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光源組 > 儀器控制小組

TLS儀器控制系統包括加速器控制系統及射束診斷系統兩大部分,控制系統採用兩層開放式的分散的硬體架構(如圖1)以滿足擴充性的需求,即時多工即時的大型分佈式的軟體結構(如圖2)提供良好的開發及操作環境。上層計算機系統包括多部控制伺服電腦與多部控制平台,控制伺服電腦擔任應用程式處理、數據儲存、射束動態計算與模擬,工作站擔負人機界面、數據輸入與圖表顯示。下層為分散式的VME控制器系統及EPICS輸出入控制器(EPICS IOC)的混合系統,為控制系統與加速器各子系統及設備界面,負責控制及資料蒐集。上下兩層計算機系統以100 M/1G/10G乙太網路相連結,擔負即時的資料傳輸工作。VME控制器及EPICS輸出入控制器與各子系統連結的控制通道的資料透過控制網路每秒更新十次至位於上層控制伺服電腦與控制平台的控制系統資料庫,各種應用程式與子系統間以資料庫為資料交換中心,應用程式依其任務有子系統個別控制人機介面、功能性人機介面、開關機應用程式、歷史資料儲存、警示、特定計算程序、射束物理應用程式、…等。

圖1、TLS控制系統硬體架構
圖 2、TLS控制系統軟體結構

射束診斷系統是加速器系統的耳目,它負責提供電子射束相關參數,以便於加速器系統的調機測試、正常運轉及射束物理研究,射束診斷系統可提供電子射束位置/軌道、束流強度、貝他/同步振盪頻率、束流長度、電子束剖面大小等資料,進而可推導出各種機器參數及射束穩定度。軌道回饋系統及多數團不穩定回饋系統(逐束團回饋系統)確保電子束的穩定已產生高品質的同步輻射光。圖3至圖9為部分TLS控制系統硬體及操作畫面。TLS儀控系統已工作約25年,因應控制系統相關資訊產品的進步神速淘汰率相當高,控制系採用更新式維修策略,中間經歷多次的小幅度更新以避免備品無法獲得及軟體的困境,以確保TLS控制系統的正常運作,原來的TLS控制系統於2010年決定融合EPICS控制系統就是其中的努力之一,往後如有需要可小幅度以新的平台更換老舊平台。

圖 3、TLS傳輸線修正磁鐵電源供應器及控制介面
圖 4、TLS 5套超導插件磁鐵控制機櫃
圖 5、TLS增能環控制主畫面及磁鐵電流顯示波形
圖 6、TLS U90操作畫面((a)原有控制系統操作畫面;(b) EPICS操作畫面)
圖 7、TLS 儲存環主電源供應器操作畫面
圖 8、TLS電子束位置偵測器信號處理系統及信號監控畫面
圖 9、TLS電子束位置偵測器信號處理系統

TPS儀器控制系統主要區分為加速器控制系統及射束診斷系統二大部分,控制系統硬體架構(如圖10)包含多部各種用途伺服器及約300部EPICS輸出入控制器 (EPICS IOC),控制軟體採用EPICS系統(如圖11)。伺服器提供檔案、資料庫、警示、…等特定功能是控制系統的重要組件之一(如圖12)。控制室提供多個容易使用操控平台(如圖13)並有一主要的操作畫面(如圖14)方便引導至任一子系統或功能系統的操作畫面。

圖10、TPS控制系統硬體架構
圖11、TPS控制系統軟體系統
圖12、TPS控制系統電腦伺服器
圖 13、TPS控制室操作平台之一
圖 14、TPS控制主畫面

加速器控制系統包含多個子系統:時序系統提供遍佈加速器區域各子系統運轉所需之時序控制信號,電源供應器控制系統連結約1000部各種規格的電源供應器提供易於操作的環境,安全連鎖系統提供輻射安全及光束線緊急保護機制確保機器運轉操作安全,插件磁鐵控制系統精確穩定遠端控制插件磁鐵運作模式滿足光束線後端用戶實驗操作需求(如圖15)、…等。

圖 15、EPU48操作畫面

經由射束診斷系統可提供電子射束位置、束流強度、貝他振盪頻率、同步振盪頻率、束流長度、電子束剖面大小(如圖16)等資料,進而可推導出各種機器參數及射束穩定度。結合軌道回饋系統及逐束團回饋系統精準控制軌道穩定及電子束團穩定,目的為加速器運轉期間維持電子束流穩定,確保提供光源的穩定度及可靠度,滿足用戶實驗研究需求。為快速釐清當機原因並分析成因,當機診斷系統(如圖17)可提共依簡易的資料蒐集集分析工具,對改善機器的考靠度非常有貢獻。

圖 16、射束橫截面量測
圖 17、當機診斷系統協助快速分析當機原因
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胡國華*
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