Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixeldetektor-Kontrollsystems

Präsentation zum Thema: "Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixeldetektor-Kontrollsystems"—  Präsentation transkript:

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

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

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

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

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

6 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS
Der Pixeldetektor ~1,3 m lang (mit „Discs“) 25 cm Durchmesser (ohne Supportstruktur) 3 Zylinderlagen, 6 Discs ~2 m2 Sensorfläche 1744 Module à Pixel ~ 80 Millonen Pixel Pixelgröße 50 mm mal 400 mm Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

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

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

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

11 SIT: System Integration Tool
Integration der vom FIT bereitgestellten Hardware in die geographische Struktur 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) Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

12 Teil 1: DCS und Systemverwaltung
Der Pixeldetektor wird von zahlreichen Versorgungseinheiten gespeist 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 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 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

13 Von DCS zu verwaltende Verbindungen
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14 Modularitäten der Hardware
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15 Der geographische Ansatz
PCC Module Channel Half-Stave Layer Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

16 Arbeitsteilung FIT/SIT
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17 SIT-Detector Konfiguration
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18 Das Konfigurationsprinzip
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19 SIT-Detector graphische Ansicht
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20 SIT-Detector tabellarische Ansicht
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21 Export/Import von Konfigurationen
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22 Zusammenfassung Teil 1:
Geographischer Ansatz: virtuelles Abbild des Detektors innerhalb von PVSS Konfiguration entspricht der Verkabelung Konf. durch eigene Panels, als auch durch Import von Konfigurationsdateien Tabellarische und graphische Kontroll- und Überwachungsansicht Nutzer muss funktionale Struktur nicht mehr kennen, um das System zu steuern Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

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

24 Evaporative Kühlung in ATLAS
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25 Das Marseiller Kühlsystem
P 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) MFM BPR V P V V V Specialist by-pass Buffer V P View glass P Vp Vp Pixel bistave Vp Vp V V Vp Filters/ dryers Bistave capillary Vp Pix flow Compressor R Vp Precooling capillary PC flow R P P V V Vacuum port V V P Condenser V V V3 b Line precooling a Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

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

27 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS
Zusammenfassung Teil 2 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 Ein einfaches Alarmsystem warnt vor Unterschreiten des Taupunktes Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

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

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

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

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

33 Client-Server-Prinzip
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34 Das ROOT-Panel (oder Client)
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35 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS
Histogramme Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

36 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS
Zusammenfassung Teil 3 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 Trends, Graphen, Histogramme und Relationsplots sind nun möglich Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

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