Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Распределенная система управления лазера на свободных электронах, построенная на базе EPICS

Диссертация: Распределенная система управления лазера на свободных электронах, построенная на базе EPICS
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

EPICS позволяет создавать масштабируемые системы (scalable system), построенные по модульному принципу (modularity). Поскольку программные средства EPICS ориентированы на открытые архитектуры (open system architecture), распределенная система управления обладает достаточной степенью независимости от производителей программного и аппаратного обеспечения, что позволяет интегрировать разнородные… Читать ещё >

Распределенная система управления лазера на свободных электронах, построенная на базе EPICS (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Глава 1. Обзор систем управления
    • 1. 1. Эволюция технологии систем управления
      • 1. 1. 1. Технологии распределенных систем управления
        • 1. 1. 1. 1. Стандарт ANSI/ISA S
        • 1. 1. 1. 2. Технология распределенных объектов — CORBA
        • 1. 1. 1. 3. Лицензионные технологии
        • 1. 1. 1. 4. Уникальная система управления комплексом ВЭПП
        • 1. 1. 1. 5. Технология EPICS
    • 1. 2. Коммуникационные средства и операционные системы."
      • 1. 2. 1. Локальные вычислительные сети
      • 1. 2. 2. Системные магистрали, аппаратные интерфейсы
      • 1. 2. 3. Операционные системы
  • Глава 2. Портирование EPICS на платформу LynxOS
    • 2. 1. Архитектура EPICS
      • 2. 1. 1. Сетевой интерфейс — СА
      • 2. 1. 2. Операторский интерфейс — OPI
      • 2. 1. 3. Контроллер ввода-вывода — ЮС
    • 2. 2. Виртуальный интерфейс
      • 2. 2. 1. Поддержка аппаратуры, подключенной к ЮС
      • 2. 2. 2. Управление процессами
      • 2. 2. 3. Семафоры
      • 2. 2. 4. Сторожевой таймер
      • 2. 2. 5. Циклические списки и связанные списки
      • 2. 2. 6. Локализация ссылок в SST
      • 2. 2. 7. Тестирование EPICS
  • Глава 3. Распределенная система управления ЛСЭ
    • 3. 1. Архитектура системы управления ЛСЭ
      • 3. 1. 1. Анализ объектов системы управления
      • 3. 1. 2. Аппаратная часть системы управления
      • 3. 1. 3. Программная часть системы управления
    • 3. 2. Системы управления инжектором и ВЧ, реализованные на базе
  • EPICS
    • 3. 2. 1. Система управления инжектором
      • 3. 2. 1. 1. Элементы магнитной системы инжектора
      • 3. 2. 1. 2. Контроль среднего тока пучка
      • 3. 2. 1. 3. Пушка
      • 3. 2. 2. Управление ВЧ системой
    • 3. 3. Диагностические системы
      • 3. 3. 1. Радиационная диагностика
      • 3. 3. 2. Диагностика вакуума
    • 3. 4. Рабочий журнал микротрона-рекуператора

Актуальность т. е.мы. Лазеры на Свободных Электронах (ЛСЭ) являются сложными ускорительным комплексами, предназначенными для проведения экспериментальных и технологических работ в различных областях физики, химии, биологии и медицины. В ИЯФ СО РАН создан ЛСЭ на базе разрезного микротрона-рекуиератора, для его создания был разработан ряд новых технологических решений, в том числе и уникальное оборудование для системы управления. На стадии проектирования системы управления экспериментальным комплексом невозможно полностью предусмотреть все необходимые функциональные возможности для проведения эксперимента, в ходе эксперимента меняются алгоритмы управления и методы сбора данных, вносятся изменения в программное п аппаратное обеспечение, что приводит к постоянной модернизации системы управления. Следует учитывать и результаты непрерывного развития информационных технологий, фирмы непрерывно поставляют на рынок новые современные разработки. Поэтому при создании современных распределенных систем управления одной из основных задач является интеграция программных и аппаратных средств, поставляемых различными производителями. Одним из подходов к решению данной задачи является использование Experimental Physics and Industrial Control System (EPICS) — комплекса программных средств, предназначенного для создания распределенных систем управления [87].

