Реферат: Программное обеспечение автоматизированных измерительных систем в области тритиевых технологий

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ В ОБЛАСТИ ТРИТИЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ


А.В. Курякин, Ю.И. Виноградов


РФЯЦ-Всероссийский НИИ Экспериментальной Физики

kouriakine@mail.ru


Рассмотрены требования к современным автоматизированным системам контроля и управления (АСКУ) для научных исследований и особые требования к АСКУ для исследовательских установок, использующих тритиевые технологии. Описан программный пакет CRW-DAQ, созданный для автоматизации таких установок, дана характеристика его возможностей. Приведены примеры использования пакета для автоматизации экспериментальных установок "ТРИТОН", "АКУЛИНА" и "ПРОМЕТЕЙ".


Введение


Создание автоматизированных контрольно-измерительных систем – актуальный вопрос для исследований в области тритиевых технологий, так как без автоматизации измерений и управления физическими установками в реальном масштабе времени обеспечить эффективную и безопасную работу с тритием практически невозможно. Высокая производительность, надежность и доступность современной вычислительной техники привела к тому, что системы автоматизации строятся в основном на базе компьютеров в различных исполнениях: персональный или промышленный компьютер, контроллер и т.д.

В это же время значительно возросла важность вопросов разработки программного обеспечения. Современные операционные системы и программные технологии настолько усложнились, что возникла необходимость в специализированных программных инструментах для разработки автоматизированных измерительных систем, которые позволяют скрыть от разработчика прикладных программ сложность системного программирования, предоставив ему простой программный интерфейс для создания прикладных алгоритмов управления измерительными установками.

По указанной причине для автоматизации тритиевых исследовательских установок был разработан программный пакет CRW-DAQ [1,2], учитывающий особенности работ с тритием и содержащий в себе полный набор инструментов для создания контрольно-измерительных систем, а также первичной обработки измеряемых данных. Несмотря на наличие на рынке коммерческих пакетов для автоматизации измерений разработка собственного пакета оказалась вполне оправданной. Полный контроль над развитием программы, наличие исходного кода и опыта его создания сделали программное обеспечение надежным, а его поведение полностью предсказуемым.

Использование коммерческих пакетов затруднено также тем, что они являются закрытыми. В исследовательских же установках, как правило, присутствует специально разработанное уникальное оборудование, а также оборудование различных фирм, для которого в коммерческом пакете может не быть готовых драйверов. Открытая программная среда CRW-DAQ облегчает разработку драйверов и интеграцию разнообразных измерительных устройств в одну систему. Характерной особенностью исследовательских установок является их частая модернизация, и открытая программная среда позволяет быстро адаптировать программное обеспечение установки к новым условиям.

Контрольно-измерительные системы для научных исследований в области тритиевых технологий должны удовлетворять ряду требований. Необходимо обеспечить многоканальный сбор данных (обычно десятки и сотни каналов) с частотой порядка нескольких герц на канал, а также управление установкой в реальном масштабе времени, например, управление температурой нагревателей, клапанами, насосами и т.д. Полученные данные и сигналы управления нужно архивировать, т.е. сохранять в файлах на жестком диске. Для последующей обработки измеренные данные требуется передавать в стандартные пакеты (Excel, Matlab и т.д.), для чего нужны функции экспорта данных. Необходима также простая и удобная система визуализации, т.е. развитые средства для отображения измеряемых величин в текстовом и графическом виде в реальном времени. Графический пользовательский интерфейс для управления установкой должен быть интуитивно понятен.

При работе с тритием АСКУ должна обеспечивать высоконадежный и непрерывный режим управления установкой в течение длительного времени, контролировать радиационную обстановку в зоне проведения эксперимента, осуществлять звуковое и световое оповещение обслуживающего персонала в случае возникновения опасной ситуации. Необходимым является дублирование управления, а также система блокировок, обеспечивающая автоматический перевод установки в безопасное состояние в случае возникновения "нештатных" ситуаций.

