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Benutzerschnittstellen des ATLAS- Pixeldetektor- Kontrollsystems Diplomvortrag von Tobias Henß

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Präsentation zum Thema: "Benutzerschnittstellen des ATLAS- Pixeldetektor- Kontrollsystems Diplomvortrag von Tobias Henß"—  Präsentation transkript:

1 Benutzerschnittstellen des ATLAS- Pixeldetektor- Kontrollsystems Diplomvortrag von Tobias Henß

2 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 2Inhalt Einleitung: LHC, ATLAS, Pixeldet., DCS Einleitung: LHC, ATLAS, Pixeldet., DCS Teil 1: Systemintegration Teil 1: Systemintegration Teil 2:Automatisierung Teil 2:Automatisierung Teil 3:Graphische Darstellung der Messwerte Teil 3:Graphische Darstellung der Messwerte

3 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 3 Der LHC am CERN ~27 km Umfang ~27 km Umfang ~100 m unter der Erde ~100 m unter der Erde 4 Großexperimente 4 Großexperimente 7 TeV Proton-Strahlen 7 TeV Proton-Strahlen 14 TeV Schwerpunktsenergie 14 TeV Schwerpunktsenergie Kollisionen alle 25 ns Kollisionen alle 25 ns

4 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 4 Die physikalische Motivation Standardmodell: Die Suche nach dem Higgs-Teilchen Die Suche nach dem Higgs-Teilchen Präzisionsmessungen der Eigenschaften bekannter Teilchen (Top-Masse, W- Masse,…) Präzisionsmessungen der Eigenschaften bekannter Teilchen (Top-Masse, W- Masse,…) Über das Standardmodell hinaus: Super-Symmetrie Super-Symmetrie Extradimensionen Extradimensionen

5 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 5 Das ATLAS-Experiment 44 m lang 44 m lang 22 m hoch 22 m hoch 7000 t schwer 7000 t schwer Myonkammern Hadronisches Kalorimeter Magnetsystem Elektromagnetisches Kalorimeter Innerer Detektor (TRT, SCT, Pixel)

6 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 6 Der Pixeldetektor Der Pixeldetektor ~1,3 m lang (mit Discs) ~1,3 m lang (mit Discs) 25 cm Durchmesser (ohne Supportstruktur) 25 cm Durchmesser (ohne Supportstruktur) 3 Zylinderlagen, 6 Discs 3 Zylinderlagen, 6 Discs ~2 m 2 Sensorfläche ~2 m 2 Sensorfläche 1744 Module à Pixel ~ 80 Millonen Pixel 1744 Module à Pixel ~ 80 Millonen Pixel Pixelgröße 50 m mal 400 m Pixelgröße 50 m mal 400 m

7 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 7 Versorgungs- und Kontrollkanäle

8 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 8 DCS: Detector Control System Aufgabe: Überwachung und Kontrolle der gesamten für den Betrieb des Detektors notwendigen Hardware Aufgabe: Überwachung und Kontrolle der gesamten für den Betrieb des Detektors notwendigen Hardware Über eine Entfernung von mehr als 100 m Über eine Entfernung von mehr als 100 m Zugang während des Betriebes nicht möglich Zugang während des Betriebes nicht möglich Schäden an der Hardware müssen verhindert werden (Temperatur, zu hohe Leistung) Schäden an der Hardware müssen verhindert werden (Temperatur, zu hohe Leistung) Software: PVSS II der Firma ETM dient als Programmierumgebung (ATLAS-weit) Software: PVSS II der Firma ETM dient als Programmierumgebung (ATLAS-weit) Pixel-DCS: Einteilung in mehrere Software-Projekte Pixel-DCS: Einteilung in mehrere Software-Projekte

9 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 9Terminologie Funktional: Funktional: Gliederung folgt der Zugehörigkeit zu bestimmten Gerätetypen Gliederung folgt der Zugehörigkeit zu bestimmten Gerätetypen Beispiel 1: Eine Spannungsversorgung gehört zur Gruppe der Hochspannungsversorgungen Beispiel 1: Eine Spannungsversorgung gehört zur Gruppe der Hochspannungsversorgungen Zugriff über: IsegHV18.Channel3 Zugriff über: IsegHV18.Channel3 Geographisch: Geographisch: Gliederung folgt der Detektorstruktur Gliederung folgt der Detektorstruktur Beispiel: Ein Modul besitzt eine Hochspannungsversorgung Beispiel: Ein Modul besitzt eine Hochspannungsversorgung Zugriff über: Module4.HV Zugriff über: Module4.HV

10 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 10 FIT: Front-End Installation Tool Kommunikation mit der eingesetzten Hardware über verschiedene Schnittstellen Kommunikation mit der eingesetzten Hardware über verschiedene Schnittstellen Bereitstellung von virtuellen Geräten für die anderen Subprojekte des Pixel-DCS (ELMB, Iseg HV, …) Bereitstellung von virtuellen Geräten für die anderen Subprojekte des Pixel-DCS (ELMB, Iseg HV, …) Möglichkeit der funktionalen Überwachung und Kontrolle (Experten) Möglichkeit der funktionalen Überwachung und Kontrolle (Experten)