EPICS позволяет создавать масштабируемые системы (scalable system), построенные по модульному принципу (modularity). Поскольку программные средства EPICS ориентированы на открытые архитектуры (open system architecture), распределенная система управления обладает достаточной степенью независимости от производителей программного и аппаратного обеспечения, что позволяет интегрировать разнородные программные и аппаратные объекты и решать технический аспект организации обмена данных между программными и аппаратными объектами.

Целыо данной работы данной работы являются разработка и внедрение распределенной системы управления ЛСЭ на базе EPICS.

Научнаи нопизпа. Проведено портироваиие (porting — перенос) EPICS на платформу операционной системы жесткого реального времени LynxOS/x86 (hard real time operating system).

Создан виртуальный интерфейс, который частично имитирует среду операционной системы VxWorks посредством использования функциональных возможностей операционных систем типа UNIX, реализованных на основе POSIX стандартов. Виртуальный интерфейс с является промежуточным уровнем и цепи формирования системных вызовов (calls), поступающих из служб ЮС (Input Output Controller). Виртуальный интерфейс позволяет расширить функциональные возможности EPICS.

Разработанные автором механизмы для реализации виртуального интерфейса позволяют создавать отдельные активные процессы, постоянно контролирующие выделенные технологические параметры и оперативно реагирующие на поступающие внешние события.

Создана единая общая структура для описателя каналов ввода/вывода. Использование универсальной структуры описателя позволяет включать поддержку для новых типов каналов ввода/вывода на ЮС уровне. И создавать оптимальную конфигурацию для требуемого набора каналов ввода/вывода.

Практическая ценность работы. В представленной к защите работе описывается выполненный автором объем работ по созданию проекта распределенной системы управления ЛСЭ на базе EPICS. Разработанное программное обеспечение используется для управления ЛСЭ Сибирского центра фотохимических исследований.

Подходы к созданию системы управления, реализованные при создании управляющих программ, будут использованы при создании второй очереди ЛСЭ, предназначенной для генерации мощного инфракрасного излучения.

Выполненный структурный анализ распределенной системы управления ЛСЭ и построенные модели поведения базовых механизмов позволяют выбирать оптимальные условия, необходимые для надежной работы систем управления.

Диссертация состоит из трех глав.

В нерпой главе сделан анализ концепций построения систем управления, механизмов взаимодействия компонентов аппаратного и программного уровней. Приведен обзор развития систем управления. Отдельно перечислены принципы построения системы управления экспериментальным комплексом. Сделан обзор наиболее популярных программных н аппаратных технологий, на основе которых строятся распределенные системы управления.

Во второй главе приводится описание архитектуры EPICS. Приведены описания модификаций СА (Channel Access — сетевые службы обеспечивают обмен данными между программными объектами распределенной системы управления), которые позволяют снизить трафик в локальной сети и предоставить подробную информацию об управляемом объекте на уровне СА клиента. Рассматривается механизм виртуального интерфейса, который имитирует среду VxWorks на основе функциональных возможностей операционных систем типа UNIX. Виртуальный интерфейс является промежуточным уровнем, через который проходят вызовы (calls) поступающие от служб ЮС. Рассматривается универсальная структура описателя каналов ввода/вывода, на се основе построена поддержка новых типов каналов ввода/вглвода.

Приведены результаты тестов, выполненные для определения производительности и работоспособности адаптированного EPICS.

Третья глава содержит описание архитектуры системы управления ЛСЭ, описание способов интеграции новых обьектов в систему управления. Анализируется работа каналов обмена информацией и производится оценка их пропускной способности. Приведены оценки производительности служб ЮС уровня, времени реакции служб ЮС на внешние события. Анализируются функциональные возможности оборудования САМАС, используемого в системе управления ЛСЭ. Рассматривается структура управляющих программ OPI уровня, приводится пример реализации программного обеспечения систем управления инжектора и ВЧ системы. На примере реализации радиационной и вакуумной систем контроля демонстрируются функциональные возможности распределенной сеестсмел уЕЕравлеЕшя, ЕюстроеЕшой на основе EPICS. Онисан сееосо6 ведения рабочего журнала мЕЕкротрона-рекуЕЕератора, который позволяет ВЕлборочпо создавать статистические отчеты о работе отдельных технологических узлов установки.