Для исключения возможности аварий по вине посторонних лиц нужна система авторизации пользователей, а также ограничения прав доступа к средствам управления установкой. Должна присутствовать возможность дистанционного наблюдения и управления, позволяющая исключить постоянное присутствие персонала в опасной зоне.

Пакет CRW-DAQ создавался с учетом всех перечисленных требований. Он успешно использовался для автоматизации ряда экспериментальных исследовательских установок, использующих тритиевые технологии [3,4,5,6].


^ Структура и возможности пакета CRW-DAQ


Программный пакет CRW-DAQ развивается с 1996 года. Его название, сокращение от CuRves in Windows for Data AcQuisition, отразило идею проекта, состоящую в создании графически ориентированной среды для физиков-экспериментаторов, в которой работа происходит в основном с графиками данных (кривыми в окнах), а не с таблицами или массивами, как в других программных пакетах.

Первая версия пакета, названная CRW16, была создана в 1996 г. и работала в 16-битном защищенном режиме под DOS/DPMI или Windows-95/98, что соответствовало уровню развития компьютеров и программ того времени. Начиная с 2002 г. развивается 32-битная версия CRW32 пакета CRW-DAQ для Windows-NT/2000/XP/Vista32. Программный код пакета написан на языке Object Pascal.

В настоящее время большинство разработанных с использованием пакета CRW-DAQ систем контроля и управления работает в версии CRW32, что связано с более высокой надежностью и защищенностью Windows-NT/2000/XP по сравнения с Windows-95/98.

Пакет прост в инсталляции, имеет сравнительно небольшой объем ≈ 20 Mб и невысокие аппаратные требования. Для работы простых систем достаточен компьютер Pentium 200 MГц с ОЗУ 32 Mб под Windows-95/98, для более надежных и высокозащищенных систем рекомендуется компьютер не ниже 1 ГГц с ОЗУ 256 Mб под Windows-NT/2000/XP.

Программное обеспечение измерительных систем, разработанное в пакете CRW-DAQ, четко разделяется на два класса: базовое и прикладное (рис. 1). Базовое программное обеспечение – собственно пакет CRW-DAQ – обеспечивает единую для всех измерительных систем совмещенную графическую среду разработки и исполнения, а также единый программный интерфейс и встроенные языки программирования. Оно одинаково для всех измерительных систем, что облегчает их разработку, поддержку и обучение персонала. Прикладное программное обеспечение реализует специфику конкретной измерительной системы. Оно состоит из конфигурационных файлов, задающих параметры и структуры данных, а также прикладных программ, задающих алгоритмы управления и написанных обычно на встроенных в пакет языках программирования.




Рис 1. Общая структура пакета CRW-DAQ.


Пакет CRW-DAQ имеет развитый многооконный графический интерфейс пользователя. Мощная система визуализации позволяет отображать в реальном масштабе времени состояние измеряемых величин в виде двумерных или трехмерных графиков, гистограмм, консольных сообщений, таблиц, мнемосхем. Окна с графиками кривых удобны в работе, они позволяют наблюдать и обрабатывать измеренные данные прямо в окне, поскольку все функции обработки данных привязаны именно к окнам. Можно, например, выделить мышью фрагмент кривой в окне и тут же выполнить сглаживание этого фрагмента или посчитать интеграл кривой на выделенном интервале. Работа непосредственно с графиками данных выглядит для экспериментатора более естественной и понятной, чем работа с таблицами, принятая во многих других программных пакетах.

Для облегчения управления экспериментальными установками пакет содержит средства для создания предметно-ориентированного интерфейса, интуитивно понятного специалистам в данной области и требующего минимальных усилий для изучения. Основой для этого служат мнемосхемы и диалоги. Обычно мнемосхемы изображают схему физической установки (например, схему газовых коммуникаций), на которой условно, в виде мнемонических изображений, показаны клапаны, вентили, нагреватели, насосы и другие физические устройства, и их текущее состояние. При нажатии на мнемоническое изображение мышью можно управлять соответствующим устройством (например, открыть клапан). Диалоги служат для ввода управляющих параметров в виде полей ввода, списков, кнопок и т.д.

