7 Geräteklassen

HICAT - Beschleuniger-Kontrollsystem
Pflichtenheft
Strahldiagnose
© 2004 ECKELMANN AG • Berliner Straße 161 • D-65205 Wiesbaden
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Autoren:
GSI: Tobias Hoffmann (TH), Andreas Peters (AP), Marcus Schwickert (MS)
EAG: Christoph Sehr (CS), Horst Wiche (HWi)
Urheberschutz:
Produkt / Warennamen oder Bezeichnungen sind teilweise für den jeweiligen
Hersteller geschützt (eingetragene Warenzeichen etc); in jedem Fall wird für
deren freie Verfügbarkeit/Verwendungserlaubnis keinerlei Gewähr
übernommen.
Die Beschreibungsinformationen erfolgen unabhängig von einem etwaig
bestehenden Patentschutz oder sonstiger Schutzrechte Dritter.
Irrtum und technische Änderungen bleiben ausdrücklich vorbehalten.
Dateiname:
PHV1.06Strahldiagnose.doc
Version:
1.06
Freigabe:
Datum / Name
Ersterstellung:
November 2003
Änderungsprotokoll
Version
Datum
Bearbeiter
Änderung
V0.10
03.11.03
AP,MS,TH,CS
Ersterstellung
V0.11
10.11.03
MS, CS
Bearbeitung Kap. 7.3
V0.12
15.11.03
TH, CS
Bearbeitung Kap.7.2
V0.13
19.11.03
AP, MS, CS
Bearbeitung Kap. 5, 6
V0.14
26.11.03
MS, CS
Bearbeitung alle Kapitel nach
Besprechung vom 20.11.03
V0.15
09.12.03
AP, MS,CS
Bearbeitung alle Kapitel nach
Besprechung vom 27.11.03 und
03.12.03
V1.00
12.12.03
Autoren
Erste Arbeitsversion
V1.01
19.12.03
CS, HWi
Überarbeitung Kapitel 6, 7
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Freigabe
Datum / Kurzz.
1
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Version
Datum
Bearbeiter
Änderung
V1.02
12.01.04
CS, HWi
Überarbeitung Pflichtenheft
V1.03
23.01.04
CS, HWi
Überarbeitung auf Basis von
Anmerkungen GSI
V1.04
11.02.04
CS, HWi
Überarbeitung aller Kapitel.
Redaktionelle Korrekturen nach
EAG internem Review. Version zur
Freigabe durch GSI
V1.05
16.04.04
HWi
Kapitel 6: Anpassungen Funktionen
MDE-System an Standard lt.
Pflichtenheft DCU. Alle Kapitel,
speziell Kapitel 7: Überarbeitung
nach Review durch GSI.
Einarbeitung Anpassungen lt.
Projektgespräch vom 26.03.2004.
Neu Anhang A, B
V1.06
30.04.04
HWi
Anpassungen lt. Projektgespräch
vom 22.04.2004. Einarbeitung
Anmerkungen von GSI zum
Pflichtenheft V1.05
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Freigabe
Datum / Kurzz.
2
Pflichtenheft Strahldiagnose
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Inhaltsverzeichnis
1
Einleitung ....................................................................................................... 20
1.1
Zweck des Dokumentes ........................................................................................................................................... 20
2
Abkürzungen und Bezeichnungen ................................................................. 21
3
Anforderungen an die Projektdokumentation ................................................. 23
3.1
Dokumentationskonzept ........................................................................................................................................... 23
3.2
Hauptdokumente ...................................................................................................................................................... 24
3.3
Mit diesem Pflichtenheft verbundene Dokumente ..................................................................................................... 24
4
Allgemeines ................................................................................................... 26
4.1
Technische Aufgabenstellung ................................................................................................................................... 26
4.2
Schnittstellen zu anderen Unterprojekten ................................................................................................................. 26
4.3
Abwicklung dieses Unterprojektes ............................................................................................................................ 27
4.4
Termin- und Meilensteinplan..................................................................................................................................... 28
5
Hardware- und Systemstruktur ...................................................................... 29
5.1
Hardwarestruktur ...................................................................................................................................................... 29
5.2
Messdatenerfassungchassis ..................................................................................................................................... 31
5.3
PXI-Controller ........................................................................................................................................................... 31
5.3.1
Abweichungen vom Standard-Controller PXI-8145 RT ............................................................................................. 32
5.4
E/A-Baugruppen ....................................................................................................................................................... 32
5.5
Steckebene .............................................................................................................................................................. 33
5.5.1
Steckebene PXI-6508 ............................................................................................................................................... 33
5.5.2
Steckebene PXI-6025E ............................................................................................................................................ 33
5.5.3
Steckebene PXI-6115 ............................................................................................................................................... 34
5.5.4
Steckebene PXI-6602 ............................................................................................................................................... 35
5.5.5
Steckebene PDXI-MFS-8-500/14.............................................................................................................................. 35
5.6
Externe Schnittstellen zu erforderlichen Subsysteme und Geräten ........................................................................... 36
5.7
Versorgungsspannung.............................................................................................................................................. 36
5.8
Systemstruktur ......................................................................................................................................................... 37
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6
Grundsätzliche Funktionen der Messdatenerfassungs-Systeme ................... 39
6.1
Funktionen und Konfiguration der Messdatenerfassungs-Systeme ........................................................................... 39
6.1.1
Steckplatzerkennung ................................................................................................................................................ 39
6.1.2
Software-Download .................................................................................................................................................. 39
6.1.3
Einschalttests / Hochlauftests ................................................................................................................................... 39
6.1.4
Weitere Selbsttests ................................................................................................................................................... 40
6.1.5
IP-Adressierung der Messdatenerfassung im Ethernet ............................................................................................. 40
6.1.6
Verifizierung Geräteklasse und Version von MDE-System Software ......................................................................... 41
6.1.7
Status Bearbeitung (MDE-System und SD-Gerät) .................................................................................................... 41
6.1.8
Fehler Bearbeitung (MDE-System und SD-Gerät) .................................................................................................... 42
6.2
Beschreibung der Schnittstelle zur Ablaufsteuerung ................................................................................................. 42
6.2.1
Betriebsarten ............................................................................................................................................................ 42
6.2.1.1
Dev-Qa (Device Quality Assurance) / BKS Qualitätssicherung ................................................................................. 44
6.2.1.2
Dev-Adj (Device Adjustment) / BKS Einstellbetrieb ................................................................................................... 44
6.2.1.3
Dev-Exp (Device Experiment) / BKS Experimentierbetrieb ....................................................................................... 44
6.2.1.4
Dev-Th (Device Therapy) / KSTB Therapie............................................................................................................... 44
6.2.1.5
Dev-Idle (Device Idle) ............................................................................................................................................... 45
6.2.1.6
Standby Betrieb ........................................................................................................................................................ 45
6.2.1.7
Servicebetrieb .......................................................................................................................................................... 45
6.2.1.8
Anfahrbetrieb ............................................................................................................................................................ 45
6.2.1.9
Abfahrbetrieb ............................................................................................................................................................ 45
6.2.1.10
Reset MDE ............................................................................................................................................................... 45
6.2.2
Abbildung MEFI-Steuerwertdatensätze und Steuerwertdatensätze von virtuellen Beschleunigern ............................ 46
6.2.3
MEFI-Parameter ....................................................................................................................................................... 48
6.2.4
LINAC Stabilitätszyklen ............................................................................................................................................ 49
6.2.5
Messwerterfassung .................................................................................................................................................. 50
6.2.6
SD-Gerät inaktiv ....................................................................................................................................................... 52
6.2.7
SD-Gerät nicht beteiligt ............................................................................................................................................. 52
6.3
Ethernet Schnittstelle MDE <-> Ablaufsteuerung ...................................................................................................... 53
6.3.1
Datentypen bei Telegrammverkehr ........................................................................................................................... 54
6.3.2
Telegramm-Header .................................................................................................................................................. 54
6.3.3
Telegramme von der Ablaufsteuerung zu den MDE-Systemen ................................................................................. 56
6.3.3.1
Allgemeines Anlagen-Stammdatentelegramm .......................................................................................................... 56
6.3.3.2
MEFI- bzw. VAcc-Kenndatensatz (Broadcast Message Strahlanforderung) .............................................................. 57
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6.3.3.3
Abbruch einer Strahlanforderung .............................................................................................................................. 60
6.3.3.4
Übernahme MEFI-Steuerwertdatensatz von RAM in Flash ....................................................................................... 60
6.3.3.5
Übernahme Referenz-VAcc von RAM in Flash ......................................................................................................... 61
6.3.3.6
Betriebsartenvorwahl und Kommandos .................................................................................................................... 61
6.3.3.7
Timeset lokale Uhrzeit .............................................................................................................................................. 62
6.3.3.8
Quittierung Fehlerzustand MDE-System ................................................................................................................... 62
6.3.3.9
Request Ergebnisse Einschalttests MDE-System ..................................................................................................... 63
6.3.3.10
Request Daten der Messwerterfassung .................................................................................................................... 63
6.3.3.11
MDE-System-Stammdaten ....................................................................................................................................... 63
6.3.4
Telegramme von den MDE-Systemen zur Ablaufsteuerung ...................................................................................... 65
6.3.4.1
Quittierung Broadcast Telegramm Strahlanforderung ............................................................................................... 65
6.3.4.2
Status MDE-System und SD-Geräte ......................................................................................................................... 66
6.3.4.3
Geräteklasse und Versionskennung MDE-System Software ..................................................................................... 67
6.3.4.4
Fehlermeldungen...................................................................................................................................................... 68
6.3.4.5
Request MEFI-Steuerwertdatensätze ....................................................................................................................... 69
6.3.4.6
Request Steuerwertdatensätze der virtuellen Beschleuniger .................................................................................... 69
6.3.4.7
Request Referenz-VAcc’s ......................................................................................................................................... 70
6.3.4.8
Request Anlagen-Stammdaten ................................................................................................................................. 70
6.3.4.9
Request MDE-System-Stammdaten ......................................................................................................................... 71
6.3.4.10
Request SD-Geräte-Stammdaten ............................................................................................................................. 71
6.3.4.11
Request SD-Geräte-Parameter................................................................................................................................. 71
6.3.4.12
Request Timeset MDE-System ................................................................................................................................. 72
6.3.4.13
Ergebnisse MDE-System Einschalttests ................................................................................................................... 72
6.4
Datenmanagement Steuerwertdatensätze (MEFI- und VAcc) ................................................................................... 73
6.5
Prüfsumme für Datensätze ....................................................................................................................................... 74
6.6
Monitorprogramm ..................................................................................................................................................... 74
6.7
Schnittstelle zwischen MDE-System und DCU-SD ................................................................................................... 75
6.8
Schnittstelle zur Ablaufsteuerung.............................................................................................................................. 78
6.8.1
Messwertdaten ......................................................................................................................................................... 78
6.8.1.1
Datenstatus .............................................................................................................................................................. 78
6.9
Timingüberwachung ................................................................................................................................................. 80
6.10
Handbetrieb für die Messdatenerfassung ................................................................................................................. 80
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7.1
Geräteklasse Profilmessung (SD-PM) ...................................................................................................................... 84
7.1.1
Varianten .................................................................................................................................................................. 84
7.1.2
Funktionsbeschreibung Varianten............................................................................................................................. 85
7.1.2.1
Profilgitter ................................................................................................................................................................. 85
7.1.2.2
Variante MWPC ........................................................................................................................................................ 86
7.1.3
Hardware-Schnittstellen des Messdatenerfassungs-System ..................................................................................... 87
7.1.3.1
Analoge Eingangssignale ......................................................................................................................................... 87
7.1.3.2
Digitale Schnittstelle zu Profilmessungs-Steuergerät ................................................................................................ 88
7.1.3.3
Synchronisationssignale von den DCU-SD ............................................................................................................... 90
7.1.4
Kommando-Schnittstelle zur KS-Ablaufsteuerung..................................................................................................... 91
7.1.4.1
Zeitverlauf der Messdatenerfassung, Messmodi ....................................................................................................... 92
7.1.5
Datenstrukturen ........................................................................................................................................................ 94
7.1.5.1
SD-Geräte-Stammdaten ........................................................................................................................................... 94
7.1.5.2
SD-Geräte-Parameter............................................................................................................................................. 100
7.1.5.3
MEFI-Steuerwertdaten ............................................................................................................................................ 100
7.1.5.4
Steuerwertdaten Referenz-VAcc’s bzw. VAcc ......................................................................................................... 102
7.1.5.5
Messdaten .............................................................................................................................................................. 104
7.1.6
Ablauf Geräteansteuerung ...................................................................................................................................... 105
7.1.7
Verarbeitung Messdaten ......................................................................................................................................... 106
7.1.8
Testfunktion ............................................................................................................................................................ 106
7.1.9
Fehler- und Statusverarbeitung............................................................................................................................... 107
7.1.9.1
Gerätestatus ........................................................................................................................................................... 108
7.1.9.2
Datenstatus ............................................................................................................................................................ 108
7.1.9.3
Zyklische Meldungen .............................................................................................................................................. 109
7.1.9.4
Fehlermeldungen.................................................................................................................................................... 109
7.1.10
Anforderung an Verarbeitung der Daten im Beschleuniger KS ................................................................................ 109
7.1.11
Handbedienebene für die Geräteklasse .................................................................................................................. 109
7.2
Geräteklasse Ereigniszählung (SD-EC) .................................................................................................................. 111
7.2.1
Varianten ................................................................................................................................................................ 111
7.2.2
Funktionsbeschreibung Varianten........................................................................................................................... 112
7.2.2.1
Szintillationszähler (SZ) .......................................................................................................................................... 112
7.2.2.2
Strahlverlustmonitor (BLM) ..................................................................................................................................... 113
7.2.2.3
Ionisationskammer (IC)........................................................................................................................................... 113
7.2.3
Hardware-Schnittstellen des Messdatenerfassungs-System ................................................................................... 114
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
7.2.3.1
Digitale Status-Eingangssignale ............................................................................................................................. 114
7.2.3.2
Digitale Zähler-Eingangssignale ............................................................................................................................. 115
7.2.3.3
Digitale Steuer-Ausgangssignale ............................................................................................................................ 115
7.2.3.4
Synchronisationssignale von der DCU-SD .............................................................................................................. 116
7.2.4
Kommando-Schnittstelle zur KS-Ablaufsteuerung................................................................................................... 118
7.2.4.1
Zeitverlauf der Messdatenerfassung, Messmodi ..................................................................................................... 119
7.2.5
Datenstrukturen ...................................................................................................................................................... 121
7.2.5.1
SD-Geräte-Stammdaten ......................................................................................................................................... 121
7.2.5.2
SD-Geräte-Parameter............................................................................................................................................. 124
7.2.5.3
MEFI-Steuerwertdaten ............................................................................................................................................ 125
7.2.5.4
Steuerwertdaten Referenz-VAcc bzw. VAcc ........................................................................................................... 127
7.2.5.5
Messdaten .............................................................................................................................................................. 129
7.2.6
Ablauf Geräteansteuerung ...................................................................................................................................... 129
7.2.7
Verarbeitung Messdaten ......................................................................................................................................... 130
7.2.7.1
Transformation ....................................................................................................................................................... 130
7.2.8
Testfunktion ............................................................................................................................................................ 131
7.2.9
Fehler- und Statusverarbeitung............................................................................................................................... 131
7.2.9.1
Gerätestatus ........................................................................................................................................................... 131
7.2.9.2
Datenstatus ............................................................................................................................................................ 132
7.2.9.3
Zyklische Meldungen .............................................................................................................................................. 132
7.2.9.4
Fehlermeldungen.................................................................................................................................................... 132
7.2.10
Anforderung an Verarbeitung der Daten im Beschleuniger KS ................................................................................ 132
7.2.11
Handbedienebene für die Geräteklasse .................................................................................................................. 133
7.2.11.1
Handbedienebene BLM / SZ................................................................................................................................... 133
7.2.11.2
Handbedienebene IC .............................................................................................................................................. 134
7.3
Geräteklasse DC-Strommessung (SD-DC) ............................................................................................................. 135
7.3.1
Varianten ................................................................................................................................................................ 136
7.3.2
Funktionsbeschreibung Varianten........................................................................................................................... 136
7.3.2.1
DC-Transformator................................................................................................................................................... 136
7.3.2.2
Faraday-Cup .......................................................................................................................................................... 137
7.3.3
Hardware-Schnittstellen des Messdatenerfassungs-System ................................................................................... 137
7.3.3.1
Analoge Eingangssignale ....................................................................................................................................... 137
7.3.3.2
Digitale Status-Eingangssignale ............................................................................................................................. 138
7.3.3.3
Digitale Steuer-Ausgangssignale ............................................................................................................................ 139
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
7.3.3.4
Synchronisationssignale von der DCU-SD .............................................................................................................. 139
7.3.4
Kommando-Schnittstelle zur KS-Ablaufsteuerung................................................................................................... 140
7.3.4.1
Zeitverlauf der Messdatenerfassung, Messmodi ..................................................................................................... 141
7.3.5
Datenstrukturen ...................................................................................................................................................... 142
7.3.5.1
SD-Geräte-Stammdaten ......................................................................................................................................... 142
7.3.5.2
SD-Geräte-Parameter............................................................................................................................................. 146
7.3.5.3
MEFI-Steuerwertdaten ............................................................................................................................................ 146
7.3.5.4
Steuerwertdaten Referenz-VAcc bzw. VAcc ........................................................................................................... 149
7.3.5.5
Messdaten .............................................................................................................................................................. 151
7.3.6
Ablauf Geräteansteuerung ...................................................................................................................................... 151
7.3.7
Verarbeitung Messdaten, Transformation ............................................................................................................... 152
7.3.8
Testfunktionen ........................................................................................................................................................ 152
7.3.8.1
Test PCT ................................................................................................................................................................ 153
7.3.8.2
Kalibration PCT ...................................................................................................................................................... 153
7.3.8.3
Test Kopfverstärker FC........................................................................................................................................... 153
7.3.9
Fehler- und Statusverarbeitung............................................................................................................................... 153
7.3.9.1
Gerätestatus ........................................................................................................................................................... 153
7.3.9.2
Datenstatus ............................................................................................................................................................ 154
7.3.9.3
Zyklische Meldungen .............................................................................................................................................. 154
7.3.9.4
Fehlermeldungen.................................................................................................................................................... 154
7.3.10
Anforderung an Verarbeitung der Daten im Beschleuniger KS ................................................................................ 154
7.3.11
Handbedienebene für die Geräteklasse .................................................................................................................. 155
7.3.11.1
Handbedienebene DCT (DC-Strommessung) und FC (DC-Strommessung) ........................................................... 155
7.4
Geräteklasse AC-Strommessung (SD-AC) ............................................................................................................. 157
7.4.1
Varianten ................................................................................................................................................................ 158
7.4.2
Funktionsbeschreibung Varianten........................................................................................................................... 159
7.4.2.1
DC-Transformator................................................................................................................................................... 159
7.4.2.2
AC-Transformator ................................................................................................................................................... 159
7.4.2.3
Faraday-Cup .......................................................................................................................................................... 160
7.4.3
Hardware-Schnittstellen des Messdatenerfassungs-System ................................................................................... 160
7.4.3.1
Analoge Eingangssignale ....................................................................................................................................... 160
7.4.3.2
Digitale Status-Eingangssignale ............................................................................................................................. 161
7.4.3.3
Digitale Steuer-Ausgangssignale ............................................................................................................................ 162
7.4.3.4
Synchronisationssignale von der DCU-SD .............................................................................................................. 164
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
7.4.4
Kommando-Schnittstelle zur KS-Ablaufsteuerung................................................................................................... 166
7.4.4.1
Zeitverlauf der Messdatenerfassung, Messmodi ..................................................................................................... 166
7.4.5
Datenstrukturen ...................................................................................................................................................... 168
7.4.5.1
SD-Geräte-Stammdaten ......................................................................................................................................... 168
7.4.5.2
SD-Geräte-Parameter............................................................................................................................................. 172
7.4.5.3
MEFI-Steuerwertdaten ............................................................................................................................................ 173
7.4.5.4
Steuerwertdaten Referenz-VAcc bzw. VAcc ........................................................................................................... 175
7.4.5.5
Messdaten .............................................................................................................................................................. 177
7.4.6
Ablauf Geräteansteuerung ...................................................................................................................................... 178
7.4.7
Verarbeitung Messdaten, Transformation ............................................................................................................... 179
7.4.8
Testfunktion ............................................................................................................................................................ 180
7.4.8.1
Test PCT ................................................................................................................................................................ 180
7.4.8.2
Kalibration PCT ...................................................................................................................................................... 180
7.4.8.3
Test Kopfverstärker FC........................................................................................................................................... 181
7.4.8.4
Test Kopfverstärker ACT ........................................................................................................................................ 181
7.4.9
Fehler- und Statusverarbeitung............................................................................................................................... 181
7.4.9.1
Gerätestatus ........................................................................................................................................................... 181
7.4.9.2
Datenstatus ............................................................................................................................................................ 182
7.4.9.3
Zyklische Meldungen .............................................................................................................................................. 182
7.4.9.4
Fehlermeldungen.................................................................................................................................................... 182
7.4.10
Anforderung an Verarbeitung der Daten im Beschleuniger KS ................................................................................ 182
7.4.11
Handbedienebene für die Geräteklasse .................................................................................................................. 183
7.4.11.1
Handbedienebene DCT, ACT, FC und Bestrahlungsmonitor .................................................................................. 183
7.5
Geräteklasse Phasensonde (SD-PH)...................................................................................................................... 185
7.5.1
SD-Geräte .............................................................................................................................................................. 186
7.5.2
Funktionsbeschreibung........................................................................................................................................... 186
7.5.2.1
Phasensonde ......................................................................................................................................................... 186
7.5.3
Hardware-Schnittstellen des Messdatenerfassungs-System ................................................................................... 186
7.5.3.1
Analoge Eingangssignale ....................................................................................................................................... 187
7.5.3.2
Digitale Status-Eingangssignale ............................................................................................................................. 189
7.5.3.3
Digitale Steuer-Ausgangssignale ............................................................................................................................ 190
7.5.3.4
Synchronisationssignale von der DCU-SD .............................................................................................................. 191
7.5.4
Kommando-Schnittstelle zur KS-Ablaufsteuerung................................................................................................... 191
7.5.4.1
Zeitverlauf der Messdatenerfassung, Messmodi ..................................................................................................... 192
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9
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
7.5.5
Datenstrukturen ...................................................................................................................................................... 193
7.5.5.1
SD-Geräte-Stammdaten ......................................................................................................................................... 193
7.5.5.2
SD-Geräte-Parameter............................................................................................................................................. 196
7.5.5.3
MEFI-Steuerwertdaten ............................................................................................................................................ 196
7.5.5.4
Steuerwertdaten Referenz-VAcc bzw. VAcc ........................................................................................................... 199
7.5.5.5
Messdaten .............................................................................................................................................................. 200
7.5.6
Ablauf Geräteansteuerung ...................................................................................................................................... 201
7.5.7
Verarbeitung Messdaten, Transformation ............................................................................................................... 202
7.5.8
Testfunktion ............................................................................................................................................................ 202
7.5.9
Fehler- und Statusverarbeitung............................................................................................................................... 203
7.5.9.1
Gerätestatus ........................................................................................................................................................... 203
7.5.9.2
Datenstatus ............................................................................................................................................................ 203
7.5.9.3
Zyklische Meldungen .............................................................................................................................................. 203
7.5.9.4
Fehlermeldungen.................................................................................................................................................... 204
7.5.10
Anforderung an Verarbeitung der Daten im Beschleuniger KS ................................................................................ 204
7.5.11
Handbedienebene für die Geräteklasse .................................................................................................................. 205
7.6
Geräteklasse Positionssonde (SD-PO) ................................................................................................................... 207
7.6.1
SD-Geräte .............................................................................................................................................................. 208
7.6.2
Funktionsbeschreibung........................................................................................................................................... 208
7.6.2.1
Positionssonde ....................................................................................................................................................... 208
7.6.3
Hardware-Schnittstellen des Messdatenerfassungs-System ................................................................................... 208
7.6.3.1
Analoge Eingangssignale ....................................................................................................................................... 208
7.6.3.2
Digitale Status-Eingangssignale ............................................................................................................................. 209
7.6.3.3
Digitale Steuer-Ausgangssignale ............................................................................................................................ 211
7.6.3.4
Synchronisationssignale von der DCU-SD .............................................................................................................. 211
7.6.4
Kommando-Schnittstelle zur KS-Ablaufsteuerung................................................................................................... 212
7.6.4.1
Zeitverlauf der Messdatenerfassung ....................................................................................................................... 213
7.6.5
Datenstrukturen ...................................................................................................................................................... 213
7.6.5.1
SD-Geräte-Stammdaten ......................................................................................................................................... 213
7.6.5.2
SD-Geräte-Parameter............................................................................................................................................. 216
7.6.5.3
MEFI-Steuerwertdaten ............................................................................................................................................ 216
7.6.5.4
Steuerwertdaten Referenz-VAcc bzw. VAcc ........................................................................................................... 218
7.6.5.5
Messdaten .............................................................................................................................................................. 220
7.6.6
Ablauf Geräteansteuerung ...................................................................................................................................... 221
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10
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
7.6.7
Verarbeitung Messdaten, Transformation ............................................................................................................... 222
7.6.8
Testfunktion ............................................................................................................................................................ 222
7.6.9
Fehler- und Statusverarbeitung............................................................................................................................... 222
7.6.9.1
Gerätestatus ........................................................................................................................................................... 222
7.6.9.2
Datenstatus ............................................................................................................................................................ 223
7.6.9.3
Zyklische Meldungen .............................................................................................................................................. 223
7.6.9.4
Fehlermeldungen.................................................................................................................................................... 223
7.6.10
Anforderung an Verarbeitung der Daten im Beschleuniger KS ................................................................................ 223
7.6.11
Handbedienebene für die Geräteklasse .................................................................................................................. 224
7.7
Geräteklasse Optische Strahldiagnose (SD-OD) .................................................................................................... 225
7.7.1
SD-Geräte .............................................................................................................................................................. 226
7.7.2
Funktionsbeschreibung Varianten........................................................................................................................... 226
7.7.2.1
Leuchttarget ........................................................................................................................................................... 226
7.7.2.2
Isocenter-Diagnose ................................................................................................................................................ 226
7.7.3
Hardware-Schnittstellen des Messdatenerfassungs-System ................................................................................... 227
7.7.3.1
Digitale Status-Eingangssignale ............................................................................................................................. 227
7.7.3.2
IEEE1394 Kamera-Schnittstelle .............................................................................................................................. 228
7.7.3.3
Blendensteuerung über Anlagen-LAN..................................................................................................................... 229
7.7.3.4
Synchronisationssignale von der DCU-SD .............................................................................................................. 230
7.7.4
Kommando-Schnittstelle zur KS-Ablaufsteuerung................................................................................................... 231
7.7.4.1
Zeitverlauf der Messdatenerfassung, Messmodi ..................................................................................................... 232
7.7.5
Datenstrukturen ...................................................................................................................................................... 233
7.7.5.1
SD-Geräte-Stammdaten ......................................................................................................................................... 233
7.7.5.2
SD-Geräte-Parameter............................................................................................................................................. 235
7.7.5.3
MEFI-Steuerwertdaten ............................................................................................................................................ 236
7.7.5.4
Steuerwertdaten Referenz-VAcc bzw. VAcc ........................................................................................................... 238
7.7.5.5
Messdaten .............................................................................................................................................................. 240
7.7.6
Ablauf Geräteansteuerung ...................................................................................................................................... 242
7.7.7
Verarbeitung Messdaten, Transformation ............................................................................................................... 242
7.7.8
Testfunktion ............................................................................................................................................................ 243
7.7.9
Fehler- und Statusverarbeitung............................................................................................................................... 243
7.7.9.1
Gerätestatus ........................................................................................................................................................... 243
7.7.9.2
Datenstatus ............................................................................................................................................................ 244
7.7.9.3
Zyklische Meldungen .............................................................................................................................................. 244
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
7.7.9.4
Fehlermeldungen.................................................................................................................................................... 244
7.7.10
Anforderung an Verarbeitung der Daten im Beschleuniger KS ................................................................................ 244
7.7.11
Handbedienebene für die Geräteklasse .................................................................................................................. 245
8
Systemtechnische Realisierung ................................................................... 246
8.1
Betriebssystem ....................................................................................................................................................... 246
8.2
Entwicklungsumgebung .......................................................................................................................................... 246
8.2.1
LabVIEW 7.0 Express plus LabVIEW Real-Time Module ........................................................................................ 246
9
Mengengerüste, Konfigurationen ................................................................. 247
9.1
Belegung cPCI- / PXI-Systeme ............................................................................................................................... 247
9.1.1
Geräteklasse Profilmessung ................................................................................................................................... 247
9.1.2
Geräteklasse Ereigniszählung ................................................................................................................................ 249
9.1.3
Geräteklasse DC-Strommessung ........................................................................................................................... 250
9.1.4
Geräteklasse AC-Strommessung............................................................................................................................ 251
9.1.5
Geräteklasse Phasensonde .................................................................................................................................... 252
9.1.6
Geräteklasse Positionssonde ................................................................................................................................. 253
9.1.7
Geräteklasse Optische Strahldiagnose ................................................................................................................... 254
9.2
Aufstellungsorte ...................................................................................................................................................... 255
Anhang A ’Überblick über die Messdatenerfassung der Strahldiagnose’ ................ 256
1. Geräteklasse Profilmessung................................................................................................................................................. 256
2. Geräteklasse Ereigniszählung .............................................................................................................................................. 258
3. Geräteklasse DC-Strommessung ......................................................................................................................................... 259
4. Geräteklasse AC-Strommessung ......................................................................................................................................... 260
5. Geräteklasse Phasensonde ................................................................................................................................................. 261
6. Geräteklasse Positionssonde ............................................................................................................................................... 262
7. Geräteklasse Optische Diagnose ......................................................................................................................................... 263
8. Abkürzungen ........................................................................................................................................................................ 264
Anhang B ’Übersicht über Messtypen’ ..................................................................... 265
1. Geräteklasse Profilmessung................................................................................................................................................. 265
2. Geräteklasse Ereigniszählung .............................................................................................................................................. 266
3. Geräteklasse DC-Strommessung ......................................................................................................................................... 266
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
4. Geräteklasse AC-Strommessung ......................................................................................................................................... 267
5. Geräteklasse Phasensonde ................................................................................................................................................. 268
6. Geräteklasse Positionssonde ............................................................................................................................................... 268
7. Geräteklasse Optische Diagnose ......................................................................................................................................... 269
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Dokumentenstruktur ............................................................................................................................................. 23
Abbildung 2: Einbindung der Strahldiagnose in die Hardware-Struktur des BKS ....................................................................... 29
Abbildung 3: Einbindung der Strahldiagnose in die System-Struktur des BKS ........................................................................... 37
Abbildung 4: Abbildung MEFI- und VAcc-Steuerwertdatensätze ............................................................................................... 47
Abbildung 5: MEFI- bzw. VAcc-Kenndatensatz (Broadcast Message Strahlanforderung) .......................................................... 59
Abbildung 6: Schnittstelle DCU-SD und MDE-System ............................................................................................................... 75
Abbildung 7: DCU-SD, einfaches Trigger-Gate ......................................................................................................................... 76
Abbildung 8: DCU-SD, zyklisches Trigger-Gate ........................................................................................................................ 76
Abbildung 9: DCU-SD, statisch toggelndes Trigger-Gate .......................................................................................................... 77
Abbildung 10: DCU-SD, zyklisch toggelndes Trigger-Gate ........................................................................................................ 78
Abbildung 11: Handbetrieb Messdatenerfassung (Beispiel Geräteklasse Profilmessung) .......................................................... 81
Abbildung 12: Geräteklasse Profilmessung, Profilgitter ............................................................................................................. 85
Abbildung 13: Geräteklasse Profilmessung, MWPC .................................................................................................................. 86
Abbildung 14: Profilmessung, Geräteansteuerung................................................................................................................... 106
Abbildung 15: Profilmessung, Testfunktionen .......................................................................................................................... 107
Abbildung 16: Geräteklasse Ereigniszählung .......................................................................................................................... 111
Abbildung 17: Ereigniszählung, Zeitverlauf der Messung im "buffered event counting mode" .................................................. 120
Abbildung 18: Ereigniszählung, Ablauf Gerätesteuerung ......................................................................................................... 130
Abbildung 19: Geräteklasse DC-Strommessung...................................................................................................................... 135
Abbildung 20: DC-Strommessung, Ablauf Gerätesteuerung .................................................................................................... 152
Abbildung 21: AC-Strommessung DCT, ACT, FC.................................................................................................................... 157
Abbildung 22: AC-Strommessung DCT SYNCHROTRON ....................................................................................................... 158
Abbildung 23: AC-Strommessung, Timing ............................................................................................................................... 167
Abbildung 24: AC-Strommessung, Ablauf Gerätesteuerung .................................................................................................... 179
Abbildung 25: Geräteklasse Phasensonde .............................................................................................................................. 185
Abbildung 26: Phasensonde, Ablauf Gerätesteuerung ............................................................................................................ 202
Abbildung 27: Geräteklasse Positionssonde............................................................................................................................ 207
