Seminar Beschleunigerphysik, Ein Kontrollsystem der nächsten Generation Erfahrungen an der NSLS-II R. Lange

Transkript

1 Seminar Beschleunigerphysik, Ein Kontrollsystem der nächsten Generation Erfahrungen an der NSLS-II R. Lange

2 National Synchrotron Light Source II 3 GeV; 500mA; 792m Umfang; 30 Zellen; Geraden: 15x6,6m, 15x9,3m; Emittanz [nm-rad] (V) 0,008; (H) 2,0 mit 8 Damping Wigglers 0,6 2

3 National Synchrotron Light Source II 60 Dipole, 300 Quadrupole, 300 Sextupole, 300 Steerer, 240 BPMs; zur Zeit im Bau in Brookhaven, Long Island, NY

4 Überblick Service-basierte Kontrollsystem-Architektur Interfaces zu mehr als zehntausend Geräten Zentrale Datenbank: IRMIS3 High-Tech im Eigenbau: Fast Orbit Feedback / BPMs Entwicklungen für Control System Studio, EPICS V3 & V4

5 Service-basierte Kontrollsystem-Architektur

6 Service-Basierte Architektur (Design)

7 Service-Basierte Architektur (Implementation) Production HLA Client MMLT Client Completed Early Development Being Extended Contr. System Studio Scripting HLA Client PVAccess/CAC PVAccess/CAC PVAccess/CAC PVAccess/CAC Ethernet Middle Layer Servers PVAccess PVAccess PVAccess PVAcc/CAC PVAcc/CAC PVAcc/CAC Model Server Lattice Server Channel Finder Svr Multi-Channel Arrays Svr Save/Compare Restore Svr Elegant/Tracy SQL SQL Magnet Conv, Response Matrix, Dispersion, etc. IRMIS Distributed Front-Ends PVA CAS RDB Diagnostics PVA CAS PVA CAS Power Supp. RF Physical Device Physical Device Physical Device Serves orbit, magnets, any array of channels SQL IRMIS PVA CAS PVA CAS Vacuum Utilities etc.., Diag & PS Physical Device Physical Device LS2 Simulation PVA CAS

8 Interfaces zu mehr als zehntausend Geräten

9 Geräte-Interfaces Power Supplies Seriell über TCP/IP SoftIOC BPMs, FOFB-Cell-Controller Seriell über TCP/IP SoftIOC Vacuum Seriell über Moxa-Boxen und TCP/IP SoftIOC Temperatur-Sensoren Seriell über Moxa-Boxen und TCP/IP SoftIOC Schnelle Diagnostik EPICS-IOC im cpci-master (Agilent Acquiris) Universal-IO SPS (AB, Siemens), Interface über TCP/IP SoftIOC Kameras Gigabit-Ethernet, areadetector SoftIOC

10 Kaum noch VME, viele SoftIOCs VME nur noch für Spezialfälle z.b. Timing-Master wahrscheinlich insgesamt <10 Crates Zwei SoftIOC-Server pro Zelle PS-Control, Diagnose Ein SoftIOC-Server pro Beamline plus ein Konsole-Server und ein Gateway Insgesamt etwa 200 Linux-Rechner Software-Verteilung per Debian-Paket und Puppet lokales Debian-Repo Pakete für Entwicklungssystem und komplette SoftIOCs

11 Zentrale Datenbank: IRMIS3

12 IRMIS IRMIS = Integrated Relational Model of Installed Systems Datenbank, die alle Geräte und ihre Verbindungen erfasst, mit: Orts-Hierarchie Kontroll-Hierarchie Stromversorgungs-Hierarchie Design: Web-Service auf mysql-rdb

13 IRMIS Erfasste Daten

14 IRMIS Schema EPICS-Teil: DBs CA Clients Historie Kompon.-Historie Lattice Inventar Magnet-Messungen E-Log Service-Konfig. Hardware-Teil: Kompon.-Typen Kompon.-Instanzen Kabel, Trassen

15 IRMIS Tools

16 High-Tech im Eigenbau: Fast Orbit Feedback / BPMs

17 Fast Orbit Feedback / BPMs FOFB in einer Zelle

18 Fast Orbit Feedback / BPMs Einmal um den Ring Cell 1 Cell 30 Cell 2 Cell 29 Cell 3 Storage Ring SDI link Cell 17 Cell 15 Cell 16

19 FPGA Baukastensystem BPM: Digital-Board mit BPM-Analog-Board Cell Controller: Digi-Board mit Analog- und Digital-IO Power Supply Controller

20 FPGA Open Source Hardware Digital-Board: Virtex-5, Virtex-6 in Vorbereitung RAM-Modul MRF-Timing-Receiver im FPGA (embedded) IOC-Kommunikation über TCP/IP-Socket Digital-Board-Design und die FPGA-Codes werden unter eine OpenSource-Hardware Lizenz gestellt BPM Analog-Frontend wird für Non-Profit-Institute erhältlich Ziel: offenes Konzept, besser als Libera, für die Hälfte der Kosten

21 Entwicklungen für Control System Studio, EPICS V3 & V4

22 Control System Studio (CSS) Framework (basierend auf Eclipse RCP) für KontrollraumAnwendungen Neu (erfordert Reimplementation existierender Applikationen) Apps laufen in einer integrierenden Oberfläche Hauptentwickler DESY SNS NSLS-II APS Beamlines Freundliche Übernahme der Entwicklung Umzug nach SourceForge: cs-studio.sf.net Konvertierung und Neustrukturierung der Source-Code-Repos

23 CSS Übernommene Applikationen Probe, PvTree

24 CSS Übernommene Applikationen Data Browser, BOY

25 CSS Entwickelte Applikationen ChannelFinder Viewer, Multi-Channel Viewer

26 EPICS Core V3 Entwicklungen Channel Access: Server-seitige Plugins z.b. Update-Raten, Deadbands, Sub-Arrays vom Client spezifizierbar FSM-Record (Finite State Machine) erlaubt Aufbau einfacher State-Machines in der EPICS Db Neuer modularer Support für MRF Timing-System C++-Implementation des V4 PVAccess Servers für V3-Datenbanken existierende IOCs laufen ohne Änderungen in einem V4-System

27 EPICS Core V4 Entwicklungen PVData strukturierte Daten mit Inspektions-Interface PVAccess PVData transparent über das Netzwerk HLA-Definitionen (Lab-übergreifend) Standardisierte PVData-Strukturen für MultiChannel-Daten Archiv-Daten Lattice-Daten

28 Resümee NSLS-II hat die richtigen Leute, um selbst ein sehr anspruchs volles Projekt wie die BPM/FOFB-Eigenentwicklung erfolgreich durchzuführen. Allein die Größe des Kontrollsystems erfordert neue Herangehensweisen bei Design, Implementation und Entwicklungsprozeduren. Unter Mitnahme möglichst vieler guter existierender Ansätze werden Schlüsseltechnologien mit hohem Einsatz gezielt weiterentwickelt. Die Benutzung freier, offener Software hat einen sehr hohen Stellenwert.