兰州重离子加速器冷却存储环控制系统

为了完成建设兰州重离子加速器冷却存储环,自主研发设计了其大型分布式控制系统。控制系统从功能上分为三层:业务管理层、前端控制层以及设备控制层。业务管理层主要包含控制管理程序、中心数据库以及同步时间系统;前端控制层主要包含前端服务器、前端控制器以及各其他控制器等;设备控制层主要为微控制单元 (MCU)多功能控制器以及被控设备等。其中中央数据库存储整个加速器的所有控制数据,为变能时控制系统的控制数据切换提供数据支持。从长期运行情况来看,控制系统需要进行相应的改进,但是能基本满足现行的实验需求。     

kJ脉冲激光器控制系统设计

对大型高功率激光器控制系统的工作环境和应用特点进行了研究和分析。结合kJ脉冲激光器控制系统设计实例,介绍了一套优化的高可靠性控制系统模型。以以太网和EtherCAT总线为基本框架,设计了开放异构的分布式计算机控制系统,软件是基于CORBA中间件C/S调用模式的三层结构体系。能适应kJ脉冲激光器控制对象分布分散、电磁环境恶劣的特点,对整个激光器控制对象进行有序控制,满足装置正常打靶运行要求。     

兰州重离子加速器冷却存储环慢引出控制系统

兰州重离子加速器冷却存储环为了进行深层重离子治疗肿瘤的实验,需要长时间、均匀地慢引出束流至高能束运线,以满足深层重离子治疗肿瘤的束流要求。慢引出控制系统采用加速器控制系统的同步时间信号来进行同步控制以实现整个过程控制;当加速器控制系统的同步事例的同步触发信号进行触发控制以及数据切换（频率值、tune值、电压幅值）,波形发生器通过这三个数据信息产生相应的波形及进行放大器放大并控制静电偏转板以实现束流RF-KO方式慢引出。慢引出控制系统的同步事例接收器主要由FPGA与光纤接口组成,实现同步事例的高速稳定传输与强抗干扰性。深层重离子治疗肿瘤的正常运行以及冷却存储环已实现104 s超长周期的慢引出实验表明,慢引出控制系统能实现实验束流需求的慢引出。     

双路热动力试验台集散控制系统设计与实现

自行设计了基于串行总线结构的双路热动力试验台集散控制系统 ,采用RS -4 2 2协议进行管理站与现场控制台的分布式智能仪表的远距离通讯和控制。管理站还设计了一套独立的高精度的数据采集系统 ,它由IEEE -4 88接口与管理站计算机通讯 ,管理站计算机以此为标准修正智能仪表及协调现场控制台控制。实现了对温度、压力、流量等的集散控制。     

PLC激光时序控制系统的研制

激光时序控制系统采用计算机（以下称PLC—k位机）和PLC相结合的方式，如图l所示。整个系统的结构分为三层：系统管理层、PLC控制层、分系统控制层或现场执行机构。系统管理层完成时序控制系统的任务设定、信息显示、状态监测、故障报警、数据处理和通信等功能，由一台工业控制计算机实现。该层与PLC之间通过以太网通讯，遵循TCP／IP协议。PLC控制层直接与各个分系统连接，完成时序控制，是激光时序控制系统的关键。这个层次的PLC模块主要完成数据采集、时序控制等任务。分系统控制层执行指令动作，并把必要的信息反馈给PLC控制层。     

基于CORBA的聚龙一号装置控制系统的研制

建成的聚龙一号装置PTS由24个基于Marx发生器和水线的性能、结构相同的模块组成,运行控制节点众多,控制规模大,试验过程复杂。根据分布式对象技术CORBA的技术特点,介绍了基于CORBA的聚龙一号装置控制系统的研制,重点分析了聚龙一号装置控制系统框架和结构及CORBA技术的应用。目前该控制系统已稳定运行1年,为聚龙一号装置提供了安全有效的运行及维护服务,对于即将开展的X射线自由电子激光装置等大型物理实验装置控制系统的总体设计具有一定的参考价值和意义。     

基于CANopen协议的水下机器人控制系统设计

为了提高AUV控制系统的可靠性、灵活性,采用分布式网络代替之前的集中式网络;并通过CAN和CANopen协议搭建分布式网络,主节点采用ARM-Linux,从节点采用AVR-μCOS;分别针对主从节点进行设计和优化,并给出了具体的实现方法,最后对CAN网络进行了优化;最终提高了AUV的控制系统设计的灵活性,同时提高了可靠性和实时性。     