Пакет имеет интегрированную среду разработки для прикладного программирования. Окна редактирования текстов конфигурационных файлов и программных кодов имеют встроенные команды компиляции, создания конфигураций и программ из библиотек шаблонов, контекстного поиска и справочную систему. Очень полезными на практике оказались консольные окна, позволяющие выполнять отладку многопоточных прикладных программ, работающих в реальном времени. Обычный пошаговый отладчик для приложений реального времени мало пригоден, так как он приостанавливает работу потоков, вносит задержки и тем самым нарушает логику работы программы. Консольные окна, за счет буферизации, не вносят заметных задержек при выводе сообщений, что и позволяет выполнять отладку, не нарушая работу алгоритмов реального времени.

Пакет CRW-DAQ имеет несколько встроенных языков программирования, которые служат для решения различных задач. Благодаря наличию встроенных языков, средств редактирования и отладки, пакет представляет собой полноценную среду разработки и исполнения для создания АСКУ, не требующую для своей работы установки дополнительных программных средств.

Встроенный компилятор языка DAQ Pascal, разработанный на основе классического компилятора Pascal-S Никлауса Вирта [7], используется для создания защищенных прикладных программ - “измерительных сценариев”. Он генерирует промежуточный P-код для виртуальной стековой машины, который затем исполняется встроенным интерпретатором. Подобный принцип используется в языке Java. Использование промежуточного P-кода позволяет существенно повысить надежность прикладных программ, так как интерпретатор виртуальной машины хорошо защищен “изнутри”. Поэтому неизбежные в процессе отладки ошибки в прикладных программах не приводят к сбою всей системы и обычно поддаются восстановлению. Правда, код виртуальной машины выполняется несколько медленнее, чем “натуральный” машинный код, но для подавляющего большинства прикладных задач его производительности хватает с избытком. Другим достоинством языка является простота и ясность его структуры, легкость в изучении и освоении. В то же время язык содержит достаточно обширный набор функций для программирования измерительных устройств. Поэтому основная часть кода прикладных программ создается на DAQ Pascal.

Встроенный C-подобный интерпретатор DAQ Script используется при необходимости формульных вычислений в интерактивном режиме, когда вычисляемые выражения на этапе компиляции неизвестны (например, вводятся пользователем в диалоге) и их требуется интерпретировать немедленно.

Интегрированный командный компилятор Object Pascal позволяет создавать динамически загружаемые драйверы в виде *.DLL файлов, а также исполняемые *.EXE файлы, обычно запускаемые как дочерние процессы из прикладной программы DAQ Pascal и взаимодействующие с ней по анонимному каналу. В отличие от DAQ Pascal, он генерирует “натуральный” машинный код и применяется для создания драйверов высокоскоростных устройств, если не хватает скорости или функциональности DAQ Pascal.

Пакет поддерживает динамическое расширение функций (dynamic plug-in extension). Пользователь может создавать динамические *.DLL библиотеки на языке Object Pascal, которые сразу же можно загружать, запускать на выполнение, выгружать, редактировать, компилировать и запускать снова и т.д. Это превращает пакет CRW-DAQ в “трансформер” - программу, которая может менять свой собственный код. Достоинство этой технологии в том, что становится возможным добавлять в пакет новые функции без изменения уже существующего, отлаженного кода, что повышает стабильность работы программы. Основная часть алгоритмов "offline" обработки данных (сглаживание, фильтрация, математический анализ и т.д.) основана именно на применении динамических расширений.

