Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Плазменная ловушка АМБАЛ-М. 8
1.1. Технологический комплекс плазменной установки АМБАЛ-М. 9
1.1.1. Система формирования вакуума 10
1.1.2. Система прогрева 12
1.1.3. Система формирования магнитного поля . 14
1.1.4. Система формирования стартовой плазмы.
1.1.5. Система инжекции нагревных пучков
1.1.0. Система ВЧ нагрева плазмы 17
1.1.7. Система СВЧ нагрева плазмы 18
1.1.8. Внешние связи систем 18
1.2. Диагностический комплекс установки 19
1.2.1. Сигналы диагностик 22
1.3. Сценарий рабочего цикла установки 23
1.4. Требования к системе управления 27
ГЛАВА 2 Структура системы управления. 33
2.1. Постановка задачи 33
2.1.1. Системы управления плазменными установками 33
2.1.2. Схемы подключения аппаратуры 36
2.1.3. Обоснованность применения выносных крейтов 39
2.1.4. Доступная аппаратура 41
2.1.5. Синхронизация процессов 45
2.1.6. Отображение информации 47
2.1.7. Выводы 47
2.2. Описание системы управления установки АМБАЛ-М 49
2.2.1. Технологический комплекс 50
2.2.2. Диагностический комплекс 53
2.2.3. Система синхронизации 57
2.2.4. Операторский уровень 58
ГЛАВА 3 Специализированное оборудование . 61
3.1. Моноканал 61
3.2. Система синхронизации 67
3.3. Система прогрева 73
ГЛАВА 4 Модернизация системы . 79
4.1. Приборный уровень 80
4.2. Операторский уровень 82
4.2.1. Реализация обмена информацией 84
4.2.2. Отображение информации 85
4.3. Структура программного обеспечения 87
4.4. Изменения в аппаратуре 91
4.5. Результаты модернизации 93
Заключение 95
Литература 99
- Система формирования магнитного поля
- Сценарий рабочего цикла установки
- Системы управления плазменными установками
- Структура программного обеспечения
Введение к работе
Установка АМБАЛ-М [1, 2, 3] предназначена для исследования поведения высокотемпературной плазмы в рамках проектов по созданию термоядерных реакторов на основе амбиполярной открытой плазменной ловушки. АМБАЛ-М имеет полностью аксиально-симметричную структуру магнитного поля, что дает дополнительную возможность снижения неоклассических потерь плазмы. Предполагается, что термоядерный реактор на базе открытой ловушки будет обладать рядом существенных преимуществ перед хорошо проработанным реактором на базе ловушек с замкнутым магнитным полем (ТОКАМАК, стелларатор).
Наиболее перспективной областью применения открытых ловушек могут быть слаборадиоактнвпыс реакторы с бсзпеіітроппой термоядерной реакцией D'3He |4. 5, С|.
Программа основных экспериментов на установке; АМБАЛ-М включает: решение проблемы МГД стабилизации плазмы с высоким давлением в аксиально-симметричном магнитном поле; совершенствование конструкции концевых пробкотропов и приемников плазмы с целью повышения устойчивости плазмы и снижения потерь; достижение высоких параметров формируемой плазмы. В центральном соленоиде планировалось получение плазмы объемом — до 2 м3 плотностью — до 3 1013 см-3 температурой — до 0.5 кэВ.
Необходимость обеспечения взаимосогласованной работы элементов установки, а также развитый диагностический комплекс АМБАЛ-М требуют соответствующей системы автоматизации, решающей задачи управления и контроля, сбора, обработки и отображения экспериментальных данных.
Уникальность конструкции установки, её размеры и энерговооруженность характеризуют задачу создания системы управления как научную работу. В ходе этой работы на основании анализа оборудования и алгоритмов функционирования установки формируется оптимальная по затратам на оборудование, программное обеспечение и поддержание работоспособности структура системы автоматизации.
В основном система создается из оборудовании массового производства, однако установка является уникальным сооружением и накладывает специфические требования к системе управления, связанные с конструктивными и алгоритмическими особенностями. При создании системы управления новой установки возникает потребность в специализированной аппаратуре.
Крупные физические установки эксплуатируются па протяжении десятков лет. За это время кардинально изменяются требования па формы представления результатов экспериментов, меняются программные и аппаратные средства углубленной обработки информации. Кроме поддержания работоспособности системы, необходимо обеспечивать соответствие интерфейсов операторов современным на данном этапе стандартам. В противном случае, возрастают требования к уровню квалификации обслуживающего персонала.
