Upravljanje jonskim izvorom mVINIS

UVOD

U fazi ispitivanja jonskog izvora mVINIS upravljanje je realizovano PC kompatiblinim računarom uR2D2 (Electronic Design, Beograd). Ovaj industrijski kontroler je baziran na procesoru Pentium 133 i ima sledeće ulazno-izlazne kartice:

·          16 - kanalni, 12-bitni A/D konvertor

·          32 - kanalni digitalni ulazni modul

·          32 - kanalni  digitalni izlazni modul

·          4   - kanalni serijski modul (3xRS232, 1xRS422)

Preko četiri serijska porta kontroler uR2D2 je upravljao radom sedam jednosmernih izvora za napajanje (ISC&ESC namotaji, solenoidni magnet, kvadropol, analizatorski magnet, baes (bias) elektroda i kontrolisao protok gasa). Kontrola 14.5GHz SHF generatora je realizovana preko digitalnih U/I modula. Za kontrolu dva jednosmerna izvora OERLIKON,  koji se koriste za napajanje injekcionog i ekstrakcionog namotaja razvijen je namenski mokroračunar baziran na mikrokontroleru Intel 8031. U svakom izvoru OERLIKON je ugrađen po jedan mikroračunar, koji upravlja radom izvora. Oba mikroračunara su povezana u lokalnu mrežu, pa kontrolni sistem upravlja radom oba mikroračunara preko jednog serijskog porta. Programi za kontrolu izvora mVINIS su napisani na C jeziku za DOS okruženje. Za snimanje spektra jonskog snopa u realnom vremenu pored DOS programa je razvijen i veoma atraktivan program pod Windows okruženjem.

Sl.1 Kontrola jonskog izvora mVINIS PC računarom

Kompletno upravljanje jonskog izvora mVINIS pomoću kontrolnog sistema Honeywell je realizovano preko sledećih pet ekrana:

• ECRIS

• TRANSP

• DIAGN

• VACUUM

• SAFETY

Ekran ECRIS

Ovaj ekran se koristi za podešavanje i nadzor svih parametara ECR jonskog izvora. Na sl.2 je prikazana procesna šema upravljanja. Preko ovog ekrana operator upravlja radom SHF generatora, izvorima za napajanje ISC&ESC namotaja,  glavnim gasom, baes elektrodom i glavnim visokim naponom. Pored ovih upravljačkih signala operator ima stalni uvid o brojnoj vrednosti inteziteta jonskog snopa,  vakuuma na injekcionom i ekstrakcionom delu jonskog izvora i temperature heksapola. Pored toga operator ima mogućnost da unese preko operatortske konzole neophodne podatke o vrsti jona i njihovim karakteristikama. Na dnu ovog ekrana postoje pet programskih dugmeta preko kojih po želji se aktivira željeni ekran.

Sl.2 Ekran ECRIS

Ekran ECRIS na kontrolnom sistemu Honeywell

Upravljanje jednosmernim izvorima FUG

Kada operator želi da promeni struju ili napon željenog izvora pritiskom na odgovarajuću površinu aktivira se pop-up meni. Kada je pop-up meni aktivan (zaglavlje je obojeno plavom bojom) operator pritiskom na željenu opciju može uneti novu vrednost bilo preko tastature ili preko potenciometra na operatorskoj konzoli. Po unošenju željene vrednosti, da bi ona bila prihvaćena  od strane kontrolnog sistema, potrebno je na tastaturi pritisnuti zelenu dirku OK.  Ukoliko se u određenom vremenskom intervalu ne aktivira dirka OK uneta vrednost se neće proslediti željenom uređaju. Ovaj princip zadavanja nove vrednosti je isti za sve uređaje.

Za kontrolu visokonaponskog izvora (15kV) pored standardnih opcija pop-up menia (INITIALIZE i SET VOLTAGE) postoji i treća opcija RESET. Aktiviranjem ove opcije vrši se resetovanje izvora u slučajevima kada je došlo do proboja u plazmi i želi se u jednom koraku postaviti prethodno postavljena vrednost visokog napona.

Svi jednosmerni izvori FUG imaju isti skup komandi, pa se njima upravlja na jedinstven način.

Upravljanje mikrotalasnim generatorom

Kontrola ovog uređaja je izvedena namenski razvijenim mikroračunarom mC-SHF, koji je baziran na mikrokontroleru Intel 8031. Detaljan opis ovog mikroračunara biće dat u posebnom  uputstvu. Mikroračunar mC-SHFkomunicira sa kontrolnim sistemom Honeywell preko sdandardnog serijskog interfejsa RS-232. Na osnovu unete željene vrednosti direktne snage program na kontrolnom sistemu na osnovu snimljene ulazno-izlaznekarakteristike SHF generatora obavlja polinomijalnu aproksimaciju četvrtog stepena i izračunava vrednost upravljačkog parametra (vreme) koje šalje mC-SHF uređaju. Mikroračunar mC-SHF svake sekunde na zahtevkontrolnog sistema Honeywell šalje podatke o stvarnoj direktnoj, reflektovanoj snazi i desetak statusnih signalizacionih signala. Kada stigne komanda za postavljanje nove vrednosti direktne snage mikroračunar mC-SHFizmeri trenutnu vrednost direktne snage i sam zaključi da li treba da diže ili spusta snagu mikrotalasnog generatora. Zbog relativno sporog odziva kontrolnog sistema Honeywell direktno upravljanje mikrotalasnim generatorom ne bi bilo moguće.

