中国散裂中子源负氢离子源的控制系统研究

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中国散裂中子源(CSNS)是国家“十一五”期间重点建设的大科学装置,是位于国际前沿的高科技、多学科应用的大型研究平台。负氢离子源作为散裂中子源加速器的源头,能否提供高品质和稳定性好的束流关系到整个加速器及散裂中子源的性能和工作效率。负氢离子源控制系统的稳定性和可靠性对其长期高质运行起着尤为重要的作用。自2009年作者全程参与负氢离子源预研实验台控制系统硬件平台搭建、软件结构设计和现场的联机调试以及后期运行期间软硬件的改进等工作。该项目于2010年5月27日通过专家组验收。  本文在充分调研国内外加速器控制系统体系结构的基础上,结合负氢离子源实验台控制系统建造经验,进一步深入学习和研究EPICS系统,以及与国外专家沟通交流的基础上,将F3RP61引入离子源控制系统中,提出IOC-PLC和Seq-PLC双CPU联合工作的控制系统设计方案。IOC-PLC用于运行前端设备的过程控制和逻辑控制,Seq-PLC负责关键部件的联锁和人身安全保护。F3RP61是以PLC模块形式存在、采用PowerPC系列CPU的嵌入式计算机,负责运行EPICS IOC。通过对F3RP61在国内外加速器控制系统中应用技术的跟踪调研和学习,以及在实验室对F3RP61控制样机一系列地测试和摸索,成功将IOC-PLC和Seq-PLC应用到负氢离子源控制系统。基于嵌入式Linux系统IOC-PLC的引入,为CSNS控制系统提供了一个新的EPICS IOC运行平台,为CSNS后续控制系统(如真空控制、前端控制、DTL水冷控制以及靶站光束线的控制等)的方案设计和系统建造提供借鉴和经验。在课题进展过程中,为便于控制系统的运行和维护,作者为离子源控制系统配置和安装了EPICS开发环境以及相关的软件工具如iocAdmin和autosave等,同时增加iocAmin的IOC IP地址监测功能,实现了EPICS IOC管理、IOC过程变量的备份和自动恢复等功能,并在DESY PID软件模块基础上二次开发出新的PID算法用于离子源铯锅、铯锅管道以及放电室温度的精确调节。作者还对离子源控制系统的性能和嵌入式IOC的CPU负载处理能力进行了测试和评估。目前,离子源控制系统运行已达半年之久,离子源系统运行参数已基本达到了系统设计要求。
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