Диссертация имеет четыре нриложеЕшя. В «Приложении А» содержатся анализ ПрОПуСКНОЙ СЕЕОСОбнОСТИ ЛОКаПЫЮЙ СеТЕЕ (осееовы для ЕЕОСТрОСЕЕИЯ расЕЕределеЕшой системы уЕЕраЕшения). В «ПриложспшЕ Б» ОЕЕИсана уЕЕифиЕЕЕЕроваЕшая структура каЕЕалов ввода/вывода, опЕЕсапы Е1рограммЕЕые средства, обеспсчиваюЕЦие поддержку САМАС аЕ1ЕЕаратуры, разработанЕюй в ИЯФ. В «Приложение В» 01ЕисаЕЕы модификаЕШи ИЕЕтерфейса СА, выЕЕОлненные с ЕЕелыо оЕЕтимизации обмена данными между обьектами системы управлсЕшя. В «Приложении Г» приведено ОЕЕиеание веессснееых в копфигураЕЕиоЕшые файлы доееолеесний, где учитываЕОтся с1Есцифические особеЕПЕоети ОЕЕерационных систем, ееэ платформе которых компилируется ЕЕрофаммЕюс обеспечение OPI и ЮС уровней.

В заключении ЕЕеречислены результаты велеюлеесешой работЕЛ.

Заключение

.

В результате проделанной работы разработан проект распределенной системы управления ЛСЭ на базе EPICS.

Создан виртуальный интерфейс, имитирующий функциональные возможности операционной системы VxWorks на платформе операционных систем типа UNIX в соответствии со спецификациями POSIX стандартов. Виртуальный интерфейс позволяет сохранить архитектуру EPICS и расширить функциональные возможности EPICS.

Создана единая общая структура для описателя каналов ввода/вывода, позволяющая оптимально конфигурировать набор интерфейсов сопряжения с аппаратурой на уровне ЮС, включать поддержку для новых интерфейсов. Для работы с САМАС оборудованием, разработанным в ИЯФ и используемым в системе управления ЛСЭ, специально написан драйвер и пакет подпрограмм поддержки устройств, где учтены функциональные особенности технологических узлов.

EPICS иортирован на платформу новой операционной системы реального времени LynxOS/x86.

Создано и успешно работает программное обеспечение системы управления инжектором и ВЧ системой, и ряд программ для обслуживания диагностических систем.