El. šema mikroračunar koji upravlja radom SHF generatora

Na osnovu mojih projektnih zahteva mikroračunar uC-SHF je projektovao i realizovao Dragomir Štrbac. Dragan je bio moj student na VETŠ-i i radili smo zajedno u Laboratoriji 010 skoro dve godine. Dragan je napisao i softver za mikroračunar, a ja sam napisao softver za kontroli sistem Honeywell koji komunicira sa ovim mikroračunarom.

Više informacija o mikroračuanaru uC-SHF možete saznati u radu "UPRAVLJANJE MIKROTALASNIM GENEREATOROM".

Sl.3 Ekran TRANSP

Ekran TRANSPORT na kontrolnom sistemu Honeywell

Upravljanje jednosmernim izvorima OERLIKON

Jednosmerni izvori OERLIKON ne pripadaju grupi inteligentnih uređaja, pa nije bilo moguće direktno ih povezati na glavni  kontrolni sistem. U tu svrhu je realizovan originalni mikroračunarski sistem baziran na mikrokontroleru Intel 8031 (sl.4), čiji će detaljan opis biti dat u posebnom tehničkom uputstvu Štampanu ploču je projektovao Igor Vuleta. Ovaj mikroračunar ima sledeće karakteristike:

•  8KB eksterne programske memorije

• 16KB eksterne RAM memorije

•  4 dvosmerna 8-bitna paralelna porta

•  serijski interfejs RS-232

Sl.4 Mikroračuanr za kontrolu jednosmernih izvora ISC/ESC

Po jedan mikroračunar upravlja jednim izvorom. Komande za oba mikroračunara (ISC, ESC) su istovetne, samo im se razlikuju adrese. Ako ISC(ESC) mikroračunar po prijemu komande utvrdi da je komanda njemu namenjena on će tu komandu izvršiti. U suprotnom  prosledeće komandu ESC(ISC) mikroračunaru. 

Aktiviranjem ISC ili ESC aktivne površine na ekranu TRANSP dobija se istovetan pop-up meni. U okviru ovog menia moguće su sledeće upravljačke funkcije:

• Set Current

• Control Power Supply ON

• Control Power Supply OFF

• Main Power Supply ON

• Main Power Supply OFF

• Status

• Reset Interlocks

Upravljanje analizatorskim i solenoidnim izvorima

Analizatorski i solenoidni magnet se napajaju odgovarajućim DANFYSIK jednosmernim izvorima. Za komunikaciju sa kontrolnim sistemom ovi izvori koriste serijski RS-422 interfejs. Komande za oba izvora su istovetne, samo im se razlikuju adrese. U fazi testiranja programa primećeno je da kontrolni sistem Honeywell često zamenjuje merene vrednosti struja ova dva uređaja, što operatera može zbuniti. Autor smatra da kontrolni sistem Honeywell ima određeni “bug” pri komuniciranju sa uređajima preko interfejsa RS-422. Ove probleme nismo imali kada smo kontrolu ovih izvora obavljali PC kontrolerom uR2D2. Na sreću, ova greška se manifestuje samo pri očitavanju struja, a ne i pri postavljanju struja. Ne postoji komanda za inicijalizaciju ova dva izvora, jer po uključenju oni se automatski inicijalizuju na izlaznu struju 1A.

Ekran DIAG

Namena ovog procesnog ekrana je da omogući snimanje spektra jonskog snopa jednovremno na kontrolnom sistemu Honeywell i PC kontroleru mR2D2. Na sl.5 je prikazana procesna šema upravljanja. Glavni deo ekrana je rezervisan za grafički prikaz spektra u realnom vremenu. Rezolucija grafike na kontrolnom sistemu Honeywell je 640 x 480 piksela u 16 boja, dok je na uR2D2 računaru standardno postavljena 800 x 600 piksela u 64K boja, a može se izabrati i znatno bolja rezolucija.

Na desnoj strani ekrana su prikazane merne vrednosti struja AM, SL, QL, visoki napon i drugi, koji se osvežavaju svake sekunde. Postoje i četiri polja za unos minimalne i maksimalne vrednosti struje analizatorskog magneta, korak promene analizatorske struje i vremensko kašnjenje između dveju promena analizatorske struje.

Pored standradnih pet programskih dugmeta postoje dodatna tri, koja se koriste za snimanje spektra (STEP1, STEP2 i START).