Abbildung 28: Positionssonde, Ablauf Gerätesteuerung .......................................................................................................... 221
Abbildung 29: Geräteklasse Optische Strahldiagnose ............................................................................................................. 225
Abbildung 30: Optische Strahldiagnose, Ablauf Gerätesteuerung............................................................................................ 242
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Pflichtenheft Strahldiagnose
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Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Schnittstellen zu anderen Unterprojekte.................................................................................................................... 26
Tabelle 2: Abwicklung Unterprojekt Strahldiagnose ................................................................................................................... 27
Tabelle 3: Strahldiagnose Messdatenerfassung PXI-Crates/cPCI-System................................................................................. 31
Tabelle 4: Strahldiagnose, PXI-Datenerfassungskarten............................................................................................................. 32
Tabelle 5: Steckebene PXI-6508 ............................................................................................................................................... 33
Tabelle 6: Steckebene PXI-6025E............................................................................................................................................. 34
Tabelle 7: Steckebene PXI-6115 ............................................................................................................................................... 34
Tabelle 8: Steckebene PXI-6602 ............................................................................................................................................... 35
Tabelle 9: Steckebene PDXI-MFS-8-500/14 .............................................................................................................................. 35
Tabelle 10: Strahldiagnose, Externe Schnittstellen .................................................................................................................... 36
Tabelle 11: Gerätebetriebsarten eines MDE-Systems bzw. SD-Gerätes ................................................................................... 43
Tabelle 12: MEFI-Parameter ..................................................................................................................................................... 48
Tabelle 13: Telegramm Zahlenformate ...................................................................................................................................... 54
Tabelle 14: Allgemeiner Telegrammkopf ................................................................................................................................... 55
Tabelle 15: Allgemeine Anlagen-Stammdaten ........................................................................................................................... 57
Tabelle 16: Abbruch einer Strahlanforderung (MEFI oder VAcc) ............................................................................................... 60
Tabelle 17: Übernahme MEFI-Steuerwertdatensatz von RAM in Flash ..................................................................................... 61
Tabelle 18: Übernahme Referenz-VAcc von RAM in Flash........................................................................................................ 61
Tabelle 19: Betriebsartenvorwahl und Kommandos ................................................................................................................... 62
Tabelle 20: Timeset lokale Uhrzeit ............................................................................................................................................ 62
Tabelle 21: Quittierung Fehlerzustand ....................................................................................................................................... 62
Tabelle 22: Reguest Ergebnisse Einschalttests ......................................................................................................................... 63
Tabelle 23: Reguest Daten der zeitaufgelösten Messwerterfassung .......................................................................................... 63
Tabelle 24: MDE-System-Stammdaten ..................................................................................................................................... 64
Tabelle 25: Quittung Broadcast Telegramm Strahlanforderung ................................................................................................. 65
Tabelle 26: Status MDE-System und SD-Geräte ....................................................................................................................... 67
Tabelle 27: Geräteklasse und Versionskennung MDE-System Software ................................................................................... 68
Tabelle 28: Fehlermeldungen .................................................................................................................................................... 68
Tabelle 29: Request MEFI-Steuerwertdatensätze ..................................................................................................................... 69
Tabelle 30: Request Steuerwertdatensätze virtuelle Beschleuniger ........................................................................................... 69
Tabelle 31: Request Referenz-VAcc’s ....................................................................................................................................... 70
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Tabelle 32: Request Analgen-Stammdaten ............................................................................................................................... 70
Tabelle 33: Request MDE-System-Stammdaten ....................................................................................................................... 71
Tabelle 34: Request SD-Geräte-Stammdaten ........................................................................................................................... 71
Tabelle 35: Request SD-Geräte-Parameter............................................................................................................................... 72
Tabelle 36: Request Timeset..................................................................................................................................................... 72
Tabelle 37: Ergebnisse MDE-System Einschalttests ................................................................................................................. 72
Tabelle 38: Struktur des Datenstatus ....................................................................................................................................... 79
Tabelle 39: Profilmessung, Varianten ....................................................................................................................................... 84
Tabelle 40: Profilmessung, Analoge Eingangssignale ............................................................................................................... 87
Tabelle 41: Profilmessung, Digitale Signale............................................................................................................................... 88
Tabelle 42: Profilmessung, Digitale Eingangssignale für ADC ................................................................................................... 90
Tabelle 43: Profilmessung, DCU-SD Signale............................................................................................................................. 91
Tabelle 44: Profilmessung, Betriebsmodi des Profilgitter- bzw. MWPC-Steuergerätes .............................................................. 91
Tabelle 45: Profilmessung, Kommando-Schnittstelle Auswahl Kanal ......................................................................................... 92
Tabelle 46: Profilmessung, Kommando-Schnittstelle Stopp Integrationsmessung ..................................................................... 92
Tabelle 47: Profilmessung, Messmodi ....................................................................................................................................... 93
Tabelle 48: Profilmessung, Geräte-Stammdaten ....................................................................................................................... 99
Tabelle 49: Profilmessung, Geräte-Parameter......................................................................................................................... 100
Tabelle 50: Profilmessung, MEFI-Steuerdatensatz .................................................................................................................. 102
Tabelle 51: Profilmessung, Referenz-VAcc, VAcc Steuerdatensatz......................................................................................... 104
Tabelle 52: Profilmessung, Messdaten .................................................................................................................................... 105
Tabelle 53: Profilmessung, Gerätespezifischer Gerätestatus................................................................................................... 108
Tabelle 54: Profilmessung, Gerätespezifischer Datenstatus .................................................................................................... 109
Tabelle 55: Ereigniszählung, Varianten ................................................................................................................................... 112
Tabelle 56: Ereigniszählung, Digitale Status-Eingangssignale................................................................................................. 114
Tabelle 57: Ereigniszählung, Digitale Zähler-Eingangssignale................................................................................................. 115
Tabelle 58: Ereigniszählung, Digitale Steuer-Ausgangssignale ............................................................................................... 116
Tabelle 59: Ereigniszählung, Codierung Messbereich IC......................................................................................................... 116
Tabelle 60: Ereigniszählung, DCU-SD Signale ........................................................................................................................ 118
Tabelle 61: Ereigniszählung, Kommandoschnittstelle BKS Kanalauswahl ............................................................................... 119
Tabelle 62: Ereigniszählung, Kommando-Schnittstelle Start Testmode ................................................................................... 119
Tabelle 63: Ereigniszählung, Messmodi .................................................................................................................................. 120
Tabelle 64: Ereigniszählung, Geräte-Stammdaten .................................................................................................................. 124
Tabelle 65: Ereigniszählung, Geräte-Parameter ...................................................................................................................... 124
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Tabelle 66: Ereigniszählung, MEFI-Steuerdatensatz ............................................................................................................... 126
Tabelle 67: Ereigniszählung, Referenz-VAcc, VAcc Steuerdatensatz ...................................................................................... 128
Tabelle 68: Ereigniszählung, Messdaten ................................................................................................................................. 129
Tabelle 69: Ereigniszählung, Gerätespezifischer Gerätestatus ................................................................................................ 131
Tabelle 70: Ereigniszählung, Gerätespezifischer Datenstatus ................................................................................................. 132
Tabelle 71: DC-Strommessung, Varianten ............................................................................................................................. 136
Tabelle 72: DC-Strommessung, Analoge Eingangssignale ...................................................................................................... 137
Tabelle 73: DC-Strommessung, Digitale Status-Eingangssignale ............................................................................................ 138
Tabelle 74: DC-Strommessung, Codierung Messbereich FC................................................................................................... 139
Tabelle 75: DC-Strommessung, Digitale Steuer-Ausgangssignale .......................................................................................... 139
Tabelle 76: DC-Strommessung, DCU-SD Signale ................................................................................................................... 140
Tabelle 77: DC-Strommessung, Kommandoschnittstelle BKS Auswahl-Messkanal ................................................................. 140
Tabelle 78: DC-Strommessung, Kommandoschnittstelle BKS Manuelle Messung................................................................... 141
Tabelle 79: DC-Strommessung, Messmodi ............................................................................................................................. 142
Tabelle 80: DC-Strommessung, Geräte-Stammdaten.............................................................................................................. 146
Tabelle 81: DC-Strommessung, Geräte-Parameter ................................................................................................................. 146
Tabelle 82: DC-Strommessung, MEFI-Steuerdatensatz .......................................................................................................... 148
Tabelle 83: DC-Strommessung, Referenz-VAcc, VAcc Steuerdatensatz ................................................................................. 150
Tabelle 84: DC-Strommessung, Messdaten ............................................................................................................................ 151
Tabelle 85: DC-Strommessung, Gerätespezifischer Gerätestatus ........................................................................................... 154
Tabelle 86: DC-Strommessung, Gerätespezifischer Datenstatus ............................................................................................ 154
Tabelle 87: AC-Strommessung, Varianten .............................................................................................................................. 159
Tabelle 88: AC-Strommessung, Analoge Eingangssignale ...................................................................................................... 161
Tabelle 89: AC-Strommessung, Digitale Eingangssignale, Status ........................................................................................... 162
Tabelle 90: AC-Strommessung, Codierung Messbereich ........................................................................................................ 162
Tabelle 91: AC-Strommessung, Digitale Ausgangssignale, Steuer .......................................................................................... 164
Tabelle 92: AC-Strommessung, DCU-SD Signale ................................................................................................................... 165
Tabelle 93: AC-Strommessung, Kommandoschnittstelle BKS Auswahl Messkanal ................................................................. 166
Tabelle 94: AC-Strommessung, Geräte-Stammdaten .............................................................................................................. 172
Tabelle 95: AC-Strommessung, Geräte-Parameter ................................................................................................................. 173
Tabelle 96: AC-Strommessung, MEFI-Steuerdatensatz .......................................................................................................... 174
Tabelle 97: AC-Strommessung, Referenz-VAcc, VAcc Steuerdatensatz ................................................................................. 176
Tabelle 98: AC-Strommessung, Messdaten ............................................................................................................................ 177
Tabelle 99: AC-Strommessung, Messdaten DCT(S) ............................................................................................................... 178
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17
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Tabelle 100: AC-Strommessung, Gerätespezifischer Gerätestatus ......................................................................................... 181
Tabelle 101: AC-Strommessung, Gerätespezifischer Datenstatus........................................................................................... 182
Tabelle 102: AC-Strommessung, Fehlermeldungen ................................................................................................................ 182
Tabelle 103: AC-Strommessung, Darstellungsmodi ................................................................................................................ 183
Tabelle 104: Phasensonde, SD-Geräte ................................................................................................................................... 186
Tabelle 105: Phasensonde, Analoge Eingangssignale ............................................................................................................ 187
Tabelle 106: Phasensonde, Messmodi .................................................................................................................................... 187
Tabelle 107: Phasensonde, Schaltmatrix ................................................................................................................................ 188
Tabelle 108: Phasensonde, Zuordung Signale ........................................................................................................................ 188
Tabelle 109: Phasensonde, Digitale Status-Eingangssignale .................................................................................................. 189
Tabelle 110: Phasensonde, Konfiguration Digitale Eingangssignale ........................................................................................ 189
Tabelle 111: Phasensonde, Steuer -Digitale Ausgangssignale ................................................................................................ 190
Tabelle 112: Phasensonde, Codierung Messbereich............................................................................................................... 191
Tabelle 113: Phasensonde, DCU-SD Signale ......................................................................................................................... 191
Tabelle 114: Phasensonde, Kommandoschnittstelle BKS Messmodi ...................................................................................... 192
Tabelle 115: Phasensonde, Geräte-Stammdaten .................................................................................................................... 196
Tabelle 116: Phasensonde, Geräte-Parameter ....................................................................................................................... 196
Tabelle 117: Phasensonde, MEFI-Steuerdatensatz................................................................................................................. 198
Tabelle 118: Phasensonde, Referenz-VAcc, VAcc Steuerdatensatz ....................................................................................... 200
Tabelle 119: Phasensonde, Messdaten................................................................................................................................... 201
Tabelle 120: Phasensonde, Gerätespezifischer Gerätestatus ................................................................................................. 203
Tabelle 121: Phasensonde, Gerätespezifischer Datenstatus ................................................................................................... 203
Tabelle 122: Positionssonde, SD-Geräte................................................................................................................................. 208
Tabelle 123: Positionssonde, Analoge Eingangssignale .......................................................................................................... 209
Tabelle 124: Positionssonde, Digitale Status-Eingangssignale ................................................................................................ 210
Tabelle 125: Positionssonde, Konfiguration Digitale Eingangssignale ..................................................................................... 210
Tabelle 126: Positionssonde, Digitale Steuer-Ausgangssignale .............................................................................................. 211
Tabelle 127: Positionssonde, Messbereiche............................................................................................................................ 211
Tabelle 128: Positionssonde, DCU-SD Signale ....................................................................................................................... 212
Tabelle 129: Positionssonde, Messmodi ................................................................................................................................. 212
Tabelle 130: Positionssonde, Kommandoschnittstelle ............................................................................................................. 213
Tabelle 131: Positionssonde, Geräte-Stammdaten.................................................................................................................. 215
Tabelle 132: Positionssonde, Geräte-Parameter ..................................................................................................................... 216
Tabelle 133: Positionssonde, MEFI-Steuerdatensatz .............................................................................................................. 218
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18
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Tabelle 134: Positionssonde, Referenz-VAcc, VAcc Steuerdatensatz ..................................................................................... 219
Tabelle 135: Positionssonde, Messdaten ................................................................................................................................ 220
Tabelle 136: Positionssonde, Gerätespezifischer Gerätestatus ............................................................................................... 222
Tabelle 137: Positionssonde, Gerätespezifischer Datenstatus ................................................................................................ 223
Tabelle 138: Optische Strahldiagnose, SD-Geräte .................................................................................................................. 226
Tabelle 139: Optische Strahldiagnose, Digitale Status-Eingangssignale ................................................................................. 227
Tabelle 140: Optische Strahldiagnose, Status der CCD-Kamera ............................................................................................. 228
Tabelle 141: Optische Strahldiagnose, Steuerbefehle der CCD-Kamera ................................................................................. 229
Tabelle 142: Optische Strahldiagnose, Status der Blendensteuerung...................................................................................... 230
Tabelle 143: Optische Strahldiagnose, Steuersignale der Blendensteuerung .......................................................................... 230
Tabelle 144: Optische Strahldiagnose, DCU-SD Signale......................................................................................................... 231
Tabelle 145: Optische Strahldiagnose, Kommandoschnittstelle ............................................................................................... 231
Tabelle 146: Optische Strahldiagnose, Messmodi ................................................................................................................... 233
Tabelle 147: Optische Strahldiagnose, Geräte-Stammdaten ................................................................................................... 235
Tabelle 148: Optische Strahldiagnose, Geräte-Parameter....................................................................................................... 236
Tabelle 149: Optische Strahldiagnose, MEFI-Steuerdatensatz ................................................................................................ 237
Tabelle 150: Optische Strahldiagnose, Referenz-VAcc, VAcc Steuerdatensatz ....................................................................... 239
Tabelle 151: Optische Strahldiagnose, Messdaten Leuchttarget Einzelbild ............................................................................. 240
Tabelle 152: Optische Strahldiagnose, Messdaten Leuchttarget Bildserie ............................................................................... 241
Tabelle 153: Optische Strahldiagnose, Messdaten Ioscenter-Diagnose Einzelbild .................................................................. 241
Tabelle 154: Optische Strahldiagnose, Messdaten Ioscenter-Diagnose Bildserie .................................................................... 241
Tabelle 155: Optische Strahldiagnose, Gerätespezifischer Gerätestatus ................................................................................. 243
Tabelle 156: Optische Strahldiagnose, Gerätespezifischer Datenstatus .................................................................................. 244
Tabelle 157: MDE-System Profilmessung (PXI-Crate 1 von 4) ................................................................................................ 247
Tabelle 158: MDE-System Profilmessung (PXI-Crate 2 von 4) ................................................................................................ 248
Tabelle 159: MDE-System Profilmessung (PXI-Crate 3 von 4) ................................................................................................ 248
Tabelle 160: MDE-System Profilmessung (PXI-Crate 4 von 4) ................................................................................................ 248
Tabelle 161: MDE-System Ereigniszählung (PXI-Crate 1 von 1) ............................................................................................. 249
Tabelle 162: MDE-System DC-Strommessung (PXI-Crate 1 von 1) ........................................................................................ 250
Tabelle 163: MDE-System AC-Strommessung (PXI-Crate 1 von 2)......................................................................................... 251
Tabelle 164: MDE-System AC-Strommessung (PXI-Crate 2 von 2)......................................................................................... 251
Tabelle 165: MDE-System Phasensonde (cPCI-Crate 1 von 1) ............................................................................................... 252
Tabelle 166: MDE-System Positionssonde (PXI-Crate 1 von 1) .............................................................................................. 253
Tabelle 167: MDE-System Optische Strahldiagnose (PXI-Crate 1 von 1) ................................................................................ 254
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19
Pflichtenheft Strahldiagnose
1
1.1
Version 1.06 30.04 2004
Einleitung
Zweck des Dokumentes
Dieses Dokument beschreibt die Ansteuerung der Strahldiagnose durch das Beschleuniger
Kontrollsystem.
Es dient als Grundlage zur Festlegung und Bestellung der Hardware Komponenten und zur Erstellung
der zugehörigen Software. Bei jedem Eintrag wird die Versionsnummer inkrementiert und das
Änderungsprotokoll gepflegt.
Es werden in dem Pflichtenheft auch die Schnittstellen und Anforderungen an das Beschleuniger
Kontrollsystem aus Sicht der Strahldiagnose und an die Strahldiagnose DCU-SD erfasst.
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20
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
2 Abkürzungen und Bezeichnungen
Im Folgenden sind die gängigen Abkürzungen, welche in diesem Dokument verwendet werden,
aufgeführt. Im Übrigen gilt das von GSI erstellte Glossar, in dem alle verwendeten Abkürzungen und
Begriffsdefinitionen aufgeführt sind.
Messdatenerfassungs-System:
Mit Messdatenerfassungs-System wird im Folgenden das zu erstellende und zu liefernde System
bestehend aus Hardware und Software bezeichnet.
AG
Universitätsklinikum Heidelberg (Auftraggeber)
EAG
Eckelmann AG, Wiesbaden
GSI
Gesellschaft für Schwerionenforschung mbH, Darmstadt
BKS
Kontrollsystem des Beschleunigers
DCU
Device Control Unit
DCU-SD
Device Control Unit für die Strahldiagnose
HICAT
Heavy Ion Cancer Therapy Facility
PSS
Personensicherheitssystem
RTB
Real-Time Bus
KSTB
Kontroll- und Sicherheitssystem für Therapie-Bestrahlung
DVM
Datenversorgungsmodell (Beschleuniger-Steuerdatenversorgung)
VPN
Virtuelles Privates Netzwerk
VKS
Vakuum Kontroll System
MEFI
Abkürzung für Maschinenkennung, Energie, Fokus und Intensität
VAcc
Virtueller Beschleuniger
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21
Pflichtenheft Strahldiagnose
PXI
PCI Extensions for Instrumentation
cPCI
Compact PCI
ACT
AC-Transformator
BLM
Beam Loss Monitor
DCT
DC-Transformator
FC
Faraday-Cup
IC
Ionisationskammer
LT
Leuchttarget
MDE
Messdatenerfassung
MWPC
Multi Wire Proportional Chamber
PMT
Photomultiplier
PhS
Phasensonde
PoS
Positionssonde
PG
Profilgitter
SD
Strahldiagnose
SZ
Szintillationszähler
Version 1.06 30.04 2004
Im Text werden an verschiedenen Stellen englischsprachige Begriffe verwendet. Dies erfolgt immer
dann, wenn diese einen Sachverhalt prägnanter wiedergeben oder im Kontext des Projektes
(vorliegende Spezifikationen und Umgangssprache bei Projektgesprächen) bereits Anwendung
gefunden haben. Begriffe in englischer Sprache werden auch dann benutzt, wenn diese in der
naturwissenschaftlichen Terminologie eindeutig definiert sind und als bekannt vorausgesetzt werden
können. Weitere projektspezifische Begriffsdefinitionen finden sich im allgemeinen Projektglossar /5/.
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22
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
3 Anforderungen an die Projektdokumentation
Um den Anforderungen nationaler und internationaler Qualitätsstandards zu genügen, werden dieses
Dokument und alle mit ihm verbundenen Dokumente mit Versionsverwaltungen ausgerüstet. Auf diese
Weise soll eine lückenlose Projektdokumentation sichergestellt werden. Nach der Inbetriebnahme ist
das Pflichtenheft Bestandteil der Dokumentation. Es wird auf dem laufenden Stand gehalten.
3.1
Dokumentationskonzept
Die Dokumentation des Gesamtsystems wird auf mehrere Dokumente derart verteilt, dass sinnvolle
und überschaubare Einheiten entstehen. Zentrales Dokument ist das Pflichtenheft, in dem die
Wechselwirkungen der Einzelkomponenten und ihre Bedeutung für das Gesamtsystem beschrieben
sind. Ein Dokumentenverzeichnis soll dem Umstand Rechnung tragen, dass Dokumente in vielfacher
Form (auf Datenträger, Papier) vorliegen können. Es dient als zentrales Register. Querverweise
zwischen den Dokumenten müssen über dieses Register erfolgen. Grob ergibt sich damit folgende
Struktur:
Pflichtenheft Strahldiagnose – setzt Aufgabenstellung um und
Lastenhefte – Beschreiben Aufgabenstellungen
beschreibt dies ggf. mit Verweisen auf Detaildokumentation.
aus Kundensicht – erstellt von GSI
(erstellt von Eckelmann in Zusammenarbeit mit GSI)
DokumentenVerzeichnis
Entwickler-Dokumentation der
Detail-Dokumentation zugekaufter
Bedienhandbuch, Service- und
durch Eckelmann erstellten
Hard- und Software (geliefert vom
Installationsanleitungen (Erstellt
Software
Hersteller der Komponenten)
von Eckelmann)
Abbildung 1: Dokumentenstruktur
Im Kontrollsystem ist eine Onlinehilfe mit Dokumentationsverweisen integriert. Damit können
Dokumente jederzeit aufgerufen und eingesehen werden, z.B. im Fehlerfall oder zur
Anlagenbedienung.
EAG bringt alle vorhandenen Dokumente für die Onlinehilfe ein, es obliegt dem Anwender
aktualisierte Versionen in die Onlinehilfe einzupflegen. Beinhaltet sind Bedienerhandbuch, Serviceund Installationsanleitung, sowie Dokumentation nicht zum BKS gehörender Hardware (Geräte)
soweit diese vorhanden und gepflegt sind.
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23
Pflichtenheft Strahldiagnose
3.2
Version 1.06 30.04 2004
Hauptdokumente
Das zentrale Dokument, das den Überblick über alle verfügbare Projektdokumentation bietet, ist das
Dokumentenverzeichnis des Hauptprojekts. Es befindet sich im gemeinsamen Projektverzeichnis.
Dieses Verzeichnis listet alle Dokumente, die für die lückenlose Projektdokumentation notwendig sind
und zeigt an, wo die aktuell gültigen Versionen dieser Dokumente zu finden sind. Das Dokumentenverzeichnis des Hauptprojekts verweist auf weitere untergeordnete Dokumentenverzeichnisse.
Zentrales Dokument für eine schnelle Übersicht über das Projekt Strahldiagnose ist das vorliegende
Pflichtenheft.
3.3
/1/
Mit diesem Pflichtenheft verbundene Dokumente
Ausschreibung Kapitel D6: Strahldiagnose
Dateiname: 6-SPEC-SD-03032003.pdf
/2/
Ausschreibung Kapitel E2: Anforderungsbeschreibung für das Kontrollsystem der
Therapiebeschleunigeranlage Heidelberg (HICAT)
Dateiname: E-2-Anforderbeschreibung (KS).pdf
/3/
Angebot Eckelmann AG an GSI ASe/128/3/2003
Dateiname: 128-3gsi-Beschleunigerkontrollsystem.pdf
/4/
Besprechungsprotokoll erste Projektsitzung, Projektorganisation
Dateiname: BPROT_GSI_PROJEKTORG_10_07_03.doc
/5/
Verzeichnis der Abkürzungen und Begriffsdefinitionen von GSI (allg. Projektglossar)
Dateiname: HICAT-Glossar v0.10.doc
/6/
Bildschirmausdruck Bedienmaske des Profilgitters vom 08. August 2003
Dateiname: Profilgitter_Bedienmaske.jpg
/7/
Spezifikation des PXI Controllers PXI-8145 RT
Dateiname: pxi8140rt.pdf
/8/
Spezifikation des Strom-Frequenz-Wandlers der Fa. Seleon GmbH V1.0 / 24 Juli 2003
Dateiname: 1058-GAW_030724.pdf
/9/
Nomenklatur der Geräte des HICAT
Dateiname: Komponentenliste-v1.20.xls
/10/
Spezifikation des DAQ-Board PXI-6508 von National Instruments March 1998 Edition
Dateiname: ni6508_IO_manual.pdf
/11/
Spezifikation des DAQ-Board PXI-6025E von National Instruments December 2000 Edit.
Dateiname: NI6025E_specs.pdf
/12/
Spezifikation des DAQ-Board PXI-6115 von National Instruments May 2003 Edition
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24
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Dateiname: NI6115_specs.pdf
/13/
Spezifikation des DAQ-Board PXI-6602 von National Instruments January 1999 Edition
Dateiname: 6602manuallong.pdf
/14/
Spezifikation Parametric Current Transformer der Fa. Bergoz Rev 3.2
Dateiname: Bergoz_PCT.pdf
/15/
Spezifikation CF2 CYMBAL IEEE1394 der Fa. EKF Elektronik GmbH Edition 4/2001
Dateiname: cf2pid.pdf
/16/
Übersichtspläne der Strahldiagnose-Verkabelung von C. Müller / GSI 21. 11. 2003
Dateiname: SD-Elektronikübersicht.ppt
/17/
1394-based Digital Camera Specification Version 1.3; 25 Juli 2000
Dateiname: 1394_IIDC_Spec_v1_30.pdf
/18/
IBT Universal Steuer- und Messelektronik für PG; Ohne Version und Datum
Dateiname: UNIVERSAL-PG INTERFACING-2.pdf
/19/
UEI United Electronics Industries; Version Juni 2003
Dateiname: pdxi_mfs_8_500_14.pdf
/20/
FEMTO Verstärker HVA-S vom 23.01.2004
Dateiname: HVA-S.pdf
/21/
Lecture Notes on Beam Instrumentation and Diagnostics January- March 2003
Dateiname: JUAS_Skript.pdf
/22/
Eichfaktorberechnung für die Ionisationskammern Autor T. Hoffmann / GSI 28.11.2003
Dateiname: EichfaktorberechnungfuerdieIonisationskammern.doc
/23/
Beispiel C-Routine zur Berechnung des Eichfaktors für Geräteklasse Ereigniszählung /
Variante IC
Dateiname: eichfaktor.c
/24/
Beispiel C-Routine zur Berechnung des Energieverlusts für Geräteklasse
Ereigniszählung / Variante IC. Es handelt sich um ein Unterprogramm von /23/.
Dateiname: energieverlust.c
/25/
Tischvorlage „Vorschlag: Betriebsarten BKS <-> KSTB“. Autor Dr. R. Bär / 25.03.2004
Dateiname: Memo BKS-KSTB-Betriebsarten.doc
/26/
Tischvorlage ’HICAT-Betriebszustände und -Betriebsarten’. Autoren Dr. R. Bär, Dr. M.
Schwickert / 22.04.2004
Dateiname: Dateiname unbekannt. Dokument liegt nur in Papierform vor
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25
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
4 Allgemeines
4.1
Technische Aufgabenstellung
Für den Betrieb der Beschleunigeranlage HICAT sind alle beteiligten strahlführenden Geräte so einzustellen, dass der angeforderte Ionenstrahl von der Strahlquelle zum gewählten Strahlziel transportiert werden kann und am Bestrahlungsplatz mit den erwarteten Eigenschaften zur Verfügung
steht. Die Aufgabe der Strahldiagnose ist es, sicher zu stellen, dass der Ionenstrahl die gewünschten
Eigenschaften besitzt. Mittels der Strahldiagnose wird die Möglichkeit geschaffen, qualitative und
quantitative Aussagen über den Ionenstrahl zu machen.
Folgende wesentliche Aufgaben übernimmt die Messdatenerfassung der Strahldiagnose:
-
Erfassung des Status der Geräte der Strahldiagnose
-
Steuerung der Abläufe für die angeschlossenen Strahldiagnose-Geräte
-
Vorbereitung der Messung
-
Zeitlich korrektes Erfassen von Messdaten
-
Vorverarbeitung der erfassten Messdaten
-
Übertragung der erfassten Messdaten an die Ablaufsteuerung
4.2
Schnittstellen zu anderen Unterprojekten
Die Strahldiagnose ist ein untergeordnetes Modul des BKS. Sie hat Schnittstellen zu anderen
Unterprojekten im Hauptprojektes BKS, welche nachfolgend aufgelistet sind.
Unterprojekt Strahldiagnose – Schnittstelle zu weiteren Projekten im Hause EAG
Unterprojekt
Beschreibung
Dokument
BKS Ablaufsteuerung
Ablaufsteuerung, zentrale Koordination
Pflichtenheft Ablaufsteuerung
des Kontrollsystem
BKS DCU Software
Software aller DCU’s
Pflichtenheft DCU Software
BKS Datenbank
Datenbankdesign, Sicherung und
Designspezifikation Datenbankstruktur
Wiederherstellung
BKS GUI
Bedienoberfläche BKS
Pflichtenheft Bedienoberfläche der
Operating Ebene
Tabelle 1: Schnittstellen zu anderen Unterprojekte
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26
Pflichtenheft Strahldiagnose
4.3
Version 1.06 30.04 2004
Abwicklung dieses Unterprojektes
Während aller nachfolgend dargestellten Phasen der Softwareentwicklung für die Strahldiagnose,
werden die Mitarbeiter der GSI soweit erforderlich in den Entscheidungsprozess mit eingebunden. Bei
Erstellung des Pflichtenhefts hat GSI eine Mitwirkungspflicht. Alle konzeptionellen Entscheidungen
werden mit den Spezialisten von GSI diskutiert und abgestimmt. Dazu werden regelmäßige Treffen
abgehalten.
Die projektverantwortlichen Mitarbeiter der GSI stellen die notwendigen Informationen und Unterlagen
für die Entwicklungsphasen zur Verfügung. Diese fließen in die Erarbeitung der Spezifikationen durch
EAG ein. Nachfolgende Zusammenstellung beschreibt das weitgehend chronologisch orientierte
Phasenmodell für die Abwicklung des Unterprojektes:
Unterprojekt Strahldiagnose
Projektphase
Beschreibung
Dokument
Pflichtenhefterstellung
Konzeptbesprechungen bei GSI
Pflichtenheft
Ausformulierung Pflichtenheft
Softwaredesign
Aus dem Pflichtenheft wird ein Realisierungsdesign (interne
Spezifikation
Spezifikation) erstellt.
Softwaredesign
GSI erhält ein Exemplar zur Information.
Softwareentwicklung
Entwicklung der Software nach dem Pflichtenheft und
Entwicklungs-
Realisierungsdesign.
Dokumentation
GSI wird über den Fortschritt informiert.
Vortests bei EAG
Vortests im Hause EAG nach definierten Testplänen mit
Testpläne und Protokolle
Teilnahme von GSI. (Auf Wunsch)
Werksabnahme bei EAG
Werksabnahme im Hause EAG nach definierten Testplänen,
Testpläne und Protokolle
mit Teilnahme von GSI.
Abnahmetests und
Abnahmetests und Abnahme im Hause GSI nach definierten
Abnahme bei GSI
Testplänen.
Testpläne und Protokolle
Lieferung
Auslieferung von Hard- und Software nach Heidelberg.
Lieferscheine
Signaltest
Einschalt- und Signaltests nach vollständiger Verkabelung.
Testpläne
Inbetriebnahme ohne
Inbetriebnahme vor Ort nach definierten Testplänen ohne
Inbetriebnahmepläne und
Strahl
Strahl.
Protokolle von GSI und
EAG
Abnahme
Abnahme des EAG Liefer- und Leistungsumfang ohne Strahl.
Testpläne und Protokolle
Tabelle 2: Abwicklung Unterprojekt Strahldiagnose
Die Zuständigkeiten bei der Projektabwicklung sind im Besprechungsprotokoll der 1. Projektsitzung /
Organisation vom 10.07.03 im Kapitel Projektmanagement (Dokument /4/) festgelegt:
Technische Projektleiter bei GSI sind:
Herr Dr. Bär (Vertretung Herr Steiner) für die Kontrollsysteme sowie Herr Peters und Herr Dr.
Schwickert für die Stahldiagnose.
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27
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Gesamtprojektleiter bei EAG ist Herr Frankenbach, Stellvertreter und zuständig für Qualitäts- und
Dokumentenmanagement ist Herr Dr. Mellert. Als Unterprojektleiter sind vorgesehen:
Herr Hof
(DCU Hardware)
Herr Wiche
(DCU Software und Strahldiagnose)
Herr Welde
(Ablaufsteuerung)
Herr Draheim
(DVM)
Herr Ebert
(VKS, PSS)
4.4
Termin- und Meilensteinplan
An dieser Stelle wird verwiesen auf den Projektplan (MS-Project) im gemeinsamen Projektverzeichnis,
welcher den aktuellen Terminplan beinhaltet und zeitnah aktualisiert wird.
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28
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
5 Hardware- und Systemstruktur
5.1
Hardwarestruktur
TCON 1
TCON 4
…
DCU 1
LINAC-RTB
LAN
SYNCHROTRON-RTB
DCU 4
I/O
Timingzentrale
PC Ablauf
Ablaufsteuerung
Ablaufsteuerung
LINAC Strahldiagnose
DCU-SD
MessdatenerfassungsSysteme
VorortElektroniken
…
PC Operating-Ebene
SYNCHROTRON Strahldiagnose
DCU-SD
Gerät
MessdatenerfassungsSysteme
VorortElektroniken
…
Gateway
Gerät
…
I/O
LAN
RTB
Nebenanlagen
…
Abbildung 2: Einbindung der Strahldiagnose in die Hardware-Struktur des BKS
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29
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Die Einbindung der Messdatenerfassungssysteme in die Hardware-Struktur ist in Abbildung 2
dargestellt. Der im vorliegenden Dokument beschriebene Anteil der Hardware-Struktur ist grau
gestrichelt umrandet. Die übrigen Komponenten der dargestellten Hardwarestruktur werden im
Pflichtenheft der Ablaufsteuerung in dem Kapitel „Technische Schnittstellen zu Geräten und
Nebenanlagen“ erläutert.
Die beiden Komponenten der Beschleuniger-Anlage - LINAC und SYNCHROTRON - bilden sich
aufgrund ihres unterschiedlichen Timings direkt auf die Struktur der Strahldiagnose-Elemente ab. Die
beiden Bereiche der Ablaufsteuerung, DCU-Ablauf/Timing und PC-Ablauf, sind nur peripher
Bestandteil dieses Pflichtenheftes. An den Stellen, wo Schnittstellen zur Ablaufsteuerung zu definieren
sind, werden im vorliegenden Pflichtenheft Hinweise auf die Minimalanforderungen gegeben. Die
detaillierte Ausgestaltung der über diese Schnittstelle laufenden Signale und deren Weiterverarbeitung
wird dagegen in dem Pflichtenheft, welches die Ablaufsteuerung beschreibt, vorgenommen (siehe hier
Kapitel „Betriebsarten und ihre Abläufe“).
Jedes Messdatenerfassungs-System (MDE) hat nach Abbildung 2 drei Hardware-Schnittstellen, die im
Folgendenden genauer spezifiziert werden:
1. Über die Ethernet-Schnittstelle der Messdatenerfassungs-Systeme werden Informationen
zwischen den Messdatenerfassungs-Systemen und weiteren Subsystemen sowie
Nebenanlagen und Infrastruktursystemen ausgetauscht, welche nicht zeitkritisch sind. Die
Ethernet-Schnittstelle übernimmt die Übertragung größerer Datenmengen, wie z.B.
Messdaten, in Form von sogenannten Telegrammen. Folgende Daten werden unter anderem
über den Ethernet-Schnittstelle übertragen:
 vorbereitende Informationen für die nächste Messung
 Gerätestatus
 Fehlermeldungen
 Stammdaten und Parameter
 Befehle im Handbetrieb
 erfasste Messdaten inklusive des Datenstatus zur Weiterverarbeitung im Kontrollsystem
 MEFI- / VAcc-Strahlanforderung
 Quittierung Strahlanforderung
 Betriebsarten und Kommandos
 Anfragen zur Übertragung von Daten
Die allgemeine Struktur der Telegramme wird in Kapitel 6.3 genauer definiert bzw. die
gerätespezifischen Telegramme sind in dem Kapitel „Geräteklassen“ definiert.
2. Die Messdatenerfassungs-Systeme haben Hardware-Schnittstellen zu den DCU-SD’s, von
denen sie ihre zeitkritischen Trigger- und Gatesignale erhalten. Auch hier ist die HardwareStruktur zweigeteilt: Es existiert je eine DCU-SD für das Linac-Timing und das SynchrotronTiming. Von den DCU-SD’s kann beispielsweise folgendes Signal an die MDE-Systeme
generiert werden:
 LINAC Strahlpuls Start
Eine genaue Beschreibung der über die beiden Realtime-Bus-Systeme (LINAC-RTB,
Synchrotron-RTB) übertragenen Zeitsignale und deren Codierung innerhalb der DCU-SD ist
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
im Pflichtenheft DCU-Software angegeben (siehe hier auch Kapitel „Gerätemodell
Strahldiagnose (DCU-SD)“).
3. Weiterhin haben die Messdatenerfassungs-Systeme Hardware-Schnittstellen zu den SDGeräten bzw. deren Vorverstärker oder Ansteuer-Elektroniken. Über diese HardwareSchnittstelle werden Steuer- und Statussignale ausgetauscht und die Messsignale erfasst.
Zusätzlich zu den drei Hardware-Schnittstellen der MDE, werden in diesem Pflichtenheft auch die
Signale erfasst, welche von den DCU-SD direkt zu den SD-Geräte-Elektroniken (z.B. Trigger- und
Gatesignale) geliefert werden.
5.2
Messdatenerfassungchassis
Die Messdatenerfassung wird mit PXI-Systemen, sogenannten Crates, der Firma National Instruments
bzw. den CompactPCI-Systemen(cPCI) der Firma Acqiris aufgebaut. Nachfolgend werden die
geplanten Crates für die Messdatenerfassung aufgelistet:
Strahldiagnose Messdatenerfassung PXI-Crates und cPCI-System
Bezeichnung
Slots
Hersteller
Anzahl der Crates
PXI Chassis NI PXI-1042
8
National Instruments
10
cPCI System (CC108 der Fa. Acqiris
8
Acqiris oder anderer Hersteller
1
oder Produkt eines anderen
Herstellers)
Tabelle 3: Strahldiagnose Messdatenerfassung PXI-Crates/cPCI-System
5.3
PXI-Controller
Bei den meisten der oben aufgeführten PXI Systemen wird als PXI Controller der Typ PXI-8145 RT
von National Instruments zum Einsatz kommen. Bei dem PXI-8145 RT handelt es sich um einen
Controller für PXI-Systeme, welcher bereits eine LabVIEW Real Time Engine on Board besitzt.
Für das CompactPCI-System der Fa. Acqiris wird der gleiche Typ von Controller-CPU vorgesehen.
In den Fällen, wo sich aufgrund der Auswahl dieses Controller Typs ein Performance-Engpass ergibt,
stehen alternativ die PXI-Controller PXI-8175 RT oder PXI-8176 RT von National Instruments zur
Verfügung. Diese Controllertypen sind nicht Bestandteil des gültigen Angebots von EAG an GSI. In
Absprache mit GSI und unter Beachtung der kaufmännischen Klärung können diese Typen alternativ
zum Einsatz kommen.
Der PXI-8145 RT Real-Time embedded PXI Controller besitzt einen Pentium 266 MHz Prozessor mit
32 MB DRAM, welches bis zu 128 MB DRAM erweitert werden kann. Der Controller hat 32 MB
CompactFlash Speicher, einen 10BaseT/100BaseTX Ethernet Anschluss und einen seriellen Port. Der
PXI-8145 RT belegt in einem PXI-Crate 1 Steckplatz. Für den NI PXI-8145 RT können Anwendungen
mit dem LabVIEW Real-Time Development System erstellt und auf den Controller geladen werden.
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31
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
5.3.1 Abweichungen vom Standard-Controller PXI-8145 RT
Die Anforderungen der Strahldiagnose für die Geräte der Geräteklassen Ereigniszählung und
Optische Strahldiagnose machen es notwendig, einen anderen Controller-Typ oder den gleichen
Controller-Typ mit geänderter Ausstattung einzusetzen.
Für die Geräteklasse Optische Strahldiagnose wird der Controller PXI-8145 RT mit geändertem
Speicherausbau eingesetzt. Hier wird das RAM von 32MB auf 128 MB erweitert.
Für die Geräteklasse Ereigniszählung wird das Produkt PXI-8176 RT mit 1.2GHz GHz Pentium III
Prozessor und 512 MB RAM zum Einsatz kommen.
5.4
E/A-Baugruppen
In den PXI Systemen kommen nachfolgend aufgeführte E/A Baugruppen zum Einsatz. Der
Signalpegel der digitalen Ebene ist TTL Pegel, soweit nicht anders vermerkt.
Der erwartete Signalpegel der analogen Baugruppen ist in den Kapiteln der Geräteklassen 7 ff.
erfasst.
Die nachfolgende Tabelle beschreibt einen vorläufigen Stand. Die Zuordnung und die
Zusammenstellung von Messdatenerfassungs-Systemen ist noch in der Entwicklung.
Strahldiagnose Messdatenerfassungs- Systeme E/A Baugruppen
Bezeichnung
Hersteller
Anzahl
Bemerkung, benutzte Signale
PXI-6508
National Instruments
14
96 statische digitale E/A Leitungen
(5 V/TTL) organisiert in 8-Bit breiten Ports
PXI-6025E
National Instruments
5
Langsame 12 Bit ADC Multifunktionskarte (200KSa/s)
16 SingleEnded oder 8 differentielle ADC-Eingänge
PXI-6115
National Instruments
3
Schnelle 12 Bit ADC Multifunktionskarte (10MSa/s) 4
ADC-Eingänge
PXI-6602
National Instruments
4
8-Kanal, 32-bit up/down Counter/Timer Modul
DC241
Acqiris
4
2 Kanal 2GHz 2-4GSa/s 8Bit-Digitizer (oder, falls
verfügbar, ein besseres Gerät)
CF2-CYMBAL
EKF GmbH
2
3 Kanal IEEE 1394 FireWire Karte
PDXI-MFS-8-
UEI Inc.
4
14 Bit 500 KSa/s 8 ADC-Eingänge
500/14
Tabelle 4: Strahldiagnose, PXI-Datenerfassungskarten
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32
Pflichtenheft Strahldiagnose
5.5
Version 1.06 30.04 2004
Steckebene
Für jede in einem cPCI-/PXI-System vorhandene Messdatenerfassungs-Karte wird in dem von GSI
bereitgestellten Schaltschrank eine 19“ Konnektorbox platziert. Diese Konnektorbox stellt alle
benötigten Ein- und Ausgangssignale über Stecker auf einer Blende zur Verfügung.
Die DC241-Digitizer-Karten von Acqiris werden direkt unter Umgehung der Steckebene mit den HFSignale von RFQ, IH-DTL und Debuncher und den Phasensonden verbunden.
Die IEEE1394 Kameras der optischen Strahldiagnose werden über IEEE1394 Firewire-Hubs und
Lichtleiterstrecken an die CF2-CYMBAL-Karten der Fa. EKF GmbH angeschlossen. Für die CF2CYMBAL-Karten ist keine Steckebene vorgesehen. Die Blendensteuerung der IEEE1394 Kameras
wird mit dem Anlagen-LAN verbunden.
Die grafische Darstellung der Verbindungen ist in dem Dokument /16/ enthalten.
Eine detaillierte Festlegung der Kabeladaption zwischen den E/A-Baugruppen der cPCI-/PXI-Systeme
und den Elektroniken der SD-Geräte wird im Rahmen des Designs der SD-Adapterboxen
vorgenommen. In diesem Zusammenhang erfolgt auch die Definition von Steckerbelegung und
Signalzuordnung der E/A-Interfacebaugruppen der MDE-Systeme.
5.5.1 Steckebene PXI-6508
Die Messdatenerfassungskarte PXI-6508 von National Instruments stellt alle Ein- und Ausgangssignale über einen 100-poligen Stecker an der Frontseite der Einsteckkarte zur Verfügung. Die Karte
besitzt zwölf bidirektionale Ports mit einer Breite von jeweils 8 Bit. Für jeden Port wird ein 9 poliger DSub Stecker benötigt.
Steckebene PXI-6508
Signal
Anzahl
12 x 8 Bit breiter bidirektionaler
Port
Bemerkungen
14
Insgesamt 96 statische digitale E/A Leitungen (5 V/TTL)
organisiert in 8-Bit Ports. Die Signale eines Ports können
jeweils als Eingänge bzw. als Ausgänge konfiguriert
werden. Eine ’Mischkonfiguration’ von Eingangs- und
Ausgangssignalen innerhalb eines Ports ist nicht
vorgesehen.
Tabelle 5: Steckebene PXI-6508
Die Steckebene für die PXI-6508-Karte entfällt bei der Geräteklasse Ereigniszählung 7.2.
5.5.2 Steckebene PXI-6025E
Die Messdatenerfassungskarte PXI-6025E stellt alle Ein- und Ausgangssignale über einen 100poligen Stecker an der Frontseite der Einsteckkarte zur Verfügung. Die Karte wird so betrieben, dass
sie 8 differentielle analoge Eingänge zur Verfügung stellt. Des Weiteren sind auf der Karte 2 analoge
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33
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Ausgänge, 2 Zähler, 8 digitale Ein- und Ausgänge, 3 acht Bit Ports und 10 Programmable Function
Inputs vorhanden.
Steckebene PXI-6025E
Signal
Anzahl
Differentielle Analoge
Bemerkungen
8
Eingangssignale
ACH0...ACH15
Analoge Ausgangssignale
2
DAC0OUT...DAC1OUT
8 Digitale I/O
1
8 Bit breiter bidirektionaler Port
3
10 PFI (Programmable
10
Nutzung für Kontroll- und Triggersignale
Function Input)
Tabelle 6: Steckebene PXI-6025E
5.5.3 Steckebene PXI-6115
Die Messdatenerfassungskarte PXI-6115 stellt alle Ein- und Ausgangssignale über einen 68-poligen
Stecker an der Frontseite der Einsteckkarte zur Verfügung. Die Karte besitzt 8 pseudo-differentielle
analoge Eingänge. Des Weiteren sind auf der Karte 2 analoge Ausgänge, 2 Zähler, 8 digitale Ein- und
Ausgänge und 10 Programmable Function Inputs vorhanden.
Steckebene PXI-6115
Signal
Pseudodifferentielle Analoge
Anzahl
Bemerkungen
4
Eingangssignale
ACH0...ACH3
Analoge Ausgangssignale
2
DAC0OUT...DAC1OUT
8 Digitale I/O
1
10 PFI (Programmable
10
Nutzung für Kontroll- und Triggersignale
Function Input)
Tabelle 7: Steckebene PXI-6115
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Pflichtenheft Strahldiagnose
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5.5.4 Steckebene PXI-6602
Die Messdatenerfassungskarte PXI-6602 stellt alle Ein- und Ausgangssignale über einen 68-poligen
Stecker Stecker an der Frontseite der Einsteckkarte zur Verfügung. Die Karte wird so betrieben, dass
sie 8 digitale Zähler zur Verfügung stellt.
Steckebene PXI-6602
Signal
Anzahl
Bemerkungen
Source(0)…Source(7)
8
Zählsignale mit variabler Frequenz
Gate(0)
1
Zeitscheibensignal vorgegebener Frequenz von DCU-SD
einmal pro PXI-6602
8 PFI (Programmable Function
8
Nutzung für Kontroll- und Triggersignale
Input)
Tabelle 8: Steckebene PXI-6602
5.5.5 Steckebene PDXI-MFS-8-500/14
Die Messdatenerfassungskarte PDXI-MFS-8-500/14 stellt die analogen und digitalen Ein- und
Ausgangssignale über zwei Stecker auf der Karte zur Verfügung.
Über einen 96-poligen Stecker werden die analogen E/A-Signale und deren Kontrollsignale
bereitgestellt. Über einen 80-poligen Stecker stehen die digitalen E/A-Signale, Countersignale und
digitale Kontrollsignale zur Verfügung.
Steckebene PDXI-MFS-8-500/14
Signal
Anzahl
8 Single Ended Analoge
Bemerkungen
8
Eingangssignale
AIN0..AIN7
2 Analoge Ausgangssignale
2
AOUT0...AOUT1
16 Digitale Eingänge
1
16 Digitale Ausgänge
1
Kontroll E/A Analoge Ebene
1
Kontroll E/A Digitale Ebene
1
Triggersignale
4
Nutzung für Triggersignale
Tabelle 9: Steckebene PDXI-MFS-8-500/14
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35
Pflichtenheft Strahldiagnose
5.6
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Externe Schnittstellen zu erforderlichen Subsysteme und Geräten
Zum Betrieb der Strahldiagnose-Geräte sind folgende Subsysteme und Geräte notwendig:
-
Schrittmotoren
-
Hochspannungs-Versorgung
-
Pressluft
-
Gasflussdetektoren
Abhängigkeit zu den Subsystemen und Geräte
Gerät
Schrittmotor
Hochspannungs- Pressluft
Versorgung
PG
Gasfluss
X
MWPC
X
X
SZ
X
X
BLM
X
IC
X
X
X
X
X
X
DCT
ACT
FC
PhS
PoS
LT
X
ISO-Center
Tabelle 10: Strahldiagnose, Externe Schnittstellen
Die oben genannten Subsysteme und Geräte werden über die Ablaufsteuerung synchronisiert. Eine
Beschreibung hierzu ist im Pflichtenheft der Ablaufsteuerung (siehe Kapitel „Technische Schnittstellen
zu Geräten und Nebenanlagen“ dieses Pflichtenhefts) enthalten. Die Schrittmotor-Steuerung ist SDGeräten zugeordnet, die keine Schnittstelle zu den Messdatenerfassungen haben.
5.7
Versorgungsspannung
Die Systeme zur Messdatenerfassung sind für einen Betrieb an 100-240 Volt Wechselspannung bei
einer Netzfrequenz 50-60Hz ausgelegt.
Für die Steckebene zur mechanischen Anpassung der Steckverbindungen zwischen den Geräten ist
keine Spannungsversorgung vorgesehen. Es werden über die Steckebene keine Kleinspannungen zur
Verfügung gestellt.
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36
Pflichtenheft Strahldiagnose
5.8
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Systemstruktur
Methoden
TM
TM
Bedienung,
GUI
Methoden
Strahloptik
Nebenanlagen
Nebenanlagen
Datenbank
Ablaufsteuerung
Tabellen der
Ablaufsteuerung
TCON
DCU’s
TCON
Geräte
DCU’s
DCU’s-SD
Geräte
MessdatenerfassungsSysteme
SD-Elektronik
Befehle, Signale, Daten
Datenbankverbindung
Lieferanteil EAG
Externe Geräte
Abbildung 3: Einbindung der Strahldiagnose in die System-Struktur des BKS
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Die Abbildung 3 zeigt die Systemstruktur des BKS mit ihren Datenbankverbindungen und ihrem
Signalaustausch.
Kreise bedeuten dabei Softwarefunktionalitäten mit zugehöriger Hardware (z.B. Kreis DCU-SD
bedeutet DCUs mit zugehöriger DCU Software). Messdatenerfassungs-Systeme sind die PXI- bzw.
CompactPCI-Systeme mit LabVIEW-Software. Der grau gefüllte Kreis stellt die MessdatenerfassungsSysteme der Strahldiagnose dar und ist Hauptbestandteil dieses Pflichtenheftes.
Aus der in Abbildung 3 dargestellten Systemstruktur ergeben sich insgesamt vier Anknüpfungspunkte
der MDE mit dem übrigen BKS.
Gegenüber den Bereichen Bedienung/GUI und Ablaufsteuerung abstrahiert die MDE die SDElektroniken. Sie stellt deren Funktionalitäten dem BKS zur Verfügung und übernimmt die
Transformation der Steuer- und Statussignale für die SD-Elektroniken. Zusätzlich regelt die MDE die
Übermittlung der erfassten Messdaten an das BKS. Zur Durchführung zeitkritischer Messungen erhält
die MDE darüber hinaus Timing-Signale, die von den DCU-SDs generiert werden.
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
6 Grundsätzliche Funktionen der Messdatenerfassungs-Systeme
In den folgenden Kapitel werden alle grundsätzlichen Funktionen und Konfigurationen der
Messdatenerfassungs-Systeme beschrieben sowie die allgemein gültigen Schnittstellen zwischen der
Ablaufsteuerung und den Messdatenerfassungs-Systemen und den DCU-SDs und den
Messdatenerfassungs-Systemen.
6.1
Funktionen und Konfiguration der Messdatenerfassungs-Systeme
6.1.1 Steckplatzerkennung
Eine automatische Erkennung des Steckplatzes über das Einlesen von Hardwareinformationen ist bei
den Messdatenerfassungssystemen nicht vorgesehen. Die eindeutige Identifikation eines Messdatenerfassungs-Systems wird bei der Konfiguration des Embedded Controllers mit dem Softwarewerkzeug
Measurement & Automation Explorer (MAX) von National Instruments über Ethernet vorgenommen.
Die Konfiguration wird bei der Erstinbetriebnahme eines Messdatenerfassungs-Systems durch den
Entwickler vorgenommen. Eine Änderung der Konfiguration während Wartungsarbeiten durch
zugriffsberechtigte Bediener ist mit dem Measurement & Automation Explorer möglich, die Vergabe
der Bediener-Rechte und Zugangs-Berechtigungen wird zentral im Dokument der Ablaufsteuerung
geregelt.
6.1.2 Software-Download
Das PXI-System besitzt ein residentes Echtzeit-Betriebsystem. Die Software für die Messdatenerfassung ist in einem CompactFlash (z.B. 32 MB) gespeichert. Nach einer erstmaligen Übertragung
des LabVIEW Programms -innerhalb der LabVIEW Programmierumgebung- in den Flash Speicher,
steht dieses nach einem Bootvorgang stets unmittelbar zur Verfügung.
Ein Download des LabVIEW Programms ist nur aus der Entwicklungsumgebung von LabVIEW heraus
möglich. Bei Start der LabVIEW Entwicklungsumgebung ist das Zielsystem anzugeben, für welches
das Programm erstellt wird.
6.1.3 Einschalttests / Hochlauftests
Nach dem Einschalten der Messdatenerfassung werden die folgenden Tests durchgeführt:
-
Initialisierung der E/A-Karten
-
Test-Zugriff auf Flash Speicher
-
Überprüfen der lokalen Uhrzeit gegen die systemweite Uhrzeit
-
Überprüfung der Soll-/Ist-Konfiguration an Hardware Komponenten der PXI bzw. CompactPCI
Systeme
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Zu Beginn der Tests wird das komplette RAM gelöscht. Die Ergebnisse der Einschalttests können zu
Diagnosezwecken auf Anforderung an die Ablaufsteuerung übermittelt werden.
6.1.4 Weitere Selbsttests
Einige der Messdatenerfassungs-Karten bieten die Möglichkeit an, eine Selbst-Kalibrierung ihrer
Eingänge durchzuführen. Diese erweiterten Testmöglichkeiten werden innerhalb der Betriebsart
Service abgebildet. Eine genaue Beschreibung der Selbstest-Funktion der einzelnen MDEs ist in Kap.
7 für jede Geräteklasse angegeben. Bei einigen SD-Komponenten ist der Selbsttest an
Randbedingungen geknüpft (Timing des Beschleunigers, Status der Subsysteme etc.), die durch die
Ablaufsteuerung überprüft werden müssen. Diese Randbedingungen sind ebenfalls in Kap. 7 ff.
jeweils im Abschnitt „Testfunktion" aufgeführt.
6.1.5 IP-Adressierung der Messdatenerfassung im Ethernet
Jedes Messdatenerfassungs-System, sowohl die PXI-Systeme von National Instruments als auch das
CompactPCI-Systeme von Acqiris, wird mit einem Embedded Controller von National Instruments mit
vorinstallierter Real-Time Software bestückt. Der Controller der Messdatenerfassung muss einmalig
konfiguriert werden.
Zur Konfiguration der Controller wird von National Instruments die Software „Measurement&Automation eXplorer“ (MAX) mitgeliefert. Mittels dieser Software werden die PXI-Controller
konfiguriert.
Eine automatische Vergabe von IP-Adressen über das Einlesen von Hardwareinformationen ist bei
den Messdatenerfassungssystemen nicht vorgesehen. Die eindeutige Identifikation eines
Messdatenerfassungs-Systems innerhalb der Topologie des kompletten Beschleunigersystems muss
manuell erfolgen. Die Vergabe der IP-Adresse wird bei der Erstinbetriebnahme eines Messdatenerfassungs-Systems durch den Entwickler vorgenommen. Eine Änderung der IP-Adresse zu späteren
Zeitpunkten durch den Inbetriebnehmer ist mit dem Measurement & Automation Explorer möglich.
Der IP-Adressraum für die Gesamtanlage wird zu einem späteren Zeitpunkt festgelegt. Für die
Adressvergabe der Messdatendatenerfassung wird folgende Festlegung getroffen:
Die beiden ersten Subnets <xxx>, <yyy> orientieren sich an der Netzwerktopologie der
Gesamtanlage.
Die beiden letzten Subnets <Adressklasse 1>, <Adressklasse 2> werden, wie in unten gezeigt,
gerätespezifisch vergeben.
Nachfolgend wird beispielhaft eine mögliche logische Strukturierung des IP-Adressraum beschrieben:

Messdatenerfassungs-Systeme im Bereich QUELLE, LEBT, LINAC, MEBT
xxx.yyy.3.10 - xxx.yyy.3.15

Messdatenerfassungs-Systeme im Bereich SYNCHROTRON und HEBT
xxx.yyy.3.20 - xxx.yyy.3.26
Die Ablaufsteuerung als Partner für den Datenaustausch mittels TCP/IP Netzwerk-Kommunikation
muss die Adressen der Messdatenerfassungs-Systeme kennen. Die Kenntnis der IP-Adresse des PCSystems der Ablaufsteuerung wird in den Messdatenerfassungs-Systemen vorausgesetzt.
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Zusätzlich zur IP-Adresse erhält jeder Controller der MDE aus Gründen der Übersichtlichkeit im
vorliegenden Pflichtenheft eine eindeutige Nomenklatur mit der Struktur: ERCDXXn. Dabei stehen die
ersten beiden Zeichen für den Standort (ER: Elektronikraum) und das zweite Zeichenpaar steht für
„Controller Diagnose". Der dritte Block enthält ein Kürzel für die Geräteklasse der angesteuerten SDKomponente, sowie eine fortlaufende Nummer zur Kennzeichnung des Controllers innerhalb der
Geräteklasse.
Beispielsweise ist die Bezeichnung für das erste Messdatenerfassungs-System der Geräteklasse
Profilmessung „ERCDPM1“. Eine komplette Auflistung aller Controller einer Geräteklasse befindet
sich im Unterkapitel „Varianten“ bzw. „SD-Geräte“ in jedem Geräteklasse-Kapitel.
6.1.6 Verifizierung Geräteklasse und Version von MDE-System Software
Sowohl der Bezeichner der Geräteklasse (z.B. SD-PM) als auch eine eindeutige Versionsnummer
sind im Source Code der MDE-System Software hinterlegt. Nachfolgend genannte Mechanismen zur
Verifikation von Gerätemodell und Versionierung sind vorgesehen:

Jedes MDE-System sendet einmalig nach abgeschlossenem Startup der Software ein
Telegramm mit der Geräteklasse und der Versionsnummer der Software zur übergeordneten
Ablaufsteuerung. Stimmt die Geräteklasse mit dem erwartetem Typ der zugehörigen
Kodierung des PXI-Crates überein, ist die Klassenzuordnung fehlerfrei. Besteht eine
Übereinstimmung bei der Version der Software, ist die Versionierung fehlerfrei. Das Layout
der Anlage mit Informationen der Zuordnung von Geräteklassen und Versionsverwaltung
muss hierzu innerhalb der Ablaufsteuerung vorliegen. Inkonsistenzen sind durch den Bediener
aufzulösen

Nach dem Startup der MDE System-Software, wird diese mit Geräte-Stammdaten versorgt.
Diese enthalten die jeweilige Geräteklasse. Stimmt der Typ -hinterlegt in Source Code des
MDE-Systems- nicht überein mit der Konfiguration durch die Geräte-Stammdaten, kann das
MDE-System nicht betrieben werden. Die Geräteklasse der gestarteten MDE-System
Software ist inkonsistent zu den Geräte-Stammdaten. Diese Situation wird per Fehlermeldung
gemeldet und ist durch den Bediener aufzulösen
6.1.7 Status Bearbeitung (MDE-System und SD-Gerät)
Ein MDE-System sendet zyklisch sowie bei Auftreten eines relevanten Events eine Status Message
an die Ablaufsteuerung. Die Frequenz des normalen Sendezyklus wird per MDE-SystemStammdatum festgelegt. Als Events sind Wechsel innerhalb der internen
Zustandsmaschinenverwaltung des MDE-Systems und der unterlagerten SD-Geräten definiert.
Der interner Status des MDE-Systems und der SD-Geräte (abgebildet durch die Zustandsmaschine
und bitorientierte Flags) werden übertragen. Zwecks Validierung durch übergeordnete Systeme,
welche Versionen an Anlagen-Stammdaten, MDE-System-Stammdaten, SD-Geräte-Stammdaten und
SD-Geräte-Parametern aktuell eingestellt sind, werden deren Datenkennungen rückgemeldet.
Weiterhin ist ein Lifesign Counter im Telegramm enthalten.
Relevante Statusrückmeldungen der Geräte (z.B. Testmodus) führen im Regelfall zu einem
Zustandswechsel innerhalb der State Machine eines SD-Gerätes. Wichtige Informationen auf Ebene
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
des MDE-Systems (z.B. Umschaltung in Handbedienebene) führen zu einem Übergang in der
Zustandsmaschine des MDE-Systems.
6.1.8 Fehler Bearbeitung (MDE-System und SD-Gerät)
Innerhalb der internen Zustandsverwaltung eines MDE-Systems bzw. eines SD-Gerätes wird
zwischen zwei unterschiedlichen Fehlerquellen differenziert.

Der Fehler eines SD-Gerätes (z.B. Overflow) wird auf Basis einer Statusrückmeldung des
angeschlossenen Devices detektiert

Parallel hierzu findet innerhalb der Software-Implementierung ein Monitoring von internen
Fehlern statt
Genannte Unterscheidungen dienen lediglich der logischen Strukturierung. Beide Fehlerkonditionen
veranlassen stets den Übergang in einen Fehlerzustand der Zustandsmaschine.
Fehlersituationen werden der übergeordneten Ablaufsteuerung mittels eines zweistufigen Konzepts
mitgeteilt:

Ein MDE-System signalisiert den Übergang in den Fehlerzustand durch die Übermittlung des
Status Telegramms. Alle wesentlichen Informationen (Status des SD-Gerätes, Status der
internen Zustandsverwaltung usw.) sind hierin enthalten

Ein MDE-System initiiert die Übertragung einer Fehler Message. Hierin sind bitkodiert die
Ursachen der Fehlerbedingung enthalten. Auf Basis der Bitfelder können in einem
Meldesystem Klartextmeldungen erzeugt werden
Auf Ebene der übergeordneten Ablaufsteuerung können Fehlerzustände speziell vorgewählter SDGeräte ausgeblendet werden, damit das Gesamtsystem weiterhin betrieben werden kann.
6.2
Beschreibung der Schnittstelle zur Ablaufsteuerung
6.2.1 Betriebsarten
Die Betriebszustände der Beschleunigeranlage werden durch die Ablaufsteuerung des BKS
hergestellt und von ihr überwacht. Grundsätzlich kann eine Klassifizierung danach getroffen werden,
von welcher Instanz die Anforderung von Beschleunigerzyklen ausgeht. Nachfolgend dargestellte
Möglichkeiten lassen sich auf Ebene der Ablaufsteuerung des BKS unterscheiden:

Anforderung durch das BKS
• Strahlanforderungen erfolgen mittels interner Mechanismen des BKS (z.B. Abarbeitung
von Prozeduren)
• ein Strahlziel ist nur dann anwählbar, wenn sich das KSTB des gewünschten Ziels im
Zustand ’Kontrolle durch das BKS’ befindet

Anforderung durch ein KSTB
• Strahlanforderungen erfolgen ausschließlich durch ein KSTB 1 bis 4 (über die
zugeordnete Anfordereinheit)
• Strahlanforderungen sind nur für das eigene Strahlziel zulässig
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• eine Bestrahlung kann nur vorgenommen werden, falls sich das KSTB des Strahlziels
im Zustand ’Kontrolle durch das KSTB’ befindet
Die Betriebsarten des umfassenden BKS (Anlagebetriebsarten) werden durch die Ablaufsteuerung
abgebildet in die zugehörigen Betriebsmodi für die unterlagerten Systeme der Messdatenerfassung
(Gerätebetriebsarten). Die Vergabe der Bediener-Rechte und Zugangs-Berechtigungen wird zentral
von der Ablaufsteuerung geregelt.
Nachfolgend erfolgt eine Auflistung möglicher Gerätebetriebsarten aus Sicht eines MDE-Systems
bzw. eines SD-Gerätes:
Gerätebetriebsarten eines MDE-Systems bzw. SD-Gerätes
Betriebsart
Beschreibung
Dev-Qa (Device Quality Assurance)
Betrieb für Qualitätssicherung. Anforderung Zyklus durch das BKS
Dev-Adj (Device Adjustment)
Einstellbetrieb. Anforderung Zyklus durch das BKS
Dev-Exp (Device Experiment)
Eperimentierbetrieb. Anforderung Zyklus durch das BKS
Dev-Th (Device Therapy)
Therapiebetrieb. Anforderung Zyklus durch das KSTB
Dev-Idle (Device Idle)
Einnahme eines Ruhezustands. Anforderung Zyklus durch das
BKS oder das KSTB
Standby
Stromspar Betrieb von MDE-System bzw. SD-Gerät (nicht
vorgesehen für Systeme der Strahldiagnose)
Service / Maintenance
Maintenance und Servicefunktionen von MDE-System bzw. SDGerät (nicht vorgesehen für Systeme der Strahldiagnose)
Anfahrbetrieb
Einschalten MDE-System, SD-Gerät
Abfahrbetrieb
Ausschalten MDE-System, SD-Gerät
Reset MDE-System
Reset MDE-System Software
• Kaltstart MDE-System
• Warmstart MDE-System
Tabelle 11: Gerätebetriebsarten eines MDE-Systems bzw. SD-Gerätes
Vorstehende Tabelle beschreibt die möglichen Betriebsarten auf der Ebene eines MDE-Systems bzw.
eines SD-Gerätes. Diese müssen nicht zwangsweise in einer 1:1 Relation korrespondieren mit den
anlagenweiten Betriebsarten verwaltet durch die übergeordnete Ablaufsteuerung. Die verschiedenen
Gerätebetriebsmodi eines MDE-Systems und eines SD-Gerätes werden innerhalb ihrer
Zustandsmaschine abgebildet. Details zur Realisierung der Zustandsverwaltung können den
Graphiken im jeweiligen Kapitel der einzelnen Gerätemodelle entnommen werden. In dem Dokument
„Pflichtenheft Ablaufsteuerung“ wird aus übergeordneter Sicht der Betrieb des BKS mittels der
Anlagenbetriebsarten näher erläutert.
Alle Anmerkungen im Folgenden beziehen sich ausschließlich auf die Gerätebetriebsarten. Nur diese
sind im Kontext von MDE-Systemen bzw. SD-Geräten bekannt.
Die Betriebsartenvorwahl ist spezifisch für ein MDE-System. Weiterhin sind für die einem MDESystem zugeordneten SD-Geräte unterschiedliche -unterlagerte- Betriebsmodi möglich. Wie die
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Anwahl der Betriebsarten durch die übergeordnete Ablaufsteuerung veranlasst wird, ist in Kapitel
6.3.3.6 näher dargestellt.
6.2.1.1
Dev-Qa (Device Quality Assurance) / BKS Qualitätssicherung
Diese Betriebsart dient in erster Linie der Durchführung von Maßnahmen für die Qualitätssicherung
der Strahleigenschaften. Die Anforderung des Zyklus wird durch das BKS veranlasst.
Eine Strahlanforderung für MEFI-Steuerwertdaten und für virtuelle Beschleuniger ist möglich. Die
Verwendung der MEFI-Steuerwertdatensätze sowie der Referenz-VAcc’s (Nummer 1 bis 10) erfolgt
aus dem Flash Speicher. Die Inhalte der Steuerwertdatensätze der VAcc’s (Nummer 0 für die
Stabilitätspulse sowie weiter ab der Nummer 11) sind im Ram lokalisiert.
Bei Herstellung der Betriebsart erfolgt die Überprüfung der Datenkonsistenz der MEFISteuerwertdatensätze. Hierzu wird eine Prüfsumme für jede Ionensorte getrennt verwaltet.
6.2.1.2
Dev-Adj (Device Adjustment) / BKS Einstellbetrieb
Diese Betriebsart dient in erster Linie der Erstellung, der Optimierung und Verifizierung von
Steuerwertdatensätzen (MEFI und VAcc). Die Anforderung des Zyklus erfolgt durch das BKS.
Eine Strahlanforderung für MEFI-Steuerwertdaten und für virtuelle Beschleuniger ist möglich. Die
Verwendung der MEFI-Steuerwertdatensätze sowie der Referenz-VAcc’s (Nummer 1 bis 10) erfolgt
aus dem RAM des MDE-Systems. Wird der Einstellbetrieb aktiviert, werden Steuerwertdatensätze und
Referenz-VAcc’s aus dem Flash in das RAM kopiert. Empfangene geänderte Datensätze werden im
RAM verwaltet; Steuerwertvorgaben an die Geräte basieren auf den Datensätzen (Steuerwerte und
Attribute) im RAM. Auf Anforderung, werden Steuerwertdatensätze bzw. Referenz-VAcc’s vom RAM
resident in das Flash übernommen. Die Inhalte der Steuerwertdatensätze der VAcc’s (Nummer 0 für
die Stabilitätspulse sowie weiter ab der Nummer 11) sind im Ram lokalisiert.
Bei Herstellung der Betriebsart erfolgt die Überprüfung der Datenkonsistenz der MEFISteuerwertdatensätze. Hierzu wird eine Prüfsumme für jede Ionensorte getrennt verwaltet.
6.2.1.3
Dev-Exp (Device Experiment) / BKS Experimentierbetrieb
Diese Betriebsart dient in erster Linie zum Experimentieren mit vorhandenen Steuerwertdatensätzen
(MEFI und VAcc). Die Anforderung des Zyklus erfogt durch das BKS.
Eine Strahlanforderung für MEFI-Steuerwertdaten und für virtuelle Beschleuniger ist möglich. Die
Verwendung der MEFI-Steuerwertdatensätze sowie der Referenz-VAcc’s (Nummer 1 bis 10) erfolgt
aus dem Flash Speicher. Die Inhalte der Steuerwertdatensätze der VAcc’s (Nummer 0 für die
Stabilitätspulse sowie weiter ab der Nummer 11) sind im Ram lokalisiert.
In dieser Betriebsart erfolgt keinerlei Überprüfung der Datenkonsistenz der MEFISteuerwertdatensätze.
6.2.1.4
Dev-Th (Device Therapy) / KSTB Therapie
Diese Betriebsart dient in erster Linie der Bestrahlung von Patienten, der Durchführung von
Maßnahmen für die Qualitätssicherung der Strahleigenschaften und der Bearbeitung von
Experimenten. Die Anforderung des Zyklus wird hierbei durch das KSTB veranlasst.
Eine Strahlanforderung für MEFI-Steuerwertdaten und für virtuelle Beschleuniger ist möglich. Die
Verwendung der MEFI-Steuerwertdatensätze sowie der Referenz-VAcc’s (Nummer 1 bis 10) erfolgt
aus dem Flash Speicher. Die Inhalte der Steuerwertdatensätze der VAcc’s (Nummer 0 für die
Stabilitätspulse sowie weiter ab der Nummer 11) sind im Ram lokalisiert.
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Bei Herstellung der Betriebsart erfolgt die Überprüfung der Datenkonsistenz der MEFISteuerwertdatensätze. Hierzu wird eine Prüfsumme für jede Ionensorte getrennt verwaltet.
Die Bearbeitung von Strahlanforderungen betreffend, sind alle zuvor dargestellten Betriebsarten für
die interne Zustandsmaschinenverwaltung eines MDE-Systems bzw. eines SD-Gerätes weitgehend
transparent. Abgesehen von einer Differenzierung zwischen dem Modus Single Shot und einem
zyklischen Betrieb sind keine spezifischen Unterscheidungen erforderlich.
6.2.1.5
Dev-Idle (Device Idle)
Veranlasst durch diese Betriebsart wird ein Ruhezustand eingenommen. Keine der zuvor
dargestellten Betriebsartenvorwahlen ist erfolgt. Das Gerät ist nicht am nachfolgenden
Beschleunigerzyklus beteiligt. Empfangene Strahlanforderungen werden in dieser Situation nicht
bearbeitet. Die Umschaltung in eine eventuell mögliche Handbedienung kann erfolgen.
6.2.1.6
Standby Betrieb
Diese Betriebsart ist für Systeme der Strahldiagnose nicht relevant.
6.2.1.7
Servicebetrieb
Diese Betriebsart ist für Systeme der Strahldiagnose nicht relevant.
6.2.1.8
Anfahrbetrieb
Bevor für ein MDE-System -incl. der externen SD-Geräte- eine andere Betriebsart hergestellt werden
kann, ist dieses über eine definierte Einschaltsequenz geeignet anzufahren. Erst nach Abschluß der
Einschaltphase ist ein ordnungsgemäßer Betrieb möglich und es können Strahlanforderungen usw.
bearbeitet werden.
6.2.1.9
Abfahrbetrieb
Durch Anwahl des Abfahrbetriebs wird das MDE-System -incl. der externen SD-Geräte- über eine
definierte Ausschaltsequenz heruntergefahren. Ab Beginn des Abfahrbetriebes ist kein
ordnungsgemäßer Betrieb mehr möglich. Es können keine Strahlanforderungen usw. mehr bearbeitet
werden. Die Devices der Strahldiagnose und das MDE-System selbst können nach Beendigung des
Abfahrprozesses hardwaremäßig ausgeschaltet werden.
6.2.1.10
Reset MDE
Ein System der Messdatenerfassung kann per Betriebsartenvorwahl neu hochgefahren werden. Ein
erneutes Hochfahren der Messdatenerfassungs-Systeme ist nur im Wartungsfall durch zugriffsberechtigte Bediener vorgesehen. Die Vergabe der Bediener-Rechte und Zugangs-Berechtigungen
wird zentral im Dokument der Ablaufsteuerung geregelt.
6.2.1.10.1 Kaltstart MDE
Die Initialisierungssequenz des Systems der MDE wird von Beginn an vollständig durchlaufen. Das
Verhalten entspricht einem hardwaremäßigen Einschalten der MDE. Das RAM wird gelöscht und die
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Einschalttests werden durchgeführt. Die Versorgung des MDE mit den erforderlichen Daten (GeräteStammdaten, Geräte-Parameter usw.) ist durch die übergeordnete Ablaufsteuerung zu gewährleisten.
6.2.1.10.2 Warmstart MDE
Es findet keine komplette Neuinitialisierung des MDE-Systems statt. Das RAM wird nicht gelöscht.
Alle Daten bleiben erhalten. Einzig die Betriebsartenvorwahl wird gelöscht. Das System der MDE muß
neu angefahren werden.
6.2.2 Abbildung MEFI-Steuerwertdatensätze und Steuerwertdatensätze von
virtuellen Beschleunigern
Die im regulären Therapiebetrieb genutzten MEFI-Steuerwertdatensätze sind im Flash eines MDESystems lokalisiert. Arbeitet die Beschleunigeranlage auf Basis virtueller Beschleuniger, dienen die
Steuerwertdatensätze der VAcc’s als Grundlage. Diese liegen im RAM eines MDE-Systems.
MEFI- und VAcc-Steuerwertdatensätze beinhalten neben den eigentlichen Steuerwertdaten zur
Ansteuerung der SD-Geräte weitere zusätzliche Parameter, welche spezifische Eigenschaften bzw.
Attribute der Geräteansteuerung beschreiben. Nachfolgende Graphik verdeutlicht den prinzipiellen
Mechanismus zur Gewinnung eines kompletten Sets an Informationen zur geeigneten Ansteuerung
der SD-Geräte durch ein assoziiertes MDE-System.
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Strahlanforderung VAcc
Strahlanforderung MEFI
Nr. VAcc = 11
Definition
MEFI-Parameter
Nr. ReferenzVAcc = 1
RAM
Flash
VAcc - Sollwertdatensätze
VAcc 0
VAcc 11
VAcc255
MEFISollwertdatensätze
Sollwerte
Referenz-VAcc's
VAcc 1
Sollwerte
......
Sollwerte
.
.
.
.
....
Attribute
Attribute
VAcc 10
Betriebsart Beschleunigeranlage
kompletter Sollwertdatensatz
für externes Gerät
- Sollwerte
- Attribute
Abbildung 4: Abbildung MEFI- und VAcc-Steuerwertdatensätze
Wird die Anlage auf Basis virtueller Beschleuniger betrieben, sind alle Informationen (Steuerwerte und
Attribute) in den Steuerwertdatensätzen der VAcc’s enthalten. Der VAcc mit der Nummer 0 ist
reserviert für die Stabilitätspulse im Linac. VAcc’s ab der Nummer 11 können für erforderliche
Steuerwertdatensätze vergeben werden.
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Für den Betrieb mit MEFI-Steuerdaten wird eine logische Strukturierung des vollständigen Inhalts an
Steuerwertdatensätzen vorgenommen. Die eigentlichen Steuerwerte sind in den MEFISteuerwertdatensätzen im Flash lokalisiert. Parallel hierzu werden im Flash eines MDE-Systems
weiterhin 10 spezielle virtuelle Beschleuniger -die sog. Referenz-VAcc’s- gehalten. Diese beinhalten
keine konkreten Steuerwerte, sondern ausschließlich die Attributierung der Steuerwerte zur
Ansteuerung der SD-Geräte vor Ort in der Beschleunigeranlage. Die VAcc’s der Nummern 1 bis 10
werden für die Aufnahme von Properties aller verfügbaren MEFI-Steuerwertdatensätze eines MDESystems fest reserviert. Die Anzahl von 10 Referenz-VAcc’s ergibt sich aus der Kombination von 2
möglichen Quellen und 5 möglichen Zielen. Basierend auf einer Strahlanforderung für MEFISteuerwerte (Broadcast Telegramm), setzt sich der komplette Inhalt von Steuerwertdaten für ein SDGerät zusammen aus:

den Steuerwerten, adressiert durch die vorgegebene Kombination an MEFI-Parametern aus
dem Vorrat der verfügbaren Steuerwertdatensätze des n-dimensionalen Parameterraums

den Attributen (z.B. ob ein SD-Gerät aktiv am Strahlzyklus teilnimmt), adressiert durch die
Nummer des vorgegebenen Referenz-VAcc’s aus dem Vorrat der verfügbaren 10 Quelle-/ZielKombinationen.
In einem weiteren Schritt können die den MEFI-Steuerwertdatensätzen entnommenen Steuerwerte in
die Datenstruktur des adressierten Referenz-VAcc’s übernommen werden. Für die interne Verwaltung
bringt dies den Vorteil, dass stets über eine Datenstruktur identischen Aufbaus kommuniziert werden
kann. Die Typdefinition des Interfaces ist somit -unabhängig ob Therapiebetrieb oder eine andere
Betriebsart- stets die eines virtuellen Beschleunigers.
6.2.3 MEFI-Parameter
Wird eine Patientenbestrahlung durchgeführt, muss die Beschleunigeranlage einen Therapiestrahl
liefern, der durch eine Reihe von Parametern definiert wird. Die erforderlichen Einstellungen sind
durch die sog. MEFI-Steuerwertdatensätze festgelegt. Hinsichtlich der Steuerwertdatensätze sind für
MEFI-Parameter die nachfolgend dargestellten Freiheitsgrade möglich:
DCU-SW: MEFI-Parameter
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
Parameter M
USINT
Maschinenkennung pro Ionensorte S
123
Parameter E
USINT
Energie [1...255] pro Ionensorte S
200
Parameter F
USINT
Fokus [1...4] pro Ionensorte S
3
Parameter I
USINT
Intensität [1...15] pro Ionensorte S
2
Parameter S
USINT
Ionensorte [1...4]
1
Parameter G
USINT
Gantrywinkel [0...36] für 0...360 Grad
15
Parameter Z
USINT
Strahlziel [1...5]
1
Parameter Q
USINT
Quelle [1...2]
1
Tabelle 12: MEFI-Parameter
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Für jeden Parameter ist eine maximal mögliche Variationsbreite vorgesehen. Die genaue
Variationsbreite wird noch festgelegt und als Anlagen-Stammdatum abgelegt. Jeder einzelne
Parameter stellt letzlich ein eindimensionales Array vorgegebener Länge dar. Liegt eine Abhängigkeit
eines Gerätes von mehreren MEFI-Parametern gleichzeitig vor, spannen die zugehörigen
Steuerwertdatensätze einen n-dimensionalen Parameterraum auf.
Als Erläuterung soll folgendes Beispiel dienen: Ein Gerät sei abhängig von der Ionensorte S [1...4]
sowie der Intensität I [1...15]. Der komplette Vorrat an MEFI-Steuerwertdatensätzen für das MDESystem besteht aus einem 2-dimensionalen Parameterraum des Struktur (S[1...4], I[1...15]). Letztlich
liegt ein 2-dimensionales Array der Größe [4,15] vor, wobei jedes Element inhaltlich einen
Steuerwertdatensatz mit den erforderlichen Vorgaben für Steuerwerte, Parametrierungen usw.
repräsentiert. Über eine Kennzeichnung von z.B. S = 2 und I = 11 ist die Zuordnung des Datensatzes
vorgegeben, können die Steuerwerte adressiert werden. Die Kennzahlen S, I geben die Indizes für die
Adressierung innerhalb des 2-dimensionalen Arrays vor. Jeder beliebige Datensatz kann so bei einem
Lese- oder Schreibvorgang eindeutig zugeordnet werden.
Bei der Berechnung der Steuerwertdatensätze durch die Datenversorgung (DVM) ist zu
berücksichtigen, dass die Steuerdaten für ein bestimmtes SD-Gerät stets gerätespezifisch von einer
eindeutig festgelegten Anzahl von MEFI-Parametern abhängig sind. Diese ist bestimmt durch die
Funktionsweise und der Position des Gerätes im Strahlweg. Die Definition der Abhängigkeiten von
MEFI-Parametern werden zentral als gerätespezifische Stammdaten gehalten und sind im SD-Gerät
sowie dem DVM bekannt.
Auch wenn die Dimension der einzelnen MEFI-Parameter nicht voll ausgeschöpft werden sollte, wird
der n-dimensionale Parameterraum mit den maximal möglichen Feldgrößen reserviert. Innerhalb der
Datenversorgung, bei der Übertragung des kompletten Sets an Steuerwertdatensätzen an ein MDESystem und in der Implementierung intern wird stets für den maximal möglichen Ausbau des
Parameterraums -bezogen auf die bestehenden Abhängigkeiten- Speicherplatz vorgesehen.
Der Parameter M kennzeichnet im Sinne einer Versionierung den kompletten Datensatz einer von der
Ionensorte abhängigen Steuerwertvorgabe innerhalb des vollständigen Vorrats an MEFISteuerwertdatensätzen.
6.2.4 LINAC Stabilitätszyklen
Unabhängig von Strahlanforderungen durch das BKS oder das KSTB sind im Linac sogenannte
Stabilitätszyklen mit einer einstellbaren Frequenz zwischen 1 - 10 Hz zu fahren. Diese dienen der
Aufrechterhaltung einer stabilen Funktionsweise einzelner Beschleunigerkomponenten (die
thermische Belastung einiger Geräte durch die HF-Leistung ist während des Betriebs der Anlage
weitgehend konstant zu halten). Zusätzlich sind die Stabilitätszyklen (ebenso wie die Strahlzyklen) mit
der Netzfrequenz zu synchronisieren.
Nicht alle Geräte im Bereich des Linac nehmen an den Stabilitätszyklen teil. Um einen
allgemeingültigen Mechanismus für die Steuerdatenversorgung der Geräte bei Stabilitätszyklen zu
gewährleisten, wird nachfolgende Vereinbarung getroffen:

die Steuerwertdaten für Stabilitätszyklen werden im virtuellen Beschleuniger mit der Nummer
0 hinterlegt. Gültige VAcc’s liegen im Bereich [11...255]. Die sogenannten Referenz-VAcc’s
sind im Bereich [1...10] angesiedelt. VAcc 0 beinhaltet stets den gültigen Datensatz für einen
Linac Stabilitätspuls. Das übergeordnete BKS stellt die Versorgung mit den erforderlichen
Inhalten sicher
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6.2.5 Messwerterfassung
Es stehen drei getrennte Mechanismen für eine Erfassung von Messwerten der SD-Geräte zur
Verfügung:

zeitaufgelöste Messwerterfassung / Messwertspeicherung
vorgegeben durch Konfigurationsparameter in den SD-Geräte-Stammdaten (Abtastzeit,
Anzahl der Abtastungen für die komplette Messperiode), können die Eigenschaften für die
Aufzeichnung einer Reihe von zeitlich konsekutiven Messwerten definiert werden. Der Beginn
der Messwertaufnahme entspricht stets dem Startzeitpunkt der Messwertaufnahme des SDGerätes (extern getriggert durch die DCU-SD bzw. per Kommando gestartet durch den
Bediener). Für die Timingsignale -vorgegeben durch die DCU-SD- besteht keine Abhängigkeit
von MEFI- bzw. VAcc-Steuerwertdatensätzen. Die Eigenschaften (Event, Verzögerungszeit
usw.) der Trigger-/Gate-Signale liegen als Parameter in den Geräte-Stammdaten der DCU-SD
vor. Über einen Konfigurationsparameter in den SD-Geräte-Stammmdaten kann die
Aufzeichnung der zeitaufgelösten Messwerte angewählt werden (Anwahl des Modus). Ein
weiterer Parameter innerhalb der Strahlanforderung (Broadcast Message für MEFI oder VAcc)
sperrt bzw. gibt die Aufzeichnung der Messwerte für den folgenden Zyklus frei (Freigabe bzw.
Auslösung des Modus). Dieses Datum erlaubt eine zusätzliche Steuerung des Kontrollflusses
für die zeitaufgelöste Erfassung der Messwerte. Sollte in einer Betriebsart mit fester Zykluszeit
(z.B. 5Hz Betrieb Linac) ein folgender Zyklus beginnen bevor die zeitaufgelösten Messwerte
komplett übertragen sind, kann die Aufnahme neuer Messwerte unterdrückt werden.Die
Messung ist beendet, wenn die konfigurierte Anzahl der Messpunkte aufgezeichnet wurde.
Um eine Überschneidung mit nachfolgenden Zyklen zu verhindern, wird die Aufnahme
spätestens mit dem Abschluß des aktuellen Zyklus (Messfenster abgelaufen, Stopp Trigger
für Messung erhalten) als beendet definiert. Die Aufnahme der Messwerte erfolgt in der Regel
mit einer hohen Auflösung (z.B. 10000 Werte innerhalb eines gesamten Zyklus). Das
Datenaufkommen ist hoch. Es handelt sich um Daten, welche auf der Operatingebene
abgespeichert werden. Die Messpunkte sind nicht für eine Life-Darstellung bestimmt. Die
Versendung der Messwerte erfolgt einmalig nach Abschluß der Messung (Aufnahme der
konfigurierten Anzahl an Messwerten ist abgeschlossen bzw. der aktuelle Zyklus ist
abgeschlossen).

