CSNS加速器中央控制室计算机状态监视系统构建

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2024年6月22日发(作者：)

第40卷第4期

核电子学与探测技术

Vol

. 40

No

. 4

2020年7月

Nuclear

Electronics

Detection

Technology

Jul

. 2020

CSNS

加速器中央控制室计算机状态监视系统构建

何泳成

i

’

2

’

5

,张玉亮

u

’

3

’

5

,金大鹏^“，郭凤琴^^吴煊1’2’5，

王林

1

’

2

’

3

’

5

,康明涛

i

’

2

’

5

,朱鹏

1

’

2

’

3

’

5

,李刚

1

’

2

’

3

’

5

,高文春

“2’3’5

(1.中国科学院高能物理研究所，北京100049:2.东莞中子科学中心，广东东莞523803;

3•中国科学院大学，北京100049;4.核探测与核电子学国家重点实验室中国科学院高能物理研究所，

北京100049;5•中国科学院粒子加速物理与技术重点实验室中国科学院高能物理研究所，北京100049)

摘要：为保证

CSNS

加速器中央控制室计算机稳定、可靠地运行，构建了基于

EPICS

的

CSNS

加速

器中央控制室计算机状态监视系统。该系统主要由

CA

客户端程序

、EPICS

IOC

和

EPICS

OF

>

I

三部分

组成，实现了对

CSNS

加速器中央控制室计算机运行状态的远程监视。测试结果表明，该系统具有兼容

性强、稳定可靠性高、人机交互友好的特点，很好地满足了长期运行的需要。

关键词：中国散裂中子源；加速器；中央控制室；计算机状态监视系统

中图分类号：

TL

50 文献标志码：

A

文章编号：0258 — 0934(2020)4 — 0589 — 04

中国散裂中子源（

CSNS

)加速器主要由一

墙等设备。为了给值班人员提供更友好的人机

台80

MeV

H

—离子直线加速器和一台1.6 交互接口，

CSNS

加速器中央控制室控制台和

GeV

快循环质子同步加速器（

RCS

)组成[15]。

大屏幕墙的计算机均运行

Windows

操作系统。

CSNS

加速器中央控制室为加速器的调试和正

CSNS

加速器中央控制室计算机状态监视系统

常运行提供了全局的监视和控制，对

CSNS

加 主要用于实现对

CSNS

加速器中央控制室30

速器安全、稳定、可靠地运行起着至关重要的作

多台

Windows

计算机

CPU

、内存使用情况和

用。为了保证

CSNS

加速器中央控制室计算机

链接状态等的远程监视。实现了在统一的

OH

稳定、可靠地运行，需要开发相应的监视系统，

上显示

CSNS

加速器中央控制室所有

Win

­

以实现对

CSNS

加速器中央控制室计算机运行

dows

计算机的运行状态， 并可提供异常报警和

状态的远程监视。本文对

CSNS

加速器中央控

历史数据存储和查询等功能。

制室计算机状态监视系统的设计方案、实现方

法和性能测试等进行了介绍。

1系统简介

CSNS

加速器中央控制室位于

RCS

设备

楼首层，如图1所示，其配备了控制台和大屏幕

收稿日期：2018 —09 —20

;

NS

加速器中央控制室

作者简介：何泳成（1986 —），男，广西梧州人，工程师，

主要从事加速器控制研究。

589

2 总体设计

CSNS

加速器控制系统是基于分布式实时

控制软件

EPICS

架构搭建的。

EPICS

是用于

搭建粒子加速器等大型科学装置控制系统的主

流软件工具集[6’7]。因此，为了便于实现统一

的状态监视、异常报警、历史数据存储和查询等

功能，

CSNS

加速器中央控制室计算机状态监

视系统也基于

EPICS

软件架构搭建

。CSNS

加速器中央控制室计算机状态监视系统主要由

CA

客户端程序

、EPICS

IOC

和

EPICS

OPI

三

部分组成，如图2所示。

一甲，

mm

_

以太网

图

2

中央控制室计算机状态监视系统示意图

CA

客户端程序运行在控制台和大屏幕墙

的30多台计算机中，用于将本机的

CPU

、内存

使用情况和心跳信号等信息发送至

EPICS

IOC。EPICS

IOC

(

CA

服务器程序）运行在加

速器中控室机房虚拟机服务器的一台

Linux

虚

拟机上，用于将

CSNS

加速器中央控制室所有

计算机的运行状态发布为

EPICS

PV。EPICS

OPI

用于显示

CSNS

加速器中央控制室计算机

的运行状态，为相关人员提供友好的人机交互

界面。

3部件设计

3. 1

CA

客户端程序

CA

客户端程序基于

Windows

命令进行

开发。

CA

客户端程序的主要工作流程是：（1)

周期性（10

s

)地获取计算机的主机名、

CPU

使

590

用率、内存使用量和心跳信号等“2)根据获取

到主机名自动生成

EPICS

PV

名；（3)通过

Windows

版

EPICS

base

的

CA

客户端命令将

获取到的信息发送至

EPICS

I

()