11 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 11 SIT: System Integration Tool Integration der vom FIT bereitgestellten Hardware in die geographische Struktur Integration der vom FIT bereitgestellten Hardware in die geographische Struktur Verantwortlich für die Filterung und Archivierung der Daten in den Archiven Verantwortlich für die Filterung und Archivierung der Daten in den Archiven Bereitstellung von benutzerfreundlichen geographischen Fenstern (Panels) für Überwachung und Steuerung der eingebundenen Hardware (z.B.: Modul-HV statt Iseg-HV) Bereitstellung von benutzerfreundlichen geographischen Fenstern (Panels) für Überwachung und Steuerung der eingebundenen Hardware (z.B.: Modul-HV statt Iseg-HV)

12 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 12 Teil 1: DCS und Systemverwaltung Der Pixeldetektor wird von zahlreichen Versorgungseinheiten gespeist Der Pixeldetektor wird von zahlreichen Versorgungseinheiten gespeist Diese müssen in DCS eingebunden und von DCS überwacht und gesteuert werden Diese müssen in DCS eingebunden und von DCS überwacht und gesteuert werden Dabei müssen die in der Realität vorgenommenen Verkabelungen innerhalb der Rechner bekannt sein Dabei müssen die in der Realität vorgenommenen Verkabelungen innerhalb der Rechner bekannt sein Eine für die Systemtests bisher unnötige Automatisierung der Konfiguration muss vorbereitet werden Eine für die Systemtests bisher unnötige Automatisierung der Konfiguration muss vorbereitet werden Dem Nutzer muss die Möglichkeit gegeben werden, bei der Vielzahl der Kanäle den Überblick zu behalten Dem Nutzer muss die Möglichkeit gegeben werden, bei der Vielzahl der Kanäle den Überblick zu behalten

13 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 13 Von DCS zu verwaltende Verbindungen

14 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 14 Modularitäten der Hardware

15 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 15 Der geographische Ansatz Layer PCC Half-Stave Module Channel

16 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 16 Arbeitsteilung FIT/SIT FIT SIT

17 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 17 SIT-Detector Konfiguration

18 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 18 Das Konfigurationsprinzip

19 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 19 SIT-Detector graphische Ansicht

20 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 20 SIT-Detector tabellarische Ansicht

21 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 21 Export/Import von Konfigurationen

22 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 22 Zusammenfassung Teil 1: Geographischer Ansatz: virtuelles Abbild des Detektors innerhalb von PVSS Geographischer Ansatz: virtuelles Abbild des Detektors innerhalb von PVSS Konfiguration entspricht der Verkabelung Konfiguration entspricht der Verkabelung Konf. durch eigene Panels, als auch durch Import von Konfigurationsdateien Konf. durch eigene Panels, als auch durch Import von Konfigurationsdateien Tabellarische und graphische Kontroll- und Überwachungsansicht Tabellarische und graphische Kontroll- und Überwachungsansicht Nutzer muss funktionale Struktur nicht mehr kennen, um das System zu steuern Nutzer muss funktionale Struktur nicht mehr kennen, um das System zu steuern

23 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 23 Teil 2: DCS und Automatisierung Expertenkenntnisse für Betrieb des Kühlsystems in Marseille notwendig Expertenkenntnisse für Betrieb des Kühlsystems in Marseille notwendig Wunsch nach Automatisierung Wunsch nach Automatisierung Erweiterung und Nutzung des bestehenden DCS Erweiterung und Nutzung des bestehenden DCS Erstellung von sehr einfach zu bedienenden Kontrollpanels Erstellung von sehr einfach zu bedienenden Kontrollpanels Automatische Überwachung des Taupunktes Automatische Überwachung des Taupunktes

24 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 24 Evaporative Kühlung in ATLAS

25 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 25 Das Marseiller Kühlsystem Condenser Compressor P P Buffer View glass V MFMBPR Pixel bistave V3 SYMBOLS R = regulator (dome loaded) BPR = back-pressure regulator (dome loaded) V = valve (hand operated) Vp = valve (pneumatically operated) MFM = mass-flow meter (Vapor only) V3 = 3 way (by-pass) valve (water only) Vp Filters/ dryers Vacuum port Line precooling VV V V VV VV V Vp Precooling capillary Bistave capillary Specialist by-pass P P P P V Vp Pix flow PC flow R R V V P

26 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 26DCS-Kühlsystempanel

27 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 27 Zusammenfassung Teil 2 Mit Hilfe einer FSM ist die Bedienung während des Betriebes durch Nicht- Experten möglich und wird genutzt Mit Hilfe einer FSM ist die Bedienung während des Betriebes durch Nicht- Experten möglich und wird genutzt Durch die Implementation eines PID- Reglers im Kühlkreislauf kann die Temperatur automatisch geregelt werden Durch die Implementation eines PID- Reglers im Kühlkreislauf kann die Temperatur automatisch geregelt werden Ein einfaches Alarmsystem warnt vor Unterschreiten des Taupunktes Ein einfaches Alarmsystem warnt vor Unterschreiten des Taupunktes

