Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixeldetektor-Kontrollsystems Diplomvortrag von Tobias Henß

Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Inhalt Einleitung: LHC, ATLAS, Pixeldet., DCS Teil 1: Systemintegration Teil 2: Automatisierung Teil 3: Graphische Darstellung der Messwerte 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

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 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

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 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

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 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

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 46080 Pixel ~ 80 Millonen Pixel Pixelgröße 50 mm mal 400 mm 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

Versorgungs- und Kontrollkanäle 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

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 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

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“ 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

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) 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

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) 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

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 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

Von DCS zu verwaltende Verbindungen 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

Modularitäten der Hardware 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

Der geographische Ansatz PCC Module Channel Half-Stave Layer 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

Arbeitsteilung FIT/SIT 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

SIT-Detector Konfiguration 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

Das Konfigurationsprinzip 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

SIT-Detector graphische Ansicht 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

SIT-Detector tabellarische Ansicht 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

Export/Import von Konfigurationen 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

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 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

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 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

Evaporative Kühlung in ATLAS 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

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 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS DCS-Kühlsystempanel 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

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 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

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 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Terminologie Graph: „Wert gegen Zeit“ (statisch) Trend: „Wert gegen Zeit“ (dynamisch) Histogramm: „Häufigkeit gegen Wert“ Relationsplot: „Wert gegen Wert“ 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

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) 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

Das ROOT-PVSS-Interface 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Die ROOT-Klassen 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

Client-Server-Prinzip 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

Das ROOT-Panel (oder Client) 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Histogramme 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

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 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

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 7.7.2005 Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß