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本课题是中国散裂中子源(CSNS)控制系统的预研项目之一,控制系统的任务是对CSNS每个子系统的运行状态进行监测和控制。为维持加速器束流稳定,需要对CSNS系统中影响束流性能的设备进行实时监测和在线报警。
本论文针对CSNS/RCS中工程需求及设备的特点,特别是磁铁励磁电源,设计了CSNS波形记录与报警系统。系统对设备的工作状态进行实时监测,在设备工作出现异常时在线快速发出报警信号,配套的数据库管理系统记录设备工作异常时刻前后一段时间(最长3分钟)内的输出数据,供运行人员对故障进行离线诊断和分析。以PC/Windows作为上位机,FPGA+ARM的双核嵌入式系统作为前端机的CSNS波形记录与报警系统,具备良好的扩展性,可满足工程中多种场合的需求。
系统的上位机和前端机采用客户机/服务器工作模型。上位机作为客户机,提供了友好的用户界面,它向前端机发送“读取数据”的请求,用以显示被监测设备的工作状态及信号波形,并具有数据库管理和查询的功能。在前端机的设计中,数据采集系统利用FPGA芯片对信号进行数据采集、校验和报警,通过ARM的系统总线,与数据处理与传输系统进行通信。数据处理与传输系统以ARM为核心,作为服务器,通过以太网与上位机进行通信。
本论文详细叙述了数据采集系统的硬件结构设计和逻辑设计,FPGA与ARM之间总线通信的实现,基于ARM/Linux的嵌入式应用程序设计,以及上位机用户界面的开发。
对CSNS波形记录与报警系统进行了测试,并对测试结果进行了分析。测试结果表明,系统功能完善,性能优良,很好地满足了设计需求和相关性能指标。论文的最后对全文进行了总结,并且对今后的工作做出了展望。