C

内相应的

EPICS

PV

中。其中，编译

Windows

版

EPICS

base

使用的主要软件及版本信息如表1所列。

表 1 编译 Windows 版 EP丨CS base

使用的主要软件及版本信息

软件

版本

Windows

Windows 10 32 bit

strawberry-perl5. 24. 0. 1-32 bit

MinGW

mingw32

Visual Studio Community2015

EPICS Base

3. 14. 12. 5

3. 2 EPICS IOC

CSNS

加速器中央控制室计算机状态监视

系统的

EHCS

IOC

共有实时动态数据库记录

约405个，对

CPU

使用率、内存使用率、已用内

存大小、空闲内存大小和心跳信号等分别设计

了相应的实时动态数据库记录模版。模版的使

用，不仅提高了软件开发效率，同时也使后期添

加信号等维护更加方便高效。为提高可靠性，

CSNS

加速器中央控制室计算机状态监视系统

的

EPICS

IOC

程序运行在加速器中控室机房

虚拟机服务器的一台虚拟机上，该虚拟机的基

本信息如表2所列。

表2运行EPICS IOC程序的虚拟机的基本信息

虚拟化

操作

A# EPICS

硬件平台

软件

系统

base

版本

Redhat

HP

刀片

VMware Enterprise

4 GB 3. 14. 12. 5

服务器

6.0 Linux

6. 5-64 bits

3.3 EPICS OPI

CSNS

加速器中央控制室计算机状态监视

系统的

EPICS

OPI

使用

Control

System

Stu

-

dio

(

CSS

)

BOY

开发，主界面如图3所示。主

界面上显示了

CSNS

加速器中央控制室30多

台计算机的主机名、

CPU

使用率、内存使用率

和链接状态等信息。

Central Control Room Windows PC Status

CAmpHWNaM CCKONtOUl

MIMIoad U*

Cwnpuar Mraa CdKONSOUl

MCMload

UxbSMui

1 V K 1

•

CM^UMr NMW CCaCOMOUlcn，，_，r»«—_ catcomoui

Compunr

Um* ccaCOMOUS Hr

CPUUMd

MEM load

link Suns

S4»

•

ConvuMrNanM COKONSOUM

Cnjlaad

X%

MtMLoul

Cempuw Nwn« COCONKHIU

CVU iMd

77%

Hlnm

CC*COMSOL£7

MtM load

LMtout

UtM load

LiokteM

MtWLaa*

18%

•

丨》

Conyirtf NMM COKONSOUA

MtM load 4««

Compm Hama CCHCONtOUia

MM load

Con«uMrMan>a (XHCONtOlZllCanvuMc Num CCMCONIOU12

can—

um

, w«m« ccacomotcuCanputwHam* CCBCOMCOUU

•

il%

C_w>u_

mnm

COKONCOLZU

NMM CCKCONKKUS

CampuHrNMM COKONSOUIl

CorapuMrNam* CCHCONCOU17

CMUud

9%

MCMI

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I

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CPU Load

；

MtM lead K]

画

C*vut»r Mm* COKONSOUU

CBUlsad

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1

iMStako •

CsnvuiKMMns CCKTV1 HT

CPUload 0«

MEM Load

C«

-III

M

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CoNaaM CCHTV2 HT

MEMUud

CPU IMd

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Oh

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I

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I

Mmmm

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mm

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MEM Load 40W

Csn^HMrNMH CCXTV«HP

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C

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N

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OCKTVT H»

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load ion

MEM load

Con^UtmHmmm

COTTV1 HT

(7Ul

CQK^Lim

Hmnm

COTTVIO

图3

CSNS

加速器中央控制室计算机状态监视系统的主界面

4

4. 1

系统测试

信号通路测试

系统实现了对

CSNS

加速器中央控制室30多

台计算机运行状态的远程监视。同时，使用

CSNS

加速器中央控制室计算机状态监视系统

发布的

EPICS

PV

，能方便地实现统一的状态

监视、异常报警、历史数据存储和查询等功能，

为相关人员及时发现和处理计算机相关问题、

进行历史数据分析等提供了便捷途径。

此外，由于

CSNS

加速器中央控制室计算

机状态监视系统的

CA

客户端程序具有兼容性

强的特点，因此可使用该系统实现对

CSNS

加

速器控制网内其他

Windows

计算机运行状态

的远程监视。

参考文献：

[1]

Wei

Jie，Chen

Hesheng，Chen

Yanwei，et

al

.