Автор выражает благодарность научным руководителям Н. А. Винокурову и А. Д. Орешкову за интерес к работе и поддержку при выполнении проекта, коллегам М. А. Щеглову, Е. И Колобанову, В. К. Овчару, А. А. Кондакову, Г. Я. А. Г. Трибендису, Куркину, Б. А. Гудкову за дискуссии и совместную работу, за полученный опыт и знания. Благодарность коллективу лаборатории 8−1.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Ллешаев Л.1. Базовое программное обеспечение системы управления ускорительно — накопительными комплексами. Дне. канд.тех.наук: 01.04.20 -ИЯФ им Г. И. Будкера СО РАН. Новосибирск. 1995 г. — 98 с.
  2. А.Н., Басалаев Р. В., Белоусов И. В. и др. Сетевое обеспечение системы управления БЭПП-4. II Материалы конф. XVII Совещание по ускорителям заряженных частиц. Протвино, 2000, Т1, 180−183 с.
  3. В.А., Попов Е. П. Теория систем автоматического управления. Санкт-Петербург. Профессия. 2003. — 752 с.
  4. Д. Сущность технологии СОМ. Библиотека программиста. Санкт-Петербург. Питер, 2001.-400 с.
  5. В.II. и др. Теория автоматического управления. / Под ред. Соломенцева. Москва. Высшая школа. 2004. 268 с.
  6. .В. Курс теории вероятностей. Москва. Наука. 1969.-400 с.
  7. Гук М. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия. — Санкт-Петербург: Питер, 2000.-816 с.
  8. А.П. Введение в теоретическое программирование. Москва. Наука 1977. 288 с.
  9. С.Е., Разработка и реализация системы управления ускорительно -накопительным комплексом ВЭПП-4. Дис. канд.тех.наук: 01.04.20. ИЯФ им Г. И. Будкера СО РАН. Новосибирск. 1996 г. — 168 с.
  10. Д. Искусство программирование для ЭВМ. Основные алгоритмы.
  11. Т.1. Пер. с англ. Москва: Мир, 1976. — 736 с.
  12. Кук Д., Бейз Г. Компьютерная математика. Пер. с англ. Москва: Наука, 1990−384 с.
  13. Э.А., Овчар В. К., Тарарышкин С. В., Шейнгезихт А. А. Наносекундный модулятор электронной пушки. II Материалы конф. XVII Совет, по ускорителям заряженных частиц. Протвино, 2000, Т1, 357−358 с.
  14. ПифонтовВ.И., Орешков Л. Д., Путьмаков Л. И. и др. К607 контроллер и драйвер для организации связи в последовательном виде меэ/сду ЭВМ «Электроника-60» и крейтами КАМАК. II Препринт ИЯФ 82−90, Новосибирск, 1990.
  15. Г., Пиани Дж. Цифровые системы автоматизации и управления. — Санкт-Петербург. Невский диалект. 2001. 557 с.
  16. T.JI. Элементы теории массового обслуживания и ее приложения. Москва: Советское радио, 1971.- 520 с.
  17. Т.В. Портирование EPICS на платформу операционной системы реального времени LynxOS II Препринт ИЯФ 2004−10. Новосибирск. 2004.
  18. Т.В., Щеглов М. А., Овчар В. А. Орешков А.Д. Программное обеспечение системы управления инжектором ЛСЭ па базе EPICS. II Препринт ИЯФ 2003−74. Новосибирск. 2003.
  19. Система САМАС. Крейт и сменные блоки. Требования к конструкции и интерфейсу. //ГОСТ 26.201−80. Госкомитет СССР по стандартам. М. 1980.
  20. Э. Компьютерные сети. С-Петербург. Питер, 2002. — 848 с.
  21. Э. Современные операционные системы. Санкт-Петербург. Питер, 2002.-1040 с.
  22. Э., Стеен М. Распределенные системы. Принципы и парадигмы. Санкт-Петербург. Питер, 2003. — 877 е.
  23. Толковый словарь по вычислительным системам. Под редакцией В. Иллингуорта. Пер. с англ. Москва. Машиностроение, 1991.-560 с.
  24. А.Н. Вероятность. Москва. Наука, 1980. — 576 е.
  25. Anderson J., Kraimer M.R. EPICS IOC Record Reference Manual. II Argonne National Laboratory. 1992. http://www.aps. anl.gov/epics
  26. Anderson J. Database Configuration Tool (DCT) Tcl/Tk Version for EPICS 3.13 II Argonne National Laboratory. 1996. http://www.aps.anl.gov/epics
  27. ANSI/ISA-88.01−1995. Batch control part I: models and terminology. II ISA standards group, http://www.isa.org
  28. ANSI/ISA—S95.00.01—2000. Enterprise-Control System Integration. Part 1: Models and Terminology. II ISA standards group. http://vwv.isa.org
