«Разработка и ввод в эксплуатацию системы управления и мониторирования экспериментального оборудования установки BM@N»
по теме 02-0-1065-2007/2019 «Развитие экспериментальной базы ОИЯИ для получения интенсивных пучков тяжелых ионов и поляризованных ядер с целью поиска смешанной фазы ядерной материи и исследования поляризационных эффектов в области энергий до 
= 11 ГэВ/н»
Аннотация.
В современных крупных физических экспериментах, к которым можно отнести BM@N, существуют системы централизованного управления и мониторирования оборудования, необходимого для работы установки, которые также называют системами slow-control. Такие системы включают в себя широкий спектр оборудования для обеспечения работы эксперимента, такое как высоковольтные и низковольтные системы питания, температурные датчики, газовые системы и т. д.
Основой для разработки системы slow-control для *****@***является Tango Controls. Tango Controls это бесплатная SCADA-система с открытым кодом и гибкой и легко расширяемой архитектурой, которая используется в физических экспериментах по всему миру. Критериями выбора из нескольких вариантов были открытость, удобство разработки, стоимость и цена поддержки.
Одной из главных задач систем slow-control является отслеживание состояния оборудования установки. Это необходимо для обеспечения целостности получаемых данных. Нашей группой был разработан аппаратно-программный комплекс управления и мониторирования экспериментального оборудования установки *****@***Этот комплекс собирает информацию, которая анализируется, архивируется и представляется наглядным образом для операторов.
В ходе 54 сеанса Нуклотрона (март 2017) проводился технический запуск BM@N, в ходе которого были протестированы имеющиеся на тот момент системы управления и мониторирования оборудования. Краткое описание созданных и протестированных подсистем приведено далее.
Оборудование, которое используется триггерным модулем, сложное в настройке и управлении, поэтому система slow-control не имеет прямого доступа к устройствам. Данные о состоянии оборудования передаются в централизованную систему slow-control по запросу с помощью TCP-сервера в формате обмена данных JSON. Полученные значения преобразуются в единый формат и сохраняются в централизованную базу данных.
Магнитное поле магнита СП-41 измерялось с помощью датчика Холла, данные с которого считывались аналого-цифровым преобразователем. Информация с датчика учитывалась при работе дежурным персоналом во время сеанса, а сохраненные значения используются при анализе и обработке физических данных с детекторов, например, корректировке координат хитов детекторов GEM.
Высоковольтные и низковольтные системы детекторов GEM, DCH и Si tracker используют одинаковое оборудование, для которого силами групп были написаны программы для управления и мониторирования на языке LabView. Для обмена данными с централизованной системой Tango Controls было использовано дополнение, позволяющее включать уже написанные на LabView приложения в систему slow-control. Это позволило представлять и архивировать данные в едином формате.
Высоковольтные системы детекторов TOF400, TOF700, ZDC и ECal основаны на продукции фирмы HVSys, для которых существует приложение для управления данным оборудованием. С помощью встроенного TCP-сервера данные о состоянии устройств передаются по запросу в систему slow-control в формате JSON и записываются в базу данных в стандартном формате.
Рис.1. График измеренного тока высоковольтной системы детектора TOF400 в 54 сеансе Нуклотрона.
Газовая система установки TOF400 предназначена для создания необходимой газовой смеси и снабжения этой смесью газонаполненных детекторов. Для создания рабочей смеси с высокой точностью пропорции компонентов используются электронные контроллеры массового расхода газа, которые управляются через блок контроля MKS PAC-100 [1]. Для данных блоков группой был разработан программный продукт для мониторинга и управления потоками газов.
Для бесперебойной работы газовой системы необходимо мониторировать количество оставшегося газа в баллонах. Для решения данной задачи используются весы CAS PB-60, которые передают данные о массе баллона с газом. Программа, разработанная для считывания данных с весов, вычисляет количество дней, которое осталось до окончания баллона, в соответствии с величиной потока газа, полученной из газовой системы.
Для обеспечения корректной работы модулей детектора TOF400, необходимо контролировать пороги на его предусилителях. Это позволяет избавиться от шумов или наоборот повысить чувствительность детектора. Предусилители, объединенные в группы по 20 штук, передают данные по интерфейсу RS-485. Для обмена информацией применяются преобразователи серийных интерфейсов в Ethernet MOXA NPort. Разработанное программное обеспечение для управления предусилителями позволяет выставлять значение порогов, а также мониторировать напряжения, температуры платы и окружающего газа.
Помимо оборудования самих детекторов, существуют устройства, которые образуют инфраструктуру всего эксперимента. К такому оборудованию относятся крейты, сетевые коммутаторы, источники бесперебойного питания (ИБП) и т. д.
Для VME крейтов производства фирмы Wiener было создано приложение для мониторинга состояния каждого устройства, а также его удаленного включения/выключения/перезапуска.
Состояние сетевых коммутаторов фирмы HP контролируется программным продуктом, который был создан группой slow-control. В приложении представлена информация о подключенных устройствах, питании на каждом порту, а также существует возможность удаленно включать и выключать Power over Ethernet для каждого порта по отдельности.
Приложение для мониторинга ИБП представляет информацию о состоянии источников бесперебойного питания, например, входное и выходное напряжения, состояние батарей и загрузка устройства.
Все приложения расширяемы и масштабируемы. Примеры реализованных программ представлены на рис. 2.
Рис. 2. Примеры приложений для мониторинга и управления сетевыми коммутаторами, крейтами и источниками бесперебойного питания.
Персоналу на установке важно знать общее состояние всех подсистем детекторов. Для этой задачи был разработан программный продукт, который собирает и объединяет информацию о состоянии устройств, упомянутых ранее, и представляет ее в графическом виде на схематическом изображении установки *****@***(Рис. 3). Оборудование сгруппировано по принадлежности к детекторам и по типу – высоковольтные системы в одной группе, остальные – в другой.
Основными цветами на схеме являются зеленый, желтый и красный. Зеленый означает, что оборудование работает в штатном режиме, желтый – необходимо обратить внимание на работу устройств, красный – необходимы экстренные меры по исправлению данного состояния. Отображаемый цвет выбирается исходя из параметров и состояний для отслеживаемых систем, таких как разрешенные диапазоны значений, процесс выполнения команд, наличие питания или связи с прибором и т. д.
Рис.3. Приложение для мониторинга статусов оборудования установки BM@N
Перечень основных результатов, выполненных в 2017 году:
- Введена в эксплуатацию и в ходе 54 сеанса протестирована базовая функциональность системы slow-control установки BM@N; Архивированные значения с устройств используются при анализе данных; Увеличено количество внедренного в систему оборудования для 55 сеанса Нуклотрона.
Руководитель творческого коллектива ________________________/ ()
Список ссылок:
[1] V. A. Babkin, S. N. Bazylev, M. G. Buryakov, S. V. Volgin, V. M. Golovatyuk, A. V. Dmitriev, P. O. Dulov, D. S. Egorov, S. P. Lobastov, V. A. Petrov, M. M. Rumyantsev, V. M. Slepnev, I. V. Slepnev, A. V. Terletskiy, I. A. Philippov, A. V. Shutov, A. V. Schipunov, and V. I. Yurevich The MPD Test Beam Setup for Testing Detectors with the Nuclotron Beams. Instrum Exp Tech (2017) 60: 307.