В связи с вышеизложенным, целью диссертационной работы является разработка, реализация и сопровождение системы управления плазменной установки АМБАЛ-М.
В соответствии с целью исследования были поставлены следующие конкретные задачи: -Исходя из потребностей'программы экспериментов и характеристик установки определить требования на технические и эксплуатационные параметры системы управления.
Разработать структуру системы на основе стандартной аппаратуры с ограниченной номенклатурой специфических приборов.
Разработать и реализовать аппаратуру, специфическую для системы управления АМБАЛ-М.
Обеспечить работоспособность системы управления на время эксплуатации установки.
Модернизировать аппаратуру и программное обеспечение системы управления АМБАЛ-М в соответствии с меняющимися потребностями экспериментаторов.
Положения, выносимые на защиту:
Для установки АМБАЛ-М предпочтительна однородная по аппаратуре и программному обеспечению в технологическом и диагностическом комплексах система управления.
Система управления, базирующаяся па приближенных к объектам управления одиночных КАМАК-крейтах, позволяет снизить затраты на коммуникации и улучшить качество измерений.
Гальваническую развязку коммуникаций в системе можно обеспечить трансформатором унифицированной конструкции.
При применении многоканального таймера с расширенным диапазоном задержек и повышенной температурной стабильностью частоты задающего генератора для установки АМБАЛ-М возможна реализация системы синхронизации только с двумя глобальными линиями связи.
Регулировка мощности нагревателей в системе прогрева должна осуществляться специализированным блоком. Применение микропроцессора значительно упрощает конструкцию этого блока.
Предложенная структура программного обеспечения системы управления позволяет понизить требования к квалификации обслуживающего персонала. Все текущие операции по смене конфигурации аппаратуры и алгоритмов работы установки могут быть выполненны на ЭВМ под управлением ОС Linux или Windows и не требуют навыков работы с ОС RSX11.
Структура диссертации.
В первой главе рассмотрено оборудование установки и на основании его анализа определены основные технические требования к системе управления.
Во второй главе рассмотрены условия формирования структуры системы управления, приводится ее описание.
В третьей главе описаны специфические аппаратные средства системы управления, разработанные автором.
В четвертой главе описан способ модернизации програм много обеспечения системы управления и специфические аппаратные средства, предложенные автором для обеспечения современного уровня интерфейсов операторов.
В заключении приведены научные результаты экспериментов на установке АМБАЛ-М под управлением данной системы и основные результаты диссертационной работы.
Система формирования магнитного поля
Основное магнитное поле установки АМБАЛ-М формирует следующее оборудование: - аксиально-симметричных катушек, охлаждаемых водой(четыре — до модернизации установки в 2001 году). Катушки располагаются вне вакуумного объема установки за исключением катушки полукаспа, расположенной в приемном баке, - два тиристорных ключа, - два генератора ударного типа, - два тиристорных реверсивных агрегата (АТР), - две схемы стабилизации тока и напряжения генераторов. На формирование магнитного поля в установке затрачивается до 130 МДж. Импульсное питание осуществляется от двух генераторов ударного типа ГП-9500, каждый из которых работает на свою секцию последовательно включенных катушек. Генераторы, два маховика и один разгонный электромотор жестко связаны общей осью. Катушки магнитной системы распределяются по секциям так, чтобы обеспечивалось равенство нагрузок генераторов. Учитываются как индуктивность, так и сопротивление секции. Схема управления АТР может работать либо в режиме стабилизации напряжения, либо в режиме стабилизации тока генератора. Каждый цикл формирования поля в установке предусматривает: - этап стабилизации напряжения, - этап стабилизации тока после подключения нагрузки (катушек, фор-. мирующих магнитное поле), - этап стабилизации напряжения (реверса тока), используемый для закрывания тиристорного ключа. Все эксперименты на установке привязаны к стабильному участку магнитного поля (токов генераторов). Длительность этапа выхода на участок стабильного тока — около їси определяется индуктивностью нагрузки и максимальным напряжением генератора в 1 кВ. При значении тока 25 кА длительность стабильного участка ограничена 0.1 с и определяется запасом энергии в маховиках. При малом токе длительность его стабильного участка может доходить