  29. Boggs D.R., Mogul J.C., Kent Ch.A. Measured Capacity of an Ethernet: Myths and Reality. // WRL Research Report 88/4, DEC Western Research Laboratory, September 1988. http://www.research.digital.com/wr1/techreports/index.html
  30. Buchvvitz M. IDA The comprehensive automation standard. II Control Engineering Europe. February/March 2002. p. 33−34. http://www.controleng.com/europe
  31. Butenhof D.R. Programming with POSIX Threads. -Addison-Wesley Longman Inc., 1997-p. 381.
  32. CERN selects industrial SCAD A package for detector control. // Control Engineering Europe. April/May 2002. p. 20−23. http://www.controleng.com/europe
  33. CIP Common Specification Release 1.0 И ODVA. VI, 2001. http://vwv.odva.org
  34. CompactPCI Specification, 2.0.//PICMG. 1997 http://www.picmg.org
  35. Common Object Request Broker: Architecture and Specification. II OMG. Revision 2.2: February 1998. http://www.omg.org/corba/corbiiop.htm.
  36. EtherNet/IP Adaptation of CIP Specification Release 1.0. II ODVA V2 2001. http://www.odva.org
  37. Evans K. MEDM reference manual. II Argonne National Laboratry. 1998. http://www.aps.anl.gov/cpics
  38. Gallmcister B.O. POSIX.4: Programming for the Real World. O’Reilly & Associates, Inc., 1995. — p. 550
  39. GNU Tool Kit 2.6, User’s Guide.// Wind River Systems Inc. 1995. p. 642.
  40. Hill Jeffrey. EPICS R3.12 Channel Access. Reference manual. // Los Alamos National Laboratory. 1996. http://www.aps.anl.gov/epics
  41. IDA. Architecture description and specification. Revision 1.1 II IDA group, 2002. http://www.ida-group.org
  42. IDA. Interface for distributed automation. Revision 1.1 // IDA group, 2002. http://www.ida-group.org
  43. IEEE P1003.1, Draft 7, POS1X. June 2001 И Open Group Technical Standard, Issue 6. 2001. http://www.ieee.org
  44. Intel architecture. Software developer’s manual. Volume 1. Basis architecture. — Intel Corporation. 1999. p. 369. http://www.intel.com
  45. Intel architecture. Software developer’s manual. Volume 2. Instruction set reference. Intel Corporation. 1999. p. 854. http://www.intel.com
  46. Intel architecture. Software developer’s manual. Volume 3. System programming. Intel Corporation. 1999. p. 658. http://www.intel.com
  47. Factory/lnTouch. InTouch User’s guide. V7.0. 1997. // Wonderware Cor. http://www.wonderware.com
  48. Kraimcr M.R. EPICS Input/Output Controller. Application Developer’s Guide. Release 3.13.0betal2. II Argonne National Laboratory. 1998. http://www.aps.anl.gov/epics
  49. Lewis В., Berg D. J. Multithreaded Programming with Pthreads. — Sun Microsystems Press. 1998. p. 382
  50. Liu C.L., Layland J.W. Scheduling algorithm for multiprogramming in hard real time environment. //Journal, ACM. Vol. 20, No 1. January 1973. p. 46−61
  51. Loskutov V., Arbusov V., Bushuev A., etc. RF system of the race-track microtron-recuperator for high power free electron laser. II Proceedings of EPAC 2002, Paris, France, p. 2169−2171
  52. LynxOS-3.0.0 performance. И LynuxWorks Inc. 2000. http://www.lynuxworks.com/products/300specs.htrnl
  53. LynxOS 2.4. Reference manual. System calls. Lynx Real Systems Inc. San Jose, CA. USA. 1996.-p. 420
  54. LynxOS 2.4. POSIX. lb migration guide Lynx Real Systems Inc. San Jose, CA. USA. 1996.-p. 112
  55. LynxOS 2.4. Reference manual. Device facilities file formats, driver service calls. Lynx Real Systems Inc. San Jose, CA. USA. 1996. — p. 378
  56. LynxOS 2.4. Reference manual. System calls. Lynx Real Systems Inc. San Jose, CA. USA. 1996. — p. 420
  57. LynxOS 2.4. Writing device drivers for LynxOS. Lynx Real Systems Inc. San Jose, CA. USA. 1996. — p. 202
  58. LynxOS GNUpro Toolkit. Development support tools. LynxOS 3.0. Lynx Real Systems Inc. San Jose, CA. USA. 1998.
  59. LynxOS GNUpro Toolkit. Using GNU CC. LynxOS 3.0. Lynx Real Systems Inc. San Jose, CA. USA. 1998.
  60. LynxOS. Reference manual. Update supplement I. LynxOS 2.5. — Lynx Real Systems Inc. San Jose, CA. USA. 1997.-p. 1−350.
