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ELI-NP GBS CS:设计完整的EPICS控制系统的故事

Gašper Pajor

David Pahor

ELI-NP是一个正在罗马尼亚Magurele建造的大型科学设施,它将成为世界上最先进的高强度激光和伽马束设施。ELI-NP GBS CS Cosylab是EuroGammaS联盟的一个分包商,负责定义伽玛射线系统的范围和交付完整的控制系统,基于行业标准EPICS框架。

挑战

2014年,欧洲财团EuroGammaS赢得了在罗马尼亚国家核物理与工程研究所(ELNI-NP)的极光基础设施核物理(ELI-NP)设施中建造用于基础和高级研究的Gamma射线源的招标。 IFIN-HH)。联合体还负责定制Gamma光束系统(GBS)的设计,制造,交付,安装,测试,调试和维护。 EuroGammaS需要一个分包合作伙伴,该合作伙伴可以加速系统集成,并负责项目的明确部分。他们找到并聘请Cosylab作为GBS控制系统的一站式解决方案提供商和系统集成商。

解决方案

我们借鉴了欧洲散裂源和ITER等项目在控制系统集成方面的丰富经验,以提供范围,指南和控制系统集成概念。

系统图 

在诸如ELI-NP GBS之类的复杂机器中,中央控制系统管理着整个机器,从源头到伽玛射线表征系统。我们坚信,控制系统应基于行业标准的开放源代码软件,并以易于升级的方式进行结构化-用新的对等物替换元件,设备或子系统。因此,我们提出了可用于ELI-NP GBS控制系统的EPICS框架,该框架已被联盟认可。 EPICS是一种开源软件基础结构,已针对构建大型分布式控制系统进行了优化,以操作诸如粒子加速器,大型实验和大型望远镜等设备。

Cosylab针对ELI-NP GBS的EPICS实施基于模块化控制系统设计,该设计利用了在其他类似设施上开发的解决方案。即使是“开箱即用”的EPICS,也具有严格的过程和约定集,可确保以标准化和连贯的方式执行任何自定义和特定于项目的开发。

将快速数字化仪集成到史诗中以进行束流电荷监控

对于ELI-NP GBS项目,Cosylab为多种类型和类别的设备开发了设备集成。我们主动控制系统集成方法的一个例子是将快速数字化仪集成到EPICS中以进行GBS束电荷监控。


ELI-NP控制系统的三层架构

对于具有独特系统要求的大型物理设施(例如ELI-NP GBS),现成的商用技术几乎不够好。取而代之的是,具有定制集成的尖端硬件是唯一的方法。尽管任何定制设备集成都有其自身的挑战,但对于即将进行的项目而言,将设备集成到EPICS中的要求极高的一个例子是ADC,以数字化集成电流互感器(ICT)的输出。由于GBS电子束的性质,与更标准的束电荷监测器相比,需要ICT。后者具有32个微束的电子链,速率为100 Hz。每个微串的宽度均为50 ps,相距16 ns。这意味着需要具有足够高采样率的ADC来进行精确测量。

联盟要求多GSSs采样率,0-10 V的宽输入电压信号范围以及与CompactPCI平台的兼容性。我们选择了具有高达4 GSS实时采样率的安捷伦高速数字示波器。另外,该信号的获取与具有几皮秒量级的低抖动的定时信号(100 Hz)同步。

微束统计显示

集成的目的是提供一种操作EPICS数字化示波器的方法,作为整个控制系统的一部分。因此,我们提供了必要的EPICS设备支持,以在EPICS数据库记录中特定于硬件的字段与设备驱动程序硬件之间建立接口。

结论

我们全力以赴地完成了ELI-NP伽马射线系统的范围和控制系统的集成,并取得了回报。我们在2016年底之前完成了GBS控制系统软件开发的所有合同工作,执行了成功的工厂验收测试,并将所有软件组件交付给我们的直接客户EuroGammaS。在2017年,我们还提供了EuroGammaS联盟负责人意大利核物理研究所要求的ELI-NP硬件和设备。我们为自己的成就而感到自豪,尤其是鉴于紧迫的项目进度,并且我们可以再次证明EPICS框架适合要求苛刻的应用程序。

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