до нескольких десятков секунд. Время спада тока от номинального значения до нуля составляет 2—3 секунды и определяется индуктивностью нагрузки. Функционирование системы формирования магнитного поля зависит от наличия давления в системе водяного охлаждения катушек, частоты вращения маховика, состояния (включеп/выключеп) разгонного электромотора, температуры катушек. Схема возбуждения генератора оборудована блоком аналоговых защит, срабатывающих как при нарушении рабочих диапазонов перечисленных параметров, так и при внутренних аварийных сигналах. К аварийным относятся сигналы превышения максимального напряжения, максимального тока, токов утечек изоляции, длительности импульса тока. Информация о состоянии системы и напряженности магнитного поля содержится в форме отдельных для каждого генератора сигналов: тока и напряжения АТР, тока и напряжения катушек магнитной системы. Генераторы расположены в отдельном помещении — генераторном зале, аппаратура возбуждения генераторов расположена на антресолях этого зала в отдельной комнате. 1.1.4. Система формирования стартовой плазмы. Стартовая плазма в АМБАЛ-М генерируется кольцевым газоразрядным источником [8] в импульсном соленоидальном магнитном поле. Длительность импульса тока разряда до 2 мс, величина — около 10 кА. Источником (плазменной пушкой) формируется кольцо плазмы плотностью 2 1014 см-3, диаметром 13 см, толщиной 1 см, температурой 10 эВ. На первой очереди установки применялась одна плазменная пушка, в 2001 году была добавлена вторая. Плазменные пушки расположены по оси установки — в соленоиде и приемном баке. Система формирования стартовой плазмы включает в себя источник плазмы и схему электропитания. Последняя выполнена в виде двух шкафов, в которых располагаются конденсаторные батареи, аппаратура формирования токов соленоида и разряда. Система нуждается в двух внешних опорных напряжениях для конденсаторных батарей и пяти синхронизирующих сигналах, которые задают моменты включения газовых клапанов, токов соленоида и разряда. Информация о работоспособности аппаратуры и параметрах плазмы содержится в форме сигналов напряжений/токов дуги и соленоида и в значениях начальных напряжений конденсаторных батарей. Шкафы электропитания системы формирования стартовой плазмы располагаются в экспериментальном зале.
Эффективным способом повышения температуры и плотности плазмы является инжекция высокоэнергетичных нейтральных атомов. На первой очереди АМБАЛ-М предусмотрено использование четырех нагревных инжекторов ИК50 [9,10] с энергией атомов водорода до 30 кэВ, током каждого инжектора до 50 А в пересчете на протоны, длительностью импульса тока до 0.1 с. ИК50 устанавливаются попарно с обеих сторон пробкотрона в специальных конструкциях — трактах — и инжектируют пучки под углом 45 к оси установки. Каждый инжекторный тракт оборудован электромагнитным сепаратором и перезарядной паромапшевой мишенью. Сооспо тракту с противоположной стороны пробкотрона располагается бак приемника пучков. В тракты и приемники пучков встроены крионасосы и насосы с распыляемым геттером.
Электрическая прочность ионно-оптической системы источников уменьшается во время пауз в работе. После паузы источники нуждаются в тренировочных циклах для выхода на штатный режим работы. Зависимость длительности тренировочного цикла от продолжительности паузы в работе индивидуальна для каждого экземпляра источника.
В штатном режиме для понижения вероятности пробоя необходимо не превышать интервал в 5—10 минут между рабочими циклами инжектора.
Схема питания инжектора ИК50 требует два опорных напряжения и 12 синхронизирующих сигналов. Информация о работоспособности системы содержится в форме 10 сигналов от схемы электропитания. Характерные времена изменений сигналов — микросекунды, длительность рабочего цикла системы — около секунды.
Схема электропитания каждого инжектора занимает четыре шкафа, установленных в подвальном помещении экспериментального зала.
Сценарий рабочего цикла установки
Система управления установкой АМБАЛ-М подразделяется на технологический и диагностический комплексы. Экспериментальная информация о поведении плазмы содержится в данных диагностического комплекса. Технологический комплекс обеспечивает формирование плазмы с необходимыми параметрами. Анализ данных диагностического комплекса возможен только при их сопоставлении с режимом работы технологического комплекса и при точном позиционировании каждого сигнала по времени в выстреле. Позиционирование всех процессов в установке по времени обеспечивает третья составляющая системы управления — система синхронизации.
