Referenzbericht Forschung

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1 SCADA-System für den MedAustron Teilchenbeschleuniger MedAustron ist ein Ionentherapie- und szentrum, das sich zurzeit in Wr. Neustadt, Österreich, im Bau befindet. Die Einrichtung umfasst mehrfache Ionenquellen, einen Linac, einen Synchrotron (Kreisbeschleuniger) und fünf Extraktionslinien, einschließlich einer Protonengantry. Die gesamte Beschleunigerkette ist für Protonen, Kohlenstoffionen und andere leichte Ionen entworfen. Der Beschleuniger, sowie sein Kontrollsystem wurden in enger Zusammenarbeit mit CERN entwickelt. Zur Steuerung und Kontrolle des Teilchenbeschleunigers setzt MedAustron das SCADA System SIMATIC WinCC Open Architecture (WinCC OA) ein. Mit seiner objektorientierten Systemarchitektur bietet Simatic WinCC Open Architecture seinen Partnern auch Möglichkeiten, Aufgaben zu bewältigen, die über herkömmliche Überwachungs-, Steuerungs- und Datenerfassungsfunktionen hinausgehen. Kunde EBG MedAustron GmbH Mehrschichtenarchitektur Die allgemeine Architektur des Beschleunigerkontrollsystems folgt einer industriell orientierten 4-Schichten Architektur: (1) Präsentationsschicht mit WinCC OA UI-Manager, beispielsweise die WinCC OA Bedien- und Navigationspanel (2) Verarbeitungsschicht, enthält das WinCC OA Kernsystem (Event-Manager, Data-Manager, Control-Manager, etc.), das für die Front-End-Controller (FEC) hauptsächlich als Kommunikationsrückgrat fungiert. (3) Ausstattungsschicht, besteht aus allen Front-End-Controllern (FEC), die eine einheitliche Schnittstelle zur Verarbeitungsschicht darstellen, die über OPC oder SIMATIC S7 via TCP mit dem WinCC OA Kernsystem kommunizieren. Die Messwerte von den FECs werden mit MAPS (MedAustron publisher subscriber) veröffentlicht, das ein auf STM National Instruments basierendes Protokoll ist. Konfigurationsdaten die nicht geändert werden dürfen, werden von den FECs über einen Web-Server eingeholt und können während der Inbetriebnahme über FTP heruntergeladen werden. (4) Frontschicht mit allen Front-End devices

2 Mehrschichten-Architektur Generische Gerätekontrolle Das Kontrollsystem muss mit einer Anzahl von verschiedenen Geräten zurechtkommen. Alle Geräte besitzen eine standardisierte Schnittstelle und implementieren eine standardisierte Zustandsmaschine, um in der Lage zu sein, die Geräte auf eine generische Weise zu (1) steuern, zu (2) konfigurieren und zu (3) überwachen. Die Zustandsmaschine kann entweder direkt in den Front-End-Controllern (Schicht 3 oder Schicht 4) oder als WinCC OA Skript, das im WinCC OA Control- Manager läuft, implementiert werden.

3 Standardisierte Zustandsmaschine Systemkonfiguration Eine objektorientierte, XML-basierende Gerätebeschreibung wird eingesetzt, um zu gewährleisten, dass alle Geräte dem gleichen Interface folgen. Die Gerätebeschreibungen werden in ein versioniertes Verwaltungssystem importiert. Innerhalb dieses Verwaltungssystems kann eine Konfiguration erstellt und exportiert werden um das gesamte Kontrollsystem mit der neuen Konfiguration zu rekonfigurieren. Konfigurationsablauf

4 C# Interation Der PVSSProxy bietet eine direkte C# Schnittstelle zu WinCC OA Prozessdaten und basiert auf der bereitgestellten API Manager-Bilbliothek von WinCC OA.. Über dem PVSSProxy können umfangreiche grafische Benutzeroberflächen mit Datenbank und direktem Netzzugriff entwickelt werden. Ein Beispiel in dem MedAustron Steuerungssystem ist das Procedure shell execution framework, das eine automatische Steuerung und rechenaufwendige Analyseaufgaben zur Inbetriebnahme und während des Betriebes ermöglicht. PVSSProxy Synoptische 3D Visualisierung Das auf Qt basierende Synoptics Widget für WinCC OA Panels, stellt einen 3D Viewer für die Übersicht des Beschleunigers zur Verfügung. Das 3D Modell wird von einer Step-Datei (.stp) geladen. Dieses Widget wird verwendet, um Elemente des Beschleunigers zu visualisieren und den aktuellen Status der einzelnen Geräte anzuzeigen.

5 3D Visualisierung Navigation Der Navigator ist der Hauptzugangspunkt während des Betriebes. Er verwaltet alle UI s durch ein allgemeines Panel Framework, in das einzelne grafische UI Panels eingebunden werden können. Dieses Framework bietet die Möglichkeit Panels in einer hierarchischen Baumstruktur zu organisieren, damit können die Bediener von einem Panel zu einer Anzahl anderer Panels navigieren. Panels können durch unterschiedliche Pfade in der Baumstruktur erreicht werden. Zugriffsberechtigungen können (1) für jedes Panel und (2) für jedes Element innerhalb des Panels erteilt werden. Das ermöglicht eine gleiche Benutzeroberfläche für Bediener mit unterschiedlichen Zugriffsrechten. Zusätzlich kann jedes Panel für einen exklusiven Zugriff markiert werden, um das parallele Öffnen von zwei gleichen Panels zu verhindern. Zusammenfassung Industriell orientierte 4-Schichten Systemarchitektur WinCC OA ist das Kernstück vom MedAustron Kontrollsystem Standardisierte Geräteschnittstellen Versionskontrollierte Konfiguration unter dem Gebrauch eines Verwaltungssystems Integration von C# unter Verwendung des API Managers

6 Auf Qt basierender 3D Viewer Framework für die Organisation von UI-Panels Für ETM CEO Bernhard Reichl ist dieses sgebiet kein Neuland mehr: Mit Simatic WinCC Open Architecture, damals noch PVSS, haben wir bei CERN bereits vor zehn Jahren den Bereich der Teilchenbeschleuniger betreten. Diese Erfahrungen werden wir natürlich in MedAustron voll und ganz einfließen lassen, um eine Best-of-Breed-Lösung auf höchstem stabilen Niveau und integrierter Interoperabilität zu entwickeln. "Unser Verhältnis zu ETM stellt einen Kernpunkt unserer Strategie dar, mit Hilfe eines weltweit führenden Herstellers ein Kompetenzzentrum für Ionentherapie und Teilchenbeschleuniger-Technologie im Herzen Europas zu werden", erklärt EBG-MedAustron-Geschäftsführer Dr. Bernd Mößlacher. "Darüber hinaus bedeutet das niederösterreichische Projekt MedAustron auch einen bedeutenden Schub für die österreichische Wirtschaft", sagt Dr. Martin Schima, ebenfalls Geschäftsführer bei EBG MedAustron. Das geplante Bauvorhaben in Wiener Neustadt, Österreich