  61. LynxOS. Reference manual. Update supplement II. LynxOS 2.5. — Lynx Real Systems Inc. San Jose, CA. USA. 1997.-p. 351−688.
  62. LynxOS. User guide. LynxOS 3.0. Lynx Real Systems Inc. San Jose, CA. USA. 1998.-p. 356.
  63. Measurement and automation. Catalog 2003. II National Instruments. 2003 -Austin, TX, USA. http://www.ni.com
  64. Metcalfe R.M., Boggs D.R. Ethernet: Distributed Packet Switching for Local Computer Networks. И Journal Communications of the ACM, Vol. 19, No. 5, July 1976. p. 395−404.
  65. Motif programming manual for OSF/Motif Release 1.2. Vol 6A, 3rd edition. -O'Relly & Associates, Inc. 1994. -p. 972.
  66. Motorola. MC68030 enhance 32-bit, Microprocessor user’s manual. -Motorola Inc. 1992-p. 305.
  67. Motorola. MC68040, Microprocessor user’s manual. Motorola Inc. 1992.
  68. Nichols В., Buttlar D., Farrell Ja. P. Pthreads Programming. O’Reilly & Associates, Inc., 1996.-p. 269.
  69. Oreshkov A.D., Salikova T.V., Madey John M.J., Wu Ying. Projector for development a low cost and high performance version of EPICS. II Preprint Budker INP 98−19, 1998.
  70. Peterson W.D. The VMEbus handbook. Second edition. VFEA International trade association. VITA publication. 1991. — p. 290.
  71. Salikova T.V., Oreshkov A.D., Wu Ying, Madey John M.J. Status of porting EPICS to the LynxOS/Pentium platform. II Preprint Budker INP 98−20, Novosibirsk 1998.
  72. Salikova T.V. Porting EPICS to real time UNIX, and usage ported EPICS for FEL automation. II Preprint Budker INP 2002- 28, Novosibirsk 2002.
  73. Salikova T.V., Kondakov A.A., Kurkin G.Ya., Tribendis A.G. RF control system of FEL Based on EPICS. // Preprint Budker INP 2002−31, Novosibirsk 2002.
  74. Source for JAVA developments // Sun Microsystem, http://java.sun.com
  75. Specification PCI extensions for Instrumentation. An Implementation of CompactPCI, Revision 2.0. IIPXI Systems Alliance. 2000. http://www.pxisa.org
  76. Stanley Ph., Anderson J.N., Kraimer M.R. EPICS Record Reference Manual. Release 3.13. II Argonne National Laboratory. 1995. h t tp: //w wv. aps. an 1. цо v/e p i с s
  77. Stevens W.R. Advanced Programming in the UNIX Environment. -Addison-Wesley Pub.Company. 1992. p. 744.
  78. Stevens W.R. TCP/IP Illustrated, Volume 1. The Protocols. Addison-Wesley Logman, Inc. 1994. — p. 576.
  79. Stevens W.R., Wright G.R. TCP/IP Illustrated, Volume 2. The Implementation. -Addison-Wesley Logman, Inc. 1995.-p. 1174.
  80. Stroustrup B. The С++ programming language. Third edition. -Addison-Wesley Inc., 1998.-p. 912.
  81. TANGO source code release V4.1.0. http://www.esrf.fr/tango/index.htm1
  82. The UK attracts 40% of Japanese, US and Asian investment into the EU. II Journal. Industrial Engineering News-Europe. August 2003, V 29, No 6. p. 6.
  83. Timmerman M. RTOS market surx’ey preliminary results. Dedicated systems magazine. 2000. // RTOS evaluations. Dedicated systems expert. http://dedicated-systems.com
  84. Tornado 1.0, User’s Guide. Wind River Systems Inc. 1995. — p. 519.
  85. Tornado 1.0 Beta, API Guide. Wind River Systems Inc. 1995. — p. 585.
  86. URL of EPICS collaboration, http://www.aps.anl.цоу/epics
  87. Vinayak H. Linux scheduler, http://www.liniixgazctte.com/authors/vinayklitml
  88. What makes a good RTOS. Doc. DSE-RTOS-EVA-OOl. v2.00. Julel, 2001. I I RTOS evaluation project. Dedicated systems expert. http://dedicated-systems.com
  89. VxWorks 5.3,Programmer's Guide. Wind River Systems Inc. 1995. — p. 538.
  90. VxWorks 5.3, Reference Manual. Wind River Systems Inc. 1995. -p. 428.
  91. VxWorks/x86 5.3.1. Doc. DSE-RTOS-EVA-007. v2.00. Jule8, 2001. // RTOS evaluation project. Dedicated systems expert, http://dedicated-systcms.com
  92. XIib programming manual for version 11. Vol.1, 3rd edition. O’Relly & Associates, Inc. 1988.-p. 783.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!