分布式制冷系统中的负荷分配性能优化研究

针对分布式制冷系统中多台制冷装置并行工作的特点,深入研究了在分布式制冷系统中制冷需求模型。采用基于PLC控制器的制冷系统控制方案,通过设计制冷控制系统对分布式制冷系统的各个工作单元进行控制和调节,动态调整各个工作单元的负荷分配,从总体上对分布式制冷系统的性能进行优化。重点对制冷控制系统的设计方案进行了阐述,详细描述了控制系统的工作过程,并给出了负荷动态分配策略及性能优化方案。     

超长周期慢引出主环磁铁电源控制系统设计

介绍了兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）超长周期慢引出主环（CSRm）磁铁电源控制系统的设计。该系统采用基于高速以太网的分布式控制系统,选用了ARM+DSP结构的前端智能控制器,对整个运行周期的控制采用了分段处理的机制,解决了波形数据量过大而无法在前端控制器进行全波形存储的问题。该系统已经在加速器冷却储存环中通过了调试,满足了物理实验的要求。     

LLRF超导腔体控制系统的测试

中国科学院近代物理研究所自主研发的ADS注入器Ⅱ第一代高频低电平(LLRF)控制系统,工作频率为162.5 MHz;LLRF系统是由基于I/Q采样的正交解调技术构成的全数字闭环反馈控制系统,其主要功能是实现超导腔腔体电压幅值稳定控制、相位稳定控制与腔体谐振频率控制;LLRF控制系统在液氦温区超导腔上进行了系统稳定度和性能的在线测试,根据实验数据计算得超导腔体电压幅度稳定度为±3.4‰,相位稳定度为±0.3°,腔体表面峰值电场(Epk)能长时间稳定在25.1 MV/m。通过实验测试,检验了LLRF控制系统的性能,并对测试过程中出现的问题进行了分析,为将来超导腔LLRF控制系统运行积累了经验。     

CSNS加速器真空控制系统的设计与实现

中国散裂中子源(CSNS)加速器真空控制系统负责真空数据采集、设备监控和闸板阀控制与联锁,是设备运行和故障诊断以及超高真空保持的重要保障。本文介绍了加速器真空需求,基于实验物理及工业控制系统EPICS软件框架的真空控制系统设计与实现,使用横河可编程逻辑控制器PLC控制与联锁设备,摩莎MOXA工控机监测真空状态,EPICS PV数据直接进入声音报警系统和历史数据库系统,为工作人员及时发现和处理问题、进行后续数据分析和机器研究等提供了便捷途径和可靠保障。目前,该系统已完成现场安装和调试,并已正式投入运行。运行结果表明,该系统具有稳定性好、可靠性高、人机交互友好的特点,很好地满足了加速器真空控制系统运行的需要。     

北京正负电子对撞机控制系统的改造升级

介绍了北京正负电子对撞机(BEPC)控制系统的改造升级.原有的集中式控制系统改造为分布式控制系统,基于X-window、工作站的中央控制台取代了旧控制台,商业产品取代了关键非标专用部件,系统的可靠性和实时响应速度提高.     

基于CAN总线的运梁车分布式控制系统的研制

应用于高铁PC梁运载的运梁车是SPMT特定用途的一种,其电气液压控制系统复杂,传感器及液压执行机构种类及数量多;基于CAN总线的分布式控制系统架构,将控制系统设计成多个控制模块,采用CAN总线作为系统中各单元之间交换信息的通道,给系统设计和布线带来了极大地便利;文章从硬件和软件设计进行阐述,从动力控制、转向控制、行走控制、悬挂及支腿控制等,逐步介绍运梁车控制系统的研制过程和控制系统结构组成;在参考以往运梁车设计的优缺点基础上,采用了最先进的传感器对运梁车进行了全方位的监控和精确的控制;分析了研制过程碰到的重难点问题及解决办法,为同类自行式模块运输车(SPMT)控制系统的设计提供了一定的参考;研制成功的控制系统安装于公司生产的HJY550运梁车上经过调试及试运转,控制精确、各项功能均达到设计要求,系统运行稳定、安全可靠。     