Технологический комплекс состоит из отдельных функциональных структур - технологических систем. Каждая технологическая система рассчитана как па совместную с другими системами работу в выстреле установки, так и на работу в автономном режиме. Аппаратура отдельной технологической системы расположена компактно и эквипотенциальна для внешних связей. В системе управления установкой каждая технологическая система может рассматриваться как выделенный функциональный узел.
Во время выстрела узел обменивается с другими элементами системы управления сигналами блокировки и сигналами синхронизации. После этапа наладки узел работает в фиксированной конфигурации аппаратуры и с фиксированным набором алгоритмов. Параметры сигналов управления изменяются только при смене режима работы системы, что происходит не чаще 1—2 раз в день.
При штатном функционировании аппаратуры системы требуется сохранять только несколько десятков байт информации о режиме ее работы — параметры сигналов управления и амплитуды сигналов в нескольких точках. Для анализа и устранения причин аварийной ситуации необходима полная информация — ([юрма (осциллограммы) измеряемых сигналов.
Диагностический комплекс состоит из диагностик - набора сигналов, обрабатываемых одинаковыми алгоритмами и несущих информацию об определенных параметрах плазмы. Объединение отдельных каналов измерения и управления в диагностики осуществляется интерфейсом оператора и записью информации со всех датчиков диагностики в общий блок. В то же время, нет явных оснований для группирования аппаратуры отдельных каналов по принадлежности к диагностикам. В отличие от технологической системы, диагностика не обязана функционировать в автономном режиме, не имеет фиксированных конфигурации и сценария работы. Каждый измерительный канал диагностики может иметь индивидуальный режим работы — время включения, разрешение по времени, чувствительность. Датчики одной диагностики могут располагаться на значительном удалении и быть неэквипотенциальными. При смене программы эксперимента может изменяться место расположения отдельных датчиков или всей диагностики. Режим работы измерительного канала может изменяться в каждом выстреле. Информация с активных каналов сохраняется в архив полностью и необработанном виде.
На формирование плазмы в рабочем цикле АМБАЛ-М затрачивается около 150 МДж энергии, часть которой диссипируется в виде электромагнитного излучения. При рассмотрении условий эксплуатации аппаратуры системы управления необходимо учитывать влияние: - квазистатического магнитного поля напряженностью в несколько сотен эрстед на внешней поверхности установки; - уравновешивающих токов по конструкции установки, связанных с колебаниями плазменного шнура длиной до 10 метров, эквивалентными килоамперному току с частотой более десяти килогерц; - возможных электромагнитных излучений мегагерцевого диапазона мощностью в сотни киловатт при горении разряда в полях сложной конфигурации; - возможных электромагнитных излучений мощностью в сотни киловатт в широком спектре частот при нештатной работе систем питания; - возможного пробоя емкостных энергонакопителей напряжением до 30 киловольт на корпус установки и возникновения импульсных скачков разности потенциала отдельных частей установки и блоков аппаратуры амплитудой до киловольта. Эти условия эксплуатации оборудования обуславливают жесткие требования к помехозащищенности приборов и соединительных трасс, необходимость аппаратной и программной фильтрации измеряемых сигналов, гальваническую развязку измерительных и информационных линий, обнаружение и коррекцию ошибки при передаче данных. Оборудование установки располагается на площади 10 000 м2 в трех помещениях: пультовой, генераторном зале, эксперимеиталыюм зале. Экспериментальный зал оборудован защитой от электромагнитного и радиационного излучений, маршруты коммуникаций ограничены набором специализированных каналов. Установка работает в выделенные дни по 3—6 часов. Перед началом экспериментов необходим подготовительный этап с восстановлением вакуума, тренировкой инжекторов, разгоном генераторов системы формирования магнитного поля и заливкой криогенных насосов жидким азотом. После подготовительного этапа раз в 5—15 минут производятся рабочие циклы (выстрелы). Затраты времени и материальных ресурсов на подготовительный этап в основном и определяют стоимость одного выстрела.
В случае неисправности системы управления технологическим комплексом необходимо восстановить ее работоспособность за время менее часа, иначе рабочий день установки отменяется. Для диагностического комплекса необходимо обеспечить быстрое (менее часа) время ремонта аппаратуры диагностик, базовых для текущей программы экспериментов. ,
Высокие затраты на обеспечение одного рабочего дня установки диктуют жесткие требования к надежности и ремонтопригодности аппаратуры. Малое время восстановления работоспособности системы можно обеспечить только наличием резервного оборудования. Таким образом, унификация оборудования системы управления является необходимым условием, а его реализация, исходя из минимизации эксплуатационных издержек, возможна при применении модульного стандарта с ограниченной номенклатурой блоков.