zyklische Messwerterfassung für die Life-Darstellung
vorgegeben durch Konfigurationsparameter in den SD-Geräte-Stammdaten (Anzahl der
Abtastungen jeden Abschnitts der zyklischen Messaufnahme) und durch Vorgaben lokalisiert
in den VAcc’s bzw. Referenz-VAcc’s (Abtastzeit und Anzahl der Abtastungen für die komplette
Messperiode), können die Eigenschaften für die Aufzeichnung einer Reihe von zeitlich
konsekutiven Messwerten definiert werden. Der Beginn der Messwertaufnahme entspricht
stets dem Startzeitpunkt der Messwertaufnahme des SD-Gerätes (extern getriggert durch die
DCU-SD bzw. per Kommando gestartet durch den Bediener). Es besteht eine Abhängigkeit
von MEFI- bzw. VAcc-Steuerwertdatensätzen. Die Eigenschaften der Trigger-/Gate-Signale
liegen als Steuerwertdatensätze innerhalb der DCU-SD vor. Die Timingsignale sind folglich
MEFI- bzw. VAcc spezifisch. Für die Eigenschaften der Messwertaufnahme (Abtastzeit
zwischen zwei Messwerten und Anzahl der Abtastungen für die komplette Messperiode)
innerhalb der SD-Geräte selbst, bestehen Abhängigkeiten von VAcc’s bzw. Referenz-VAcc’s.
Über einen Konfigurationsparameter in den VAcc’s bzw. Referenz-VAcc’s kann die zyklische
Aufzeichnung des Messwertes angewählt werden (Anwahl des Modus). Ein weiterer
Parameter innerhalb der Strahlanforderung (Broadcast Message für MEFI oder VAcc) sperrt
bzw. gibt die Aufzeichnung der Messwerte frei (Freigabe bzw. Auslösung des Modus). Dieses
Datum erlaubt eine zusätzliche Steuerung des Kontrollflusses für die zyklische Erfassung der
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Messwerte. Sollte in einer Betriebsart mit fester Zykluszeit (z.B. 5Hz Betrieb Linac) ein
folgender Zyklus beginnen bevor die zyklischen Messwerte komplett übertragen sind, kann die
Aufnahme neuer Messwerte unterdrückt werden. Jeder unterlagerte zyklische Abschnitt der
Messaufnahme ist beendet, wenn die konfigurierte Anzahl der Messpunkte aufgezeichnet
wurde. Die vollständige zyklische Messreihe ist abgeschlossen, wenn die Anzahl der
Abtastungen für die komplette Messperiode erreicht wurde. Spätestens mit dem Abschluß des
aktuellen Zyklus (Messfenster abgelaufen, Stopp Trigger für Messung erhalten) wird die
zyklische Messwerterfassung als beendet definiert. Die Aufnahme der Messwerte erfolgt mit
einer mittleren Auflösung (z.B. 1000 Werte innerhalb eines gesamten Zyklus). Das
Datenaufkommen ist moderat. Es handelt sich um Verbrauchsdaten für die Life-Darstellung
der Messwerte auf dem GUI der Operatingebene. Eine Speicherung der Werte ist nicht
erforderlich. Nach Beendigung jedes unterlagerten zyklischen Abschnitts (die konfigurierten
Anzahl an Messpunkten ist erreicht) erfolgt die Übergabe der Daten an die Operatingebene
solange, bis die Anzahl der Abtastungen für die komplette Messperiode übertragen wurde. Die
letzte Message wird spätestens bei Abschluß des aktuellen Zyklus versendet. Die Zeitdauer
eines Abschnitts und damit auch die Frequenz der Telegramme an das GUI für die LifeDarstellung ergibt sich aus der Anzahl der Messwerte pro Abschnitt (z.B. 100 Samples) und
deren zeitlichem Abstand untereinander. Um die Kommunikation nicht zu überlasten sind
beide Parameter geeignet vorzuwählen.

Standard-Messwerterfassung (2 x Snap Shot)
zwei getrennte Messwerterfassungen (MESSWERT-1 und MESSWERT-2) können
unabhängig voneinander zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommen werden. Der zeitliche
Bezugspunkt entspricht stets dem Startzeitpunkt der Messwertaufnahme des SD-Gerätes
(extern getriggert durch die DCU-SD bzw. per Kommando gestartet durch den Bediener). Es
besteht eine Abhängigkeit von MEFI- bzw. VAcc-Steuerwertdatensätzen. Die Eigenschaften
der Trigger-/Gate-Signale liegen als Steuerwertdatensätze innerhalb der DCU-SD vor. Für die
Eigenschaften der Messwertaufnahme (Gültigflag und Zeitverzögerung für MESSWERT-1 und
MESSWERT-2) innerhalb der SD-Geräte selbst, bestehen ebenfalls Abhängigkeiten von
MEFI- bzw. VAcc-Steuerwertdatensätzen. Über einen Konfigurationsparameter in den VAcc’s
bzw. Referenz-VAcc’s kann die Aufzeichnung der Snap Shots angewählt werden (Anwahl des
Modus). Ein weiterer Parameter innerhalb der Strahlanforderung (Broadcast Message für
MEFI oder VAcc) sperrt bzw. gibt die Aufzeichnung der Messwerte frei (Freigabe bzw.
Auslösung des Modus). Sollte in einer Betriebsart mit fester Zykluszeit (z.B. 5Hz Betrieb
Linac) ein folgender Zyklus beginnen bevor die Standard Messwerte komplett übertragen sind,
kann die Aufnahme neuer Messwerte unterdrückt werden. Das Timing der Trigger-/GateSignale ist in den Steuerwertdatensätze innerhalb der DCU-SD lokalisiert. Über die
individuelle Wahl einer Verzögerungszeit (bezogen auf den Start der Messperiode) werden die
beiden Zeitpunkte für die Aufnahme der Messwerte (MESSWERT-1 bzw. MESSWERT-2)
bestimmt. Nur auf Basis der Verzögerungszeiten kann nicht entschieden werden ob beide
Messwertaufnahmezeitpunkte gültig sind. Jedem Delay wird deshalb ein Validflag zugeordnet.
Die Delays werden innerhalb der PXI-System Software gebildet. Die Messung ist in der Regel
beendet, nachdem der Messwert zum zweiten Erfassungszeitpunkt (MESSWERT-2)
aufgezeichnet wurde. Ist nur ein Snap Shot Zeitpunkt vorgewählt, endet die
Messwerterfassung nach dessen Aufnahme. Um eine Überschneidung mit nachfolgenden
Zyklen zu verhindern, wird die Aufnahme spätestens mit dem Abschluß des aktuellen Zyklus
(Messfenster abgelaufen, Stopp Trigger für Messung erhalten) als beendet definiert. Bei der
Aufnahme der Messwerte handelt es sich um einzelne Augenblickswerte zum gewählten
Zeitpunkt. Das Datenaufkommen ist gering. Die Daten werden für Qualitätsaufzeichnungen
auf der Operatingebene abgespeichert. Die Versendung der Messwerte erfolgt einmalig nach
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Abschluß der Messung (beide Snap Shots aufgenommen bzw. der aktuelle Zyklus ist
abgeschlossen).
Die Anwahl von zeitaufgelöster Messwerterfassung und der zyklischen Messwertaufnahme zur LifeDarstellung erfolgen alternativ. Diese beiden Varianten schließen sich gegenseitig aus. Die StandardMesswerterfassung kann nicht während aktivierter zeitaufgelösten Messwerterfassung durchgeführt
werden. Möglich ist die Aufnahme der beiden Snap Shots dagegen in Kombination mit der zyklischen
Messwerterfassung. Die Einstellung welche der verfügbaren Modi an Messwerterfassung durchgeführt
werden soll, erfolgt für den nächsten Zyklus im Vorhinein. Die beiden Zeitpunkte für die StandardMesswerterfassung liegen innerhalb der Messperiode für die zyklische Messwerterfassung. Der
zeitliche Bezugspunkt für die Erfassung der Messwerte entspricht stets dem Startzeitpunkt der
Messwertaufnahme des SD-Gerätes (extern getriggert durch die DCU-SD bzw. per Kommando
gestartet durch den Bediener). Eine vom Beginn der Messaufzeichnung unabhängige Definition des
Starts der Messwertaufzeichnung ist nicht möglich.
6.2.6 SD-Gerät inaktiv
Ein SD-Gerät wird gezielt für einen Zyklus auf inaktiv geschaltet, wenn ein dafür vorgesehenes
Aktivierungs-/Deaktivierungsflag in den Steuerwertdatensätzen (Referenz-VAcc bzw. VAcc)
entsprechend gesetzt ist. Dies wird immer dann der Fall sein, wenn sich das betroffene SD-Gerät in
der Gruppe eines definierten VAcc’s oder Referenz-VAcc’s befindet, durch den Bediener aber
willentlich disabled wurde, somit für eine Messung der Strahleigenschaften nicht herangezogen
werden soll. Ein SD-Gerät ist in dieser Situation -im Kontext des kompletten BKS- aus dem Zyklus
herausgenommen. Nachfolgend eine stichwortartige Beschreibung der notwendigen Maßnahmen:

keine Quittierung Broadcast Message der Strahlanforderung

keine Standard Messwerterfassung

keine zeitaufgelöste Messwerterfassung

keine zyklische Messwerterfassung
6.2.7 SD-Gerät nicht beteiligt
Durch die Betriebsart Dev_Idle wird ein SD-Gerät gezielt in den speziellen Modus ’nicht beteiligt’
versetzt. Dies wird immer dann der Fall sein, wenn sich das betroffene SD-Gerät nicht in der Gruppe
eines definierten VAcc’s oder Referenz-VAcc’s befindet, somit für eine Messung der
Strahleigenschaften nicht erforderlich ist. Ein SD-Gerät ist in dieser Situation -im Kontext des
kompletten BKS- aus dem Zyklus herausgenommen. Nachfolgend eine stichwortartige Beschreibung
der notwendigen Maßnahmen:

keine Quittierung Broadcast Message der Strahlanforderung

keine Standard Messwerterfassung

keine zeitaufgelöste Messwerterfassung

keine zyklische Messwerterfassung
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Auch für nicht beteiligte SD-Geräte ist eine Messwerterfassung möglich, nachdem -ausgehend vom
genannten Betriebszustand- eine Umschaltung in die Handbedienebene erfolgt ist.
6.3
Ethernet Schnittstelle MDE <-> Ablaufsteuerung
Zwischen der Ablaufsteuerung und den Messdatenerfassungs-Systemen werden die Daten über
Telegramme ausgetauscht. Aufbau und Bedeutung der spezifischen Telegramme, die einer
Geräteklasse zugeordnet sind, werden in den Kapiteln der Geräteklassen beschrieben. Allgemeine
Informationen über Telegramme und Telegrammaufbau werden nachfolgend aufgeführt.
Aus Sicht der übergeordneten Ablaufsteuerung wird angestrebt, für alle unterlagerten
Systemeinheiten (MDE-Systeme und die Vielzahl an DCU’s) eine einheitliche Telegramm-Schnittstelle
zu implementieren. Ziel ist es deshalb, Anzahl, Aufbau und inhaltliche Bedeutung der Telegramme für
alle unterlagerten Subsysteme weitgehend identisch vorzusehen. Nachfolgend dargestellte
Telegramme beinhalten somit folglich oftmals Informationen, welche für die Systeme der
Strahldiagnose ohne Belang sind. Umgekehrt sind Daten vorgesehen, die nur für die MDE-Systeme
Relevanz besitzen, die jedoch für die DCU’s der strahlbeeinflussenden Geräte ohne Bedeutung sind.
Der Datenaustausch erfolgt ausschließlich über die Ethernet Schnittstelle mittels TCP/IP.
Für den Austausch von Daten bestimmten Inhalts, sind in einigen Fällen die Telegramme mit dem
Inhalt selbst und ebenso das zugehörige Request Telegramm spezifiziert. Es bleiben somit alle
Möglichkeiten offen. In wieweit beim speziellen Fall Daten direkt versendet werden oder ob ein
zugehöriger Request abgewartet wird, entscheidet sich im Kontext eines übergeordneten Designs der
Gesamtanlage.
In welcher informationstechnologischen Darstellungsweise (little endian: Intel CPU basierende
Systeme / big endian bzw. network byte order: Motorola Architektur) die Daten übertragen werden, ist
noch offen. Welches System eine Konvertierung vornimmt, muss noch abschließend festgelegt
werden. Nach aktuellem Stand werden erforderliche Wandlungen auf Seiten des MDE-Systems
vorgenommen. Haben beide Kommunikationspartner gleiche CPU-basierende Systeme so wird die
Wandlung entfalllen.
Auf logischer Ebene besteht zwischen jedem vorhandenen SD-Gerät und der übergeordneten
Ablaufsteuerung ein Kommunikationskanal. Daten können in beiden Richtungen ausgetauscht
werden. Der Telegrammverkehr wird dabei über das jeweilige MDE-System (quasi als Stellvertreter
eines SD-Gerätes) abgewickelt. Nur dieses tritt als Kommunikationspartner am Ethernet in
Erscheinung. Maximal 32 SD-Geräte pro MDE-System werden vorgesehen. Hierfür wird im Folgenden
die Definition ’MaxSDGeräte’ gewählt.
Werden alle an einem MDE-System angeschlossenen SD-Geräte über ein einziges Telegramm
angesprochen (z.B. Betriebsarten von der Ablaufsteuerung an ein MDE-System), ist die notwendige
Vielfalt über ein Array der Dimension ’MaxSDGeräte’ abgebildet. Als Bezeichnung wird in diesen
Fällen ’Array[MaxSDGeräte]’ gewählt. Werden abhängig vom jeweiligen SD-Gerät Datenelemente
eines Telegramms adressiert, geschieht dies durch den indizierten Zugriff auf das entsprechende
Arrayelement. Als Notation wird in diesen Fällen ’Variable[SDGerät]’ gewählt. Für andere
Informationen (z.B. Messwerte von einem MDE-System an die Ablaufsteuerung) ist vorgesehen, dass
für jedes SD-Gerät ein separates Telegramm vom MDE-System verschickt wird. In diesem Fall ist in
den Nachrichten zwecks Identifizierung die eindeutige Kennung des jeweiligen SD-Gerätes enthalten.
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Pflichtenheft Strahldiagnose
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6.3.1 Datentypen bei Telegrammverkehr
Zwischen der übergeordneten Ablaufsteuerung und jedem beliebigen MDE-System wird eine
Telegramm-Schnittstelle implementiert. Aufbau und Bedeutung der einzelnen Telegramme werden
vorgestellt. Jedes einzelne Element wird kurz erläutert. Alle Telegramme enthalten auschliesslich die
im Folgenden aufgelisteten Datentypen:
Zahlenformate Elemente von Telegrammen
Format
Beschreibung
BYTE
vorzeichenlose 8 Bit Festpunktzahl [0...255]
STRINGyy
Zeichenkette bestehend aus yy x 8 Bit ASCII-Werten
WORD / BOOL
vorzeichenlose 16 Bit Festpunktzahl [0...65535]. Die Bezeichnung BOOL wird für
logische Werte [0/1] gewählt. Die Bezeichnung WORD wird für bitorientierten Daten
oder bei einer hexadezimalen Darstellung gewählt
SINT / INT
vorzeichenbehaftete 32 Bit Festpunktzahl [-2147483648...+2147483647]
USINT / DWORD
vorzeichenlose 32 Bit Festpunktzahl [0...4294967295]. Die Bezeichnung DWORD
wird für bitorientierte Daten oder bei einer hexadezimalen Darstellung gewählt
FLOAT
vorzeichenbehaftete 32 Bit Gleitpunktzahl [+/- 8,43x10-37...3,37x10+38]
STRUCT
Struktur einer beliebigen Reihe von Einzelelementen
Tabelle 13: Telegramm Zahlenformate
6.3.2 Telegramm-Header
Alle Telegramme, die zwischen der Ablaufsteuerung und der Messdatenerfassung ausgetauscht
werden, sind mit einem allgemeinen Header ausgestattet.
In dem Telegramm-Header sind folgende Informationen enthalten
-
Telegramm-Länge
Es ist nicht in allen Fällen vor dem Zeitpunkt des Empfangs eines Telegramms die genaue
Länge bekannt. Über die Eintragung der Telegramm-Länge im Telegramm selbst ist es der
Anwendung möglich, den erforderlichen Speicher zu reservieren
-
Eindeutiger Identifier
Für jeden Typ von Telegramm wird ein eindeutiger Identifier vergeben. Die Vergabe der
Telegramm Identifikationen erfolgt zu einem späteren Zeitpunkt im Kontext des
Gesamtprojektes
-
Telegramm-Zähler
Für jedes versendete Telegramm des jeweiligen Identifiers wird der Zähler erhöht
-
Quelle
Identifikation der Ablaufsteuerung oder eines Messdatenerfassungs-Systems als Quelle des
Telegramms. Die Vergabe der Quelle-/Ziel-Identifikation erfolgt zu einem späteren Zeitpunkt
im Kontext des Gesamtprojektes
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-
Ziel
Identifikation der Ablaufsteuerung oder eines Messdatenerfassungs-Systems als Ziel des
Telegramms Die Vergabe der Quelle-/Ziel-Identifikation erfolgt zu einem späteren Zeitpunkt im
Kontext des Gesamtprojektes
-
Kennung SD-Gerät (Name entsprechend GSI-Nomenklatur /9/)
Identifikation des SD-Gerätes aus der Gesamtheit der am betroffenen MDE-System
angeschlossenen Geräte der Strahldiagnose
-
Absolute Zeit in Sekunden seit dem 01.01.1970 (ANSI-Time)
-
Millisekunden bezogen auf die zuvor angegebenen Sekunden
Allg. Telegramm-Header Ablaufsteuerung <-> MDE-System
Name
Format Beschreibung
MSG_HEADER
STRUCT genereller Header aller Ethernet TCP/IP Telegramme via
Ethernet
Beispielwerte
Message Length
USINT
Länge der Telegramm in Bytes inklusive Header
1234
Message ID
USINT
Identifier des Telegramms
1234
Message Counter
USINT
Zähler für Telegramm. Wird inkrementiert bei jedem
567
Sendevorgang
Source ID
USINT
Identifier bzw. Kennung Sender
1
Destination ID
USINT
Identifier bzw. Kennung Empfänger
123
Gerätename, Kennung
String12
Name des SD-Gerätes gemäß GSI-Nomenklatur /9/
SD-Gerät
Time Seconds
USINT
Time [s] seit 01.01.1970. ANSI-Time / UNIX-Time (local Time
123456789
ohne Berücksichtigung der Zeitzone)
Time Milliseconds
USINT
Zeit in ms jeweils bezogen auf Time Seconds
0...999
Tabelle 14: Allgemeiner Telegrammkopf
Nachfolgend erfolgt die Darstellung des vorgesehenen Telegrammverkehrs zwischen der
übergeordneten Ablaufsteuerung und den unterlagerten MDE-Systemen. Ordnungskriterium ist die
Richtung der Kommunikation. Eine Detaillierung bzgl. Inhalt und Aufbau wird in den entsprechenden
Kapiteln vorgenommen.
Die logische Strukturierung eines MDE-Systems ist hierarchisch aufgebaut. Als
Kommunikationspartner am Ethernet tritt einzig das MDE-System in Erscheinung. Die
angeschlossenen SD-Geräte müssen zwar separat adressiert werden können (z.B. wird jedes SDGerät mit eigenen Geräte-Stammdaten konfiguriert), dies jedoch wird realisiert über das jeweilige
MDE-System als Stellvertreter. Innerhalb des MDE-Systems erfolgt ein Routing von Nachrichten zu
bzw. von den jeweiligen SD-Geräten. Hierbei werden die SD-Geräte durch das MDE-System mittels
eindeutiger Kennung (Name gemäß GSI-Nomenklatur /9/) verwaltet und adressiert. Innerhalb der
Applikationssoftware der MDE-Systeme wird eine Konfigurationstabelle verwaltet, welche die
eindeutige Zuordnung der angeschlossenen SD-Geräte definiert. Die Namenskennung der SD-Geräte
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
und deren jeweilige logische Nummer werden festgelegt. Die logische Nummer spezifiziert letztlich
den Index desjenigen Array-Elements, welches adressiert werden muss, falls Informationen zwischen
MDE-System und Ablaufsteuerung nicht über separate Telegramme eines jeden SD-Gerätes sondern
über ein gemeinsames Telegramm (z.B. Status Message von MDE-System an Ablaufsteuerung)
kommuniziert werden. Innerhalb der Ablaufsteuerung müssen die genannten Informationen ebenfalls
vorliegen. Letztlich wird dadurch festgelegt, welche SD-Geräte in welcher Reihenfolge an den
jeweiligen MDE-Systemen angeschlossen sind. Sind Quelle bzw. Ziel eines Telegramms das MDESystem und nicht eines der verbundenen SD-Geräte, wird in das Feld der SD-Gerätekennung ein
Leerstring eingetragen.
6.3.3 Telegramme von der Ablaufsteuerung zu den MDE-Systemen
Es folgt die Vorstellung des Datenaustauschs in Richtung von der Ablaufsteuerung hin zu den MDESystemen. Die verschiedenen Telegramme werden nacheinander dargestellt. Kurze Erläuterungen
zum Inhalt werden jeweils vorgenommen.
6.3.3.1 Allgemeines Anlagen-Stammdatentelegramm
Allgemeine Anlagen-Stammdaten
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
Techn. Pause
Delaytime technische
USINT
Zeitabschnitt technische Pause. Delaytime nach RTB-Signal
15
Pause Ende bevor mit Geräteaktivitäten wieder begonnen
Pause
werden kann [us]
Dimension MEFI-Parameter
Dim. Parameter E /
USINT
USINT
USINT
USINT
USINT
USINT
Dimension MEFI-Parameter Ionensorte [1...DimS]. Max.
4
Dimension MEFI-Parameter Gantrywinkel [0...DimG] für
36
Dimension MEFI-Parameter Strahlziel [1...DimZ]. Max.
5
möglich sind [1...5]
DimZ
Dim. Parameter Q /
15
0...360 Grad. Max. möglich sind [0...36]
DimG
Dim. Parameter Z /
Dimension MEFI-Parameter Intensität [1...DimI]. Max. möglich
möglich sind [1...4]
DimS
Dim. Parameter G /
4
sind [1...15]
DimI
Dim. Parameter S /
Dimension MEFI-Parameter Fokus [1...DimF]. Max. möglich
sind [1...4]
DimF
Dim. Parameter I /
255
sind [1...255]
DimE
Dim. Parameter F /
Dimension MEFI-Parameter Energie [1...DimE]. Max. möglich
USINT
Dimension MEFI-Parameter Quelle [1...DimQ]. Max. möglich
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2
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sind [1...2]
DimQ
Faktor Auflösung
USINT
Faktor Auflösung Gantrywinkel für 0...360 Grad in
Parameter G in
Strahlanforderung. Z.B. 0...360 Grad werden aufgelöst durch
Strahlanforderung
0...3600. Faktor in Strahlanforderung ist 10. Nur ganzzahlige
10
Faktoren möglich, >= 1 sinnvoll.
Max. Delaytime DCU
USINT
Verzögerungszeit für Signale RTB auf Basis vorhandener
500
Signallaufzeiten derjenigen DCU mit der längsten Laufzeit [us]
auf RTB
Definition Anzahl virtueller Beschleuniger
Anzahl VAcc’s
USINT
Anzahl virtueller Beschleuniger. Max. möglich sind [0...255]
16
Anzahl Referenz-
USINT
Anzahl virtueller Referenz-Beschleuniger. Max. möglich sind
10
VAcc’s
[0...31]
Versionierung, Checksum
Versionskennung
Checksum
USINT
Versionskennung Stammdaten
DWORD Checksumme über komplette Anlagen-Stammdaten
10
0x12345678
Tabelle 15: Allgemeine Anlagen-Stammdaten
Unabhängig von der Geräteklasse werden allgemeine Einstellungen der Beschleunigeranlage für
jedes MDE-System durch vorstehenden Satz an allgemeinen anlagenspezifischen Stammdaten
definiert. Die allgemeinen Anlagen-Stammdaten werden nach der erfolgreichen Initialisierung vom
BKS an das MDE-System übermittelt.
Die Definition der anlagenspezifischen Dimensionierung der MEFI-Parameter wird vorgenommen.
Eine maximale Anzahl von virtuellen Beschleunigern kann festgelegt werden. Die Implementierung
sieht die Bereichsüberprüfung für die maximal mögliche Arraygröße der einzelnen Parameter vor.
Innerhalb des Source Codes werden hierfür Grenzen auf oben angegebene max. Werte vorgesehen.
Es handelt sich inhaltlich um eine identische Zusammenstellung für alle der Ablaufsteuerung
untergeordneten Subsysteme (SD-Geräte, DCU’s usw.) des BKS. Die Liste der Daten wird im
Projektverlauf noch ergänzt.
6.3.3.2 MEFI- bzw. VAcc-Kenndatensatz (Broadcast Message Strahlanforderung)
Mittels des MEFI- bzw. Vacc Broadcast-Telegramms wählt die Messdatenerfassung aus den
vorhandenen Steuerdatensätzen den für den nächsten Puls / Zyklus relevanten Steuerdatensatz aus.
DCU-SW: MEFI- bzw. VAcc-Kenndatensatz (Broadcast Message Strahlanforderung)
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
MEFI-Parameter
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Parameter E
USINT
Energie [1...DimE]
200
Parameter F
USINT
Fokus [1...DimF]
3
Parameter I
USINT
Intensität [1...DimI]
2
Parameter S
USINT
Ionensorte [1...DimS]
1
Parameter G
USINT
Gantrywinkel [0...3600] für 0...360 Grad
15
Parameter Z
USINT
Strahlziel [1...DimZ]
1
Parameter Q
USINT
Quelle [1...DimQ]
1
Referenz-VAcc bzw. Nummer VAcc
Nummer Referenz-
USINT
Nummer des Referenz-VAcc’s zugehörig zu Quelle-/Ziel
2
Definition des Strahlweges [1...10] bzw. Nummer VAcc
VAcc/VAcc
[11...255]
Datenkennungen MEFI-Kenndatensatz
Machine-Id
USINT
Datenkennung Stufe 1: Machine-Id, Parameter M
123
Spez. Konfigurationen für MEFI-Kenndatensatz
Cycle Id
USINT
Eindeutige Zykluskennung
1234
Modus Strahlbetrieb
USINT
Strahlbetrieb Single Shot oder zyklischer Betrieb
0: ungültig / 1: single
Shot / 2: zyklischer
Betrieb
Cycletime zyklischer
USINT
100000
Betrieb gewählt. 0: bei single Shot [us]
Betrieb
max. Anzahl Cycles
Cycletime des zyklischen Betriebs. Gültig falls zyklischer
USINT
Maximalzahl der Durchläufe im zyklischen Betrieb. Gültig falls
10
zyklischer Betrieb angewählt. 0: bei single Shot / -1:
zyklischer Betrieb
fortlaufende Cycles ohne zahlenmäßige Beschränkung
Verzögerungszeit Spill
USINT
Verzögerungszeit für Generierung Signal Spill Pause auf dem
500
RTB. Zeit bezieht sich auf Zeitpunkt Extraktionsbereitschaft
Pause
[us]. 0: keine Pause
Dauer Spill Pause
USINT
Zeitspanne Signal Spill Pause auf RTB [us]. 0: keine Pause
10
Handling Messwerterfassung
Enable zeitaufgelöste
Messwerterfassung
BOOL
Gibt die Aufnahme von zeitaufgelösten Messwerten für den
1: zeitaufg. Messw.
angeforderten Strahl frei
freigegeben / 0:
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zeitaufg. Messw.
sperren
Enable zyklische
BOOL
Messwerterfassung
Gibt die Aufnahme von zyklischen Messwerten für den
1: zykl. Messw.
angeforderten Strahl frei
freigegeben / 0: zykl.
Messw. sperren
Enable Standard
BOOL
Messwerterfassung
Gibt die Aufnahme von Standard Messwerten für den
1: Standard Messw.
angeforderten Strahl frei
freigegeben / 0:
Standard Messw.
sperren
Untersetzung
USINT
Untersetzungsverhältnis für Messwerterfassung im zyklischen
Messwerterfassung
Betrieb. Gilt für Standard, zeitaufgelöste und zyklische
zykl. Betrieb
Messwerterfassung
1
Abbildung 5: MEFI- bzw. VAcc-Kenndatensatz (Broadcast Message Strahlanforderung)
Beispielsweise im Therapiebetrieb der Beschleunigeranlage werden die einzustellenden Daten für den
folgenden Zyklus durch einen MEFI- Kenndatensatz festgelegt. Die Definition der MEFI-Parameter,
die Datenkennung und die eindeutige Zykluskennung werden in der Quittung an die Ablaufsteuerung
zwecks Verifikation zurückgemeldet.
Jeder Kenndatensatz wird über eine eindeutige Zyklus-Identifikation gekennzeichnet. Eine
Datenkennung -zugehörig zum adressierten MEFI-Steuerwertdatensatz- ist enthalten. Die Nummer
des Referenz-VAcc’s ist angegeben. Dieser definiert die Attributierung der Steuerwerte, enthalten im
angeforderten MEFI-Steuerwertdatensatz.
Im Einstell- und Experimentierbetrieb der Anlage bestimmt ein auf virtuellen Beschleunigern
basierender Kenndatensatz oftmals die einzustellenden Daten für den nächsten Strahlpuls. Die
Nummer des VAcc’s, die Datenkennung und die eindeutige Zykluskennung werden in der Quittung an
die Ablaufsteuerung zwecks Verifikation zurückgemeldet.
Unabhängig davon ob es sich um eine Strahlanforderung für den Therapiebetrieb oder für eine andere
Betriebsart handelt, existiert ein einziger Kenndatensatz. Dieser beinhaltet alle Informationen für einen
Betrieb mit MEFI-Parametern oder den Betrieb mit virtuellen Beschleunigern. Im Falle der
Anforderung eines VAcc’s werden die Felder der MEFI-Vorgaben mit Null besetzt, bei der Nummer
des VAcc’s handelt es sich um den Verweis auf die Steuerwertdaten von virtuellen Beschleunigern im
Ram. Liegt eine Broadcast Message für MEFI-Steuerwertdatensätze vor, sind die Einträge in den
MEFI-Parametern gültig. Zusätzlich wird die Nummer des zugehörigen Referenz-VAcc’s übergeben.
Der Eintrag für die Machine-Id (Parameter M) ist nur für den Betrieb mit MEFI-Steuerwertdaten
relevant. Falls die Anlage mit VAcc’s betrieben wird, wird dieser Parameter zu Null gesetzt.
Jeder Kenndatensatz wird über eine eindeutige Zyklus-Identifikation gekennzeichnet.
Die Entscheidung, ob der Modus Single-Shot oder zyklischer Betrieb vorliegt, ist enthalten. Alle
sonstigen im Telegramm enthaltenen Daten sind für ein SD-Gerät nicht von Interesse. Diese sind
enthalten, da für alle der Ablaufsteuerung unterlagerten Systeme (Strahldiagnose, DCU’s usw.) ein
identischer Telegrammaufbau angestrebt ist.
Für den zyklischen Betrieb der Anlage ist ein Untersetzungsverhältnis ’n’ für die Messwerterfassungen
angegeben. Dieses bewirkt, dass die Messwerttelegramme nur im jeweils ’n-ten’ Zyklus an das BKS
übertragen werden. Genau wie die Freigabeflags dient dieser Parameter der Steuerung des
Kontrollflusses.
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6.3.3.3 Abbruch einer Strahlanforderung
Abbruch einer Strahlanforderung (MEFI oder VAcc)
Name
Aktivierungsflag für
Format Beschreibung
BOOL
Abbruch der
Beispielwerte
Flag zum unmittelbaren Abbruch der aktiven
0: Abbruch disabled / 1:
Strahlanforderung
Abbruch enabled
Strahlanforderung
Tabelle 16: Abbruch einer Strahlanforderung (MEFI oder VAcc)
Eine zuvor erhaltene Strahlanforderung wird widerrufen, die begonnen Aktionen werden unmittelbar
und ohne Verzögerung abgebrochen. Ein Broadcast Telegramm mit einer neuen Strahlanforderung
wird erwartet.
6.3.3.4 Übernahme MEFI-Steuerwertdatensatz von RAM in Flash
Übernahme MEFI-Steuerwertdatensatz von RAM in Flash
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
Datenstruktur für MEFI Definitionen
Parameter E
USINT
Energie [1...DimE]
200
Parameter F
USINT
Fokus [1...DimF]
3
Parameter I
USINT
Intensität [1...DimI]
2
Parameter S
USINT
Ionensorte [1...DimS]
1
Parameter G
USINT
Gantrywinkel [0...DimG] für 0...360 Grad
15
Parameter Z
USINT
Strahlziel [1...DimZ]
1
Parameter Q
USINT
Quelle [1...DimQ]
1
Datenkennungen MEFI-Kenndatensatz
Machine-Id
USINT
Datenkennung Stufe 1: Machine-Id, Parameter M
123
Device-Id
USINT
Datenkennung Stufe 2: Device-Id
456
Set-Id
USINT
Datenkennung Stufe 3: Set-Id
789
Checksum Ionensorte
DWORD Checksumme über alle MEFI-Steuerwertdatensätze der
0x123456
betreffenden Ionensorte
Checksum MEFI
DWORD Checksumme über alle MEFI-Steuerwertdatensätze des n-
0x123456
dimensionalen Parameterraums
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Aktivierungsflag
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BOOL
Übernahme RAM in
Freigabeflag Übergabe MEFI-Steuerwertdatensatz von RAM
0: Übernahme disabled
in Flash
/ 1: Übernahme enabled
Flash
Tabelle 17: Übernahme MEFI-Steuerwertdatensatz von RAM in Flash
Während der Betriebsart Dev-Adj wird mit MEFI-Steuerwertdatensätzen aus dem RAM gearbeitet.
Wird die Betriebsart eingenommen, wird das komplette Set an MEFI-Steuerwertdatensätzen aus dem
Flash ins RAM kopiert. Nachdem die MEFI-Parameter optimiert wurden, kann eine Übernahme
spezieller Steuerwertdatensätze in das Flash veranlasst werden. Alternativ kann auch eine
Neudatenversorgung aus dem DVM in den Flash-Speicher erfolgen.
6.3.3.5 Übernahme Referenz-VAcc von RAM in Flash
Übernahme Referenz-VAcc von RAM in Flash
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
Nummer Referenz-Vacc
Nummer VAcc
USINT
Nummer des Referenz-VAcc’s [1...10]
3
Aktivierungsflag
BOOL
Freigabeflag Übergabe Referenz-VAcc von RAM in Flash
0: Übernahme disabled
Übernahme RAM in
/ 1: Übernahme enabled
Flash
Tabelle 18: Übernahme Referenz-VAcc von RAM in Flash
Während der Betriebsart Dev-Adj wird mit Referenz-VAcc’s aus dem RAM gearbeitet. Wird die
Betriebsart eingenommen, werden alle verfügbaren 10 Referenz-VAcc’s aus dem Flash ins RAM
kopiert. Wurden die Parameter der Referenz-VAcc’s geändert oder optimiert, kann eine Übernahme
spezieller Referenz-VAcc’s in das Flash veranlasst werden.
6.3.3.6 Betriebsartenvorwahl und Kommandos
Betriebsartenvorwahl und Kommandos (Mode and Control)
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
MDE-System
Mode
USINT
Vorgewählte allg. Betriebsart (Mode Ebene 1)
1
Sub-Mode
USINT
Zur Klassifizierung unterschiedlicher Unterbetriebsarten
5
innerhalb einer allg. Betriebsart (Mode Ebene 2)
Command 1
USINT
Kommandointerface Teil 1 (Control 1)
1234
Command 2
USINT
Kommandointerface Teil 2 (Control 2)
5678
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Mode
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USINT
Array [MaxSDGeräte]. Vorgewählte allg. Betriebsart (Mode
1
Ebene 1)
Sub-Mode
USINT
Array [MaxSDGeräte]. Zur Klassifizierung unterschiedlicher
5
Unterbetriebsarten innerhalb einer allg. Betriebsart (Mode
Ebene 2)
Command 1
USINT
Array [MaxSDGeräte]. Kommandointerface Teil 1 (Control 1)
1234
Command 2
USINT
Array [MaxSDGeräte]. Kommandointerface Teil 2 (Control 2)
5678
Tabelle 19: Betriebsartenvorwahl und Kommandos
Innerhalb einer übergeordneten Betriebsart können bei Bedarf verschiedene Unterbetriebsarten
differenziert werden. Weiterhin wird die Vorgabe von Kommandos (abhängig oder unabhängig von der
eingestellten Betriebsart) ermöglicht. Es wird mitgeteilt, in welchem spezifischen Modus (z.B.
Messmode, Testmode, Kalibrierung usw.) das SD-Gerät betrieben werden soll.
Das MDE-System und auch jedes verbundene SD-Gerät kann mit einer unabhängigen
Betriebsartenvorwahl versorgt werden. Die Anwahl der verschiedenen SD-Geräte wird über den
indizierten Zugriff auf die als ’Array[MaxSDGeräte]’ vorliegenden Datenelemente realisiert.
6.3.3.7 Timeset lokale Uhrzeit
DCU-SW: Timeset der lokalen Uhrzeit
Name
Aktivierungsflag
Format Beschreibung
BOOL
Flag zur Freigabe Timeset der lokalen Uhrzeit
Timeset MDE-System
Beispielwerte
0: Timeset disabled / 1:
Timeset enabled
Tabelle 20: Timeset lokale Uhrzeit
Die lokale Uhrzeit eines MDE-Systems wird mit der allgemeinen Systemzeit des BKS synchronisiert.
Die Zeit selbst ist im Kopf des Telegramms lokalisiert. Über ein Freigabeflag kann das Setzen der Uhr
freigegeben bzw. gesperrt werden.
6.3.3.8 Quittierung Fehlerzustand MDE-System
Quittierung Fehlerzustand MDE-System
Name
Quittierung Fehler
Format Beschreibung
BOOL
Signal Fehlerquittierung MDE-System
MDE-System
Quittierung Fehler SD-
Beispielwerte
0: Quittierung disabled /
1: Quittierung enabled
BOOL
Array[MaxSDGeräte]. Signal Fehlerquittierung SD-Gerät
Gerät
0: Quittierung disabled /
1: Quittierung enabled
Tabelle 21: Quittierung Fehlerzustand
Die übergeordnete Ablaufsteuerung übergibt eine Fehlerquittierung an ein MDE-System. Dies dient
als Weiterschaltbedingung in der internen Zustandsverwaltung. Fehlerzustände jedes einzelnen SD-
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62
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Gerätes sowie des MDE-Systems können separat quittiert werden. Über ein Freigabeflag kann die
Wirksamkeit der Quittierung enabled bzw. disabled werden.
6.3.3.9 Request Ergebnisse Einschalttests MDE-System
Request Ergebnisse Einschalttests MDE-System
Name
Format Beschreibung
Aktivierungsflag für
BOOL
Reply Ergebnisse
Beispielwerte
Flag zur Freigabe der Reply von Ergebnissen der MDE-
0: Reply disabled / 1:
System Einschalttests
Reply enabled
Einschalttests
Tabelle 22: Reguest Ergebnisse Einschalttests
Die übergeordnete Ablaufsteuerung schickt eine Anforderung der Ergebnisse von Einschalttests an
ein MDE-System. Über ein Freigabeflag kann die Versendung der Rückantwort freigegeben bzw.
gesperrt werden.
6.3.3.10
Request Daten der Messwerterfassung
Request Messwerte (Messwerterfassung)
Name
Format Beschreibung
Aktivierungsflag für
BOOL
Flag zur Freigabe der Reply von zeitaufgelösten Messwerten
Reply Messwerte
Request Messwerte
Beispielwerte
0: Reply disabled / 1:
Reply enabled
BOOL
Array[MaxSDGeräte]. Request zeitaufgelöste Messwerte
SD-Gerät
0: Request disabled / 1:
Request enabled
Tabelle 23: Reguest Daten der zeitaufgelösten Messwerterfassung
Die übergeordnete Ablaufsteuerung schickt eine Anforderung zur Übergabe der Ergebnisse der
letzten Messwerterfassung an ein MDE. Messwerte jedes einzelnen SD-Gerätes können separat
angefordert werden. Über ein generelles Freigabeflag kann die Versendung der Rückantwort
freigegeben bzw. gesperrt werden.
6.3.3.11
MDE-System-Stammdaten
MDE-System-Stammdaten
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
Definitionen MDE-System / Geräteklasse
MDE-Geräteklasse
String20
Bezeichnung Geräteklasse
MDE-Gerätename
String12
Name des MDE-Systems gemäß GSI-Nomenklatur /9/
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SD-PM
63
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Seriennummer
String12
Eindeutige ID eines MDE-Systems
Kurztext
String20
Beschreibung des MDE-Systems
Langtext
String40
Bemerkungen zum MDE-Systems
Codierung Rack
String20
Codierung des PXI-Crate, cPCI-System
Netzwerkadresse
String20
TCP/IP Netzwerkadresse am LAN
MDE-System Local Mode (Handbedienebene)
Release Lokal Mode
BOOL
Freigabe Umschaltung auf Handbedienebene des MDE-
0/1
Systems (Bedienung MDE-System über LabVIEW Frontpanel)
Konfiguration MEFI-Parameterraum MDE-System
Parameter E
BOOL
Abhängigkeit Gerät von MEFI-Parameter Energie E
0/1
Parameter F
BOOL
Abhängigkeit Gerät von MEFI-Parameter Fokus F
0/1
Parameter I
BOOL
Abhängigkeit Gerät von MEFI-Parameter Intensität I
0/1
Parameter S
BOOL
Abhängigkeit Gerät von MEFI-Parameter Ionensorte S
0/1
Parameter G
BOOL
Abhängigkeit Gerät von MEFI-Parameter Gantrywinkel G
0/1
Parameter Z
BOOL
Abhängigkeit Gerät von MEFI-Parameter Strahlziel Z
0/1
Parameter Q
BOOL
Abhängigkeit Gerät von MEFI-Parameter Quelle Q
0/1
allg. Konfiguration MDE-System
Fehlermonitoring MDE-
BOOL
Cycletime Status Msg.
MDE-System führt in Zustandsmaschine keinen Übergang
0/1
nach Fehlerzustand durch, falls Flag disabled
System
USINT
Zykluszeit für zyklischen Heartbeat (Statusmessage) von
5000000
MDE-System [us]
Versionierung, Checksum
Versionskennung
Checksum
USINT
Versionskennung Stammdaten
DWORD Checksumme über komplette Stammdaten
10
0x12345678
Tabelle 24: MDE-System-Stammdaten
Unabhängig von der spezifischen Geräteklasse werden allgemeine Einstellungen für jedes MDESystem durch vorstehenden Satz an Stammdaten definiert. Die Struktur der Stammdaten ist für alle
MDE-Systeme identisch. Die Inhalte können sich für verschiedene Instanzen innerhalb der PXICrates, bzw. der cPCI-Systeme aber durchaus unterscheiden.
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
6.3.4 Telegramme von den MDE-Systemen zur Ablaufsteuerung
Im Folgenden wird die Vorstellung des Datenaustauschs in Richtung von den MDE-Systeme hin zur
Ablaufsteuerung angegeben. Die verschiedenen Telegramme werden nacheinander dargestellt. Kurze
Erläuterungen zum Inhalt werden jeweils vorgenommen.
6.3.4.1 Quittierung Broadcast Telegramm Strahlanforderung
Quittierung Broadcast Telegramm (Strahlanforderung)
Name
Status SD-Gerät
Format Beschreibung
BOOL
Kurzstatus angeschlossenes SD-Gerätes (ok / nok)
Beispielwerte
0/1
Quittierung MEFI- bzw. VAcc Strahlanforderung
Quit MEFI- bzw. VAcc-
BOOL
Quittierung empfangener MEFI- bzw. VAcc-Strahlanforderung
Strahlanforderung
0: ungültig / 1: MEFIStrahlanforderung / 2:
VAcc-Strahlanforderung
Parameter E
USINT
Energie [1...DimE]
200
Parameter F
USINT
Fokus [1...DimF]
3
Parameter I
USINT
Intensität [1...DimI]
2
Parameter S
USINT
Ionensorte [1...DimS]
1
Parameter G
USINT
Gantrywinkel [0...3600] für 0...360 Grad
15
Parameter Z
USINT
Strahlziel [1...DimZ]
1
Parameter Q
USINT
Quelle [1...DimQ]
1
Nummer Referenz-
USINT
Nummer des Referenz-VAcc’s [1...10] bzw. VAcc’s [11...255]
5
VAcc bzw. VAcc
Spezielle Infos Quittierung Strahlanforderung
Machine-Id
USINT
Datenkennung Stufe 1: Machine-Id, Parameter M
123
Cycle Id
USINT
Eindeutige Zykluskennung MEFI-Kenndatensatz oder
1234
Kenndatensatz VAcc (Strahlanforderung)
Einstellzeit SD-Gerät
USINT
Berechnete Einstellzeit des SD-Gerätes [us]
100000
Tabelle 25: Quittung Broadcast Telegramm Strahlanforderung
Eine erfolgte Strahlanforderung (MEF bzw. VAcc Kenndatensatz) wird quittiert. Die Quittierung erfolgt
für jedes SD-Gerät separat. Die erforderliche Einstellzeit des Gerätes wird rückgemeldet. Die
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Einstellzeit ist 0, falls durch ein SD-Gerät keine minimale Einstellzeit berücksichtigt werden muß. Der
Status kennzeichnet, ob das SD-Gerät die gewünschte Strahlanforderung durchführen kann, oder ob
eine Fehlersituation (z.B. requesteter MEFI-Datensatz bzw. virtueller Beschleuniger nicht gefunden
o.ä.) vorliegt. Detailliertere Informationen bzgl. Status und Fehlermeldungen liegen in der
Ablaufsteuerung vor (Status Telegramm und Fehler Telegramm). Die in der Strahlanforderung
übergebene Datenkennung wird rückgemeldet, um innerhalb des übergeordneten Systems eine
Verifikation vornehmen zu können. Die MEFI-Parameter bzw. die Nummer des virtuellen
Beschleunigers -verantwortlich für die Strahlanforderung- werden in der Quittierung gespiegelt. Das
Quittierungsflag ist in Abhängigkeit der Quelle der Strahlanforderung (MEFI bzw. VAcc) besetzt. Der
Eintrag für die Machine-Id (Parameter M) ist nur für den Betrieb mit MEFI-Steuerwertdaten relevant.
Falls die Anlage mit VAcc’s betrieben wird, wird dieser Parameter zu Null gesetzt.
6.3.4.2 Status MDE-System und SD-Geräte
Status MDE-System und angeschlossene SD-Geräte
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
Status MDE-System
General Status MDE
USINT
Status MDE (oberste Ebene einer Hierarchie)
1
Actual Status MDE
USINT
Status MDE (mittlere Ebene einer Hierarchie)
2
Detailed Status MDE
USINT
Status MDE (untere Ebene einer Hierarchie)
3
zusätzlicher Status
DWORD Zusätzliche Statusinformationen MDE (bitcodiert)
0x1357
MDE
Zustandsnummer MDE
USINT
akt. Zustandsnummer der MDE Zustandsmaschine
33
Lifesign MDE
USINT
Telegramm Zähler als Lifesign MDE für übergeordnetes
9876
System. Wird bei jeder neuen Msg. inkrementiert
Status SD-Geräte
allg. Status SD-Gerät
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Allgemeiner Status des Gerätes (z.B.
1
Hand/Remote, Fehler) (transparent durchgereicht)
Detaillierter Status SD-
USINT
General Status SD-
USINT
USINT
Gerät
Array[MaxSDGeräte]. Status SD-Gerät (oberste Ebene einer
1
Array[MaxSDGeräte]. Status SD-Gerät (mittlere Ebene einer
2
Hierarchie)
Gerät
Detailed Status SD-
5
Hierarchie)
Gerät
Actual Status SD-
Array[MaxSDGeräte]. Detaillierter Status des Gerätes ( z.B.
Interlock Details) (transparent durchgereicht)
Gerät
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Status SD-Gerät (untere Ebene einer
3
Hierarchie)
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Pflichtenheft Strahldiagnose
zusätzlicher Status
SD-Gerät
Version 1.06 30.04 2004
DWORD Array[MaxSDGeräte]. Zusätzliche Statusinformationen SDGerät (bitcodiert). Gerätestatus lt. Beschreibungen in den
0x1357
Kapiteln 7.x.9.1 der Geräteklassen
Zustandsnummer SD-
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Akt. Zustandsnummer der SD-Gerät
33
Zustandsmaschine
Gerät
Versionskennungen, Datenkennungen aktuell eingestellter
Gerätedaten und Steuerwertdatensätze
Versionskennung
USINT
Versionskennung aktueller Anlagen-Stammdaten
1234
USINT
Versionskennung aktueller MDE-System-Stammdaten
1234
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Versionskennung aktueller Geräte-
1234
Anlagen-Stammdaten
Versionskennung
MDE-SystemStammdaten
Versionskennung SD-
Stammdaten
Geräte-Stammdaten
Versionskennung SD-
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Versionskennung aktueller Geräte-
5678
Parameter
Geräte-Parameter
Tabelle 26: Status MDE-System und SD-Geräte
Der Status der angeschlossenen SD-Geräte wird transparent durchgereicht. Der interne Status jedes
SD-Gerätes und des MDE-Systems (abgebildet durch die Zustandsmaschine und bitorientierte Flags)
wird übertragen. Zwecks Validierung durch übergeordnete Systeme welche Versionen an
Stammdaten, Parametern aktuell eingestellt sind, werden deren Datenkennung rückgemeldet. Es wird
der Ablaufsteuerung mitgeteilt, in welchem spezifischen Modus (z.B. Messmode, Testmode,
Kalibrierung usw.) sich ein SD-Gerät befindet. Ein Lifesign (Telegramm Zähler) ist enthalten.
Ein MDE-System sendet zyklisch, sowie bei Auftreten eines relevanten Events, ein Status Telegramm
an die Ablaufsteuerung. Die Frequenz des zyklischen Parts wird per MDE-System-Stammdatum
bestimmt. Als Events sind der Wechsel innerhalb der internen Zustandsmaschinen des MDE-Systems
und den unterlagerten SD-Geräten definiert.
6.3.4.3 Geräteklasse und Versionskennung MDE-System Software
Geräteklasse und Versionskennung MDE-System Software
Name
Format Beschreibung
Codierung Rack
String12
Beispielwerte
Codierung, Kennung des PXI-Crates, cPCI-Racks
Klassenkennung MDE-System
Klasse SW MDESystem
String20
Klassifizierung Software MDE-System entsprechend
SD-PM
Geräteklasse
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Kennung SD-Geräte
Kennung SD-Geräte
String12
Array[MaxSDGeräte]. Kennung des SD-Gerätes gemäß GSINomenklatur /9/
des MDE-Systems
Versionskennungen MDE-System
Version SW MDE-
USINT
Versionsnummer Software MDE-System
101
System
Tabelle 27: Geräteklasse und Versionskennung MDE-System Software
Nach einem Systemhochlauf (Kaltstart) versendet ein MDE-System einmalig den Bezeichner der
Geräteklasse, die Kennungen der angeschlossenen SD-Geräte sowie die aktuelle Versionsnummer
der gestarteten Applikations-Software. Genannte Informationen dienen der Verifikation durch die
übergeordnete Ablaufsteuerung.
6.3.4.4 Fehlermeldungen
Fehlermeldungen
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
Fehler MDE-System
Failure 1 low
DWORD Bitleiste 1 low-Part
0x15
Failure 1 high
DWORD Bitleiste 1 high-Part
0x01
Failure 2 low
DWORD Bitleiste 2 low-Part
0x00
Failure 2 high
DWORD Bitleiste 2 high-Part
0x00
Fehler SD-Gerät
Failure 1
DWORD Array[MaxSDGeräte]. Bitleiste 1
0x15
Failure 2
DWORD Array[MaxSDGeräte]. Bitleiste 2
0x01
Tabelle 28: Fehlermeldungen
Fehlermeldungen werden bitkodiert übertragen. Ein MDE-System sendet bei Änderung einer in den
Bitleisten kodierten Bedingung ein Telegramm an die Ablaufsteuerung. Ist ein Bit gesetzt, so ist der
Fehler ’gekommen’. Ist das zuvor gesetzte Bit gelöscht, so ist der Fehler ’gegangen’.
Die Bedeutung der einzelnen Bits muss zwischen MDE-System und Ablaufsteuerung vereinbart sein.
Möglich scheint es, einen Teil der Information (z.B. die beiden Elemente Failure 1 low / high) für alle
MDE-Systeme identisch zu halten. Die restlichen Daten können sich in Abhängigkeit der
Geräteklassen unterscheiden. Eine detaillierte Festlegung wird im Laufe der Implementierung
getroffen.
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Pflichtenheft Strahldiagnose
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6.3.4.5 Request MEFI-Steuerwertdatensätze
Request MEFI-Steuerwertdatensätze
Name
Aktivierungsflag für
Format Beschreibung
BOOL
Reply
Beispielwerte
Flag zur Freigabe der Reply des kompletten Satzes an
0: Reply disabled / 1:
Steuerwertdatensätzen
Reply enabled
Steuerwertdatensätze
Tabelle 29: Request MEFI-Steuerwertdatensätze
Das MDE-System fordert von der übergeordneten Ablaufsteuerung den kompletten Umfang an MEFISteuerwertdatensätzen für das betroffene System der Messdatenerfassung an. Ein Request bzw. eine
Reply von einzelnen Sätzen aus dem Vorrat an Datensätzen ist nicht vorgesehen. Nach Erhalt der
Steuerwertdatensätze durch das MDE-System werden diese komplett in das Flash kopiert. Request
und Reply von MEFI-Steuerwertdatensätzen sind nur in einem gesicherten Betriebszustand des BKS
und einem gesicherten Betriebszustands der internen Zustandsverwaltung des MDE-Systems erlaubt.
Über ein Aktivierungsflag kann die Versendung der Rückantwort enabled bzw. disabled werden.
6.3.4.6 Request Steuerwertdatensätze der virtuellen Beschleuniger
Request Steuerwertdatensätze der virtuellen Beschleuniger
Name
Aktivierungsflag für
Reply
Format Beschreibung
BOOL
Beispielwerte
Flag zur Freigabe der Reply des kompletten Satzes an
0: Reply disabled / 1:
Steuerwertdatensätzen
Reply enabled
Steuerwertdatensätze
Tabelle 30: Request Steuerwertdatensätze virtuelle Beschleuniger
Das MDE-System fordert von der übergeordneten Ablaufsteuerung den kompletten Umfang von
Steuerwertdatensätzen an virtuellen Beschleunigern für das betroffene System der
Messdatenerfassung beispielsweise nach einer erfolgreichen Initialisierung des MDE-Systems an.
Request bzw. Reply von einzelnen Sätzen aus dem Vorrat an Datensätzen ist nicht vorgesehen. Nach
Erhalt der Steuerwertdatensätze durch das MDE-System werden diese im RAM gehalten. Spezielle
Verriegelungsmechanismen werden nicht implementiert. Request und Reply von
Steuerwertdatensätzen der VAcc’s sind nur in einem gesicherten Betriebszustand des BKS und einem
gesicherten Betriebszustands der internen Zustandsverwaltung des MDE-Systems erlaubt. Über ein
Aktivierungsflag kann die Versendung der Rückantwort enabled bzw. disabled werden.
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6.3.4.7 Request Referenz-VAcc’s
Request Referenz-VAcc’s
Name
Aktivierungsflag für
Format Beschreibung
BOOL
Flag zur Freigabe der Reply aller Referenz-VAcc’s
Reply Referenz-VAcc’s
Beispielwerte
0: Reply disabled / 1:
Reply enabled
Tabelle 31: Request Referenz-VAcc’s
Das MDE-System fordert von der übergeordneten Ablaufsteuerung den kompletten Umfang an
Referenz-VAcc’s (virtuelle Beschleuniger der Nummern 1 bis 10) für das betroffene System an.
Request bzw. Reply einzelner VAcc’s ist nicht vorgesehen. Nach Erhalt der Daten durch das MDESystem werden diese komplett in das Flash kopiert. Spezielle Verriegelungsmechanismen werden
nicht implementiert. Request und Reply von Referenz-VAcc’s sind nur in einem gesicherten
Betriebszustand des BKS und einem gesicherten Betriebszustands der MDE-System internen
Zustandsverwaltung erlaubt. Über ein Aktivierungsflag kann die Versendung der Rückantwort enabled
bzw. disabled werden.
6.3.4.8 Request Anlagen-Stammdaten
Request Anlagen-Stammdaten
Name
Aktivierungsflag für
Reply Anlagen-
Format Beschreibung
BOOL
Beispielwerte
Flag zur Freigabe der Reply des kompletten Satzes an
0: Reply disabled / 1:
Anlagen-Stammdaten
Reply enabled
Stammdaten
Tabelle 32: Request Analgen-Stammdaten
Das MDE-System fordert von der übergeordneten Ablaufsteuerung den kompletten Umfang an
Anlagen-Stammdaten an. Request bzw. Reply eines einzelnen Datums aus dem Satz an AnlagenStammdaten ist nicht vorgesehen. Nach Erhalt der Anlagen-Stammdaten durch das System der
Messdatenerfassung werden diese sofort wirksam. Spezielle Verriegelungsmechanismen werden
nicht implementiert. Request und Reply der Stammdaten sollten sinnvollerweise nur in gesicherten
Betriebszuständen des BKS und gesicherten Betriebszuständen der internen Zustandsverwaltung des
MDE-Systems vorgenommen werden. Über ein Aktivierungsflag kann die Versendung der
Rückantwort enabled bzw. disabled werden.
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6.3.4.9 Request MDE-System-Stammdaten
Request MDE-System-Stammdaten
Name
Format Beschreibung
Aktivierungsflag für
BOOL
Reply MDE-System-
Beispielwerte
Flag zur Freigabe der Reply des kompletten Satzes an MDE-
0: Reply disabled / 1:
System-Stammdaten
Reply enabled
Stammdaten
Tabelle 33: Request MDE-System-Stammdaten
Das MDE-System fordert von der übergeordneten Ablaufsteuerung den kompletten Umfang an MDESystem-Stammdaten an. Request bzw. Reply eines einzelnen Datums aus dem Satz an MDEStammdaten ist nicht vorgesehen. Nach Erhalt der MDE-Stammdaten durch das System der
Messdatenerfassung werden diese sofort wirksam. Spezielle Verriegelungsmechanismen werden
nicht implementiert. Request und Reply der Stammdaten sollten sinnvollerweise nur in gesicherten
Betriebszuständen des BKS und gesicherten Betriebszuständen der internen Zustandsverwaltung des
MDE-Systems vorgenommen werden. Über ein Aktivierungsflag kann die Versendung der
Rückantwort enabled bzw. disabled werden.
6.3.4.10
Request SD-Geräte-Stammdaten
Request SD-Geräte-Stammdaten
Name
Format Beschreibung
Aktivierungsflag für
BOOL
Reply SD-Geräte-
Beispielwerte
Flag zur Freigabe der Reply des kompletten Satzes an SD-
0: Reply disabled / 1:
Geräte-Stammdaten
Reply enabled
Array[MaxSDGeräte]. Request SD-Geräte-Stammdaten
0: Request disabled / 1:
Stammdaten
Request SD-Geräte-
BOOL
Stammdaten
Request enabled
Tabelle 34: Request SD-Geräte-Stammdaten
Das MDE-System fordert von der übergeordneten Ablaufsteuerung den kompletten Umfang an
Geräte-Stammdaten an. Request bzw. Reply eines einzelnen Datums aus dem Satz an GeräteStammdaten ist nicht vorgesehen. Nach Erhalt der Geräte-Stammdaten durch das System der
Messdatenerfassung werden diese sofort wirksam. Spezielle Verriegelungsmechanismen werden
nicht implementiert. Request und Reply der Stammdaten sollten sinnvollerweise nur in gesicherten
Betriebszuständen des BKS und gesicherten Betriebszuständen der internen Zustandsverwaltung des
MDE-Systems vorgenommen werden. Über ein Aktivierungsflag kann die Versendung der
Rückantwort enabled bzw. disabled werden. Ein separater Request für die angeschlossenen Geräte
ist möglich.
6.3.4.11
Request SD-Geräte-Parameter
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Request Geräte-Parameter
Name
Format Beschreibung
Aktivierungsflag für
BOOL
Reply SD-Geräte-
Beispielwerte
Flag zur Freigabe der Reply des kompletten Satzes an SD-
0: Reply disabled / 1:
Geräte-Parameter
Reply enabled
Array[MaxSDGeräte]. Request SD-Geräte-Parameter
0: Request disabled / 1:
Parameter
Request SD-Geräte-
BOOL
Parameter
Request enabled
Tabelle 35: Request SD-Geräte-Parameter
Das MDE-System fordert von der übergeordneten Ablaufsteuerung den kompletten Umfang an
Geräte-Parametern an. Request bzw. Reply eines einzelnen Datums aus dem Satz an GeräteParametern ist nicht vorgesehen. Nach Erhalt der Geräte-Parameter durch das System der
Messdatenerfassung werden diese sofort wirksam. Spezielle Verriegelungsmechanismen werden
nicht implementiert. Request und Reply der Parameter sollten sinnvollerweise nur in gesicherten
Betriebszuständen des BKS und gesicherten Betriebszuständen der internen Zustandsverwaltung des
MDE-Systems vorgenommen werden. Über ein Aktivierungsflag kann die Versendung der
Rückantwort enabled bzw. disabled werden. Ein separater Request für die angeschlossenen Geräte
ist möglich.
6.3.4.12
Request Timeset MDE-System
Request Timeset MDE-System
Name
Format Beschreibung
Aktivierungsflag für
BOOL
Reply Timeset
Beispielwerte
Flag zur Freigabe der Reply, eines Timeset Telegramms an
0: Reply disabled / 1:
das MDE-System
Reply enabled
Tabelle 36: Request Timeset
Das MDE-System fordert von der übergeordneten Ablaufsteuerung ein Telegramm zum Setzen der
lokalen Uhrzeit an. Über ein Aktivierungsflag kann die Versendung der Rückantwort enabled bzw.
disabled werden.
6.3.4.13
Ergebnisse MDE-System Einschalttests
Ergebnisse MDE-System Einschalttests
Name
Format Beschreibung
mögliche Werte
Ergebnis Test 1
USINT
Ergebnis Einschalttest 1
1 [ok] oder Errorcode
Ergebnis Test 2
USINT
Ergebnis Einschalttest 2
1 [ok] oder Errorcode
Ergebnis Test 3
USINT
Ergebnis Einschalttest 3
1 [ok] oder Errorcode
Ergebnis Test 4
USINT
Ergebnis Einschalttest 4
1 [ok] oder Errorcode
Tabelle 37: Ergebnisse MDE-System Einschalttests
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Das MDE-System sendet die Ergebnisse der Einschalttests an die übergeordnete Ablaufsteuerung.
6.4
Datenmanagement Steuerwertdatensätze (MEFI- und VAcc)
Für die korrekte Arbeitsweise der Beschleunigeranlage während des Therapiebetriebs ist es
erforderlich, dass die in den MDE-Systemen verwendeten MEFI-Steuerwertdatensätze aller beteiligten
SD-Geräte aufeinander abgestimmt sind. Zur Sicherstellung genannter Forderung werden alle
verfügbaren MEFI-Steuerwertdatensätze einzeln mit einer Datenkennung versehen. Ergänzend hierzu
wird durch die Datenversorgung für jede Ionensorte getrennt und über das Set aller verfügbaren
MEFI-Datensätze des n-dimensionalen Parameterraums eines Gerätes hinweg eine eindeutige
Prüfsumme gebildet.
Erfolgt die Umschaltung durch die übergeordnete Ablaufsteuerung in eine entsprechende Betriebsart
(Dev-Qa, Dev-Adj bzw. Dev-Th), wird die Berechnung der Prüfsumme über alle MEFISteuerwertdatensätze im Flash eines MDE-Systems veranlasst. Diese wird verglichen mit einer durch
die Datenversorgung im Flash hinterlegten Checksumme. Ist das Ergebnis positiv, stehen die MEFISteuerwertdatensätze für den folgenden Bestrahlungsvorgang zur Verfügung. Stimmen die
Prüfsummen nicht überein, wird der Bediener mittels Fehlermeldung auf diese Inkonsistenz
hingewiesen. In diesem Fall kann eine Bestrahlung mit dem Vorrat an MEFI-Steuerwertdaten des
Flashspeichers nicht vorgenommen werden.
Bezüglich Datenkennung eines MEFI-Steuerwertdatensatzes ist nachfolgendes mehrstufiges Konzept
vorgesehen:

Werden für alle SD-Geräte der Anlage neue Steuerwertdatensätze zur Verfügung gestellt,
wird diesen eine neue ’Maschinenkennung’ (Parameter M der MEFI-Strahlanforderung) bzw.
’Machine-Id’ zugeordnet. Die MDE-Systeme übernehmen neue Steuerwertdatensätze nur
dann in den Flash-Memory, wenn die Machine-Id größer gleich diejenigen des aktuell gültigen
Steuerwertdatensatzes ist. Auf diese Weise wird die Konsistenz der Steuerwertdatensätze der
Vielzahl an Geräten untereinander sichergestellt. Mittels Fehlermeldung wird der Bediener
über mögliche Ungereimtheiten informiert. Eine Maschinenkennung (M) bzw. Machine-Id
existiert separat für jede verfügbare Ionensorte. Die Daten für die verschiedenen Ionensorten
(Parameter S) sind folglich getrennt zu verwalten

Sollen alle Steuerwertdatensätze eines spezifischen MDE-Systems verändert werden,
erhalten alle neuen Datensätze eine geänderte ’Device-Id’. Die Machine-Id wird hierbei
beibehalten. Um die Übernahme eines neuen Steuerwertdatensatzes in den Flash-Speicher
zu ermöglichen, muß die neue Device-Id stets numerisch größer sein als bzw. gleich sein wie
diejenige des aktuellen Datensatzes. Die Device-Id stellt die Konsistenz der
Steuerwertdatensätze eines speziellen Gerätes -zugeordnet einem bestimmten MDE-Systemsicher. Mittels Fehlermeldung wird der Bediener über mögliche Ungereimtheiten informiert.
Eine Device-Id existiert separat für jede verfügbare Ionensorte. Die Daten für die
verschiedenen Ionensorten (Parameter S) sind folglich getrennt zu verwalten

Jeder einzelne Steuerwertdatensatz eines MDE-Systems ist mit einer ’Set-Id’ gekennzeichnet.
Soll ein spezifischer Datensatz durch einen Steuerwertdatensatz geänderten Inhalts ersetzt
werden, ist eine numerisch größere bzw. gleiche Set-Id erforderlich. Nur in diesem Fall erfolgt
ein Update im Flash-Memory. Machine-Id sowie Device-Id bleiben unverändert. Mittels
Fehlermeldung wird der Bediener über mögliche Ungereimtheiten informiert
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73
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Ein Steuerwertdatensatz (MEFI oder VAcc) enthält Daten für alle einem MDE-System zugeordneten
SD-Geräte. Die im Zusammenhang mit den MEFI-Steuerwertdatensätzen wesentlichen
Datenkennungen (Machine-Id (Parameter M), Device-Id und Set-Id) beziehen sich auf die Ebene von
MDE-Systemen. Das vorgestellte Konzepts ist nicht auf die Ebene einzelner SD-Geräte abgebildet.
Eine MEFI-Strahlanforderung enthält neben den Parametern zur Identifikation des speziellen
Steuerwertdatensatzes auch die Machine-Id (Parameter M). Die empfangene Machine-Id wird
verglichen mit der Eintragung zum adressierten MEFI-Steuerwertdatensatz. Diese ist spezifisch für
jede vorliegende Ionensorte. Treten Unkonsistenzen auf, erhält der Bediener hierüber eine
Fehlermeldung. Eine Bestrahlung kann mit einem solchen angeforderten Steuerwertdatensatz nicht
vorgenommen werden. Device-Id und Set-Id werden nicht verifiziert. Diese sind gerätespezifisch bzw.
spezifisch für einen einzelnen Datensatz und somit über die für alle SD-Geräte identische Broadcast
Message nicht zu verwalten.
Die zuvor dargestellten Mechanismen betreffend Datenkennung und einmaliger Prüfsumme gelten
nicht für die im Flash lokalisierten Referenz-VAcc’s bzw. für die im Ram gehaltenen
Steuerwertdatensätze von virtuellen Beschleunigern. Die Berücksichtigung von Datenkennungen bei
Steuerwertdatensätzen bzw. Kenndatensätzen einer Strahlanforderung ist bei virtuellen
Beschleunigern nicht vorgesehen. Eine Verifizierung entsprechend den Mechanismen bei MEFI
basierenden Steuerwertvorgaben wird nicht vorgenommen. Auch die Verwaltung einer Prüfsumme
über alle verfügbaren VAcc’s eines MDE-Systems ist nicht geplant. Die Telegramme für das Handling
von Referenz-VAcc’s im Flash und der virtuellen Beschleuniger im Ram eines MDE-Systems
enthalten keine Datenelemente für Maschine-Id, Device-Id und Set-Id. Den bei MEFISteuerwertdatensätzen realisierten Algorithmen zur Verifizierung der Versionierung sind aktuell nicht
vorgesehen.
6.5
Prüfsumme für Datensätze
Zur Sicherstellung der Konsistenz des Inhalts enthalten eine Reihe von Datensätzen (z.B. MEFISteuerwertdatensatz pro Ionensorte, SD-Geräte-Stammdaten, SD-Geräte-Parameter usw.) eine
Prüfsumme. Für die Ermittlung der Prüfsummen wird die Berechnungsvorschrift nach dem
Standardverfahren ’CRC-32’ herangezogen. Genannter Algorithmus basiert auf einem Generator
Polynom der Form:
GPolynom(x) = x**32 + x**26 + x**23 + x**22 + x**16 + x**12 + x**11 + x**10 + x**8 + x**7 + x**5 + x**4 + x**2 + x + 1
Die dargestellte Bechnungsvorschrift findet in allen Systemen des BKS Anwendung.
6.6
Monitorprogramm
Der in den Messdatenerfassungs-Systemen eingesetzte PXI-Controller ist mit einer RS232
Schnittstelle ausgerüstet. Aktuell ist es nicht vorgesehen, eine lokale Bedienung über das RS232
Interface zu realisieren. Betriebsarten bzw. spezielle Testmodi für die Phase der Inbetriebnahme
erfolgen über eine gesonderte Handbedienebene (siehe 6.10).
Hierzu wird in den Kapiteln 7ff. für jede Geräteklasse ein Satz von Befehlen und Anzeigewerten
definiert, welche für einen lokalen Betrieb des Strahldiagnosegeräts notwendig sind.
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74
Pflichtenheft Strahldiagnose
6.7
Version 1.06 30.04 2004
Schnittstelle zwischen MDE-System und DCU-SD
Die Aufnahme von Messwerten durch die Messdatenerfassungs-Systeme ist in den meisten Fällen an
spezifische Ereignisse des BKS-Timings gekoppelt. Die Messdatenerfassungs-Systeme besitzen
keine direkte Schnittstelle zu dem Timingsystem des BKS. Als Schnittstelle zu dem Timingsystem
fungiert für die Strahldiagnose die DCU-SD. Sie erhält über den RTB (Real-Time Bus) Hardwaresignale bzw. Primär-Events. (Im Pflichtenheft DCU-SW ist die detaillierte Beschreibung enthalten, im
vorliegenden Pflichtenheft ist im Kapitel 4.2 die Schnittstelle zu anderen Unterprojekten beschrieben.)
Primär-Event
RTB
LAN
DCU - SD
MDE
Sekundär Event
Abbildung 6: Schnittstelle DCU-SD und MDE-System
Für die Strahldiagnose liefert die DCU-SD die zeitkritischen Trigger- und Gatesignale sowohl an die
Messdatenerfassungs-Systeme als auch an die spezifischen Elektroniken der Strahldiagnose-Geräte.
Diese Signale werden als Sekundär-Events bezeichnet.
Für jedes Messdatenerfassungs-System wird in diesem Pflichtenheft in dem Kapitel 7 ff festgelegt,
welches Signalmengengerüst es von der DCU-SD benötigt. Weiterhin wird beschrieben, welche
logischen Eigenschaften das Signal haben soll. Innerhalb des BKS existieren zwei unterschiedliche
Anlagentimings, eines für den Bereich LINAC und eines für den Bereich SYNCHROTRON. Es wird
daher weiterhin festgelegt, aus welchem Anlagentiming die benötigten Sekundär-Events generiert
werden.
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75
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Die DCU-SD bietet vier unterschiedliche Signaltypen an:

einfaches Trigger-Gate (einmaliges Trigger-Gate, G oder 1xG)
1
t high
t
0
t0
td
Abbildung 7: DCU-SD, einfaches Trigger-Gate
Ein von der DCU-SD erkanntes Primär-Event definiert den zeitlichen Bezugspunkt t0. Nach Ablauf
einer Verzögerungszeit td wird einmalig ein Puls der Länge thigh von der DCU-SD an das Messdatenerfassungs-System ausgegeben. In den Geräteklassen der Messdatenerfassung werden die
Anforderungen an die Signaleigenschaften festgehalten:
-
Primär-Event, t0
-
Verzögerungszeit, td
-
Pulslänge, thigh

zyklisches Trigger-Gate (n-maliges einfaches Trigger-Gate, NxG)
tp
np = 2
1
t high
t
0
t0
td
Abbildung 8: DCU-SD, zyklisches Trigger-Gate
Ein von der DCU-SD erkanntes Primär-Event definiert den zeitlichen Bezugspunkt t0. Nach Ablauf
einer Verzögerungszeit td wird zyklisch ein Puls der Länge thigh an das MessdatenerfassungsSystem ausgegeben. Die Periodendauer wird durch tp definiert. Die Anzahl der Zyklen ist durch den
Parameter np festgelegt. In den Geräteklassen der Messdatenerfassung werden die Anforderungen
an die Signaleigenschaften festgehalten:
-
Primär-Event, t0
-
Verzögerungszeit, td
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76
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
-
Pulslänge, thigh
-
Periodendauer, tp
-
Periodenzahl, np

statisch toggelndes Trigger-Gate (Beginn mit Pre-Event, Ende mit Post-Event, sTG)
1
t
0
t0 pre
td pre
t0 post
td post
Abbildung 9: DCU-SD, statisch toggelndes Trigger-Gate
Ein von der DCU-SD erkanntes Primär-Event definiert den zeitlichen Bezugspunkt t0pre. Nach Ablauf
einer Verzögerungszeit tdpre wird erstmalig ein statisches Signal auf dem entsprechenden Kanal an
das Messdatenerfassung-System ausgegeben. Die Nummer des Post-Events definiert den zeitlichen
Bezugspunkt t0post. Nach Ablauf einer Verzögerungszeit tdpost wird der betreffende Kanal erneut
toggelnd mit einem statisches Signal beaufschlagt. Die Periodendauer des Gates wird durch die
Zeitspanne zwischen den beiden Ereignissen (incl. der Berücksichtigung der jeweiligen
Verzögerungszeiten) definiert. In den Geräteklassen der Messdatenerfassung werden die
Anforderungen an die Signaleigenschaften festgehalten:
-
Primär-Event Pre-, t0pre
-
Verzögerungszeit, tdpre
-
Primär-Event Post-, t0post
-
Verzögerungszeit, tdpost