28 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 28 Teil 3: Graphische Darstellung der Messwerte Darstellungsfähigkeiten von PVSS stark eingeschränkt Darstellungsfähigkeiten von PVSS stark eingeschränkt Nutzung einer unabhängigen und leistungsfähigen Software zur grafischen Online-Darstellung der Messwerte: ROOT Nutzung einer unabhängigen und leistungsfähigen Software zur grafischen Online-Darstellung der Messwerte: ROOT Implementation einer Schnittstelle zwischen PVSS und ROOT Implementation einer Schnittstelle zwischen PVSS und ROOT Erstellung eines einfach zu handhabenden Benutzerpanels auf ROOT-Basis Erstellung eines einfach zu handhabenden Benutzerpanels auf ROOT-Basis

29 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 29Terminologie Graph: Wert gegen Zeit (statisch) Graph: Wert gegen Zeit (statisch) Trend: Wert gegen Zeit (dynamisch) Trend: Wert gegen Zeit (dynamisch) Histogramm: Häufigkeit gegen Wert Histogramm: Häufigkeit gegen Wert Relationsplot: Wert gegen Wert Relationsplot: Wert gegen Wert

30 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 30 Die Problemstellung Nutzung eines geeigneten Protokolls für die Datenübertragung Nutzung eines geeigneten Protokolls für die Datenübertragung Extraktion und Umwandlung der Daten aus den PVSS- Archiven Extraktion und Umwandlung der Daten aus den PVSS- Archiven Im Falle eines Trends kontinuierliche Extraktion und Darstellung Im Falle eines Trends kontinuierliche Extraktion und Darstellung Erstellen der Graphen, Histogramme oder Relationsplots Erstellen der Graphen, Histogramme oder Relationsplots Unabhängigkeit des ROOT-Panels von PVSS (Remoteüberwachung) Unabhängigkeit des ROOT-Panels von PVSS (Remoteüberwachung) Verzicht auf ROOT-Makros zugunsten eines einfach zu bedienenden Front-Panels Verzicht auf ROOT-Makros zugunsten eines einfach zu bedienenden Front-Panels Nutzung/Erweiterung des bereits bestehenden Interfaces von Viatcheslav Filimonov (ATLAS-DCS, CERN)

31 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 31 Das ROOT-PVSS-Interface

32 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 32 Die ROOT-Klassen

33 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 33Client-Server-Prinzip

34 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 34 Das ROOT-Panel (oder Client)

35 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 35Histogramme

36 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 36 Zusammenfassung Teil 3 Durch Verwendung von TCP/IP und ROOT ist das System ohne PVSS- Installation auf nicht-DCS-Rechnern verwendbar Durch Verwendung von TCP/IP und ROOT ist das System ohne PVSS- Installation auf nicht-DCS-Rechnern verwendbar Das Kommunikationsprotokoll erlaubt nun eine ausreichende Datentransferrate Das Kommunikationsprotokoll erlaubt nun eine ausreichende Datentransferrate Trends, Graphen, Histogramme und Relationsplots sind nun möglich Trends, Graphen, Histogramme und Relationsplots sind nun möglich

37 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß 37Abkürzungen API:Application Programming Interface API:Application Programming Interface ATLAS:A Toroidal LHC AparatuS ATLAS:A Toroidal LHC AparatuS CERN:ehem.: Centre Européene pour la Recherche Nucleaire CERN:ehem.: Centre Européene pour la Recherche Nucleaire DCS:Detector Control System DCS:Detector Control System DPE:Data Point Element DPE:Data Point Element ELMB:Embedded Local Monitor Board ELMB:Embedded Local Monitor Board FIT:Front-end Installation Tool FIT:Front-end Installation Tool FSM:Finite State Machine FSM:Finite State Machine GUI:Graphical User Interface GUI:Graphical User Interface HS:Half Stave HS:Half Stave LHC:Large Hadron Collider LHC:Large Hadron Collider PCC:Parallel Cooling Circuit PCC:Parallel Cooling Circuit PID:Proportional / Integral / Derivative PID:Proportional / Integral / Derivative PVSS:Prozess-Visualisierungs- und Steuerungs-Software PVSS:Prozess-Visualisierungs- und Steuerungs-Software ROOT:dies ist keine Abkürzung sondern ein Name ROOT:dies ist keine Abkürzung sondern ein Name SC-OLink:Supply and Control for the Optical Link SC-OLink:Supply and Control for the Optical Link SCT:Semi Conductor Tracker SCT:Semi Conductor Tracker SIT:System Integration Tool SIT:System Integration Tool TCP/IP:Transmission Control Protocol / Internet Protocol TCP/IP:Transmission Control Protocol / Internet Protocol TRT:Transition Radiation Tracker TRT:Transition Radiation Tracker VDD:eigentlich: VDDD Voltage Drain Drain Digital (Digital entfällt) VDD:eigentlich: VDDD Voltage Drain Drain Digital (Digital entfällt) VDDA:Voltage Drain Drain Analogue VDDA:Voltage Drain Drain Analogue


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