Длительность рабочего цикла (выстрела) около минуты, время существования плазмы около 4 мс. Во время существования плазмы происходят основные манипуляции с аппаратурой установки. Требования к дискретность событий (времени между программируемыми изменениями значений токов и напряжений в электронных схемах аппаратуры установки) — па уровне К) мкс. Характерные частоты в сигналах — десятки килогерц.
Время реакции ЭВМ — несколько миллисекунд — не удовлетворяет изложенным требованиям. Это означает, что управление параметрами аппаратуры установки, измерение сигналов, обнаружение и отработка аварийных ситуации возлагается на аппаратуру системы управления и аналоговые схемы защиты. Необходимость последних диктуется высоким энергозапасом в маховиках генераторов магнитного поля и емкостных накопителях технологических систем.
Системы управления плазменными установками
Для контрольно-измерительной аппаратуры плазменных установок с их умеренными требованиями к скорости передачи информации и вычислительной мощности на этапе предварительной обработки информации, базовым модульным стандартом являлся КАМАК. Аппаратура в стандарте КАМАК активно разрабатывалась, массово производилась и широко применялась в ИЯФ [22, 23, 24, 25], в том числе и на предшествующей (АМБАЛ-М) установке — открытой ловушке (АМБАЛ-Ю). Из экономических соображений аппаратура с АМБАЛ-Ю использовалась при построении новой установки.
Из доступной вычислительной техники только ЭВМ семейств ЕС и "Электроника" (СМ) обладали операционной системой со свойствами реального времени и мультипрограммное, необходимыми для реализации системы управления. В то же время в ИЯФ производились интеллектуальные КАМАК-контроллеры "Миленок" [26] с системой команд PDP-11 ("Электроника") и "Одренок"[27] с системой команд ЭВМ ICL1900 ("Одра").
Производительность микро-ЭВМ явно недостаточна для полноценной обработки экспериментальной графической информации, специфичной для плазменных установок. Рассматривались конфигурации с несколькими ЭВМ, включающие компьютеры высокой производительности для углубленной обработки информации и микро-ЭВМ, обеспечивающие интерфейс с аппаратурой КАМАК. Подобной структуре наиболее полно соответствовали ЭВМ с системой команд PDP-11. Преемственность систем команд микро-ЭВМ н мини-ЭВМ этого семейства позволяла реализовать систему с однородным программным обеспечением на базе операционной системы RSX11 и одинаковым форматом данных как при первичной, так и при углубленной обработке экспериментальной информации. Для этих ЭВМ были накоплены библиотеки программного обеспечения для аппаратуры КАМАК и взаимодействия с оператором. Имелся опыт применения таких ЭВМ в системах управления плазменных установок предыдущего поколения и штат программистов с практическим опытом разработки программ в среде ОС R.SX11.
В качестве интерфейса с КАМАК-аппаратурой рассматривались контроллер К0606 [21] и интеллектуальный контроллер "Миленок" [26]. Особенностью контроллера К0606 является применение двунаправленной од-нопроводпой высокоскоростной последовательной линии связи с трансформаторной гальванической развязкой. При физической скорости в линии 10 Мбит/с этот контроллер обеспечивает скорость обмена информацией ЭВМ с аппаратурой крейта до 0.5 Мбайт/с, что с большим запасом удовлетворяет потребностям системы управления АМБАЛ-М. К одной ЭВМ можно подключить до 6 контроллеров.
На базе контроллера К0606 была реализована система управления плазменной ловушки АМБАЛ-Ю. При многих достоинствах, у контроллера К0606 был обнаружен недостаток в реализации линии связи. При работе в условиях пультовой с длиной трасс около 10 метров вероятность ошибки была не меньше Ю-9, а с увеличением длины линии (50 метров) повышалась до 10 7. Хороший результат был получен при подключении этого контроллера через оптоволоконную линию связи. В системе прогрева АМБАЛ-Ю контроллер К0606 с оптоволоконной линией связи работал с вероятностью ошибки не выше Ю-10. В дальнейшем специально для установок с высоким уровнем помех в ИЯФ был разработан контроллер К0607С с оптической линией связи. Однако, каждый приемник оптической линии связи требовал индивидуальной настройки входной цепи в зависимости от длины линии связи, что резко увеличивало время восстановления работоспособности системы при поломках контроллера. При небольших размерах установки приемлем вариант унификации кабелей линий связи по длине. Для АМБАЛ-М со средней длиной линии около 50 метров, максимальной более 100 метров и с числом крейтов около 20 этот подход требовал дополнительно около 2 км оптического кабеля.