China

CSNS

加速器中央控制室计算机状态监视

系统开发完成后，进行了完整的信号通路测试。

(1)由于

CA

客户端程序内的

EPICS

PV

名是

根据获取到的主机名自动生成，因此对

CSNS

加速器中央控制室所有计算机的主机名进行了

检查，确保无重名的情况。（2)检查

EPICS

IOC

内添加的动态数据库记录是否与

CSNS

加速器中央控制室的计算机信息一致。（3)检

查

EPICS

OPI

显示的计算机状态是否与在本

地用任务管理器査看到的状态一致。测试结果

表明，所有信号通路正确。

4.2

CA

客户端程序兼容性测试

由于

CA

客户端程序需要运行在不同版本

的

Windows

计算机中，因此对其兼容性进行了

测试。测试结果表明，

CSNS

加速器中央控制

室计算机状态监视系统的

CA

客户端程序兼容

32/64 位

Windows

XP

/7/10 等操作系统。

4.3稳定可靠性测试

通过长时间连续运行的方式对

CSNS

加速

器中央控制室计算机状态监视系统的稳定可靠

性进行了测试。自投人运行以来，

CSNS

加速器

中央控制室计算机状态监视系统已稳定运行了

超过一年。由此表明，

CSNS

加速器中央控制室

计算机状态监视系统具有稳定可靠性高的特点。

5结论

spallation

neutron

source

：

design

,

R

&-

D

,

and

out

-

look

[

J

].

Nuclear

Instruments

Methods

In

Phys

­

ics

Research

Section

A-Accelerators

Spectrometers

Detectors

And

Associated

Equipment

, 2009, 600

(1)：10-13.

[2]

Wei

Jie,Fu

Shinian,Tang

Jingyu,et

al

.

China

spall

­

ation

neutron

source-an

overview

of

application

prospects

[

J

] .

Chinese

Physics

C

, 2009, 33 ( 11 )：

1033-1042.

[3]

Wang

Sheng，Fang

Shouxian，Fu

Shinian

,

et

al

.

Introduction

to

the

overall

physics

design

of

CSNS

accelerators

[

J

].

Chinese

Physics

C

，2009,33

(Supplement

2)： 1-3.

[4]

Fu

S

N，Chen

H

S，Chen

Y

W，et

al

.

Status

of

CSNS

project

[

C

]

.Proceedings

of

IPAC

2013,

Shanghai

China

♦ 2013 ： 3995-3999.

CSNS

加速器中央控制室计算机状态监视

591

[5]

Chen

H，Wang

X

L

.

China’s

first

pulsed

neutron

[7]

Martin

R

Kraimer，Janet

B

Anderson，Andrew

N

source

[

J

].

Nature

Materials

，2016，15(7):689-691.

[6]赵籍九，尹兆升.粒子加速器技术[

M

].北京：高

等教育出版社，2006.

Johnson，et

al

.

EPICS

Application

Developer’s

Guide

[

EB

/

OL

] .

https

： //

epics

,

anl

.

gov

/

base

/

R

3-

14/12-

docs

/

AppDevGuide

/ ,2016-10-06.

Construction of Computers Monitoring System for CSNS

Accelerator Central Control Room

HE

Yong

-

cheng1'2’5，ZHANG

Yu

-

liang1'2'3.5，JIN

Da

-

peng

1.2.3.4'5，

GU

()

Feng

-

qin1.2.5，WU

Xuan

1.2,5，

WANG

Lin

1，2,3,5,

KANG

Ming

-

taoK2.5，ZHU

Peng1，2.3.5，LI

Gang

1，2.3,5,

GAO

Wen

-

chun

1.2.3.5

(1.

Institute

of

High

Energy

Physics,Chinese

Academy

of

Sciences»Beijing

100049,

China

；

2.

Dongguan

Neutron

Science

Center,Dongguan

523803»

China

；

3.

University

of

Chinese

Academy

of

Sciences,Beijing

100049,

China

；

4.

State

Key

Laboratory

of

Particle

Detection

and

Electronics

♦

Institute

of

High

Technology，Institute

of

High

Energy

Physics，Beijing

100049，

China

)

Energy

PhysicstBeijing

100049♦

China

；5.

Key

Laboratory

of

Particle

Acceleration

Physics

8^-

Abstract

：

In

order

to

guarantee

a

stable

and

reliable

operation

for

the

computers

of

CSNS

acceler

­

ator

central

control

room,the

computers

monitoring

system

for

CSNS

accelerator

central

control

room

was

constructed

under

the

Experimental

Physics

and

Industrial

Control

System

(

EPICS

)

software

framework

.

This

system

mainly

consists

of

CACChannel

Access

)

client

programs,EPICS

IOC

(

Input/Output

Controller

)

and

EPICS

OPI

(

Operator

interface

).

The

remote

monitoring

of

the

running

status

of

the

computers

in

CSNS

accelerator

central

control

room

was

realized

.

The

test

results

show

that

the

computers

monitoring

system

for

CSNS

accelerator

central

control

room

has

the

characteristics

of

strong

compatibility

,

high

stability

,

high

reliability

and

friendly

op

­

erator

interface

,

which

satisfactorily

meets

long-term

operational

needs

.

Key words

：

China

Spallation

Neutron

Source

；

Accelerator；Central

Control

Room；Computers

Mo

­

nitoring

System

592

本文标签： 状态加速器计算机控制室