Для пакета CRW-DAQ характерна высокая степень параллелизма, полное использование возможностей вытесняющей приоритетной многозадачности. Обычно вычислительные задачи имеют последовательную организацию (рис. 2a): задача разбивается на ряд последовательно выполняемых действий (процедур). Для систем, работающих в реальном времени, этот подход не годится, так как время реакции при такой организации вычислений слишком велико. Поэтому измерительные системы CRW-DAQ имеют параллельную организацию (рис. 2b): задача разбивается на ряд параллельно работающих служб (потоков), обменивающихся сообщениями.

Пакет построен как многопоточное приложение, в котором обычно работает 20-30 программных потоков. Каждый драйвер, системная служба или прикладная программа (виртуальная машина) на языке DAQ Pascal работает в отдельном программном потоке, частоту опроса и приоритет которого можно регулировать. Каждый из потоков решает свою, простую и четко поставленную задачу (обслуживает физическое устройство, обрабатывает данные), а также взаимодействует с другими потоками через сообщения и базу данных реального времени. За счет регулирования приоритета потоков и частоты их опроса можно добиться снижения влияния второстепенных потоков (например, визуализации) на критически важные потоки (например, сбора данных и управления). Многопоточный режим организуется естественным образом и не требует специальных усилий от прикладного программиста, так как библиотеки и функции пакета созданы именно для работы в многопоточном режиме.


a) Последовательная организация вычислений


Рис. 2. Последовательная и параллельная организация вычислений.


Кроме многопоточного режима, поддерживается также многопроцессный режим работы. Прикладные программы на языке DAQ Pascal могут выполнять запуск других автономных программ в виде дочерних процессов, взаимодействующих с прикладной программой по анонимному каналу. Обычно дочерние процессы реализуют какие-то общие службы или драйверы устройств. Выделение задач в отдельный процесс повышает надежность и живучесть (способность частично сохранять функциональность при выходе из строя отдельных элементов) системы, так как сбой дочернего процесса не приводит к остановке всей системы, а "повисшие" дочерние процессы могут быть легко перезапущены прикладной программой.

Появление доступных многоядерных процессоров сделало актуальной поддержку многопроцессорности. В многопроцессорной (многоядерной) системе каждый поток (т.е. прикладную программу DAQ Pascal) или дочерний процесс можно привязать к желаемому набору процессоров и добиться повышения стабильности частоты опроса критически важных потоков (процессов), что очень важно для систем управления реального времени.

В целях повышения надежности и предсказуемости работы пакет имеет функции самоконтроля. Это комплекс средств и служб, которые позволяют проверять корректность работы системы в реальном времени и выдавать диагностику при обнаружении неполадок. Монитор ресурсов – служба, которая позволяет контролировать использование основных ресурсов компьютера (память, процессор, диски), а также наблюдать частоту опроса потоков программы и загрузку процессора по каждому из потоков. Кроме того, по каждому из программных потоков постоянно набирается гистограмма периода (частоты) опроса, которая позволяет оценивать временные характеристики системы. Служба системного времени, используя наличие в компьютере нескольких независимых таймеров, следит за корректностью системных часов и выдает предупреждение, если системное время было изменено. Служба программного сторожевого таймера отслеживает частоту опроса потоков и выдает предупреждение, если какие-то потоки долго не отвечают, то есть, возможно, "повисли". Звуковая система оповещения выдает речевые сообщения в случае ошибок связи с измерительными модулями. Таким образом, при обнаружении отклонений поведения программы от нормы оператор получает звуковое (речевое) уведомление, что позволяет своевременно принять восстановительные меры.