Kako problem skladištenja izmerenih podataka na kontrolnom sistemu Honeywell, a pogotovo problem prebacivanja tih podataka na lokalnu mrežu Akceleratorske instalacije TESLA nije bio dobro dokumentovan, te nije mogao biti i rešen, autor je na originalan način rešio problem prebacivanja podataka sa Honeywell-a na PC računar i time omogućio obradu spektra programima tipa EXCEL ili ORIGIN. Za vreme snimanja spektra kontrolni sistem Honeywell u potpunosti upravlja svim uređajima, a pojedine izmerene vrednosti šalje na određeni serijski port, na koji je povezan industrijski kontroler mR2D2. Ovaj kontroler prihvata podatke sa serijskog porta i iste crta u realnom vremenu. Po završenom snimanju spektra podaci se upisuju u datoteku pod željenim imenom, čime je omogućena njihova dalja obrada drugim programskim paketima. 

Sl.5 Ekran DIAG

Ekran VACUUM

Namena ovog ekrana je da omogući upravljanje elektropneumatskim ventilima vakuumskog sistema jonskog izvora mVINIS. Kontroliše se ukupno četiri “electrical valves” i šest “gate valves”. Na sl.6 prikazana je procesna šema upravljanja. Program svake sekunde osvežava podatke o vakuumu sa pet karakterističnih mesta. Ujedno je realizovana i signalizacija stanja pumpi. Vakuumske pumpe se manuelno kontrolišu.

Sl.6 Ekran VACUUM

Upravljanje elektropneumatskim ventilima

Pritiskom na aktivnoj površini ekrana na kojoj se nalazi simbol ventila operateru se pruža mogućnost da uključi/isključi ventil. Na ekranu se pojavi pop-up slika prekidača, koja pokazuje stanje ventila, i operater prekidačem na operatorskoj konzoli može uključiti ili isključiti ventil. Operater može ukjljučiti/isključiti ventil samo dok je pop-up slika aktivna. Ako je ventil otvoren njegov simbol biće obojen zelenom bojom, a ako je ventil zatvoren njegov simbol biće obojen belom bojom. Ovo su standardne boje definisane od strane Honeywell-a za ugrađene grafičke efekte. Ako su oba granična prekidača ventila istovremeno otvorena ili zatvorena simbol ventila biće obojen žutom odnosno crvenom bojom, čime se operateru skreće pažnja na problem u signalizaciji ventila. U ovakvim slučajevima program neće dozvoliti operateru da otvara/zatvara ventil. 

Signalizacija vakuumskih pumpi

Za ostvarivanje potrebnog vakuuma mVINIS izvora koristi se pet rotacionih pumpi, četiri turbomolekularne i tri kriogene pumpe. Ako je pumpa uključena njen simbol biće obojen zelenom bojom, u suprotnom biće obojen belom bojom. Crvena boja je predviđena za signalizaciju alarmnog stanja pumpi.

Ekran SAFETY

Ovaj ekran nema upravljačke funkcije kao  prethodno opisani ekrani. Njegova uloga je da operatera samo informiše o statusu alarmnih signala sigurnosnog sistema jonskog izvora mVINIS. Grafički simbol za prikaz stanja alarma je kružić određene boje (zelena, plava, žuta, crvena) i podseća na simbol LED diode. Ukoliko nema alarma kružić neće biti obojen. Na sl.7 prikazana je procesna šema sigurnosnog sistema mVINIS. Pored statusnih signala na ekranu se prikazuju i izmerene vrednosti temperatura i pritisaka u sistemu za hlađenje.

Sl.7 Ekran SAFETY

Statusni signali

Statusni signali se mogu podeliti u pet grupa:

• Signalizacija protoka vode (plava boja)

• Signalizacija temperature namotaja (crvena boja)

• Signalizacija pritiska vode (žuta boja)

• Signalizacija sigurnosnih ključeva (zelena/crvena boja)

• Signalizacija vrata zaštitne ograde i šipke za uzemljenje (crvena boja)

 Opis statusnih signala

Signalizacija sigurnosnih ključeva je dvobojna. Ako je odgovarajući sigurnosni ključ aktiviran njegov grafički simbol biće obojen zelenom bojom, u suprotnom biće obojen crvenom bojom.

Na sl.8 je prikazana hijerarhija programskih modula za upravljanje jonskim izovorm mVINIS pomoću kontrolnog sistema Honeywell.

Sl.8 Hijerarhijska struktura programskih modula

Na sl.9 je prikazana prva snimljena mapa magnetskog polja ciklotrona VINCY. Pamtim da smo merenje magnetskog polja završili negde oko 3h ujutru. Tada je Laboratorija 010 bila preplavljena pozitivnom energijom i nikome nije padalo na pamet da traži pare za prekovremeni rad. Jednostavno, osećali smo da aktivno učestvujemo u pisanju istorije Laboratorije 010 i zbog toga ova slika mi je veoma draga.

Sl.9 Mapa magnetskog polja ciklotrona VINCY

Fotografija objavljena u Jatovoj reviji  6/1996. Kroz kalemove teče struja od 1000 A

 VEZE KA SRODNIM APLIKACIJAMA