zyklisch toggelndes Trigger-Gate (Start mit Pre-Event, Stop mit Post-Event, zTG)
tp
1
thigh
t
0
t0 pre
td pre
t0 post
td post
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Abbildung 10: DCU-SD, zyklisch toggelndes Trigger-Gate
Ein von der DCU-SD erkanntes Pre-Events definiert den zeitlichen Bezugspunkt t0pre. Beginnend mit
dem Ablauf der Verzögerungszeit tdpre wird ein zyklischer Puls der Länge thigh auf dem
entsprechenden Kanal an das Messdatenerfassung-System ausgegeben. Die Periodendauer wird
durch tp definiert. Die Nummer des Post-Events definiert den zeitlichen Bezugspunkt t0post. Nach
Ablauf einer Verzögerungszeit tdpost wird die Ausgabe des zyklischen Pulses beendet. Die Dauer der
Ausgabe des zyklischen Trigger-Gates wird durch die Zeitspanne zwischen den beiden Ereignissen
(incl. der Berücksichtigung der jeweiligen Verzögerungszeiten) definiert. In den Geräteklassen der
Messdatenerfassung werden die Anforderungen an die Signaleigenschaften festgehalten:
-
Primär-Event Pre-, t0pre
-
Verzögerungszeit, tdpre
-
Primär-Event Post-, t0post
-
Verzögerungszeit, tdpost
-
Pulslänge, thigh
-
Periodendauer, tp
6.8
Schnittstelle zur Ablaufsteuerung
Alle Daten innerhalb des BKS werden zentral von der Ablaufsteuerung verwaltet. Der Datenaustausch
erfolgt ausschließlich über die Ethernet Schnittstelle mittels TCP/IP.
6.8.1 Messwertdaten
Die Messdatenerfassungs-Systeme empfangen von den SD-Geräten technische Werte. Der
technische Wertebereich des empfangenen Signals wird in den Gerätestammdaten abgelegt. Zur
Umrechnung des technischen Wertes in den physikalischen Wert werden in den Gerätestammdaten
die Messbereiche des SD-Geräts abgelegt. Innerhalb des Messdatenerfassungs-Systems werden die
Transformationen des aufgenommenen technischen Wertes in die in den Gerätestammdaten
vorgegebene physikalische Einheit vorgenommen. Die Messdaten werden innerhalb des
Messdatenerfassungs-Systems ausschließlich in physikalischen Einheiten (z. B. Strahlstrom etc.)
verwaltet. Ebenso werden die Daten an die übergeordneten Systemen des BKS in physikalischen
Einheiten übertragen. Die Umrechnungsvorschriften der Messdaten sind geräteklassenspezifisch. Die
Datenstruktur, mit der die Messdaten an das BKS weitergegeben werden, wird für jede Geräteklasse
jeweils im Kapitel "Kommando-Schnittstelle zur KS-Ablaufsteuerung" spezifiziert.
6.8.1.1 Datenstatus
In dem Datenstatus sind Informationen über die erfassten Messdaten enthalten. Die Informationen.
werden logisch zusammengefassten Datenpaketen während der Messdatenerfassung zugeordnet.
Der Datenstatus wird zusammen mit den betreffenden Messdaten übertragen. Datenstatusinformationen sind:
-
Cycle-ID Puls (LINAC) / Zyklus (SYNCHROTRON)
-
Cyclecount
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
-
Modus der Messdatenerfassung (zeitaufgelöst, zyklisch, Standard)
-
Absoluter Messzeitpunkt (Start- und Stopp-Zeitpunkt der Messung) [s]
-
Zeit [ms] bezogen aus Messzeitpunkt (Start- und Stopp-Zeitpunkt der Messung)
-
Abtastzeit der Messung [us]
-
Anzahl der Messwerte
-
Messbereich
-
Bitkodierter Status SD-Gerät
Der oben beschriebene Datenstatus ist die Übermenge aller möglichen Stati. In den in Kapitel 7ff.
beschriebenen Geräteklassen werden die zutreffenden Status-Informationen aufgelistet und detailliert
beschrieben.
Struktur des Datenstatus für erfasste Messwerte
Name
Format
Beschreibung
Beispielwerte
DATA_STATUS_ST
STRUCT
Struktur Datenstatus erfasste Messwerte
Cycle-ID
USINT
Nummer des aktuellen Zyklus / Puls
3456
Cyclecount
USINT
Anzahl der Strahldurchläufe mit der gleichen Cycle-ID
3456
Modus der
USINT
Modus der Messdatenerfassung (zeitaufgelöst, zyklisch,
0: ungültig / 1:
Standard)
zeitaufgelöst / 2:
RUCT
Messdatenerfassung
zyklisch / 3: Standard
(2 x Snap Shot)
Start Messung:
USINT
Start Messung : Zeit
Messzeitpunkt in [s] seit 01.01.1970. ANSI-Time / UNIX-Time
1040688000
(lokale Zeit ohne Berücksichtigung der Zeitzone)
Zeitpunkt Seconds
USINT
Zeit in [ms] bezogen auf Messzeitpunkt in Sekunden
123
USINT
Messzeitpunkt in [s] seit 01.01.1970. ANSI-Time / UNIX-Time
1040688999
Milliseconds
Stop Messung:
(lokale Zeit ohne Berücksichtigung der Zeitzone)
Zeitpunkt Seconds
Stop Messung : Zeit
USINT
Zeit in [ms] bezogen auf Messzeitpunkt in Sekunden
321
USINT
Abtastzeit zwischen zwei Messwerten [us]
10
USINT
Anzahl der Messwerte
1000
Messbereich
USINT
Messbereich. Index für Definitionen in Gerätestammdaten
3
Statusword SD-
DWORD
Bitcodierter Inhalt spezifisch für jedes SD-Gerät
0x0123
Milliseconds
Abtastzeit der
Messwerte
Anzahl der
Messwerte
Gerät
Erläuterung in den Kapiteln 7 ff.
Tabelle 38: Struktur des Datenstatus
Eine wichtige Statusinformation für die Strahldiagnose-Geräte, die in den Strahlengang eingefahren
werden, ist die Position der Lineardurchführung auf der die Geräte montiert sind. Diese Information
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79
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
wird unabhängig von den MDE-Systemen mittels OPC-Server Mechanismen ermittelt und an das BKS
übertragen.
Die Verwaltung der Kommandoschnittstelle und Statusschnittstelle zu den externen Subsystemen und
Geräten der Strahldiagnose (Hochspannungs-Versorgung, Pressluft, Gasfluss und Schrittmotore) wird
durch die übergeordnete Ablaufsteuerung sichergestellt. Innerhalb der MDE-Systeme stehen diese
Informationen nicht zur Verfügung.
6.9
Timingüberwachung
Zur Überwachung des Timing wird die Plausibilität der Signale von den DCU-SD und den SD-GeräteElektroniken überprüft.
Im Bereich der Strahldiagnose sind keine synchronen Signale, wie z. B. die Master Clock auf dem
RTB der DCUs, vorhanden. Daher gibt es keine permanente Timingüberwachung der Signale von der
DCU-SD zu den Messdatenerfassungs-Systemen oder den Elektroniken der Strahldiagnose-Geräte.
Die in den Kapitel 7ff. beschriebenen Geräteklassen haben unterschiedliche Anforderungen an die
Timingsignale der DCU-SD. In Abhängigkeit der Signale, welche von der DCU an das jeweilige
Messdatenerfassungs-System geliefert werden, muss sichergestellt sein dass:
-
während eines aktiven Zyklus kein neuerliches Startsignal von der DCU-SD generiert wird
-
die DCU-SD nicht ein Stopsignal vor einem Startsignal generiert
6.10 Handbetrieb für die Messdatenerfassung
Zur Inbetriebnahme und lokalen Bedienung kann ein Messdatenerfassungs-System in die Betriebsart
Handbedienebene umgeschaltet werden. Das Messdatenerfassungs-System kann über einen Eintrag
in den MDE-System Stammdaten für die Bedienung im Handbetrieb prinzipiell freigeschaltet werden.
Die eigentliche Umschaltung in die Handbedienebene erfolgt aus dem GUI der LabVIEW Frontpanel
Bedienung heraus. Mit der Handbedienebene soll der Operateur / Inbetriebnehmer in der Lage sein,
ein Messdatenerfassungs-System einschließlich der angeschlossenen SD-Geräte ohne Terminal der
Ablaufsteuerung zu bedienen. Die Handbedienebene wird auf einem als Bedien-Terminal
fungierenden PC laufen. Ist die Handbedienebene aktiviert, nimmt das Messdatenerfassungs-System
keine Kommandos und Daten mehr von der Ablaufsteuerung entgegen. Die Umschaltung in die
Handbedienebene wird der übergeordneten Steuereinheit mittels Statustelegramm (siehe Kapitel
6.3.4.2) mitgeteilt. Die Bedienung ist dann ausschließlich über LabVIEW Frontpanels möglich.
LabVIEW Frontpanels werden mittels der LabVIEW Entwicklungsumgebung erstellt und befinden sich
als ausführbares Programm auf dem Bedien-PC. Die Bedienoberfläche der Handbedienebene wird
gegenüber der Operating-Ebene des BKS eine eingeschränkte Funktionalität haben. Bei der
Handbedienebene wird die Schnittstelle zwischen der Messdatenerfassung und den SD-Geräten
dargestellt. Der Operateur / Inbetriebnehmer hat Eingabemöglichkeiten für alle Steuersignale des SDGeräts sowie die Möglichkeit, alle erfassten Messdaten und Statusinformationen des SD-Geräts
darzustellen.
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80
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Benötigen die Strahldiagnosegeräte Subsysteme, wie in Kapitel 5.6 beschrieben, müssen von den
Subsystemen Programme zu Verfügung gestellt werden, um diese von einem Bedien-PC aus zu
steuern.
Ablaufsteuerung
Bedien-Terminal
(PC)
LAN
PM-MDE-System
DCU-SD
getriggerter Start
PM-Steuergerät
Abbildung 11: Handbetrieb Messdatenerfassung (Beispiel Geräteklasse Profilmessung)
Nähere Einzelheiten werden in den speziellen Kapiteln der einzelnen Geräteklassen beschrieben.
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81
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
7 Geräteklassen
Für die Strahldiagnose des Projekts HICAT existieren etwa 85 Strahldiagnose-Geräte, welche über
die Messdatenerfassungs-Systeme angesprochen und ausgelesen werden. Strahldiagnose-Geräte
mit gleichen oder ähnlichen Schnittstellen zu den Messdatenerfassungs-Systemen oder gleichen oder
ähnlichen Messeigenschaften werden in einer Geräteklasse zusammengefasst. Innerhalb einer
Geräteklasse wird dann nach Varianten unterschieden, wenn die elektrischen Schnittstelle oder die
Messprinzipien der Strahldiagnose-Geräte in Details variieren.
Für das Projekt HICAT werden die nachfolgend aufgeführten Geräteklassen unterschieden:
-
Profilmessung (Abkürzung: SD-PM)
-
Ereigniszählung (Abkürzung: SD-EC)
-
DC-Strommessung (Abkürzung: SD-DC)
-
AC-Strommessung (Abkürzung: SD-AC)
-
Phasensonde (Abkürzung: SD-PH)
-
Positionssonde (Abkürzung: SD-PO)
-
Optische Strahldiagnose (Abkürzung: SD-OD)
In den folgenden Kapiteln wird jede genannte Geräteklasse einzeln vorgestellt. Die Beschreibung ist
strukturell jeweils weitgehend identisch aufgebaut. Grundsätzliche Funktionalitäten, die Schnittstellen
zu anderen Teilsystemen, die Einbettung in das Timing der Gesamtanlage und das Interface zu den
SD-Geräten wird beschrieben. Letztlich werden der Daten- und Kontrollfluss jeder Geräteklasse
spezifiziert.
Die SD-Geräte werden hardwaremässig über deren spezielle Steuerelektroniken mit den InterfaceBaugruppen der PXI-Crates bzw. cPCI-Systeme verbunden. Während der Realisierung wird eindeutig
festgelegt, welche physikalischen Kanäle der E/A-Baugruppen der MDE-Systeme (z.B. PXI-6025E
ADC-Karte) mit welchen Kanälen der Steuerelektoniken der jeweiligen SD-Geräte verdrahtet werden.
Diese Zuordung wird einmalig getroffen und wird danach innerhalb der Applikations-Software der
MDE-Systeme als fest vorgegeben vorausgesetzt. Eine wahlfreie Konfigurationsmöglichkeit für die
Zuordnung von Kanälen der E/A-Baugruppen eines MDE-Systems zu Kanälen der Steuerelektoniken
der SD-Geräte ist nicht vorgesehen. Auch die Kanaldefinitionen für den Signalaustausch zwischen
den MDE-Systemen bzw. Steuerelektroniken der SD-Geräte und den beiden DCU’s der
Strahldiagnose werden im Zuge der Implementierung detailliert spezifiziert.
Für die verschiedenen Geräteklassen kommen eine Reihe unterschiedlicher PXI Hardware
Baugruppen zum Einsatz. Die Eigenschaften (funktionale Möglichkeiten und Restriktionen) dieser
Komponenten können zum Zeitpunkt der Erstellung des Pflichtenheftes nicht vollständig abgeschätzt
werden. Noch nicht zu übersehende Features oder Einschränkungen können während der
Implementierung der Software der einzelnen Geräteklassen noch Einfluss auf die konkrete
Realisierung nehmen.
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82
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Was die derzeitige Auswahl der PXI Hardware Komponenten betrifft, sind folgende Aspekte zu
berücksichtigen:

bedingt durch das funktionale Design einiger PXI Interface Boards (z.B. PXI-6025E) können
Kanäle der Komponente bzw. die hieran angeschlossenen SD-Geräte eines MDE-Systems
nicht vollkommen unabhängig voneinander betrieben werden. Die Eigenschaften der
Einsteckkarte (z.B. Samplerate) kann abhängig sein von der Anzahl der verwendeten Kanäle.
Die wahlfreie Definition von individuellen Aufnahmezyklen (Samplerate, Modus der
Messwertdatenerfassung usw.) der einzelnen Kanäle bzw. der verbundenen SD-Geräte kann
für die gewählte Komponente nicht oder nur in eingeschränktem Maße möglich sein

abhängig von den funktionalen Möglichkeiten eines PXI Interface Boards, gelten extern
eingespeiste Timingsignale möglicherweise für alle Kanäle einer hardwaremäßig getriggerten
Komponente (z.B. ADC Board) und damit gleichzeitig für alle hieran angeschlossenen SDGeräte
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83
Pflichtenheft Strahldiagnose
7.1
Version 1.06 30.04 2004
Geräteklasse Profilmessung (SD-PM)
Die Geräteklasse Profilmessung beinhaltet die SD-Geräte Profilgitter (PG) und Multi Wire Proportional
Chamber (MWPC). Die Varianten der Geräteklasse untergliedern sich in diese beiden Gerätetypen.
Beide Varianten besitzen zur Ansteuerung und Signalaufnahme die gleiche Steuerelektronik und
somit die gleiche elektrische und logische Schnittstelle zum Messdatenerfassungs-System. Sie
unterscheiden sich durch die Messmethoden und die unterschiedlichen Einstellungen der
Steuerelektroniken. Für jede Variante sind je 2 Messdatenerfassungs-Systeme vorgesehen.
7.1.1 Varianten
Profilmessung, Varianten
Bezeichnung
Anzahl
SDGeräte
Nomenklaturen der
SD-Geräte
Messdatenerfassungs-System
Bemerkungen
ERCDPM1
Einsatzbereich QUELLEN, LEBT
ERCDPM2
Einsatzbereich LEBT, LINAC,
Variante Profilgitter (PG)
Profilgitter (PG)
5
L1DG3, L2DG1, R1DG3,
R2DG1, N1DG1
Profilgitter (PG)
5
N1DG2, I1DG3, M1DG1,
M1DG4, M1DG5
MEBT
Variante Multi Wire Proportional Chamber (MWPC)
Multi Wire
7
H1DG1G, H1DG2G,
Proportional
H2DG2G, B1DG2G,
Chamber (MWPC)
B1DG3G, B2DG2G,
ERCDPM3
Einsatzbereich
HEBT (Teil 1)
B2DG3G
Multi Wire
6
H3DG3G, B3DG2G,
Proportional
B3DG3G, B4DG2G,
Chamber (MWPC)
G3DG3G, G3DG5G
ERCDPM4
Einsatzbereich
HEBT (Teil 2)
Tabelle 39: Profilmessung, Varianten
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84
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
7.1.2 Funktionsbeschreibung Varianten
7.1.2.1 Profilgitter
Timing STOP (2pol. Lemo)
I/U
I/U
64K
64K
32K
32K
I/U
Meßkanal-Karte
I/U
I/U
Meßkanal-Karte
Meßkanal-Karte
I/U
I/U
Meßkanal-Karte
I/U
Meßkanal-Karte
I/U
I/U
I/U
vor
Ort
I/U
I/U
I/U
MUX-Draht
Meßkanal-Karte
Meßkanal-Karte
32K
32K
I/O Adapter
für alle Kanäle
I/U
Meßkanal-Karte
I/U
I/U
I/U
I/U
I/U
I/U
I/U
I/U
I/U
I/U
I/U
I/U
I/U
I/U
I/U
Meßkanal-Karte
Meßkanal-Karte
Meßkanal-Karte
Meßkanal-Karte
I/U
I/U
I/U
I/U
I/U
I/U
I/U
Meßkanal-Karte
2pol. Lemo
Meßkanal-Karte
Analog Signal
Meßkanal-Karte
I/U
Steuerkabel 37.pol. Netzschalter
19" Frame Racks
mit 10 Einschüben a 16
I/U-Verstärker Karten
je 4 Drähte / Karte
(2x32K=64K/Gitter)
1 Karte MUX-Draht / Gitter
also 16 Karten/ Gitter,
also 1Einschub/ Gitter
I/U
I/U
I/U
MUX-Draht
während Installation
2 Verstärker anschlb.
für 2 x 64K Nutzung
I/O
Fa. NI PXI6508
1x Lemo (1pol.):
CCM (Conv. Command)
1x Lemo (2.pol.)
ANA (Analogsignal out)
PXI-Crate:
"ER-CD-PM02"
Steuerleitung 25pol.
3 x 8 Bit
Kab.
Adapt.
100pol.
ADC langsam
Fa. NI PXI6025
Timing STOP (1pol. Lemo)
100pol.
Kab.
Adapt.
I/O
Fa. NI PXI6508
Timing START (1pol. Lemo)
Powersupply
MUX-Draht
I/U
Timing-DCU
100pol.
Man. Strombereichswahl
Man. Integrationszeiten
I/U
I/U
ADC langsam
Fa. NI PXI6025
Netzschalter
Profilgittersteuereinschub
64K
64K
100pol.
Kab.
Adapt.
Powersupply
I/U
I/U
Steuerleitung 25pol.
3 x 8 Bit
Man. Strombereichswahl
Man. Integrationszeiten
2x
je 5
Kab.
Adapt.
"ER-CD-PM01"
AG
je 5
PXI-Crate:
n
an
lm
ke
Ec
I/U
1x Lemo (1pol.):
CCM (Conv. Command)
1x Lemo (2.pol.)
ANA (Analogsignal out)
Meßkanal-Karte
Profilgittersteuereinschub
I/U
Timing START (2pol. Lemo)
I/O Adapter
für alle Kanäle
Elektronikraum
(Verwendungsbereich)
(Zul. Abw.)
(Oberfl.)
Maßstab 1:1
(Gewicht)
(Werkstoff, Halbzeug)
(Rohteil-Nr)
(Modell- oder Gesenk-Nr)
Datum
Bearb. 19.11.03
Gepr. 00.00.00
Norm
Name
CM
CM
Profilgitterelektronik
Blatt
1.v1.2
Zust.
Änderung
Datum Name Ursprung
Ersatz für:
Blätter
Ersatz durch:
Abbildung 12: Geräteklasse Profilmessung, Profilgitter
Das Profilgitter ist ein Strahldiagnose-Gerät des Typs II, also strahlzerstörend. Profilgitter werden zur
Messung des transversalen Strahlprofils verwendet. Mit ihrer Hilfe wird die Einstellung des
Ionenstrahls auf die Sollbahn vorgenommen und sie werden zur Strahloptimierung genutzt. Ein
Profilgitter besteht aus 64 horizontal und 64 vertikal gespannten Drähten, die eine aktive Fläche von
80x80 mm2 bilden und mittels eines Pressluftantriebes in den Strahlengang eingebracht werden. Das
Messprinzip beruht auf der getrennten Bestimmung des Sekundärelektronenstroms für jeden Draht.
Trifft der Ionenstrahl auf eine Materialoberfläche (Drähte), so wird eine dem Strahlstrom proportionale
Anzahl von Sekundärelektronen aus dem Material emittiert. Die Signale der einzelnen Drähte werden
digitalisiert und ergeben die räumliche Verteilung der Strahlintensität in transversaler Richtung, d.h.
der Ionenstrahl bildet sich im Querschnitt ab. Bis zu 20 % des Strahls werden von dem Profilgitter
absorbiert, es entsteht keine Aufstreuung des Ionenstrahls am Profilgitter. Durch die relativ geringe
Absorption ist es möglich, mehrere Profilgitter hintereinander im Strahlengang zu platzieren, um die
optische Achse des Ionenstrahls zu bestimmen.
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85
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
7.1.2.2 Variante MWPC
25pol. Kabel Gasflußalarm kommt zur Redundanz von den I-Kammern auch zu MWPC-I/O!
32K
32K
X
I/O Adapter
für alle Kanäle
Y
Gasflußwächter
über
I-Kammern
6x
Gitter
Meßkanal-Karte
MUX
Steuerung
6x
Meßkanal-Karte
6x
Meßkanal-Karte
Meßkanal-Karte
64K
64K
32K
32K
X
Meßkanal-Karte
Meßkanal-Karte
Y
Gasflußwächter
über
I-Kammern
1x Lemo (1pol.):
CCM (Conv. Command)
1x Lemo (2.pol.)
ANA (Analogsignal out)
Meßkanal-Karte
Meßkanal-Karte
Profilgittersteuereinschub
64K
64K
Kab.
Adapt.
"ER-CD-PM03"
Timing STOP (2pol. Lemo)
100pol.
Timing START (2pol. Lemo)
ADC langsam
Fa. NI PXI6025
Steuerleitung 25pol.
3 x 8 Bit
100pol.
Kab.
Adapt.
Man. Strombereichswahl
Man. Integrationszeiten
MUX
Steuerung
PXI-Crate:
Timing-DCU
I/O
Fa. NI PXI6508
Powersupply
Netzschalter
64K
64K
7x
Gitter
X
1x Lemo (1pol.): CCM (Conv. Command)
1x Lemo (2.pol.) ANA (Analogsignal out)
Y
I/O Adapter
für alle Kanäle
MUX
Steuerung
7x
7x
Meßkanal-Karte
2pol. Lemo
Analog Signal
Meßkanal-Karte
64K
64K
32K
32K
X
Meßkanal-Karte
Meßkanal-Karte
Y
Gasflußwächter
über
I-Kammern
Meßkanal-Karte
Meßkanal-Karte
MUX
Steuerung
während
Installation
2 Verstärker
anschlb.
für 2 x 64K
Nutzung
vor
Ort
Meßkanal-Karte
Meßkanal-Karte
2pol. Lemo
Analog Signal
Profilgittersteuereinschub
Gasflußwächter
über
I-Kammern
32K
32K
Kab.
Adapt.
PXI-Crate:
"ER-CD-PM04"
100pol.
ADC langsam
Fa. NI PXI6025
Steuerleitung 25pol.
3 x 8 Bit
Eckelmann AG
100pol.
Kab.
Adapt.
I/O
Fa. NI PXI6508
Timing START (1pol. Lemo)
Timing STOP (1pol. Lemo)
Man. Strombereichswahl
Man. Integrationszeiten
Powersupply
Netzschalter
(Verwendungsbereich)
(Zul. Abw.)
Maßstab 1:1
(Gewicht)
(Werkstoff, Halbzeug)
(Rohteil-Nr)
(Modell- oder Gesenk-Nr)
Elektronikraum
25pol. Kabel
Gasflußalarm
kommt zur Redundanz
von den I-Kammern
auch zu MWPC-I/O!
(Oberfl.)
Datum
Bearb. 25.11.03
Gepr. 00.00.00
Norm
Name
CM
CM
MWPC-Elektronik
Blatt
17.v1.3
Zust.
Änderung
Datum Name Ursprung
Ersatz für:
Blätter
Ersatz durch:
Abbildung 13: Geräteklasse Profilmessung, MWPC
Die Multi Wire Proportional Chamber (MWPC) ist ein Strahldiagnose-Gerät des Typs II, also
strahlzerstörend. Die MWPCs werden ähnlich wie die Profilgitter zur Messung des transversalen
Strahlprofils verwendet und zur lagerichtigen Strahleinstellung und Strahloptimierung eingesetzt. Im
Unterschied zum Profilgitter erlaubt das MWPC jedoch die Messung wesentlich kleinerer Ströme. Der
Detektor besteht aus einer gasgefüllten Drahtkammer (80% Ar, 20% CO 2), die eine aktive Fläche von
70x70 mm2 aufweist und mittels eines Pressluftantriebes in den Strahlengang eingebracht wird. Das
Messprinzip beruht auf der Signalverstärkung durch (unselbständige) Gasentladung. Trifft der
Ionenstrahl auf das Detektorgas, so werden Sekundärelektronen vom Gas emittiert. Diese
Sekundärelektronen werden durch das elektrische Feld der auf positiver Hochspannung liegenden
Drähte beschleunigt und führen durch lawinenartige Stoßionisation zu einem messbaren Stromsignal
im nächstgelegenen Draht. Die nachgeschaltete Elektronik zur Messdaten-Vorverarbeitung ist
identisch zur Variante "Profilgitter".
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86
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
7.1.3 Hardware-Schnittstellen des Messdatenerfassungs-System
Wie in Abbildung 12 und Abbildung 13 dargestellt, hat jedes Messdatenerfassungs-System eine
Schnittstelle zu einem Profilmessungs-Steuergerät. Nachfolgend sind alle Signale gelistet, welche
zwischen den Profilmessungs-Steuergeräten und den Messdatenerfassungs-Systemen ausgetauscht
werden. Bei der Aufnahme der Signale der DCU-SD zu den Messdatenerfassungs-Systemen und
Profilmessungs-Steuergeräten werden alle Signale erfasst. Die Angaben zu den Signalen der DCUSD beinhalten alle Signale, die von der DCU-SD an die SD-Geräte und an die MDE-Systeme der
vorliegenden Geräteklasse abgesetzt werden.
7.1.3.1 Analoge Eingangssignale
Profilmessung, Analoge Eingangssignale
Signal No
Bezeichnung
Bemerkungen
Variante PG – MDE-System ERCDPM1
1
Strahlstrom Profilgitter Elektronik 1
2
Strahlstrom Profilgitter Elektronik 2
Strom (eigtl. die Ladung) eines Drahtes.
Variante PG – MDE-System ERCDPM2
Strom (eigtl. die Ladung) eines Drahtes.
Variante MWPC – MDE-System ERCDPM3
3
Strahlstrom MWPC-Elektronik 1
Strom (eigtl. die Ladung) eines Drahtes.
Variante MWPC – MDE-System ERCDPM4
4
Strahlstrom MWPC-Elektronik 2
Strom (eigtl. die Ladung) eines Drahtes.
Tabelle 40: Profilmessung, Analoge Eingangssignale
Von jedem Profilmessungs-Steuergerät werden über eine analoge Leitung sequentiell die Messwerte
der konfigurierten SD Kanäle übertragen. Dazu liefert das Steuergerät ein Triggersignal für das
Messdatenerfassungs-System. Die zeitliche Beziehung zwischen den auf dem analogen Kanal
anliegenden Stromwerten, den konfigurierten Kanälen und den Triggersignalen ist in /18/ erläutert.
Die Erfassung der Messdaten für beide Varianten, PG und MWPC, geschieht über die PXI-6025E
ADC-Karte von National Instruments. Die PXI-6025E ADC-Karte wird im differentiellen Modus
betrieben.
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87
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
7.1.3.2 Digitale Schnittstelle zu Profilmessungs-Steuergerät
Das Steuergerät der Geräteklasse Profilmessung besitzt eine 3 x 8 Bit breite digitale Kommando- und
Statusschnittstelle zur Kommunikation mit dem Messdatenerfassungssystem. Nachfolgend ist das
Signalmengengerüst für alle Messdatenerfassungs-Systeme der Geräteklasse Profilmessung
aufgeführt.
Profilmessung, Digitale Signale
Signal No
Bezeichnung
Bemerkungen
Variante PG – MDE-System ERCDPM1
1-8
Profilgitter Elektronik 1Port A
Digitaler Ausgangsport A / Auswahl Kanal
9-16
Profilgitter Elektronik 1Port B
Digitaler Ausgangsport B / Steuersignale
17-24
Profilgitter Elektronik 1Port C
Digitaler Eingangsport C / Statussignale
Variante PG – MDE-System ERCDPM2
25-32
Profilgitter Elektronik 2 Port A
Digitaler Ausgangsport A / Auswahl Kanal
33-40
Profilgitter Elektronik 2Port B
Digitaler Ausgangsport B / Steuersignale
41-48
Profilgitter Elektronik 2 Port C
Digitaler Eingangsport C / Statussignale
Variante MWPC – MDE-System ERCDPM3
49-56
MWPC Elektronik 1 Port A
Digitaler Ausgangsport A / Auswahl Kanal
57-64
MWPC Elektronik 1 Port B
Digitaler Ausgangsport B / Steuersignale
65-72
MWPC Elektronik 1 Port C
Digitaler Eingangsport C / Statussignale
Variante MWPC – MDE-System ERCDPM4
73-80
MWPC Elektronik 2 Port A
Digitaler Ausgangsport A / Auswahl Kanal
81-88
MWPC Elektronik 2 Port B
Digitaler Ausgangsport B / Steuersignale
89-96
MWPC Elektronik 2 Port C
Digitaler Eingangsport C / Statussignale
Tabelle 41: Profilmessung, Digitale Signale
An das Steuergerät können bis zu 8 PG / MWPC angeschlossen werden. Über Port A werden die
angeschlossenen Geräte einzeln oder in Gruppen selektiert. Port B sendet die Steuersignale zu den
selektierten Geräten. Über Port C werden die korrespondierenden Status-Informationen zurückgeliefert. Alle Signale werden von dem Steuergerät über einen 25 poligen D-Sub Konnektor
bereitgestellt.
Die Parametrierung von Messbereich und Integrationszeit der Profilgitter wird über die digitale PortSchnittstelle vorgenommen. Bei den Multi Wire Proportional Chamber erfolgt die Vorgabe der
Integrationszeit ebenfalls über diese Schnittstelle. Details bzgl. Signalbelegung und Timing können
der Beschreibung /18/ entnommen werden.
Die Erfassung der digitalen Eingangssignale geschieht über die digitalen Eingänge der PXI-6508 E/AKarte von National Instruments.
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88
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Des Weiteren werden von jedem Steuergerät die im Folgenden aufgelisteten Trigger- und
Konvertierungssignale zur Verfügung gestellt. Das Timing der Signale ist ebenfalls in Dokument /18/
beschrieben.
Profilmessung, Digitale Eingangssignale, Steuersignale A / D Konvertierung
Signal No
Bezeichnung
Bemerkungen
Variante PG – MDE-System ERCDPM1
1
CCM_PG1 (ConvertCommand)
TTL-Puls vom Steuergerät: gemultiplextes
Messsignal liegt an, positive Flanke für jeden
analogen Wert von Steuergerät, Start
Konvertierung
2
TRIGGER_PG1
Signal für Kontrollzwecke
3
ENABLE_PG1
Signal für Kontrollzwecke. Signal ist TRUE von
Beginn der Datenübertragung bis alle Profildaten
abgearbeitet sind
Variante PG – MDE-System ERCDPM2
4
CCM_PG2 (ConvertCommand)
TTL-Puls vom Steuergerät: gemultiplextes
Messsignal liegt an, positive Flanke für jeden
analogen Wert von Steuergerät, Start
Konvertierung
5
TRIGGER_PG2
Signal für Kontrollzwecke
6
ENABLE_PG2
Signal für Kontrollzwecke. Signal ist TRUE von
Beginn der Datenübertragung bis alle Profildaten
abgearbeitet sind
Variante MWPC – MDE-System ERCDPM3
7
CCM_MWPC1 (ConvertCommand)
TTL-Puls vom Steuergerät: gemultiplextes
Messsignal liegt an, positive Flanke für jeden
analogen Wert von Steuergerät, Start
Konvertierung
8
TRIGGER_MWPC1
Signal für Kontrollzwecke
9
ENABLE_MWPC1
Signal für Kontrollzwecke. Signal ist TRUE von
Beginn der Datenübertragung bis alle Profildaten
abgearbeitet sind
Variante MWPC – MDE-System ERCDPM4
10
CCM_MWPC2 (ConvertCommand)
TTL-Puls vom Steuergerät: gemultiplextes
Messsignal liegt an, positive Flanke für jeden
analogen Wert von Steuergerät, Start
Konvertierung
11
TRIGGER_MWPC2
Signal für Kontrollzwecke
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89
Pflichtenheft Strahldiagnose
12
Version 1.06 30.04 2004
ENABLE_MWPC2
Signal für Kontrollzwecke. Signal ist TRUE von
Beginn der Datenübertragung bis alle Profildaten
abgearbeitet sind
Tabelle 42: Profilmessung, Digitale Eingangssignale für ADC
Das Signal ConvertCommand wird von den Steuergeräten direkt an den ADC abgegeben und stellt im
Multiplex-Betrieb sicher, dass der ADC das Signal des ausgewählten Drahtes im ausgewählten Gitter
anzeigt. Eine detaillierte Beschreibung der Signale ist unter /18/ aufgeführt.
Die Erfassung der digitalen Triggersignale geschieht über die digitalen Eingänge der PXI-6025E
Multifunktions-Karte von National Instruments.
7.1.3.3 Synchronisationssignale von den DCU-SD
Nachfolgend sind vollständig alle Signale erfasst, die von den DCU-SD’s für die Steuerelektroniken
der SD-Geräte bzw. Messdatenerfassungs-Systeme der Geräteklasse Profilmessung benötigt werden.
Die DCU-SD-Signaldefinitionen sind in Kapitel 6.7 näher erläutert. Die Definitionen für DCU-SD
Signale werden in den Geräteparametern der entsprechenden DCU-SD aufgenommen.
Profilmessung, Synchronisationssignale von den DCU-SD
No
Auslösende Aktion Beschreibung
in der Messdaten- des Signals
erfassung
Signal Definition des
typ
DCU-SD Signals
Ziel des Signals
Timing
- t0
PG-Steuergerät
L
- td
verbunden mit
- thigh
ERCDPM1
- t0
PG-Steuergerät
- td
verbunden mit
- thigh
ERCDPM2
Variante PG - ERCDPM1
1
Start Messung (L)
Start Makropuls
G
Variante PG - ERCDPM2
2
Start Messung (L)
Start Makropuls
G
L
Variante MWPC - ERCDPM3
3
4
Start Messung (S)
Stop Messung (S)
- t0
MWPC-Steuergerät
Posttrigger; (Default:
- td
verbunden mit
Spillmitte)
- thigh
ERCDPM3
- t0
MWPC-Steuergerät
- td
verbunden mit
- thigh
ERCDPM3
Start Extraktion +
Spill-Ende
G
G
S
S
Variante MWPC - ERCDPM4
5
Start Messung (S)
- t0
MWPC-Steuergerät
Posttrigger; (Default:
- td
verbunden mit
Spillmitte)
- thigh
ERCDPM4
Start Extraktion +
G
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S
90
Pflichtenheft Strahldiagnose
6
Stop Messung (S)
Version 1.06 30.04 2004
Spill-Ende
G
- t0
MWPC-Steuergerät
- td
verbunden mit
- thigh
ERCDPM4
S
Tabelle 43: Profilmessung, DCU-SD Signale
Das MDE-System ERCDPM1 liest Daten von SD-Geräten, welche sich im DC-Strahlstrom Bereich
befinden. Alternativ zur Einbindung in das Anlagentiming, kann die Messung durch den Bediener
veranlasst werden.
7.1.4 Kommando-Schnittstelle zur KS-Ablaufsteuerung
Die Detektoren dieser Geräteklasse sind strahlbeeinflussend, d.h. die Messung wird nur auf Anfrage
durch den Operateur (auch zyklisch) durchgeführt.
Die folgende Beschreibung der Signale des Betriebsarten-Telegramms gilt für ein Messdatenerfassungs-System der Geräteklasse Profilmessung. In dem derzeitigen Ausbau hat das
Beschleuniger-Kontrollsystem vier Messdatenerfassungs-Systeme mit Betriebsarten zu versorgen.
Ein SD-Gerät kann von der Ablaufsteuerung über das Betriebsarten-Telegramm (Element Mode bzw.
Sub-Mode) in folgende Modi geschaltet werden:
-
Testmode
- Normal
- Fast
-
Messmode
- Normal
- Fast
Nachfolgend eine Beschreibung der beiden möglichen Betriebsmodi des Profilgitter- bzw. MWPCSteuergerätes:
Profilmessung: Betriebsmodi des Profilgitter- bzw. MWPC-Steuergerätes
Modus
Beschreibung
Normalmode
Die Drahtströme mehrer ausgewählter Profilgitter/MWPCs werden einmalig pro Profilgitter/MWPC
sequentiell ausgelesen
Fastmode
Die Drahtströme eines ausgewählten Profilgitters/MWPCs werden ab dem Triggersignal "Start-Messung"
bis "Stopp-Messung" zyklisch ausgelesen
Tabelle 44: Profilmessung, Betriebsmodi des Profilgitter- bzw. MWPC-Steuergerätes
Die Anzahl der Messungen im Fastmode wird in den Geräte-Parametern festgelegt.
Profilmessung: Auswahl Messkanäle / Bestandteil Betriebsarten-Telegramm
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91
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Name
Bit in
Command1
[SD-Gerät]
Beschreibung
Beispielwerte
Auswahl Kanal
Bit 0
Anwahl des aktiven Messkanals
0/1
Tabelle 45: Profilmessung, Kommando-Schnittstelle Auswahl Kanal
In dem Betriebsarten-Telegramm, erläutert in Kapitel 6.3.3.6, sind bitcodierte Command-Words für die
gerätespezifischen Kommandos reserviert. In obiger Tabelle ist die Verwendung der Bits innerhalb
des ersten Command-Words erläutert.
Über die Kommandoschnittstelle werden die SD-Geräte, welche über das Profilmessungs-Steuergerät
mit dem Messdatenerfassungs-System verbunden sind, ausgewählt. Es können im Messmode und im
Testmode theoretisch alle belegten Kanäle zum Messen bzw. Testen selektiert werden. Wenn
zusätzlich die Fastmessung aktiviert wird, kann immer nur ein Kanal selektiert werden.
Profilmessung: Stop der Messung / Bestandteil Betriebsarten-Telegramm
Name
Bit in
Command2
[SD-Gerät]
Beschreibung
Beispielwerte
Stop Integrations- Bit 0
Stopsignal der Integrationsmessung für
0/1
messung
Messdatenerfassungssystem (MWPC). Möglichkeit für
Stopkommando durch BKS. Wird vom BKS wieder
zurückgesetzt
Start manuelle
Bit 1
Messung
Startsignal für Messdatenerfassungssystem (PG) ERCDPM1 im 0/1
Bereich der Quellen bei manueller Messung (Messmodus 5).
Wird vom BKS wieder zurückgesetzt
Stop manuelle
Messung
Bit 2
Stopsignal für Messdatenerfassungssystem (PG) ERCDPM1 im
0/1
Bereich der Quellen bei manueller Messung (Messmodus 5).
Wird vom BKS wieder zurückgesetzt
Tabelle 46: Profilmessung, Kommando-Schnittstelle Stopp Integrationsmessung
In dem Betriebsarten-Telegramm, erläutert in Kapitel 6.3.3.6, sind bitcodierte Command-Words für die
gerätespezifischen Kommandos reserviert. In obiger Tabelle ist die Verwendung der Bits innerhalb
des zweiten Command-Words erläutert.
7.1.4.1 Zeitverlauf der Messdatenerfassung, Messmodi
Der Zeitverlauf der Übertragung der Messwerte vom Profilmessungs-Steuergerät zum Messdatenerfassungs-System ist im Dokument /18/ detailliert beschrieben.
Für die Profilmessung existieren vier unterschiedliche Messmodi, die sich auch im Zeitverlauf der
Messdatenerfassung unterscheiden. Die im Folgenden dargestellten Messmodi sind den Varianten
der Messdatenerfassungs-Systeme fest zugeordnet. Der für das SD-Gerät relevante Messmodus ist in
den Gerätestammdaten eingetragen.
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92
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Profilmessung, Messmodi
Modus- Messmodus
No
Variante
1
PG
Strahlprofil QUELLE
Anlagentiming
ERCDPM1
2
Strahlprofil LINAC
PG
ERCDPM2
3
Spillprofil (Normalmode)
Beschreibungen
MWPC
ERCDPM3
Darstellung der Strahlposition im DC-Strombereich der
Ionenquellen bezogen auf den Makropuls (LINAC-Timing)
Darstellung der Strahlposition bezogen auf den Makropuls
(LINAC-Timing)
Darstellung der Strahlposition bezogen auf Spill
(SYNCHROTRON-Timing)
ERCDPM4
4
Spillprofil (Fastmode)
MWPC
ERCDPM3
Darstellung der Strahlposition bezogen auf Spill
(SYNCHROTRON-Timing)
ERCDPM4
5
Strahlprofil QUELLE
PG
ERCDPM1
Darstellung der Strahlposition im DC-Strombereich der
Ionenquellen. Start und Stopp der Messung können vom
Bediener frei gewählt werden (manuelle Messung)
Tabelle 47: Profilmessung, Messmodi
Die Messung in den Messmodi 1 und 2 wird durch das Linac-Timing vorgegeben. In den Messmodi 3
und 4, der Erfassung des Profils über MWPC, wird eine Integrationsmessung durchgeführt. Die
Messung ist in das Timing des Synchrotrons integriert. Unterschieden werden diese beiden Modi
durch die Konfiguration des Steuergerätes. Bei Modus 3 arbeitet das Steuergerät im Normalmode, bei
Modus 4 im Fastmode. Im Messmodus 5 erfolgt die Messung unabhängig vom Timing der Anlage. Die
Kommandos zum Start und Stopp des Messvorgangs werden durch den Bediener veranlasst.
Der Zeitverlauf innerhalb des Messdatenerfassungs-System „Profilmessung" nach dem Umschalten in
den Zustand „Messmode“ durch das Betriebsarten-Telegramm gliedert sich in folgende Phasen:
1. Empfang eines Broadcast-Telegramms
2. Quttierung des empfangenen Broadcast-Telegramms
3. Anwahl der angeforderten Messkanäle für die verwendeten PG/MWPC über Port A
4. Konfiguration der angeforderten Messkanäle über Port B (entsprechend den Vorgaben durch
das Broadcast-Telegramm)
5. Rücklesen Status der angeforderten Messkanäle über Port C
6. Warten auf Start-Trigger der DCU-SD
7. Speichern Zeitstempel für Start Messung
8. Wiederholte AD-Wandlung, gesteuert durch CCM-Trigger
9. Speicherung der jeweils aktuellen ADC-Daten im RAM
10. Nach Empfang aller ADC-Daten (letzter CCM-Trigger) speichern Zeitstempel für Stopp
Messung
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
11. Versenden des Messdaten-Telegramms direkt nach letzter Messung oder nach Anfrage des
BKS durch ein Request-Messdaten Telegramm
7.1.5 Datenstrukturen
7.1.5.1 SD-Geräte-Stammdaten
SD-Geräte-Stammdaten Profilmessung
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
Definitionen Geräteklasse, Variante
Geräteklasse
String20
Bezeichnung Geräteklasse, Variante
Gerätename
String12
Name des Gerätes gemäß GSI-Nomenklatur /9/
Seriennummer
String12
Eindeutige ID eines SD-Gerätes
Kurztext
String20
Beschreibung des Gerätes
Langtext
String40
Bemerkungen zum Gerät
Standort der Vorort
String20
Standort der Elektronik vor Ort in der Anlage
Einstellzeit
USINT
Einstellzeit [us]. Wird empirisch ermittelt
techn. Wert bei
FLOAT
techn. Wert bei Vollausschlag (-10V...+10V, 0...10V, -2...+2V,
PG
Elektronik
Vollausschlag
Offset Umrechnung
10.0
0...2V)
FLOAT
Messwert
Array[AnzahlPGMessbereiche]. Offset für Umrechnung tech.
0.0
Einheit in phy. Einheit
PG MESSBEREICH
STRUCT PG Definition Messbereiche
Anzahl Messbereiche
USINT
Anzahl Messbereiche. Max. 12 möglich
12
Messbereich 1
FLOAT
Array[AnzahlPGIntegrationszeiten]. Messbereich 1 [A]
100E-6
Messbereich 2
FLOAT
Array[AnzahlPGIntegrationszeiten]. Messbereich 2 [A]
50E-6
Messbereich 3
FLOAT
Array[AnzahlPGIntegrationszeiten]. Messbereich 3 [A]
20E-6
Messbereich 4
FLOAT
Array[AnzahlPGIntegrationszeiten]. Messbereich 4 [A]
10E-6
Messbereich 5
FLOAT
Array[AnzahlPGIntegrationszeiten]. Messbereich 5 [A]
5E-6
Messbereich 6
FLOAT
Array[AnzahlPGIntegrationszeiten]. Messbereich 6 [A]
2E-6
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94
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Messbereich 7
FLOAT
Array[AnzahlPGIntegrationszeiten]. Messbereich 7 [A]
1E-6
Messbereich 8
FLOAT
Array[AnzahlPGIntegrationszeiten]. Messbereich 8 [A]
500E-9
Messbereich 9
FLOAT
Array[AnzahlPGIntegrationszeiten]. Messbereich 9 [A]
200E-9
Messbereich 10
FLOAT
Array[AnzahlPGIntegrationszeiten]. Messbereich 10 [A]
100E-9
Messbereich 11
FLOAT
Array[AnzahlPGIntegrationszeiten]. Messbereich 11 [A]
50E-9
Messbereich 12
FLOAT
Array[AnzahlPGIntegrationszeiten]. Messbereich 12 [A]
20E-9
Messbereich 1
FLOAT
Array[AnzahlPGIntegrationszeiten]. Messbereich 1
Genauigkeit
Messbereich 2
Genauigkeit [%]
FLOAT
Genauigkeit
Messbereich 3
Genauigkeit [%]
FLOAT
Genauigkeit
Messbereich 4
FLOAT
FLOAT
FLOAT
FLOAT
FLOAT
FLOAT
FLOAT
Array[AnzahlPGIntegrationszeiten]. Messbereich 10
Genauigkeit [%]
FLOAT
Genauigkeit
Messbereich 12
Array[AnzahlPGIntegrationszeiten]. Messbereich 9
Genauigkeit [%]
Genauigkeit
Messbereich 11
Array[AnzahlPGIntegrationszeiten]. Messbereich 8
Genauigkeit [%]
Genauigkeit
Messbereich 10
Array[AnzahlPGIntegrationszeiten]. Messbereich 7
Genauigkeit [%]
Genauigkeit
Messbereich 9
Array[AnzahlPGIntegrationszeiten]. Messbereich 6
Genauigkeit [%]
Genauigkeit
Messbereich 8
Array[AnzahlPGIntegrationszeiten]. Messbereich 5
Genauigkeit [%]
Genauigkeit
Messbereich 7
Array[AnzahlPGIntegrationszeiten]. Messbereich 4
Genauigkeit [%]
Genauigkeit
Messbereich 6
Array[AnzahlPGIntegrationszeiten]. Messbereich 3
Genauigkeit [%]
Genauigkeit
Messbereich 5
Array[AnzahlPGIntegrationszeiten]. Messbereich 2
Array[AnzahlPGIntegrationszeiten]. Messbereich 11
Genauigkeit [%]
FLOAT
Genauigkeit
Array[AnzahlPGIntegrationszeiten]. Messbereich 12
Genauigkeit [%]
PG INTEGRATION
STRUCT PG Definition Integrationszeitfenster
Anzahl
USINT
Anzahl Integrationszeiten. Max. 8 möglich
8
Integrationszeit 1
FLOAT
Integrationszeit 1 [s]
100E-6
Integrationszeit 2
FLOAT
Integrationszeit 2 [s]
200E-6
Integrationszeit 3
FLOAT
Integrationszeit 3 [s]
500E-6
Integrationszeiten
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Integrationszeit 4
FLOAT
Integrationszeit 4 [s]
1E-3
Integrationszeit 5
FLOAT
Integrationszeit 5 [s]
2E-3
Integrationszeit 6
FLOAT
Integrationszeit 6 [s]
5E-3
Integrationszeit 7
FLOAT
Integrationszeit 7 [s]
10E-3
Integrationszeit 8
FLOAT
Integrationszeit 8 [s]
20E-3
MWPC INTEGRATION STRUCT MWPC Definition Integrationszeitfenster
Anzahl
USINT
Anzahl Integrationszeitfenster. Max. 16 möglich
16
Integration 1
FLOAT
Integration 1 [s]
100E-6
Integration 2
FLOAT
Integration 2 [s]
200E-6
Integration 3
FLOAT
Integration 3 [s]
500E-6
Integration 4
FLOAT
Integration 4 [s]
1E-3
Integration 5
FLOAT
Integration 5 [s]
2E-3
Integration 6
FLOAT
Integration 6 [s]
5E-3
Integration 7
FLOAT
Integration 7 [s]
10E-3
Integration 8
FLOAT
Integration 8 [s]
20E-3
Integration 9
FLOAT
Integration 9 [s]
50E-3
Integration 10
FLOAT
Integration 10 [s]
100E-3
Integration 11
FLOAT
Integration 11 [s]
200E-3
Integration 12
FLOAT
Integration 12 [s]
500E-3
Integration 13
FLOAT
Integration 13 [s]
1.0
Integration 14
FLOAT
Integration 14 [s]
2.0
Integration 15
FLOAT
Integration 15 [s]
5.0
Integration 16
FLOAT
Integration 16 [s]
6.0
MWPC
STRUCT MWPC Definition Messbereiche
Integrationszeitfenster
MESSBEREICH
Anzahl Messbereiche
USINT
Anzahl Messbereiche. Max. 16 möglich
16
Messbereich 1
FLOAT
Messbereich 1 [A]
5E-6
Messbereich 2
FLOAT
Messbereich 2 [A]
2.5E-6
Messbereich 3
FLOAT
Messbereich 3 [A]
1E-6
Messbereich 4
FLOAT
Messbereich 4 [A]
500E-9
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96
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Messbereich 5
FLOAT
Messbereich 5 [A]
250E-9
Messbereich 6
FLOAT
Messbereich 6 [A]
100E-9
Messbereich 7
FLOAT
Messbereich 7 [A]
50E-9
Messbereich 8
FLOAT
Messbereich 8 [A]
25E-9
Messbereich 9
FLOAT
Messbereich 9 [A]
10E-9
Messbereich 10
FLOAT
Messbereich 10 [A]
5E-9
Messbereich 11
FLOAT
Messbereich 11 [A]
2.5E-9
Messbereich 12
FLOAT
Messbereich 12 [A]
1E-9
Messbereich 13
FLOAT
Messbereich 13 [A]
500E-12
Messbereich 14
FLOAT
Messbereich 14 [A]
250E-12
Messbereich 15
FLOAT
Messbereich 15 [A]
100E-12
Messbereich 16
FLOAT
Messbereich 16 [A]
83E-12
Messbereich 1
FLOAT
Messbereich 1 Genauigkeit [%]
FLOAT
Messbereich 2 Genauigkeit [%]
FLOAT
Messbereich 3 Genauigkeit [%]
FLOAT
Messbereich 4 Genauigkeit [%]
FLOAT
Messbereich 5 Genauigkeit [%]
FLOAT
Messbereich 6 Genauigkeit [%]
FLOAT
Messbereich 7 Genauigkeit [%]
FLOAT
Messbereich 8 Genauigkeit [%]
FLOAT
Messbereich 9 Genauigkeit [%]
FLOAT
Messbereich 10 Genauigkeit [%]
FLOAT
Messbereich 11 Genauigkeit [%]
FLOAT
Messbereich 12 Genauigkeit [%]
Genauigkeit
Messbereich 2
Genauigkeit
Messbereich 3
Genauigkeit
Messbereich 4
Genauigkeit
Messbereich 5
Genauigkeit
Messbereich 6
Genauigkeit
Messbereich 7
Genauigkeit
Messbereich 8
Genauigkeit
Messbereich 9
Genauigkeit
Messbereich 10
Genauigkeit
Messbereich 11
Genauigkeit
Messbereich 12
Genauigkeit
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Messbereich 13
Version 1.06 30.04 2004
FLOAT
Messbereich 13 Genauigkeit [%]
FLOAT
Messbereich 14 Genauigkeit [%]
FLOAT
Messbereich 15 Genauigkeit [%]
FLOAT
Messbereich 16 Genauigkeit [%]
FLOAT
Absolute Gitter Ursprung Koordinate X [mm]
FLOAT
Absolute Gitter Ursprung Koordinate Y [mm]
FLOAT
Gitter Ursprung Koordinate X relativ zu absoluter
Genauigkeit
Messbereich 14
Genauigkeit
Messbereich 15
Genauigkeit
Messbereich 16
Genauigkeit
Absolute Gitter
Koordinate X
Absolute Gitter
Koordinate Y
Relative Gitter
Koordinate X
Relative Gitter
Koordinatenangabe [mm]
FLOAT
Koordinate Y
Dimension Drahtgitter
Gitter Ursprung Koordinate Y relativ zu absoluter
Koordinatenangabe [mm]
FLOAT
Dimension des Drahtgitters in Koordinatenrichtung X [mm]
70.0
FLOAT
Dimension des Drahtgitters in Koordinatenrichtung Y [mm]
70.0
USINT
Anzahl aktiver Messdrähte
0: 32 Messdrähte pro X-
Koordinate X
Dimension Drahtgitter
Koordinate Y
Anzahl Messdrähte
/Y-Achse
1: 64 Messdrähte pro X/Y-Achse
Drahtabstand für 64
FLOAT
Drahtmittenabstand bei Nutzung von 64 Drähten [mm]
1.1
FLOAT
Drahtmittenabstand bei Nutzung von 32 Drähten [mm]
1.1
Drähte
Drahtabstand für 32
Drähte
Messmode SD-Gerät
Messmode
USINT
Messmode 1, 2, 3, 4 oder 5. Näheres siehe Kapitel 7.1.4.1
1/2/3/4/5
allg. Konfiguration SD-Gerät
Fehlermonitoring SDGerät
BOOL
SD-Gerät führt in Zustandsmaschine keinen Übergang nach
0/1
Fehlerzustand durch, falls Flag disabled
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98
Pflichtenheft Strahldiagnose
Reply Broadcast Msg
Version 1.06 30.04 2004
BOOL
SD-Gerät sendet Acknowledge auf Strahlanforderung
0/1
(Broadcast Msg)
Konfiguration zeitaufgelöste Messwerterfassung
Anwahl zeitaufgelöste
BOOL
Anwahl Modus zeitaufgelöste Messwerterfassung
Messwerterfassung
0: keine zeitaufg.
Messwerterf. / 1:
zeitaufg. Messwerterf.
Konfiguration zeitaufgelöste Messwerterfassung
Aktivierung
BOOL
Messwerterfassung
Freigabe Übergabe
BOOL
Freigabe für Senden Daten der zeitaufgelösten
0/1
Messwerterfassung an BKS
USINT
Messwerterfassung
Anzahl Messpunkte in
0/1
Komplett, nicht für einzelne Messwerte
Messwerte an BKS
Abtastzeit
generelle Aktivierung der zeitaufgelösten Messwerterfassung.
Abtastzeit der Messwerterfassung. Zeitverzug zwischen
1000
Aufnahme von 2 Messwerten [us]
USINT
Messwertbuffer
Anzahl der Messpunkte in Buffer für zeitaufgelöste
5000
Messwerterfassung. Maximal 25000 Samples möglich
Konfiguration zyklische Messwerterfassung
Aktivierung
BOOL
Messwerterfassung
Freigabe Übergabe
0/1
Komplett, nicht für einzelne Messwerte
BOOL
Messwerte an BKS
Anzahl Messpunkte
generelle Aktivierung der zyklischen Messwerterfassung.
Freigabe für Senden Daten der zyklischen Messwerterfassung
0/1
an BKS
USINT
Anzahl der Einträge in Buffer für jede Übertragung (für jede
Messwertbuffer pro
Message) einer zyklischen Messwertübertragung. Maximal
Abschnitt
1000 Samples pro zyk. Message möglich
100
Konfiguration Standard Messwerterfassung (Snap Shots)
Aktivierung
BOOL
Messwerterfassung
Freigabe Übergabe
generelle Aktivierung der Standard Messwerterfassung.
0/1
Komplett, nicht für einzelne Messwerte
BOOL
Messwerte an BKS
Freigabe für Senden Daten der Standard Messwerterfassung
0/1
an BKS
Versionierung, Checksum
Versionskennung
Checksum
USINT
Versionskennung Stammdaten
DWORD Checksumme über komplette Geräte-Stammdaten
10
0x12345678
Tabelle 48: Profilmessung, Geräte-Stammdaten
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99
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Abhängig von der Geräteklasse werden allgemeine Einstellungen für jedes SD-Gerät durch
vorstehenden Satz an Stammdaten definiert. Die Struktur der Geräte-Stammdaten ist für alle SDGeräte der vorliegenden Geräteklasse identisch. Die Inhalte können sich für verschiedene Instanzen
innerhalb der Geräteklasse aber durchaus unterscheiden.
Die bei den PG’s getroffene Auswahl der Messbereiche entspricht einer Anwahl des
Integrationszeitfensters für die PG-I/U-Wandler (Kodierung an Port B: D[0..7] = 00001010) von 500 μs.
7.1.5.2 SD-Geräte-Parameter
Geräte-Parameter Profilmessung
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
allg. Definitionen
Max. Anzahl
USINT
Maximale Anzahl Messungen im Fastmode
25
Messungen Fastmode
Versionierung, Checksum
Versionskennung
Checksum
USINT
Versionskennung Parameter
DWORD Checksumme über komplette Geräte-Parameter
10
0x12345678
Tabelle 49: Profilmessung, Geräte-Parameter
Abhängig von der Geräteklasse werden spezielle Einstellungen für jedes SD-Gerät durch
vorstehenden Satz an Parametern definiert. Die Struktur der Geräte-Parameter ist für alle SD-Geräte
der vorliegenden Geräteklasse identisch. Die Inhalte können sich für verschiedene Instanzen
innerhalb der Geräteklasse aber durchaus unterscheiden.
7.1.5.3 MEFI-Steuerwertdaten
Das Messdatenerfassungs-System empfängt von dem BKS alle, für das System relevanten MEFISteuerwertdatensätze. Die Steuerdaten für die DCU-SD sind im Kapitel 7.1.3.3 erfasst.
Die SD-Geräte der Geräteklasse Profilmessung sind von folgenden MEFI-Parametern abhängig:
-
Intensität
-
Ionensorte
-
Fokus
Aufbau MEFI-Steuerwertdatensatz Profilmessung
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
Datenstruktur für MEFI Definitionen
Parameter E
USINT
Energie [1...DimE]
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200
100
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Parameter F
USINT
Fokus [1...DimF]
3
Parameter I
USINT
Intensität [1...DimI]
2
Parameter S
USINT
Ionensorte [1...DimS]
1
Parameter G
USINT
Gantrywinkel [0...DimG] für 0...360 Grad
15
Parameter Z
USINT
Strahlziel [1...DimZ]
1
Parameter Q
USINT
Quelle [1...DimQ]
1
STEUERWERT-
STRUCT Inhalt / Nutzdaten MEFI-Steuerwertdatensatz. Datensatz[0]
DATENSATZ
PG Messbereich
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Index für Definitionen in
1
Gerätestammdaten
PG Integrationszeit
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Index für Definitionen in
1
Gerätestammdaten
MWPC
USINT
Integrationszeitfenster
Array[MaxSDGeräte]. Index für Definitionen in
0
Gerätestammdaten
Standard Messwerterfassung (Snap Shots)
MESSWERT-1
STRUCT Datenstruktur für Element MESSWERT-1
Enableflag
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Enableflag Messwerterfassung
1
Delaytime
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Verzögerungszeit [us]
0
MESSWERT-2
STRUCT Datenstruktur für Element MESSWERT-2
Enableflag
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Enableflag Messwerterfassung
0
Delaytime
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Verzögerungszeit [us]
0
Datenkennung pro Steuerwertdatensatz
Set-Id
USINT
Datenkennung Steuerwertdatensatz Stufe 3: Set-Id
789
Datenkennung, Checksum pro Ionensorte
Machine-Id
USINT
Datenkennung Steuerwertdatensatz Stufe 1: Machine-Id,
123
Parameter M
Device-Id
Checksum
USINT
Datenkennung Steuerwertdatensatz Stufe 2: Device-Id
DWORD Checksumme über alle MEFI-Steuerwertdatensätze einer
456
0x123456
Ionensorte
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Prüfsumme
Checksum
DWORD Checksumme über alle MEFI-Steuerwertdatensätze des ndimensionalen Parameterraums
0x123456
Tabelle 50: Profilmessung, MEFI-Steuerdatensatz
Jeder empfangene MEFI-Steuerwertdatensatz besteht strukturell aus einem Header und den
eigentlichen Nutzdaten. Der Header beinhaltet die MEFI-Parameter als eindeutige Kennzeichnung
innerhalb des BKS. Über diese Definition kann jeder Datensatz zugeordnet werden. Diese dienen
quasi als Maske, um aus einem maximal möglichen n-dimensionalen Parameterraum die für das
betroffene Gerät relevante, spezifische Dimensionierung des Parameterraumes zu ermitteln. Die
Angaben der MEFI-Parameter dienen hierbei als Indizes, um einen Datensatz einer vorgegebenen
Kombination an MEFI-Vorgaben eindeutig zuordnen zu können. Der vorgestellte Aufbau erlaubt:

die Übertragung des vollständigen Umfangs an MEFI-Steuerwertdatensätzen in Form eines
geschlossenen Datenstreams oder als sequentielle Anreihung der einzelnen
Steuerwertdatensätze

die Einzelübertragung beliebiger MEFI-Steuerwertdatensätze
Zur Erläuterung folgendes Beispiel: Ein Gerät sei abhängig von der Ionensorte S [1...4] sowie der
Intensität I [1...15]. Der komplette Vorrat an MEFI-Steuerwertdatensätzen für ein MDE-System besteht
aus einem 2-dimensionalen Parameterraum des Struktur (S[1...4], I[1...15]). Letztlich liegt ein 2dimensionales Array der Größe [4,15] vor, wobei jedes Element durch eine Struktur des Typs
’STEUERWERT-DATENSATZ’ repräsentiert wird. Über die Kennzeichnung von z.B. S = 2 und I = 3 ist
die Zuordnung des Datensatzes vorgegeben. Die Kennzahlen S, I geben den Index für die
Adressierung innerhalb des 2-dimensionalen Arrays vor. Jeder Datensatz kann bei einem Lese- oder
Schreibvorgang eindeutig zugeordnet werden.
Die für jedem MDE-System im Flash gehalten MEFI-Steuerwertdatensätze sind in einem ndimensionalen Parameterraum organisiert. Für alle relevanten Freiheitsgrade an M, E, F, I, S, G und Z
ist innerhalb des betroffenen MDE-Systems eine Datenstruktur oben dargestellten Aufbaus hinterlegt.
Der Aufbau ist stets identisch, die Inhalte sind in Abhängigkeit der MEFI-Parameter natürlich
unterschiedlich. Hinterlegt werden im Flash nur die Nutzdaten. Bevor die Abspeicherung erfolgt, wird
der Header entfernt. Der Header dient lediglich der Zuordnung des Datensatzes, beinhaltet aber keine
relevanten Informationen für eine Bestrahlung. Nach Erhalt der Strahlanforderung für die Verwendung
von MEFI-Steuerdaten (Broadcast Telegramm) wird auf Basis der übergebenen MEFI-Parametern
genau der eine, eindeutige Steuerwertdatensatz aus dem verfügbaren Vorrat an Datensätzen
ermittelt.
7.1.5.4 Steuerwertdaten Referenz-VAcc’s bzw. VAcc
Das Messdatenerfassungs-System empfängt von dem BKS alle, für das System relevanten VAccSteuerwertdatensätze. Die Steuerdaten für die DCU-SD sind im Kapitel 7.1.3.3 erfasst.
Aufbau Referenz-VAcc, VAcc Steuerwertdatensatz Profilmessung
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
Datenstruktur für Definitionen virtueller Beschleuniger
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Nummer VAcc
STEUERWERT-
Version 1.06 30.04 2004
USINT
Nummer des Referenz-VAcc’s [1...10] bzw. VAcc[11...255]
2
STRUCT Inhalt / Nutzdaten VAcc-Steuerwertdatensatz
DATENSATZ
PG Messbereich
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Index für Definitionen in
1
Gerätestammdaten
PG Integrationszeit
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Index für Definitionen in
1
Gerätestammdaten
MWPC
USINT
Integrationszeitfenster
Array[MaxSDGeräte]. Index für Definitionen in
0
Gerätestammdaten
Standard Messwerterfassung (Snap Shots)
MESSWERT-1
STRUCT Datenstruktur für Element MESSWERT-1
Enableflag
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Enableflag Messwerterfassung
1
Delaytime
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Verzögerungszeit [us]
0
MESSWERT-2
STRUCT Datenstruktur für Element MESSWERT-2
Enableflag
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Enableflag Messwerterfassung
0
Delaytime
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Verzögerungszeit [us]
0
Attribute
SD-Gerät aktiv
BOOL
Array[MaxSDGeräte]. Definition ob SD-Gerät von
0: inaktiv / 1: aktiv
Strahlanforderung betroffen ist. Inaktiv, falls SD-Gerät zwar in
Gruppe, aber willentlich aus Zyklus herausgenommen wird
Konfiguration Modus Messwerterfassung (zyklisch, Standard)
Modus
USINT
Messwerterfassung
Array[MaxSDGeräte]. Anwahl Modus Messwerterfassung
0: keine Messwerterf.
(zyklisch, Standard)
(zyklisch, Standard) / 1:
nur zyklische
Messwerterf. / 2: nur
Standard Messwerterf. /
3: zyklische und
Standard Messwerterf.
Konfiguration zyklische Messwerterfassung
Abtastzeit
USINT
Messwerterfassung
Anzahl Messpunkte
über kompletten
Array[MaxSDGeräte]. Abtastzeit der Messwerterfassung.
1000
Zeitverzug zwischen Aufnahme von 2 Messwerten [us]
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Anzahl der Abtastungen für gesamten
10000
Zeitraum der zykl. Messwerterfassung. Die Gesamtzahl der
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Zeitraum
Version 1.06 30.04 2004
Messpunkte wird angegeben. Hieraus ergibt sich die
komplette Messperiode und implizit die Anzahl der zykl.
Messages
Tabelle 51: Profilmessung, Referenz-VAcc, VAcc Steuerdatensatz
Für alle virtuellen Beschleuniger (VAcc 1 – VAcc 10) mit den inhaltlichen Vorgaben zur Attributierung
von MEFI-Steuerwertdatensätzen ist eine Datenstruktur oben dargestellten Aufbaus hinterlegt. Der
Aufbau ist stets identisch, die Inhalte können in Abhängigkeit der Definition des virtuellen
Beschleunigers natürlich unterschiedlich sein. Nach Erhalt der Strahlanforderung für einen MEFISteuerwertdatensatz wird auf Basis der übergebenen Nummer des Referenz-VAcc’s genau der eine,
eindeutige Datensatz aus dem verfügbaren Vorrat an Datensätzen der Referenz-VAcc’s ermittelt.
Diese sind im Flash mit den Nummern VAcc 1 bis VAcc 10 hinterlegt. Inhaltlich sind aus den
Referenz-VAcc’s ausschließlich die Attribute interessant. Die Steuerwerte selbst werden den MEFISteuerwertdatensätzen entnommen. Der Aufbau der Referenz-VAcc’s entspricht exakt den virtuellen
Beschleunigern. Dies wurde aus Gründen der Vereinheitlichung so festgelegt.
Jeder empfangene Steuerwertdatensatz eines virtuellen Beschleunigers besteht strukturell aus einem
Header und den eigentlichen Nutzdaten. Der Header beinhaltet die Nummer des VAcc’s als
eindeutige Kennzeichnung innerhalb des BKS. Über diese Definition kann jeder Datensatz zugeordnet
werden. Die Angaben der Nummer des virtuellen Beschleunigers dient hierbei als Index, um einen
Datensatz eindeutig referenzieren zu können. Der vorgestellte Aufbau erlaubt:

die Übertragung des vollständigen Umfangs an Steuerwertdatensätzen für alle VAcc’s in Form
eines geschlossenen Datenstreams oder als sequentielle Anreihung der einzelnen
Steuerwertdatensätze

die Einzelübertragung beliebiger Steuerwertdatensätzen virtueller Beschleuniger
Für alle virtuellen Beschleuniger ist eine Datenstruktur oben dargestellten Aufbaus hinterlegt. Der
Aufbau ist stets identisch, die Inhalte können in Abhängigkeit der Definition des virtuellen
Beschleunigers natürlich unterschiedlich sein. Nach Erhalt der Anforderung für einen virtuellen
Beschleuniger, wird auf Basis der übergebenen Nummer genau der eine, eindeutige
Steuerwertdatensatz aus dem verfügbaren Vorrat an Datensätzen der virtuellen Beschleuniger
ermittelt. Hinterlegt werden im RAM nur die Nutzdaten. Z.Zt. sind maximal 256 virtuelle Beschleuniger
vorgesehen. Die VAcc’s bis zur Nummer 10 sind fest vergeben (Referenz-VAcc’s in Flash). Der VAcc
mit der Nummer 0 wird als Datensatz für den LINAC Stabilitätspuls reserviert.
7.1.5.5 Messdaten
Für jeden vom Kontrollsystem zur Messung im Normalmode ausgewählten Messkanal wird unten
beschriebener Messdatensatz an das Kontrollsystem versandt. Die Anzahl der Messdatensätze ist
abhängig von der angewählten Anzahl der Messkanäle des Profilmessungs-Steuergeräts.
Im Fastmode werden nur Daten eines Kanals übertragen (siehe Kapitel 7.1.4). Die Anzahl der
Messdatensätze wird durch die Anzahl der Messungen bestimmt. Im Normalmode findet für die
angewählten Kanäle jeweils eine Messung pro Anlagenzyklus statt.
Profilmessung: Messwerte für ein PG/MWPC
Name
Format
Beschreibung
DATA_STATUS_
STRUCT
Allgemeiner Datenstatus, ist in 6.8.1.1 beschrieben.
Beispielwerte
Gerätespezifische Kodierungen sind in 7.1.9.2
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104
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
beschrieben.
STRUCT
Drahtstrom-
ARRAY[2] [64] of
Erfasste Drahtströme in mA pro PG / MWPC entweder 32
Messwerte
FLOAT
oder 64 Drähte. Je in X- und in Y-Richtung
Anzahl aktiver
USINT
Anzahl der aktiven Messdrähte, Übernahme des
Gerätestammdatums
Messdrähte
Drahtabstand
FLOAT
Abstand der Drähte zueinander, Übernahme des
Gerätestammdatums
Abs. Ursprungs-
FLOAT
Abs. Ursprungs-
FLOAT
FLOAT
Angabe der relativen Ursprungs-Koordinate X, Übernahme
des Gerätestammdatums
Koordinate X
Rel. Ursprungs-
Angabe der absoluten Ursprungs-Koordinate Y,
Übernahme des Gerätestammdatums
Koordinate Y
Rel. Ursprungs-
Angabe der absoluten Ursprungs-Koordinate X,
Übernahme des Gerätestammdatums
Koordinate X
FLOAT
Koordinate Y
Angabe der relativen Ursprungs-Koordinate Y, Übernahme
des Gerätestammdatums
Tabelle 52: Profilmessung, Messdaten
Die Übertragung der Messwertdaten an die Ablaufsteuerung erfolgt separat für jedes SD-Gerät.
Die Anzahl der in jedem Messdatensatz enthaltenen Messwerte ist abhängig von der Wahl des Modus
der Messwertdatenerfassung (zeitaufgelöste Messwertdatenerfassung/Messwertspeicherung,
zyklische Messwertdatenerfassung, Standard-Messwerterfassung) und der zugehörigen Konfiguration
für die Anzahl der Messpunkte. Details bzgl. der verschiedenen Modi an Messwertdatenerfassung
können Kapitel 6.2.5 entnommen werden.
7.1.6 Ablauf Geräteansteuerung
Der Ablauf der Geräteansteuerung des Gesamtsystems aus Datenvorverarbeitung und MDE
"Profilmessung" umfasst folgende Zustandsgruppen:
1. Einschalten (Datenvorverarbeitung und Controller): Eine Überprüfung dieses Zustandes
("Powerbit") ist nicht vorgesehen.
2. Reset MDE
3. Initialisierung des MDE-Systems
4. Warten auf Broadcast und Initialisierung des angeschlossenen Steuergeräts entsprechend den
Vorgaben des Broadcast-Telegramms
5. Aufnahme der Messdaten
6. Berechnung nach Aufnahme der Messdaten
7. Genereller Fehlerfall
In den Zuständen 1und 2 gibt es keine Wechselwirkung der MDE mit dem KS.
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Abbildung 14: Profilmessung, Geräteansteuerung
Die dargestellte Zustandsmaschine gibt eine vorläufige und noch unvollständige Strukturierung der
Geräteansteuerung wieder. Eine abschliessende Detaillierung wird während der Implementierung
vorgenommen.
7.1.7 Verarbeitung Messdaten
Die von dem Profilmessungs-Steuergerät empfangenen Werte werden von der technischen Größe in
die physikalische Größe gewandelt. Der maximale technische Bereich des vom Steuergerät
empfangenen Wertes und weitere relevante Größen sind in den Gerätestammdaten enthalten. Der
einzustellende Messbereich wird dem Messdatenerfassungs-System über einen MEFISteuerdatensatz oder über einen virtuellen Beschleuniger mitgeteilt. Die in Kapitel 7.1.5.5
eingetragenen Werte ergeben sich aus der linearen Beziehung:
phys. Wert = techn. Messwert x eingestellter Messbereich / Techn. Wert Vollausschlag + Offset
7.1.8 Testfunktion
Die Testfunktion für das Profilmessungs-Steuergerät wird durch eine Betriebsartenvorwahl an der
Ablaufsteuerung ausgelöst. In der Betriebsart Test werden die Eingänge des Analoggerätes der VorOrt-Elektronik mit einem kammartigen Stromsignal aus dem Profilmessungs-Steuergerät
beaufschlagt. Das Test-Strommuster ist fest im Profilmessungssteuergerät eingeprägt. Das
Stromverhältnis benachbarter Drähte ist dabei im Verhältnis 1:2 und muss von der nachgeschalteten
Elektronik korrekt dargestellt werden zum Nachweis der Funktion.
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Ablaufsteuerung
LAN