Пакет CRW-DAQ позволяет создавать распределенные системы управления. На практике большинство систем контроля для тритиевых установок носят распределенный характер, как функционально, так и пространственно. Распределенный характер управления повышает масштабируемость (способность к расширению), гибкость и надежность системы. Распределенные системы строятся двумя путями. Первый состоит в использовании модульной сетевой аппаратуры и контроллеров, например, серии ADAM-4000 фирмы Advantech или I-7000 фирмы ICP-DAS. В качестве сетевой среды используются помехоустойчивые промышленные сети RS-485, CAN. Второй путь заключается в использовании нескольких компьютеров, объединенных сетью Ethernet. Для межмашинной связи в пакете используются технология DIM (Distributed Information Manager) [8]. Эта основанная на протоколе TCP/IP технология была разработана в ЦЕРН для проведения экспериментов на ускорителях, она реализует высокоуровневый сетевой механизм взаимодействия между процессами, ориентированный на системы управления реального времени.

Актуальной проблемой для тритиевых установок и особенно распределенных сетевых систем является ограничение прав доступа к управлению. Это необходимо для предотвращения аварийных ситуаций из-за несанкционированных действий посторонних лиц. Служба защиты в пакете CRW-DAQ опирается на систему защиты Windows. Система конфигурируется так, что графическая оболочка работает с ограниченными правами пользователя, а измерительный пакет CRW-DAQ запускается с правами администратора (ему нужен доступ к аппаратуре). Для запуска программ с правами администратора из-под пользователя с ограниченными правами специально разработана программа AdmiLink, использующая зашифрованную учетную запись Администратора. Файловая система гарантирует невозможность прямого изменения конфигурационных файлов пользователем, так как они созданы под Администратором и защищены системой безопасности Windows. Конфигурацию можно изменить только из среды пакета CRW-DAQ, а в ней существует собственная служба безопасности, в которой предусмотрено 4 уровня доступа:

Lock – компьютер заблокирован, запрещены все операции кроме смены уровня доступа. Применяется для временной блокировки доступа от посторонних лиц.

Guest – уровень гостя (неопытного пользователя), защищен паролем. Позволяет строить графики, наблюдать состояние параметров, но доступ к управлению системой закрыт.

User - уровень (опытного) пользователя, защищен паролем. Позволяет управлять измерительной системой (запуск, остановка, завершение работы), однако редактирование прикладных программ или конфигураций запрещено. Это гарантирует целостность измерительной системы, предохраняет ее от несанкционированных изменений.

Root – уровень администратора, защищен паролем. Администратору разрешены все операции, включая редактирование и компиляцию прикладных программ. Этот уровень предназначен для разработчиков и администраторов измерительных систем.

Обычно, если для данной установки требуется система защиты, вся рутинная работа происходит на уровне пользователя или гостя. Для выполнения критических действий оператор вводит пароль для временного повышения уровня доступа, а по их завершении возвращается на пониженный уровень доступа. Понижение уровня доступа выполняется одной кнопкой и не требует пароля, что позволяет быстро заблокировать компьютер.

Повсеместное распространение Internet привело к популярности Web-технологий. Измерительная система под управлением CRW-DAQ может работать как Web-сервер, при этом удаленные клиенты могут просматривать данные и управлять установкой по протоколу HTTP, пользуясь обычным обозревателем Internet Explorer. Для создания Web-приложения прикладной программист должен сконфигурировать встроенный Web сервер и написать на языке DAQ Pascal несложную программу, формирующую динамическую страницу на языке HTML, которая и передается клиенту. Важно, что при этом от программиста требуются самый минимальный уровень подготовки в области Web и HTML. Польза от внедрения Web технологий для измерительных систем заключается, прежде всего, в том, что широкое распространение Web снимает проблему клиентского программного обеспечения, ведь тот или иной обозреватель Internet доступен сегодня на любом компьютере. Это позволяет снизить затраты на обслуживание установок, так как заботиться приходится только о программном обеспечении для сервера. Правда, возможности Web ограничены двумя факторами: высокими накладными расходами при передаче данных по HTTP и дисциплиной его работы (инициировать запрос на обновление данных может только клиент). Поэтому использование Web оправдано только тогда, когда объем передаваемых данных сравнительно невелик, а быстрой реакции на события со стороны клиента не требуется.