相控阵天线主控系统中实时数据交互

波束控制系统是高功率相控阵天线的神经中枢,负责天线阵面中所有单元相位的精确控制和状态监测任务。为实现天线阵面的快速、精确波束转换,采用分布式拓扑结构和嵌入式实时操作系统,设计了两级分布式波束控制方案,开发了基于VxWorks的相控阵天线主控系统。通过UDP协议实现主控系统与其他系统的多节点网络通讯;针对高速、实时通讯需求,利用VxWorks多任务编程接口,设计了一种基于双缓冲队列的Socket通讯方法;为使通讯被各方正确解析,制定了自定义的应用层协议。基于VxWorks的相控阵天线主控系统的开发应用,验证了方案的可行性以及控制软件的可靠性和稳定性。     

聚变堆遥操作上层协同控制系统设计和测试

为了解决聚变堆遥操作维护上层控制系统普遍存在的软件功能模块过于集中、拓展性差、不具备中层运动规划能力等问题,设计了一种基于机器人操作系统(ROS)的上层协同控制系统。该系统采用分布式架构,基于市场成熟的开发平台进行设计,集成了中层运动规划与动力学虚拟仿真功能。通过“轴销抓取”的实验场景测试的结果表明：该系统满足设计需求,运行稳定。     

基于JRTF的新型偏滤器电源控制系统

为了满足复杂实验条件下对等离子体控制的要求,设计和研发了实时框架JRTF的新型偏滤器电源的控制系统。JRTF框架是一个在J-TEXT装置上开发实时控制系统而实现的实时框架,结合了当前J-TEXT电源控制系统的经验,符合当前电源系统的控制特点,并且与现有中央控制系统兼容,同时支持更多的硬件,在软件和硬件标准上与ITER兼容。新偏滤器电源控制系统在用于J-TEXT的实际运行下表现了良好的控制性能,并具有不错的实时表现。     

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为了满足复杂实验条件下对等离子体控制的要求,设计和研发了实时框架JRTF的新型偏滤器电源的控制系统.JRTF框架是一个在J-TEXT装置上开发实时控制系统而实现的实时框架,结合了当前J-TEXT电源控制系统的经验,符合当前电源系统的控制特点,并且与现有中央控制系统兼容,同时支持更多的硬件,在软件和硬件标准上与ITER兼容.新偏滤器电源控制系统在用于J-TEXT的实际运行下表现了良好的控制性能,并具有不错的实时表现.     

云计算环境下的航空器飞行角度控制系统设计

云计算环境下的航空器是一个集大量复杂计算的、实时性较强的控制系统,部分信号的调用需要极高的实时性;传统的控制系统通常采用前后台模块,应用程序无限循环,其采用中断服务程序来处理异常事件,满足不了航空器飞行角度控制的实时性要求;设计了一种融合PID算法的单片机控制程序的航空器飞行角度控制的制系统;构建了云计算环境下航空器飞行角度控制系统的结构,通过姿态数据传感器采集航空器飞行角度信息,对航空器对飞行控制器、电机控制模块以及无线通信模块硬件进行了设计,通过融合PID算法的单片机控制程序实现航空器飞行角度的快速、准确控制;实验结果说明,所提控制系统的控制误差以及鲁棒性都优于传统控制系统,所提的系统具有可靠、灵活、实时性高等优势。     

以太网与测控设备的并口联接

网络媒体是分布式测控系统的重要部分。文章对以太网和分布式测控网进行了分析 ,提出了一种能迅速建立起基于以太网的分布式测控系统的方法。并具体解释了以太网与测控设备高速连接的并口接口方式的应用过程。     

加速器驱动次临界系统注入器Ⅱ数据归档系统

针对加速器驱动次临界系统(ADS)中强流质子直线加速器，即ADS注入器Ⅱ，设计了数据归档系统。该系统能实时采集加速器运行时各设备的状态信息和通过中央控制室远程发出的指令信息，为加速器调束人员和系统维护人员提供最真实的参考信息，方便故障排查和后期数据分析。系统基于以太网，运行于实验物理与工业控制系统EPICS(Experimental Physics and Industrial Control System)架构上，和设备的数据交换采用CA协议(Channel Access Protocol)。采用Keepalived和MySQL实现高可用数据库服务，采用ArchiveEngine作为数据采集工具，采用DataBrower进行数据查询和曲线绘制。对归档数据库进行了查询优化，并自行开发了数据库服务器和归档引擎的运行状态监控程序，从而保证了整个数据归档系统的稳定运行。通过现场运行，系统可满足ADS注入器Ⅱ运行要求，维护方便，只需将相应PV(Process Variable)信息添加到数据库channel表格中即可实现数据采集。