При применении контроллеров К0607 оставался не решенным вопрос о межмашинной линии связи, а в системе управления предполагалось несколько микро- и мини-ЭВМ. Интеллектуальный контроллер "Миленок" содержит микро-ЭВМ с системой комманд"Электроника-60", программно совместимый с К0606 КАМАК-контроллер и интерфейс с каналом mil.std. 1553b. Канал связи разрабатывался специально для достоверной передачи информации в условиях сильных помех. Физическая скорость передачи в канале связи mil.std. 1553b — 1 Мбит/сек, время доступа к каналу около 50 мкс, накладные расходы протокола нижнего уровня составляют около 25% размера пакета. Время доставки пакета длиной 32 байта—370 мкс, что соответствует пропускной способности линии около 85 Кбайт/с.
Преимуществом канала mil.std.1553b было наличие программного обеспечения под ОС RSX11S и RSX11M, включая драйверы интерфейсов и библиотеки подпрограмм межмашинного обмена информацией. Из альтернативных реализаций каналов межмашинной связи в ИЯФ реально использовались интерфейсы Ethernet для Q-bus — Decuna, интерфейсы разработки ИЯФ - ДОЗА [28] и КИ-СИ[20]. Для ОС RSX11S и RSX11M программное обеспечение межмашинного обмена информацией "Алиса" [29] имела только линия связи КИ-СИ со скоростью передачи около одного килобайта в секунду. Наиболее полные возможности межмашинного обмена обеспечивал Decnet для ОС RSX11M с линиями связи Ethernet и RS232, реализации Decnet для ОС RSX11S не было.
Канал связи mil.std. 1553b являлся хорошим вариантом организации межмашинной связи, а поскольку этот стандарт разрабатывался специально для авиационных систем управления, он идеально соответствует и требованиям помехозащищенности. Скорость обмена информацией в любой из рассмотренных реализаций не выше, чем для mil.std. 1553b, и в любом варианте требуется несколько независимых каналов. Последнее утверждение требует дополнительной аргументации.
Последовательная линия связи контроллера К0607с обеспечивает скорость обмена информацией ЭВМ с аппаратурой крейта до 0.5 Мбайт/сек, капал связи mil.std. 1553b — скорость обмена информацией между ЭВМ около 85 Кбайт/сек. Однако, это оценка предельно допустимой скорости канала при идеальных условиях. Реальную скорость можно оценить, только совместно рассматривая канал, абонентов и структуру передаваемой информации.
Анализ программных задержек при реализации одиночной КАМАК-функции при работе с контроллерами, аналогичными К0607 [30], показал, что определяющим фактором являются задержки, связанные с организацией ввода/вывода в операционной системе. Время исполнения подпрограммы, реализующей библиотечную функцию одиночного КАМАК-цикла на ЭВМ "Электропика-60" с операционной системой RSX11S, составляет 200 мкс на ЭВМ PDP-11/60 с ОС RSX11M — 2.2 мс. Это эквивалентно скорости обмена 10-1 Кбайт/с. Подобные ограничения действуют и при работе с межмашинной линией связи короткими пакетами.
Структура программного обеспечения
Быстрая переконфигурация диагностического комплекса обеспечивается модульностью его конструкции и наличием подготовленных мест размещения диагностической аппаратуры. По периметру камеры установки выделены места для размещения боксов с крейтами, обеспеченные "чистым" электропитанием, каналом mil.std. 1553b, двумя каналами системы синхронизации и набором лотков для локальных (эквипотенциальных) связей. Линии синхронизации собираются на коммутационной панели, что позволяет легко изменять конфигурацию системы синхронизации.
Крейты диагностических систем располагаются в непосредственной близости от установки и попадают в область повышенного магнитного поля. На рис. 2.G показаны места расположения крейтов и эквипотенциали магнитного поля для выстрела с максимальным током в катушках.