Пакет CRW-DAQ имеет развитую справочную систему, содержащую большой объем документации. В ней присутствуют технические сведения, необходимые для создания прикладных программ, включая справочник по функциям языка DAQ Pascal и DAQ Script. Это облегчает освоение системы и разработку прикладных программ. В дистрибутив пакета входит также большой набор демонстрационных примеров и шаблонов прикладных программ. Это облегчает освоение пакета, а также позволяет строить новые измерительные системы из готовых блоков и фрагментов кода, созданных ранее для других установок. Практика показала, что порядка 70-80% кода измерительных систем используется повторно, что весьма облегчает и ускоряет разработку.

Пакет имеет большой набор встроенных драйверов для распространенных измерительных устройств, а также средства для создания новых драйверов. Это особенно важно для исследовательских установок, где часто используется оборудование нескольких фирм или специально разработанное нестандартное оборудование. Имеются встроенные драйверы для модулей удаленного ввода вывода серий ADAM-4000, I 7000, I-87000; адаптеров сбора данных и управления для ISA шины компьютера DIO 144, DIO-48, DIO-24, PCL-731, PCL-812, PCL-818; контроллеров для измерителей вакуума TPG-256, TPG-252 и квадрупольного масс-спектрометра QMS-200 (Balzers Instruments).

В виде прикладных программ на DAQ Pascal реализованы драйверы для карт ЛА-1.5 ISA, ЛА-1.5 PCI, ЛА-2 USB (ОАО “Руднев-Шиляев”), ELMB (ЦЕРН). Реализация драйверов в виде прикладных программ позволяет подключать новые устройства не затрагивая ядро пакета, что важно для сохранения его надежности. Наличие большого числа примеров прикладных драйверов облегчает создание новых драйверов для нестандартных устройств.

В отличие от многих других систем, пакет CRW-DAQ имеет совмещенную среду разработки и исполнения. В сочетании с многопоточным режимом это дает уникальную возможность менять алгоритмы управления, не прерывая измерений. Поскольку каждая прикладная программа на языке DAQ Pascal выполняется в отдельном потоке, она может быть приостановлена, отредактирована, скомпилирована и перезапущена независимо от других прикладных программ. Это свойство является ценным для исследовательских установок, требующих с одной стороны непрерывного контроля в течение длительного времени, а с другой возможности менять алгоритмы измерений и управления в процессе исследований.

Еще одним достоинством пакета является мощная встроенная система калибровки измерительных каналов, которая включает в себя базу данных стандартных калибровок (12 типов термопар, термодиоды для криогенных измерений, платиновые и никелевые резистивные датчики температуры и т.д.), а также набор математических средств для подгонки параметров калибровки по МНК. С точки зрения исследователя наиболее полезным свойством системы калибровки является то, что оператору требуется только ввести калибровочные точки и указать тип датчика - вычисление всех необходимых коэффициентов калибровки выполняется автоматически.


^ Практическое использование пакета CRW-DAQ


Развитие пакета CRW-DAQ шло "от потребностей предметной области", то есть добавлялись в первую очередь те возможности и технологии, которые были необходимы для конкретных создаваемых измерительных систем. При этом наивысший приоритет отдавался обеспечению высокой надежности работы программы. Ниже перечислено лишь несколько экспериментальных установок, автоматизированные системы контроля и управления которых разработаны с использованием пакета CRW-DAQ.

Начиная с 1997 г. в Лаборатории Ядерных Проблем ОИЯИ (г. Дубна) под управлением пакета CRW DAQ эксплуатируется автоматизированная измерительная система комплекса подготовки газовой смеси для экспериментального исследования мюонного катализа ядерных реакций синтеза на установке ТРИТОН [3]. Эта система обеспечивает контроль и управление параметрами тритиевой мишени, контроль состава газовой смеси, дозиметрический контроль, подготовку газовой смеси изотопов водорода H/D/T в диапазоне температур 20800 К, давлений до 160 МПа и активностях трития в свободном состоянии до 10 кКи. Система имеет около 30 аналоговых и 100 цифровых каналов с периодом опроса порядка 100 мс на канал. Для измерения давлений и температур в ней используются модули удаленного сбора данных серии I-7000 фирмы ICP-DAS с интерфейсом RS-485. Для вакуумных измерений используются контроллеры TPG-256 с интерфейсом RS-232. Контроль состояния вентилей и управляемых клапанов выполнен на картах DIO 144 с интерфейсом ISA. Для контроля радиационной обстановки используются радиометры трития РГБ-06МА с интерфейсом RS-485. На установке ТРИТОН с использованием автоматизированной системы контроля и управления был выполнен большой цикл исследований по изучению мюонного катализа dt синтеза в широком диапазоне параметров D/T смеси [9].

Начиная с 2000 г. в исследованиях свойств легких нейтронно-избыточных ядер на установке АКУЛИНА Лаборатории Ядерных Реакций ОИЯИ используются комплекс для подачи изотопов водорода в ионный источник циклотрона и комплекс тритиевой мишени [4,5]. Созданные автоматизированные комплексы обеспечивают стабильную подачу трития в ионный источник циклотрона, заполнение мишени тритием и поддержание ее температуры с высокой точностью, эвакуацию и утилизацию трития из мишени, контроль радиационной обстановки как в технологических коммуникациях, так и в рабочих помещениях. АСКУ комплексов реализованы в виде распределенных систем с удаленным управлением на базе модулей ввода/вывода серии I-7000, контроллеров TPG 256 и радиометров трития РТА-4 и РГБ06 4А. Программное обеспечение комплексов разработано в пакете CRW-DAQ под Windows/XP. С использованием этих комплексов на тритиевом пучке и дейтериевой и тритиевой мишени были получены ядра 4H [10] и 5H [11] и изучены их резонансные состояния.

С 2001 г. в РФЯЦ-ВНИИЭФ эксплуатируется исследовательский стенд "ПРОМЕТЕЙ" [6], предназначенный для исследования явления сверхпроницаемости трития сквозь металлические мембраны, изучения проникновения и накопления трития конструкционными материалами, поиска и исследования защитных покрытий, повышающих безопасность использования тритийсодержащих газовых сред. Наряду с исследовательскими ячейками в состав стенда входят системы вакуумирования и подготовки газовой смеси, радиационного контроля, масс-спектрометрического анализа газовой смеси и т.д. Автоматизированная система контроля и управления стенда построена в виде распределенной сети, состоящей из трех компьютеров и набора сетевых модулей, связанных между собой по стандарту RS 232 и RS 485. Для сбора данных с датчиков и управления блоками регулирования используются модули удаленного ввода/вывода серии I 7000, карта дискретного ввода/вывода DIO 144 ISA, контроллеры датчиков вакуума TPG 256, масс-спектрометры QMS-200, радиометры трития РГБ06-4А и РТА-4.

Программное обеспечение стенда ПРОМЕТЕЙ разработано в пакете CRW DAQ под Windows-XP на всех трех управляющих компьютерах. Графический интерфейс для управления стендом реализован в виде активных мнемосхем. Система ограничения прав доступа защищает установку от несанкционированных действий посторонних лиц.

На стенде ПРОМЕТЕЙ успешно ведутся работы по изучению явления сверхпроницаемости изотопов водорода через металлические мембраны [12] и его применения для откачки и рециркуляции топливной смеси в термоядерных реакторах [13].


