【摘要】：大科學(xué)裝置是實(shí)現(xiàn)重要科學(xué)技術(shù)目標(biāo)的大型基礎(chǔ)研究設(shè)施,具有投入規(guī)模大、建設(shè)周期長(zhǎng)、運(yùn)行時(shí)間久等特點(diǎn)。控制系統(tǒng)是大科學(xué)裝置的重要組成部分,是將裝置各個(gè)子系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)、協(xié)調(diào)工作的紐帶,也是裝置調(diào)試和運(yùn)行的平臺(tái)。系統(tǒng)架構(gòu)是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ),決定了控制系統(tǒng)的總體性能。數(shù)據(jù)存檔系統(tǒng)是控制系統(tǒng)的重要組成部分,用于存儲(chǔ)裝置運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù),這些存檔數(shù)據(jù)可用于裝置的性能分析和故障診斷,對(duì)裝置的性能提升和運(yùn)行維護(hù)具有重要意義。本文在調(diào)研國(guó)內(nèi)外大科學(xué)裝置相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域最新進(jìn)展的基礎(chǔ)上,圍繞大科學(xué)裝置控制系統(tǒng)架構(gòu)和歷史數(shù)據(jù)存檔技術(shù)開展了一系列研究工作。EPICS是大科學(xué)裝置控制領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的開發(fā)平臺(tái),目前有兩個(gè)主要版本,分別是EPICS V3和EPICS7。EPICS V3是已經(jīng)在大科學(xué)裝置中得到廣泛應(yīng)用的發(fā)行版本,而EPICS7還處在開發(fā)中,只在一些裝置上得到初步應(yīng)用。本文基于EPICS7開展了控制系統(tǒng)架構(gòu)方面的研究,描述了EPICS7的軟件結(jié)構(gòu)和主要模塊的功能,結(jié)合中間件技術(shù)設(shè)計(jì)了三層的原型控制系統(tǒng);對(duì)比測(cè)試了pvAccess和CA協(xié)議的通信性能,結(jié)果表明pvAccess性能明顯優(yōu)于CA;進(jìn)行了pvData應(yīng)用設(shè)計(jì),表明pvData有助于應(yīng)對(duì)更為復(fù)雜的控制要求;采用應(yīng)用程序與配置文件分離的方式開發(fā)了Software Interlock Server中間件,可提升系統(tǒng)的維護(hù)性能。Archirver Appliance是EPICS社區(qū)最新發(fā)布的歷史數(shù)據(jù)存檔軟件。本文基于Archiver Appliance開展了歷史數(shù)據(jù)存檔技術(shù)方面的研究。一方面,本文對(duì)該軟件的設(shè)計(jì)原理、存儲(chǔ)格式和數(shù)據(jù)接口進(jìn)行了研究,優(yōu)化了該軟件的自動(dòng)化部署過(guò)程,并對(duì)比測(cè)試了Archiver Appliance和RDB Channel Archiver的數(shù)據(jù)查詢性能,結(jié)果表明前者(特別是其短期數(shù)據(jù))的查詢速度優(yōu)于后者。另一方面,研究了存檔軟件的參數(shù)配置方式。針對(duì)目前存檔參數(shù)集中配置的不足之處,提出了存檔參數(shù)分布式自動(dòng)配置的方法,完成了Auto Configurator軟件的開發(fā)和測(cè)試,測(cè)試表明該技術(shù)可以顯著提高存檔軟件的可維護(hù)性能。此外,本文使用前后端分離技術(shù)設(shè)計(jì)和開發(fā)了存檔數(shù)據(jù)的可視化軟件。大科學(xué)裝置規(guī)模的增大帶來(lái)了運(yùn)行過(guò)程中歷史數(shù)據(jù)量的激增,海量數(shù)據(jù)的處理已成為數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)分析性能的瓶頸。本文基于Hadoop生態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了大科學(xué)裝置的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù),建立了Hadoop集群,開發(fā)了兼容不同數(shù)據(jù)存檔軟件的數(shù)據(jù)遷移程序,為未來(lái)開展基于數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的數(shù)據(jù)分析提供了研究平臺(tái)。目前國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室正在開展HALS的預(yù)研工作,本論文的研究工作是“HALS控制技術(shù)研究”子項(xiàng)目的一部分,相關(guān)的研究成果為未來(lái)HALS的建設(shè)提供了技術(shù)儲(chǔ)備。
【圖文】：

