存环监视系统的设计及其应用

在兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)控制系统中,需要监视现场和环境的场合很多.设计了以微处理器为核心的现场智能控制设备,阐述了系统结构、工作原理、硬件结构、软件设计,描述了监视系统的功能及实现方法.该系统具有人机交互性好、研制成本低且操作使用简便等优点,取得了良好的监视效果.     

微波功率源连锁保护装置研制

本文论述了-个微波功率源的连锁保护装置的设计.该系统核心是连锁保护控制电路,实现了对微波系统连锁保护信号和调制器连锁保护信号的实时监测和控制,且实现和PLC信号的传输.     

基于冗余技术的强流质子RFQ控制系统设计

中国科学院近代物理研究所研制了一台用于ADS注入器Ⅱ的强流质子RFQ加速器。相对于常规功率源,用于RFQ腔体的功率源的控制精度要求更高、过程更复杂。控制系统需通过精确的水温控制实现频率调谐,水温的控制和监测精度要求为0.1 ℃。同时,为避免腔体因局部温度过高而损毁,控制系统必须实现实时的温度监测和可靠的联锁保护功能。为此,基于EPICS控制架构设计了RFQ控制系统,对关键控制代码的运行平台采用高性能冗余控制器,开发了具有网络冗余功能的IOC驱动程序,实现了水温联锁保护及高频系统控制。RFQ控制系统经现场测试,通信正常、运行稳定,冗余系统的主备切换时间在ms量级,满足RFQ腔体的控制要求。