Заключение


Многолетний опыт использования программного пакета CRW-DAQ для автоматизации исследовательских установок показал высокую надежность, гибкость и удобство создаваемого с его помощью программного обеспечения. Практика подтвердила правильность основных принципов, заложенных в пакет, таких как поддержка многозадачности и распределенных систем, встроенные языки программирования, предметно-ориентированный интерфейс пользователя, графически-ориентированная система обработки данных. Изначально созданный для разработки систем автоматизации исследовательских установок, использующих тритиевые технологии, пакет CRW-DAQ нашел применение и в других областях. На его базе решена задача управления системой охлаждения и стабилизации температуры в матрицах кристаллов электромагнитного калориметра PHOS [14] в эксперименте ALICE по изучению кварк-глюонной плазмы на большом адроном коллайдере LHC в ЦЕРН. Пакет нашел также применение в металлургическом производстве при создании оптического измерителя плоскостности листового проката ИП-4 [15].


ЛИТЕРАТУРА

Yu.I.Vinogradov, A.V.Kuryakin, A.A.Yukhimchuk. Measurement and control systems of tritium facilities for scientific research. // Fusion Science and Technology, July/August 2005, Vol. 48, Num.1, p.696-699.

А.В. Курякин, Ю.И. Виноградов. Программа для автоматизации физических измерений и экспериментальных установок (CRW-DAQ). // Свидетельство РФ об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006612848 от 10.08.2006 г.

Ю.И.Виноградов, А.В.Курякин и др. Автоматизированная система контроля и управления комплексом подготовки газовой смеси для экспериментального исследования мюонного катализа ядерных реакций синтеза. // Приборы и техника эксперимента, 2004, №1, с.1-13.

A.A.Yukhimchuk,Yu.I.Vinogradov,A.V.Kuryakin et al. Tritium target for research in exotic neutron-exess nuclei. // Nucl. Instr. and Meth. A, 2003, v.513, No 3, p.439-447.

A.A.Yukhimchuk, Yu.Ts.Oganessian et al. Status of ACCULINNA beam line. // Nuclear Instruments and Methods, B 204 (2003) 114-118.

Ю.И.Виноградов, А.В.Курякин и др. Автоматизированная система контроля, управления и сбора данных стенда "Прометей". // Материаловедение, №1, 2002 г., стр.46-50.

Wirth N. The programming language Pascal, Acta Informatica, 1, 35-63, 1971.

C. Gaspar et al. DIM, a Portable, Light Weight Package for Information Publishing, Data Transfer and Inter-process Communication. // International Conference on Computing in High Energy and Nuclear Physics (Padova, Italy, 1-11 February 2000).

V.R. Bom, A.M. Demin, D.L. Demin et al. Experimental investigation of muon-catalyzed dt fusion in wide ranges of D/T mixture conditions. // ЖЭТФ, 2005, том 127, вып.4, с.1 28.

Ю.Ц.Оганесян, Г.М.Тер-Акопян, Д.Д.Богданов и др. Изучение структуры ультранейтронно-избыточных ядер водорода и гелия с использованием реакций радиоактивных пучков на тритиевой мишени. Известия Академии Наук, серия физическая, 2002, т.66, №5, с.619-624.

A.A.Yukhimchuk, Yu.Ts.Oganessian et al. Evidence for resonance states 5H. // Physics Letters B, v.556, 2003, p.70-75.

R.K. Musyaev, B.S. Lebedev, S.K. Grishechkin et al. Tritium superpermeability: experimental investigation and simulation of tritium recirculation in "Prometheus" setup. // Fusion Sci.Technol. 48 (2005) 35.

А.И. Лившиц, В.Н. Алимов, А.О. Буснюк и др. Свеpхпpоницаемость водоpода в металлах V гpуппы — пpименение для откачки и pециpкуляции топливной смеси в теpмоядеpных pеактоpах. // Материаловедение, №8, с. 40, 2005.

V.I. Manko et al. A high resolution electromagnetic calorimeter based on lead-tungstate crystals. // Nucl. Instr. and Meth. A, 11 Sep 2005, v.550, Issues 1-2, p.169-184.

В.А.Агуреев, А.В.Курякин и др. Опыт использования измерителя плоскостности полосы ИП-4-гп на стане горячей прокатки. // Металлург, 2004, №1, с.41-45.