系統(tǒng)架構(gòu)是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，決定了控制系統(tǒng)的總體性能。大科學(xué)裝置的逡逑體量不斷增加對(duì)控制系統(tǒng)的性能提出了更高的挑戰(zhàn)。因此，ＥＰＩＣＳ推出新版本逡逑ＥＰＩＣＳＶ４，新版本在功能的豐富性和數(shù)據(jù)傳輸速度方面有了非常大的提高Ｗ，并逡逑與ＥＰＩＣＳ邋Ｖ３合并發(fā)布，稱為ＥＰＩＣＳ７。同時(shí)，中間件技術(shù)也應(yīng)用于控制系統(tǒng)的設(shè)逡逑計(jì)和開發(fā)中，在ＯＰＩ層與ＩＯＣ之間加入了中間服務(wù)層。這一系列新技術(shù)的引入逡逑對(duì)提升控制系統(tǒng)整體水平有很大幫助［８］。逡逑在基于ＥＰＩＣＳ的控制系統(tǒng)中，ＩＯＣ內(nèi)數(shù)據(jù)庫(kù)為運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)（ｎｍ－ｔｉｍｅ逡逑ｄａｔａｂａｓｅ），，數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)只保留記錄的實(shí)時(shí)值，不保留歷史值。而大科學(xué)裝置在逡逑其運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量與裝置運(yùn)行相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)，這些存檔數(shù)據(jù)可用于裝逡逑置的性能分析和故障診斷，對(duì)裝置的性能提升和運(yùn)行維護(hù)具有重要意義，因而控逡逑制系統(tǒng)中需要有歷史數(shù)據(jù)存檔軟件對(duì)記錄的值進(jìn)行采集和存儲(chǔ)，并提供數(shù)據(jù)檢逡逑索功能，這對(duì)大科學(xué)控制系統(tǒng)非常重要。大科學(xué)裝置體量的增加也對(duì)歷史數(shù)據(jù)存逡逑檔軟件提出更高的要求，如要求數(shù)據(jù)查詢速度更快、單位數(shù)據(jù)點(diǎn)存儲(chǔ)空間更少、逡逑數(shù)據(jù)查詢功能更豐富、與其他應(yīng)用軟件更易集成、部署和管理更加便捷等。因此逡逑

邐第１章緒邋論邐逡逑以美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Ａｒｇｏｎｎｅ邋Ｎａｔｉｏｎａｌ邋Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，邋ＡＮＬ）的先進(jìn)光子逡逑源（Ａｄｖａｎｃｅｄ邋Ｐｈｏｔｏｎ邋Ｓｏｕｒｃｅ，邋ＡＰＳ）為例，圖１＿２是ＡＰＳ／ＡＰＳＵ控制系統(tǒng)軟件架構(gòu)逡逑圖［２（）］，分為底層控制層、中層服務(wù)層和上層應(yīng)用層。底層控制層運(yùn)行著ＥＰＩＣＳ逡逑ＩＯＣ，與各類被控設(shè)備相連；中間服務(wù)層運(yùn)行著各類服務(wù)層軟件，包括數(shù)據(jù)存檔逡逑系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、日志系統(tǒng)等；上層應(yīng)用層運(yùn)行著與操作人員交互的各類應(yīng)用逡逑軟件，例如物理應(yīng)用軟件、束流研究工具和ＯＰＩ軟件等。三層控制系統(tǒng)是基于逡逑ＥＰＩＣＳ７控制系統(tǒng)的典型架構(gòu)，與基于ＥＰＩＣＳ邋Ｖ３的控制系統(tǒng)相比，增加了中間逡逑服務(wù)層，將一些繁重的計(jì)算和數(shù)據(jù)庫(kù)操作交給服務(wù)層來(lái)完成，提高了性能，增加逡逑了上層應(yīng)用軟件的可移植性。逡逑ＥＰＩＣＳ新版本ＥＰＩＣＳ７中ｐｖＤａｔａ、ｐｖＡｃｃｅｓｓ、ｐｖａ２ｐｖａ等模塊對(duì)豐富控制系逡逑統(tǒng)功能、提高控制系統(tǒng)性能很有幫助，尤其對(duì)未來(lái)國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室興建更大逡逑型粒子加速器裝置有十分重要的意義，因此本論文中開展了基于ＰＥＩＣＳ７的原型逡逑控制系統(tǒng)架構(gòu)方面的研究。逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TL503.6

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