Для защиты аппаратуры от квазистационарного магнитного поля крейты помещены в боксы из стали. В боксах предусмотрены места для размещения крейта, развязывающего трансформатора или дросселей в цепи электропитания, устройств гальванической развязки (трансформаторов или оптических развязок) для линий связи с ЭВМ и запусковых сигналов. Боксы устанавливаются па пол на ножках из диэлектрического материала. На боксы помещаются двух-трехэтажные стойки в конструктиве "Вишня" для вспомогательных блоков диагностики. Бокс и стойка электрически соединяются между собой и заземляются на корпус установки в месте измерений.
Электропитание крейтов осуществляется от выделенного для измерительных приборов фидера электрической сети. Гальваническая развязка по питанию обеспечивается штатным трансформатором крейта. Гальваническая развязка сигналов синхронизации и линии связи с ЭВМ производится разделительными трансформаторами одинаковой конструкции.
Набор аппаратуры в крейте меняется в зависимости от программы экспериментов, а при необходимости бокс и каркас со вспомогательным оборудованием перемещаются на новое место. Комплект измерительного и вспомогательного оборудования диагностического комплекса достаточен для оснащения 9-10 рабочих мест. Число диагностических датчиков значительно превосходит число измерительных каналов, и во время тематического цикла -жспериментов используется только часть рабочих мест. Одна из рабочих конфигураций и представлена на рис. 2.6 (включенные рабочие места выделены сплошной заливкой).
Согласованность операций в технологических системах и диагностическом комплексе обеспечивается двухуровневой системой синхронизации. При такой организации последовательность событий в системе (сценарий работы) разделяется на взаимно синхронизированные сценарии работ подсистем. Сценарий работы одной подсистемы формируется локальной аппаратурой крейта. Взаимная синхронизация сценариев работы отдельных подсистем осуществляется глобальными запусками.
Такая структура минимизирует глобальные связи и дает возможность обеспечивать как автономный, так и синхронный режим работы подсистемы одной управляющей программой.
В системе управления изначально определены два глобальных запуска — "предварительный" и "ноль". Источником этих запусков является система формирования магнитного поля. Запуск "ноль" соответствует начальному участку стабильного магнитного поля в установке. "Предварительный" формируется за несколько десятков секунд перед ним и используется в инжекторах для начала тренировочных серий выстрелов и в медленных системах (электромагнитные сепараторы инжекторных трактов и
ДРО При автономном включении нескольких систем возможна переконфигурация глобальных связей. Каждый крейт обеспечен двумя линиями связи с коммутационной панелью. Каждая линия может использоваться как источник либо приемник запуска. Таким образом, любая система после простой перекоммутации линий может быть источником глобального запуска для нескольких других крейтов как в управляющем, так и в диагностическом комплексе.
В минимальной конфигурации операторский (интерактивный) уровень системы рис. 2.7/ реализуется на двух микро-ЭВМ МС1212. Одна обеспечивает потребности диагностического комплекса, другая -- технологического. Каждая ЭВМ оснащена 2 Мб ОЗУ. жестким диском 360 Мб, 8 интерфейсами RS232 для подключения терминалов операторов, интерфейсами линий связи Ethernet и mil.std. 1553b. ЭВМ МС1212 работают под управлением ОС RSX11. контроллеры "Миленок" используют модификацию этой же операционной системы. Программное обеспечения для интеллектуальных контроллеров разрабатывается на МС12Г2.
Графическое отображение экспериментальной информации на цветные видеомониторы осуществляется на приборном уровне КАМАК-блоками ЦДР2 [25]. В пультовой расположены два крейта графических серверов с блоками ЦДР2. контроллерами каналов mil.std. 1553b и КАМАК-контроллерами "Миленок" /рис. 2.7/.
В минимальной конфигурации экспериментальная информация может накапливаться в объемах до сотни мегабайт, а предварительная обработка информации ограничивается простыми операциями масштабирования и компенсации смещений измеряемых сигналов. Более сложные вычисления на этих машинах затруднены из-за их невысокой производительности.
Углубленная обработка информации, в том числе и в режиме "online", ранее производилась на выделенной ЭВМ Электроника-79 (PDP-11/70) и коллективных ЭВМ VAX. связанных с МС1212 сетью Ethernet с протоколом Decnet. На ЭВМ Электроника-79 был организован и долговременный архив экспериментальной информации. В настоящее время эти задачи возложены на несколько ЭВМ архитектуры х8С рис. 2.8/ .