Anwahl
Testfunktion
 manueller Start
Test
PM-MDE-System

DCU-SD
Setzen Modi
Testsignal
 manueller Start
Test
getriggerter Start Test
PM-Steuergerät
Start Test
Testsignal
Abbildung 15: Profilmessung, Testfunktionen
Die Testfunktion erlaubt nur eine Aussage über die fehlerfreie Funktion der Vor-Ort-Elektronik und des
Profilmessungs-Steuergeräts. Die Diagnose des Detektors (PG/MWPC) ist mit der Testfunktion nicht
möglich.
Der Test kann sowohl über die Triggersignale der DCU-SD gestartet werden als auch über manuelle
Anforderung von der Operating Ebene des BKS. Der Zusammenhang zwischen manuellem bzw.
getriggerten Start ist im Dokument /18/ näher dargestellt.
7.1.9 Fehler- und Statusverarbeitung
Die Informationen des Geräte- und Datenstatus werden vom Steuergerät über den Statusport
ausgelesen. Das Timing und die Kodierung der Informationen sind in der Beschreibung des PG /
MWPC-Steuergeräts im Dokument /18/ enthalten. Die Statusinformationen werden über Steuerkommandos sequenziell am Statusport abgefragt. Die Statusinformationen werden in der
Messdatenerfassung dekodiert. Im Folgenden sind Statusinformationen, unterschieden nach
Gerätestatus und Datenstatus, aufgeführt. Jeder Geräte- oder Datenstatus wird separat für jeden der
acht Messkanäle (für jedes der SD-Geräte) ermittelt.
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7.1.9.1 Gerätestatus
In dem allgemeinen Gerätestatus, erläutert in Kapitel 6.3.4.2, ist ein bitcodiertes Statusword für die
gerätespezifischen Statusinformationen enthalten. Für die Geräte der Geräteklasse Profilmessung
sind folgende Informationen über den klassenspezifischen Gerätestatus abgebildet:
Aufbau des Statusword innerhalb des Gerätestatus
Name
Bit in
Statusword
[SD-Gerät]
Beschreibung
Beispielwerte
PowerOn
Bit 0
Versorgungsspannung Aus/Ein
0/1
I-On
Bit 1
Messung 0: I/U-Wandler / 1: Integrator (Unterscheidung ist
0/1
hardwaremässig vorgegeben)
WireCnt
Bit 2
Drahtanzahl 0: 2*32: / 1: 2*64
0/1
Tabelle 53: Profilmessung, Gerätespezifischer Gerätestatus
Die Statusinformationen werden als Bestandteil des allgemeinen Statustelegramms für jedes SDGerät separat verwaltet.
Die Zustandsnummer ist die kodierte Information, ob sich das SD-Gerät im Zustand:
-
Testmode (Normal, Fast)
-
Messmode (Normal, Fast)
-
Elektronik Lokalbetrieb / Remotebetrieb
befindet. Die Zustandsnummer ist Bestandteil des allgemeinen Teils des Gerätestatus Telegramms.
Siehe hierzu Kapitel 6.3.4.2.
7.1.9.2 Datenstatus
Der Aufbau der Datenstatus-Struktur ist im Kapitel 6.8.1.1 beschrieben. Im Folgenden ist die
gerätespezifische Belegung des Statusword aufgeführt.
Aufbau des Statusword innerhalb des Datenstatus
Name
Bit in
Statusword
Beschreibung
Beispielwerte
ChannelNo
Bit 0...Bit 2
Mess-Kanalnummer: Binär kodierte Information der
000..111
Kanalnummer von 1...8
OverloadADC
Bit 3
Endbereich des ADC wurde während des Messzyklus
0/1
erreicht. Die Information wird vor dem nächsten Messzyklus
rückgesetzt.
Itime
Bit 4...Bit 7
Integrationszeit: Binär kodierte Information der eingestellten
0000…1110
Integrationszeit
Range
Bit 8...Bit 11
Messbereich: Binär kodierte Information des eingestellten
0000…1100
Messbereichs
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StartDelay
Bit 12...Bit 17
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Startverzögerung: Binär kodierte Information der
000000
Startverzögerung. Optional vorgesehen. Diese Funktionalität
der PG/MWPC wird z. Zt. nicht benutzt.
Tabelle 54: Profilmessung, Gerätespezifischer Datenstatus
7.1.9.3 Zyklische Meldungen
Die Messdatenerfassungs-Systeme senden zyklisch und bei Änderung der Inhalte den Gerätestatus
an die Ablaufsteuerung. Das Gerätestatus-Telegramm kann von der Ablaufsteuerung als das Lebenszeichen des sendenden Messdatenerfassungs-Systems genutzt werden. Die Inhalte des Gerätestatus-Telegramms werden in Kapitel 6.3.4.2 erläutert.
7.1.9.4 Fehlermeldungen
Der Aufbau des Fehler-Telegramms und die Sendehäufigkeit sind im Kapitel 6.3.4.4 beschrieben.
Eine detaillierte Festlegung der Fehlermeldungen und deren Kodierung im Telegramm wird im Laufe
der Implementierung getroffen.
7.1.10 Anforderung an Verarbeitung der Daten im Beschleuniger KS
Das Messdatenerfassungs-System sendet an die Ablaufsteuerung des BKS die in Kapitel 7.1.5.5
beschriebenen Messwertdaten. Bis auf die Umrechnung in physikalische Einheiten, wird im
Messdatenerfassungs-System keine weitere Vorverarbeitung der Daten vorgenommen.
Nachfolgend sind die Anforderungen an die Darstellung der Daten auf der Operating-Ebene des BKS
zusammengefasst:
-
Darstellung des Strahlprofils als vertikaler und/oder horizontaler Schnitt (je 32/64 Drähte), d.h.
I(x,yc), I(xc,y), mit xc, yc jeweils konstant
-
Gleichzeitige Darstellung mehrerer Profilgitter
-
Gleichzeitige Darstellung aktueller Werte und archivierter Daten von Profilgitter / MWPC
7.1.11 Handbedienebene für die Geräteklasse
Ein Messdatenerfassungs-System kann per Anwahl in den MDE-System-Stammdaten (siehe hierzu
Kapitel 6.3.3.11) in einen Handbedien-Modus versetzt werden. Zielsetzung ist es hierbei, das
Messdatenerfassungs-System unbeeinflusst von Kommandos der Ablaufsteuerung zu betreiben. Der
Operateur hat über ein lokales Bedienterminal die Möglichkeit, sich die unten aufgeführten Werte
anzeigen zu lassen bzw. die SD-Geräte des Messdatenerfassungs-System zu bedienen. Die
Einbindung der Handbedienebene ist in Kapitel 6.10 beschrieben.
Folgende Daten müssen auf einem lokalen Bedienterminal angezeigt werden:
-
Gerätestammdaten des ausgewählten SD-Geräts
-
Geräteparameter des ausgewählten SD-Geräts
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-
Nomenklatur der DCU, welche das SD-Gerät ansteuert
-
Werte des aktuellen virtuellen Beschleunigers
-
Aktuell eingestellter Messbereich
-
Darstellung des aktuellen Gerätestatus (Messung, Test, Messmode)
-
Messwerte
-
Darstellung des aktuellen Datenstatus
Parallel zu den oben aufgeführten Anzeigeelementen muss der Status des zugehörigen
Pressluftantriebs, der Hochspannungs-Versorgung und des Gasflusswächters angezeigt werden.
Auf dem lokalen Bedienterminal müssen dem Operateur folgende Eingabemöglichkeiten zur
Verfügung stehen:
-
Verändern der Gerätestammdaten des ausgewählten SD-Geräts
-
Verändern der Geräteparameter des ausgewählten SD-Geräts
-
Setzen des Messbereichs
-
Setzen der Betriebsart (Messung, Test, Messmode)
-
Reset des Messdatenerfassungs-Systems
-
Initialisierung des Messdatenerfassungs-Systems
Parallel zu den oben aufgeführten Anzeige- und Eingabeelementen muss der dem jeweiligen SDGerät zugehörige Pressluftantrieb und die Hochspannungs-Versorgung bedienbar sein.
Bedienung und Visualisierung des Pressluftantriebs bzw. der Hochspannungs-Versorgung sowie
Darstellung von Statusinformationen des Gasflusswächters erfolgen mittels eines separaten
Applikationsprogramms.
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7.2
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Geräteklasse Ereigniszählung (SD-EC)
Die Geräteklasse Ereigniszählung beinhaltet die SD-Geräte Szintillationszähler (SZ),
Strahlverlustmonitor (BLM) und Ionisationskammer (IC). Die Varianten der Geräteklasse untergliedern
sich in diese drei genannten Gerätetypen.
Steuergerät
NIM-Crate
Meßstrom
BNC
Diskriminator
Philips 710
Diskriminator
Philips 710
Diskriminator
Philips 710
6
Diskriminator
Philips 710
Meßstrom
BNC
Diskriminator
Philips 710
Diskriminator
Philips 710
Diskriminator
Philips 710
Diskriminator
Philips 710
5
Diskriminator
Philips 710
Meßstrom
BNC-Kabel
Diskriminator
Philips 710
Diskriminator
Philips 710
2x
<1MHz
PXI-Crate
Timing-DCU
Philips 726
NIM / TTL Converter
<1MHz
Philips 726
NIM / TTL Converter
Kab.
Adapt.
(CO1A)
<1MHz
Philips 726
NIM / TTL Converter
<1MHz
Philips 726
NIM / TTL Converter
68pol.
<1MHz
Philips 726
NIM / TTL Converter
<1MHz
Philips 726
NIM / TTL Converter
<1MHz
Philips 726
NIM / TTL Converter
<1MHz
Kab.
Adapt.
(CO2A)
Philips 726
NIM / TTL Converter
<1MHz
Philips 726
NIM / TTL Converter
68pol.
<1MHz
Philips 726
NIM / TTL Converter
1x
I/O-Modul
Fa. NI. PXI6508
(IO11)
1x
I/O-Modul
Fa. NI. PXI6508
(IO10)
1x
I/O-Modul
Fa. NI. PXI6508
(IO9)
11 x Test:
LED
13x Test
Relaistreib.
Netzteil
I
Gasflus
wächter
13
Meßstrom
Gasflus
wächter
I
Kab.
Adapt.
(CO3A)
f
Kopfverstärker
Fa. Seleon
Signal & Steuerleitung
(H1DI1I V1)
Signal differentiel NIM (RS485)
Netzteil
Meßbereich
Status Overflow 90%
Polarität Puls
Test Funktion
Netzteil
ID-Meldung
Pegelwandl.
diff. NIM
(RS485) TTL
Bereichsanwahl
Testsignalauslös.
Status
1x Karte
Counter
Fa. NI PXI6602
(CO2)
<1MHz
Philips 726
NIM / TTL Converter
Zählerinterface &
Signalanpassung
Meßstrom
1x Karte
Counter
Fa. NI PXI6602
(CO1)
68pol.
1x Karte
Counter
Fa. NI PXI6602
(CO3)
2x
13
Kab.
Adapt.
(CO4A)
68pol.
1x Karte
Counter
Fa. NI PXI6602
(CO4)
Eckelmann AG
f
Kopfverstärker
Fa. Seleon
(G3DI5I V13)
13x
Netzteil
Elektronikraum
vor
Ort
(Verwendungsbereich)
(Zul. Abw.)
(Oberfl.)
Maßstab 1:1
(Gewicht)
(Werkstoff, Halbzeug)
(Rohteil-Nr)
(Modell- oder Gesenk-Nr)
Datum
Bearb. 19.11.03
Gepr. 00.00.00
Norm
25pol. Kabel
Gasflußalarmwird zur Redundanz
auch zu den MWPC I/Os
geführt!
Name
CM
CM
Zähler
Blatt
14/18/19.v2
Zust.
Änderung
Datum Name Ursprung
Ersatz für:
Blätter
Ersatz durch:
Abbildung 16: Geräteklasse Ereigniszählung
7.2.1 Varianten
Ereigniszählung, Varianten
Bezeichnung
Anzahl
SDGeräte
Nomenklaturen der MessdatenSD-Geräte
erfassungsSystem
Bemerkung
Variante Szintillationszähler (SZ)
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Szintillationszähler (SZ)
Version 1.06 30.04 2004
5
H1DI1P, B1DI3P,
ERCDEC1
-/-
B2DI3P, G3DI5P,
B4DI2P
Variante Strahlverlustmonitor (BLM)
Strahlverlustmonitor
6
(BLM)
S0DL1, S0DL2, S0DL3, ERCDEC1
Das zeitliche Messfenster
S0DL4, S0DL5, S0DL6
unterscheidet die Variante BLM zu
den anderen Varianten.
Variante Ionisationskammer (IC)
Ionisationskammer (IC)
13
H1DI1I, H1DI2I,
ERCDEC1
Zusätzliche Eigenschaften:
B1DI2I, B1DI3I, H2DI2I,
- Einstellung Messbereich
B2DI2I, B2DI3I, H3DI3I,
- Status Gasfluss
B3DI2I, B3DI3I,
- Status Messbereichs-
G3DI3I, G3DI5I, B4DI2I
überschreitung
Die IC benötigt eine separate
Messdatenaufbereitung (siehe
7.2.7.1)
Tabelle 55: Ereigniszählung, Varianten
Bei allen Varianten ist die Messdatenerfassung und die Selbsttestfunktion einheitlich.
7.2.2 Funktionsbeschreibung Varianten
7.2.2.1 Szintillationszähler (SZ)
Der Szintillationszähler (SZ) ist ein Strahldiagnose-Gerät des Typs II, also strahlzerstörend. Der SZ
wird im Bereich der Hochenergiestrahlführung (HEBT), d.h. hinter dem Synchrotron eingesetzt. Durch
die höheren Energien wird der Ionenstrahl nicht vollständig im Detektor absorbiert, er wird durch die
Edelstahlfolien der Detektortasche aufgestreut. Der SZ wird dazu verwendet, die Anzahl der aus dem
Synchrotron extrahierten Teilchen über einen bestimmten Zeitraum zu ermitteln. Dabei passieren die
Teilchen eine dünne, dotierte Kunststoffplatte, welche die Eigenschaft hat, bei jedem
hindurchfliegenden Teilchen einen Lichtblitz durch Energieverlust/-übertragung zu erzeugen. Dieser
Lichtblitz wird über einen Kunststofflichtleiter an einen Photomultiplier (PMT) geführt und dort in einen
verstärkten, messbaren Strompuls von ca. 20ns Länge umgewandelt. Jedes Teilchen erzeugt einen
Lichtblitz, d.h. die Anzahl der Pulse entspricht der Anzahl der Teilchen. Ereignisse, bei denen zwei
oder mehrere Teilchen zur gleichen Zeit den Detektor passieren, erhöhen zwar die Pulshöhe, werden
jedoch nur als ein Teilchen gewertet. Mit Szintillatoren kann die Transmission vom Synchrotron bis
zum Behandlungsplatz ermittelt werden, d.h. die Bestimmung der Ionentransportverluste auf dem
Weg zum Bestrahlungsplatz.
Die von der Auswertungselektronik erzeugten Daten ergeben in der Darstellung einen Verlauf der
Anzahl der Teilchen pro Zeit am Ort des Detektors. Dieser Detektortyp wird bei niedrigen bis mittleren
Teilchenraten (10³ - 106 Teilchen/s) eingesetzt.
Zur Anwendung kommt der SZ während der Inbetriebnahme und bei der Fehlersuche bei
Strahlverlusten. Des weiteren wird er zur Kalibrierung der Ionisationskammern verwendet. Die
Ergebnisse dieser Messungen dienen zur quantitativen Beurteilung des Ionenstrahls. Während des
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Version 1.06 30.04 2004
Therapiebetriebs ist der SZ nicht im Einsatz, zur Diagnose wird der SZ mittels einer
Lineardurchführung (Pressluftantrieb) in den Strahlengang eingefahren.
7.2.2.2 Strahlverlustmonitor (BLM)
Der Strahlverlustmonitor (Beam Loss Monitor, BLM) ist ein Strahldiagnose-Gerät des Typs I, also nicht
strahlzerstörend. Der BLM wird außerhalb des Strahlrohrs im Raum des Synchrotrons und eventuell
im Bereich der Hochenergiestrahlführung (HEBT), d.h. hinter dem Synchrotron eingesetzt. Der BLM
wird auf einem transportablen Stativ montiert und an Stellen installiert, an denen man Strahlverluste
erwartet, die durch Fehleinstellungen der Maschine oder durch aperturbegrenzende Einbauten im
Synchrotron erzeugt werden können. Der BLM wird dazu verwendet, diese Verluste quantitativ zu
messen. Durch Optimierung der Strahlparameter können diese Verluste reduziert werden. Damit wird
die Anlage geschützt und die Transmission verbessert.
Trifft der Ionenstrahl durch eine Fehleinstellung auf das Strahlrohr oder andere Einbauten, so
entstehen sogenannte Sekundärreaktionen (Kernreaktionen). Dabei entsteht Strahlung (Alpha, Beta,
Gamma und Neutronen) außerhalb des Strahlrohrs, welche sich kegelförmig von ihrem
Entstehungsort ausbreitet. Der BLM wird innerhalb dieses Kegels installiert. Es kann nicht der
gesamte Verlust quantitativ erfasst werden, sondern lediglich ein Ausschnitt aus diesem. Durch
Reduzierung der Verluste sinkt automatisch auch die Zählrate des BLM.
Die Strahlung passiert dabei einen dotierten Kunststoffquader (20x20x75mm³, Szintillator), welcher
die Eigenschaft hat, bei jedem hindurchfliegenden Teilchen einen Lichtblitz durch Energieverlust/übertragung zu erzeugen. Der im Szintillator entstandene Lichtblitz wird direkt an einen
Photomultiplier (PMT) geführt und dort in einen verstärkten, messbaren Strompuls von ca. 20ns Länge
umgewandelt. Jedes Teilchen erzeugt einen Lichtblitz, d.h. die Anzahl der Strompulse entspricht der
Anzahl der Teilchen. Ereignisse, bei denen zwei oder mehrere Teilchen zur gleichen Zeit den Detektor
passieren, erhöhen zwar die Pulshöhe, werden jedoch nur als ein Teilchen gewertet.
7.2.2.3 Ionisationskammer (IC)
Die Ionisationskammer (Ionisation Chamber, IC) ist ein Strahldiagnose-Gerät des Typs II, also
strahlzerstörend. Die IC wird im Bereich der Hochenergiestrahlführung (HEBT), d.h. hinter dem
Synchrotron eingesetzt. Die IC bildet eine mechanische Einheit mit der Multiwire-ProportionalChamber, MWPC, auf welche hier nicht eingegangen wird. Durch die höheren Energien wird der
Ionenstrahl nicht vollständig im Detektor absorbiert, sondern wird durch die Edelstahlfolien der
Detektortasche aufgestreut. Die IC wird dazu verwendet, die Anzahl der aus dem Synchrotron
extrahierten Teilchen über einen bestimmten Zeitraum zu ermitteln. Dabei passieren die Teilchen eine
Anordnung von Folien, deren Zwischenraum mit Gas (Gemisch Ar/CO 2) gefüllt ist. An eine dieser
Folien wird Hochspannung angelegt, und somit ein elektrisches Feld erzeugt. Der Ionenstrahl ionisiert
beim Hindurchfliegen durch den Detektor das Gas. Dabei entstehen Elektronen und Sekundärionen,
welche durch das elektrische Feld entsprechend auf die Folien abgesaugt werden. Dadurch entsteht
ein messbarer Strom, welcher proportional zur Ionenstrahlintensität ist. Dieser Strom wird jeweils
einem elektronischen Konverter zugeführt, der ihn in eine proportionale Pulsrate umwandelt, welche
schliesslich mittels elektronischer Zähler ausgewertet wird.
Mit Ionisationskammern kann die Transmission vom Synchrotron bis zum Behandlungsplatz ermittelt
werden, d.h. die Bestimmung der Ionentransportverluste auf dem Weg zum Bestrahlungsplatz. Die
von der Auswertungselektronik erzeugten Daten ergeben in der Darstellung einen Verlauf der Anzahl
der Teilchen pro Zeit am Ort des Detektors. Dieser Detektortyp wird bei mittleren bis hohen
Teilchenraten (105 – 109 Teilchen/s) eingesetzt.
Zur Anwendung kommt die IC während der Inbetriebnahme und bei der Fehlersuche von Strahlver-
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Version 1.06 30.04 2004
lusten und eventuell bei der täglichen Qualitätssicherung. Die Ergebnisse dieser Messungen dienen
zur quantitativen Beurteilung des Ionenstrahls. Während des Therapiebetriebs ist die IC nicht im
Einsatz, zur Diagnose wird die IC/MWPC-Anordnung mittels einer Lineardurchführung
(Pressluftantrieb) in den Strahlengang eingefahren.
7.2.3 Hardware-Schnittstellen des Messdatenerfassungs-System
Nachfolgend sind alle Signale gelistet, welche zwischen NIM-Crate bzw. dem Zählerinterface und dem
Messdatenerfassungs-System für die Ereigniszählung ausgetauscht werden. Die Angaben zu den
Signalen der DCU-SD beinhalten alle Signale, die von der DCU-SD an die SD-Geräte und das MDESystem der vorliegenden Geräteklasse abgesetzt werden.
7.2.3.1 Digitale Status-Eingangssignale
Die unten aufgeführten Signale gelten für die Statussignale der I/F-Wandler, wie sie für die Variante IC
eingesetzt werden.
Ereigniszählung Digitale Status-Eingangssignale,
Signal No
Bezeichnung
Bemerkung
1
Overload_ IC 1
Variante IC: Das Signal ist im eingestellten
Messbereich außerhalb des linearen Bereichs. Die
Information wird in dem Zählerinterface
gespeichert. Statisches Signal.
2-4
Device_ID_ IC 1
Variante IC: Über die Device-ID wird erkannt, ob
ein Zählerinterface angeschlossen ist (Erkennung
Kabel gesteckt). Statisches Signal.
5
Gasflow_ IC 1
Variante IC: Gasstromüberwachung. Die
Information wird in dem Zählerinterface
gespeichert. Statisches Signal.
…
…
...
61
Overload_ IC 13
Variante IC: Das Signal ist im eingestellten
Messbereich außerhalb des linearen Bereichs. Die
Information wird in dem Zählerinterface
gespeichert. Statisches Signal.
62-64
Device_ID_ IC 13
Variante IC: Über die Device-ID wird erkannt, ob
ein Zählerinterface angeschlossen ist (Erkennung
Kabel gesteckt). Statisches Signal.
65
Gasflow_ IC 13
Variante IC: Gasstromüberwachung. Die
Information wird in dem Zählerinterface
gespeichert. Statisches Signal.
Tabelle 56: Ereigniszählung, Digitale Status-Eingangssignale
Die Erfassung der Statussignale geschieht über die digitale E/A Ebene der PXI-6508 IO-Karte von
National Instruments.
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Die Varianten BLM und SZ besitzen keine digitalen Status Signale.
Weitere Informationen zum I/f-Wandler der Variante IC sind unter /8/ zu finden.
7.2.3.2 Digitale Zähler-Eingangssignale
Ereigniszählung, Digitale Eingangssignale, Zähler
Signal No
Bezeichnung
Bemerkung
1-5
CountPulse_SZ1…CountPulse_SZ5
Das Messsignal wird kontinuierlich von dem NIMCrate bzw. Zähler-Interface geliefert.
6-11
CountPulse_BLM1…CountPulse_BLM6
Das Messsignal wird kontinuierlich von dem NIMCrate bzw. Zähler-Interface geliefert.
12-24
CountPulse_IC1…CountPulse_IC13
Das Messsignal wird kontinuierlich von dem NIMCrate bzw. Zähler-Interface geliefert.
Tabelle 57: Ereigniszählung, Digitale Zähler-Eingangssignale
Die Messdatenerfassung geschieht über PXI-6602 Counter-Karten von National Instruments. Diese
Baugruppe hat auf jeder Karte 8 Counter-Eingänge. Es werden für die Ereigniszählung 4 Karten
dieses Typs eingesetzt.
Für die Messdatenerfassung in den unter Kapitel 7.2.4.1 genannten Messmodi wird der „buffered
event counting“ Mode verwendet. Die Umschaltung in die Messdatenerfassung wird über die
Kommandoschnittstelle vom Operateur vorgenommen.
Zur Erfassung der Testsignale wird der „simple event counting“ Mode verwendet. Ist der Testmode
eingeschaltet, werden die Testsignale in der Zykluspause erfasst. Die Umschaltung in den Testmode
wird über die Kommandoschnittstelle vom Operateur vorgenommen. Der Testmode ist in dem Kapitel
7.2.8 beschrieben.
7.2.3.3 Digitale Steuer-Ausgangssignale
Ereigniszählung, Digitale Steuer-Ausgangssignale
Signal No
Bezeichnung
Bemerkung
1
Test
Gatesignal als Testanforderung an alle Zähler, löst
eine Folge von 1000 Pulsen über eine Zeit von ca.
100ms (Geräteparameter) aus. Siehe auch 7.2.8.
2
Range1_IC1
Variante IC:
Einstellung Messbereich, Bit 0. Statisches Signal.
3
Range2_IC1
Variante IC:
Einstellung des Messbereich, Bit 1. Statisches
Signal.
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115
Pflichtenheft Strahldiagnose
4
Version 1.06 30.04 2004
Reset_IC1
Variante IC: Rücksetzen des Overload Status Bit
für neue Messung, flankengetriggertes Signal.
…
…
...
38
Range1_IC13
Variante IC:
Einstellung Messbereich, Bit 0. Statisches Signal.
39
Range2_IC13
Variante IC:
Einstellung des Messbereich, Bit 1. Statisches
Signal.
40
Reset_IC13
Variante IC: Rücksetzen des Overload Status Bit
für neue Messung, flankengetriggertes Signal.
Tabelle 58: Ereigniszählung, Digitale Steuer-Ausgangssignale
Für die in Kapitel 7.2.8 beschriebene Testprozedur wird ein auslösendes Steuersignal vom Messdatenerfassungs-System an die Zähler-Elektronik geliefert. Die Elektronik erzeugt dann eine
Signalfolge (Burst) für alle Zähler (Ionisationskammern, Szintillationszähler und Strahlverlustmonitore)
innerhalb einer Zykluspause. Das Messdatenerfassungs-System erhält die Information über die
Zykluspause von der DCU-SD.
Die Ausgabe der Steuersignale geschieht über die digitale E/A Ebene der PXI-6508 E/A-Karte von
National Instruments.
Die Vorwahl des Messbereichs erfolgt über nachfolgend dargestellte Wertetabelle:
Ereigniszählung, Messbereich
Bit 1 Bit 0
Messbereich
0
0
100.0 nA
0
1
1.0 μA
1
0
10.0 μA
1
1
Nicht definiert
Tabelle 59: Ereigniszählung, Codierung Messbereich IC
7.2.3.4 Synchronisationssignale von der DCU-SD
Nachfolgend sind alle Signale erfasst, die von den DCU-SD’s für das Messdatenerfassungs-System
der Geräteklasse Ereigniszählung benötigt werden. Die Aufzählung der Signale ist vollständig für alle
Messdatenerfassungssysteme der Geräteklasse Ereigniszählung. Die DCU-SD-Signaldefinitionen
sind im Kapitel 6.7 näher erläutert.
Ereigniszählung, Synchronisationssignale von den DCU-SD
No
Auslösende Aktion Beschreibung
in der Messdaten- des Signals
erfassung
Signal Definition des
typ
DCU-SD Signals
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Ziel des Signals
Timing
116
Pflichtenheft Strahldiagnose
1
Version 1.06 30.04 2004
Start Messung (S)
G
- t0
ERCDEC1
S
ERCDEC1
S
- td
- thigh
2
Stop Messung (S)
G
- td
“Disarm” Counter
3
- t0
- thigh
zTG
- t0pre, t0post
Burst für erste Counter-
Signal mit flexibler
Karte
Frequenz für die
- tdpre, tdpost
Zeitscheibengenerier
- thigh
ung. In der
- tp
Triggerbus PXIBackplane
ERCDEC1
S
"Gate 0"-Eingang
Counter
Beschreibung der NIPXI6602 wird die
Bezeichnung
Gatesignal verwendet
4
Burst für zweite
Signal mit flexibler
Counter-Karte
Frequenz für die
- tdpre, tdpost
Zeitscheibengenerier
- thigh
ung. In der
- tp
zTG
- t0pre, t0post
ERCDEC1
S
"Gate 0"-Eingang
Counter
Beschreibung der NIPXI6602 wird die
Bezeichnung
Gatesignal verwendet
5
Burst für dritte Counter-
Signal mit flexibler
Karte
Frequenz für die
- tdpre, tdpost
Zeitscheibengenerier
- thigh
ung. In der
- tp
zTG
- t0pre, t0post
ERCDEC1
S
"Gate 0"-Eingang
Counter
Beschreibung der NIPXI6602 wird die
Bezeichnung
Gatesignal verwendet
6
zTG
- t0pre, t0post
Burst für vierte
Signal mit flexibler
Counter-Karte
Frequenz für die
- tdpre, tdpost
Zeitscheibengenerier
- thigh
ung. In der
- tp
ERCDEC1
S
"Gate 0"-Eingang
Counter
Beschreibung der NIPXI6602 wird die
Bezeichnung
Gatesignal verwendet
7
Zyklus beendet
Die DCU-SD liefert
G
- t0
einen Triggerpuls
- td
wenn sich kein Strahl
- thigh
ER-CD-EC01
S
mehr im
SYNCHROTRON
befindet.
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117
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Für den
Wartungsbetrieb:
8
Start Trigger
G
- t0
Frontblende DCU-SD
- td
(S)
S
- thigh
Stop Trigger
9
G
- t0
Frontblende DCU-SD
- td
(S)
S
- thigh
10
Burst
11
- t0pre, t0post
Frontblende DCU-SD
(Start/Stop Fenster).
- tdpre, tdpost
(S)
Signal “Zeitscheiben”
- thigh
in Abbildung 17
- tp
Signal = Clock &
Freiprogrammierbare
Signal “Clock” in
Clock
Abbildung 17
zTG
NxG
- t0
Frontblende DCU-SD
- td
(S)
S
S
- thigh
- tp
- np
Messfenster
12
Messfenster/Gate
sTG
zwischen Start
- t0pre, t0post
Frontblende DCU-SD
- tdpre, tdpost
(S)
- t0pre, t0post
Frontblende DCU-SD
- tdpre, tdpost
(S)
S
Trigger und Stop
Trigger
13
Invertiertes
Invertiertes
Messfenster
Messfenster/Gate
sTG
S
zwischen Start
Trigger und Stop
Trigger
Tabelle 60: Ereigniszählung, DCU-SD Signale
Das Burst-Signal für die Zeitscheiben (Signal No. 3-6) ist das Koinzidenzsignal aus der Clock und dem
Messfenster der Datenaufnahme (TRUE ist die Zeit zwischen Start- und Stop-Trigger). Siehe hierzu
auch Kapitel 7.2.4.1. Dieses Signal wird so vervielfacht, dass sichergestellt ist, dass alle Zähler mit der
gleichen Zeitbasis versorgt werden. Das kann beispielsweise realisiert werden, indem in der DCU-SD
das Pulssignal analog vervierfacht wird und jeder Zählerkarte ein Pulssignal zugeführt wird.
Die durch die DCU-SD erzeugten Timingsignale für den Wartungsbetrieb sind abhängig von den
Inhalten deren MEFI- bzw. VAcc-Steuerdatensätzen.
7.2.4 Kommando-Schnittstelle zur KS-Ablaufsteuerung
Die folgende Beschreibung der Signale des Betriebsarten-Telegramms gilt für ein Messdatenerfassungs-System der Geräteklasse Ereigniszählung. Ein SD-Gerät kann von der Ablaufsteuerung
über das Betriebsarten-Telegramm in folgende Modi geschaltet werden:
-
Messmode - Buffered Event Count
- Normal-Mode (Mehrere Zähler, IRQ-Timing)
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118
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
- Hochaufgelöst (Bis zu 3 Zähler, DMA-Timing)
-
Testmode - Simple Event Count
Über die Kommandoschnittstelle werden die SD-Geräte, welche mit dem MessdatenerfassungsSystem verbunden sind, ausgewählt.
Ereigniszählung: Auswahl Messkanäle / Bestandteil Betriebsarten-Telegramm
Name
Bit in
Command1
[SD-Gerät]
Beschreibung
Beispielwerte
Auswahl Kanal
Bit 0
Bitcodierte Auswahl des Messkanals
0/1
Tabelle 61: Ereigniszählung, Kommandoschnittstelle BKS Kanalauswahl
In dem Betriebsarten-Telegramm, erläutert in Kapitel 6.3.3.6, sind bitcodierte Command-Words für die
gerätespezifische Kommandos reserviert. In obiger Tabelle ist die Verwendung der Bits innerhalb des
ersten Command-Words erläutert. Im ersten Command-Word werden die Kanäle zur Messung
ausgewählt.
Ereigniszählung: Manueller Start Testmode / Bestandteil Betriebsarten-Telegramm
Name
Bit in
Command2
[SD-Gerät]
Beschreibung
Beispielwerte
Auslösen
Bit 0
Beschreibung in Kapitel 7.2.8
0/1
Selbsttest,
Im Selbsttest geschieht die Erfassung der Signale über den
Testmode
„simple event counting“ Mode.
Tabelle 62: Ereigniszählung, Kommando-Schnittstelle Start Testmode
In dem Betriebsarten-Telegramm, erläutert in Kapitel 6.3.3.6, sind bitcodierte Command-Words für die
gerätespezifische Kommandos reserviert. In obiger Tabelle ist die Verwendung der Bits innerhalb des
zweiten Command-Words erläutert.
Die Testfunktion erfolgt während des Betriebs der Anlage innerhalb einer Zykluspause. Sobald ein
Gerätetest vom Operateur über das Kontroll-System angefordert wurde, werden in der nächsten
Pause zwischen zwei vollständigen Zyklen die Zählermodule softwareseitig initialisiert (Mode „simple
event counting“), bereitgesetzt und ausgelesen. Die Zykluspause wird über ein Signal von der
zugeordneten DCU-SD an das MDE-System mitgeteilt.
Die Abhängigkeiten der Geräteklassen von Subsystemen und externen Geräten sind im Kaptitel 5.6.
aufgelistet. Die Ablaufsteuerung BKS zeigt das Messergebnis fortlaufend an. Zusätzlich zum
Messergebnis wird auf Operating-Ebene der Status von Antrieb oder HV-Versorgung angezeigt.
7.2.4.1 Zeitverlauf der Messdatenerfassung, Messmodi
Für die Ereigniszählung existieren vier unterschiedliche Messmodi.
Ereigniszählung, Messmodi
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119
Pflichtenheft Strahldiagnose
Modus-
Version 1.06 30.04 2004
Messmodus
Variante
Beschreibung
Spillstruktur-Analyse
SC, BLM, IC
Grafische Anzeige eines (auch mehrerer) Zähler(s) von Zyklus zu
No
1
Zyklus (Zeitbereich z.B. 0-30s )
2
Trending
SC, BLM, IC
Zählerendstände für alle Zähler als Zeitverlauf über mehrere Stunden
(grafisch, Zeitbereich z.B. 0-24h)
3
Zählerendstände
SC, BLM, IC
Zählerendstände aller Zähler für den aktuellen Zyklus (Zahlenwerte,
Update jeweils bei Zyklusende)
4
Spillstruktur
SC, BLM, IC
(hochaufgelöst)
Graphische Anzeige für bis zu 3 Zähler als Funktion der Zeit.
Zählerwerte hochaufgelöst
Tabelle 63: Ereigniszählung, Messmodi
Die im Kapitel 7.2.3.4 beschriebenen Signale werden in diesem Kapitel grafisch dargestellt zusammen
mit Eingangssignal der Elektronik und Eingangssignal des PXI-System.
Clock
Start
Stop
MessFenster
Zeitscheiben
(Gate,
Burst)
Anzahl
1
3
5
7
3
16
9
4
1
19
16
9
...
2
1
Ereignisse
Buffer
1
3
1
9
4
1
21
19
16
22
21
19
Abbildung 17: Ereigniszählung, Zeitverlauf der Messung im "buffered event counting mode"
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120
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Der Zeitverlauf innerhalb des Messdatenerfassungs-System „Ereignismessung" nach dem
Umschalten in den Zustand „Messmode“ durch das Betriebsarten-Telegramm gliedert sich in folgende
Phasen:
1.
Empfang eines Broadcast-Telegramms
2.
Quttierung des empfangenen Broadcast-Telegramms
3.
Rücksetzen der Zählerkanäle
4.
Setzen der Messbereiche für Variante IC (entsprechend den Vorgaben durch das BroadcastTelegramm)
5.
Berechnung Eichfaktor für Variante IC
6.
Eventuelles Rücksetzen des Overload Flags
7.
Warten auf Start-Trigger der DCU-SD
8.
Speichern Zeitstempel für Start Messung
9.
Zeitscheiben gesteuertes Auslesen aller Zählerkanäle mit steigender Flanke des
Zeitscheibensignals
10. Speicherung der Werte im RAM
11. Nach Stop-Trigger von der DCU-SD Speichern Zeitstempel für Stop Messung
12. Versenden des Messdaten-Telegramms direkt nach letzter Messung oder nach Anfrage des
BKS durch das Request-Messdaten Telegramm.
Die Zeitpunkte für den Start- und Stop-Trigger sind durch entsprechende Parametrierung der DCU-SD
frei wählbar. Möglich sind beispielsweise die Zeitpunkte „Injektion Start“ „Extraktion Start“ etc. Die
Zeitpunkte können dann nochmals mit Pre- oder Post-Trigger versehen werden. Der Start bzw. Stop
der Messung durch das MDE-System wird über die zugeordnete DCU-SD getriggert.
7.2.5 Datenstrukturen
7.2.5.1 SD-Geräte-Stammdaten
SD-Geräte-Stammdaten Ereigniszählung
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
Definitionen Geräteklasse, Variante
Geräteklasse
String20
Bezeichnung Geräteklasse, Variante
Gerätename
String12
Name des Gerätes gemäß GSI-Nomenklatur /9/
Seriennummer
String12
Eindeutige ID eines SD-Gerätes
Kurztext
String20
Beschreibung des Gerätes
Langtext
String40
Bemerkungen zum Gerät
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SZ
121
Pflichtenheft Strahldiagnose
Standort der Vorort
Version 1.06 30.04 2004
String20
Standort der Elektronik vor Ort in der Anlage
Einstellzeit
USINT
Einstellzeit [us]. Wird empirisch ermittelt
IC MESSBEREICH
STRUCT IC Definition Messbereich, Genauigkeit
Anzahl Messbereiche,
USINT
Anzahl Messbereiche, Genauigkeit. Max 3 möglich
3
Messbereich 1
FLOAT
Messbereich 1 [A]
10E-6
Messbereich 2
FLOAT
Messbereich 2 [A]
1E-6
Messbereich 3
FLOAT
Messbereich 3 [A]
100E-9
Bitkodierung
WORD
Bitkodierung Messbereich 1 an SD-Gerät
0x10
WORD
Bitkodierung Messbereich 2 an SD-Gerät
0x01
WORD
Bitkodierung Messbereich 3 an SD-Gerät
0x00
FLOAT
Messbereich 1 Genauigkeit [%]
0.1
FLOAT
Messbereich 2 Genauigkeit [%]
3.0
FLOAT
Messbereich 3 Genauigkeit [%]
30.0
Zählrate Min
USINT
Zählrate Messbereich Min [Counts/s]
1000
Zählrate Max
USINT
Zählrate Messbereich Max [Counts/s]
300000
BLM/SZ
STRUCT BLM/SZ Definition Messbereich, Genauigkeit, Zählrate
Elektronik
Genauigkeit
Messbereich 1
Bitkodierung
Messbereich 2
Bitkodierung
Messbereich 3
Messbereich 1
Genauigkeit
Messbereich 2
Genauigkeit
Messbereich 3
Genauigkeit
MESSBEREICH
Anzahl Messbereiche,
USINT
Anzahl Messbereiche, Genauigkeit. Max 1 möglich
1
Messbereich 1
USINT
Messbereich 1 [Hz]
1000000
Messbereich 1
FLOAT
Messbereich 1 Genauigkeit [%]
0.1
USINT
Messbereich 1 Zählrate [Hz]
1000000
Genauigkeit, Zählrate
Genauigkeit
Zählrate Messbereich
1
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122
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Konfiguration Testmode Zählerinterface
Zeitdauer Test
USINT
Zeitdauer Selbsttest [us]. Für Selbsttest zwischen 2 Spills.
100000
Typischer Wert ist z.B. 100 ms
Erwarteter Zählerwert
USINT
Erwarteter Zählerwert. 1000 Pulse innerhalb 100 ms werden
1000
erwartet. Die Zeitdauer ist durch Parmeter zuvor festgelegt
Toleranzband
FLOAT
Toleranzband für Messung [%]. Tolerabel sind +/- 5%
5.0
allg. Konfiguration SD-Gerät
Fehlermonitoring SD-
BOOL
Reply Broadcast Msg
SD-Gerät führt in Zustandsmaschine keinen Übergang nach
0/1
Fehlerzustand durch, falls Flag disabled
Gerät
BOOL
SD-Gerät sendet Acknowledge auf Strahlanforderung
0/1
(Broadcast Msg)
Konfiguration zeitaufgelöste Messwerterfassung
Anwahl zeitaufgelöste
BOOL
Anwahl Modus zeitaufgelöste Messwerterfassung
Messwerterfassung
0: keine zeitaufgelöste
Messwerterf. / 1:
zeitaufgelöste
Messwerterf.
Konfiguration zeitaufgelöste Messwerterfassung
Aktivierung
BOOL
Messwerterfassung
Freigabe Übergabe
BOOL
Freigabe für Senden Daten der zeitaufgelösten
0/1
Messwerterfassung an BKS
USINT
Messwerterfassung
Anzahl Messpunkte in
0/1
Komplett, nicht für einzelne Messwerte
Messwerte an BKS
Abtastzeit
generelle Aktivierung der zeitaufgelösten Messwerterfassung.
Abtastzeit der Messwerterfassung. Zeitverzug zwischen
1000
Aufnahme von 2 Messwerten [us]
USINT
Messwertbuffer
Anzahl der Messpunkte in Buffer für zeitaufgelöste
5000
Messwerterfassung. Maximal 25000 Samples möglich
Konfiguration zyklische Messwerterfassung
Aktivierung
BOOL
Messwerterfassung
Freigabe Übergabe
0/1
Komplett, nicht für einzelne Messwerte
BOOL
Messwerte an BKS
Anzahl Messpunkte
generelle Aktivierung der zyklischen Messwerterfassung.
Freigabe für Senden Daten der zyklischen Messwerterfassung
0/1
an BKS
USINT
Anzahl der Einträge in Buffer für jede Übertragung (für jede
Messwertbuffer pro
Message) einer zyklischen Messwertübertragung. Maximal
Abschnitt
1000 Samples pro zyk. Message möglich
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100
123
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Konfiguration Standard Messwerterfassung (Snap Shots)
Aktivierung
BOOL
Messwerterfassung
Freigabe Übergabe
generelle Aktivierung der Standard Messwerterfassung.
0/1
Komplett, nicht für einzelne Messwerte
BOOL
Messwerte an BKS
Freigabe für Senden Daten der Standard Messwerterfassung
0/1
an BKS
Versionierung, Checksum
Versionskennung
Checksum
USINT
Versionskennung Stammdaten
DWORD Checksumme über komplette Geräte-Stammdaten
10
0x12345678
Tabelle 64: Ereigniszählung, Geräte-Stammdaten
Abhängig von der Geräteklasse werden allgemeine Einstellungen für jedes SD-Gerät durch
vorstehenden Satz an Stammdaten definiert. Die Struktur der Geräte-Stammdaten ist für alle SDGeräte der vorliegenden Geräteklasse identisch. Die Inhalte können sich für verschiedene Instanzen
innerhalb der Geräteklasse aber durchaus unterscheiden.
7.2.5.2 SD-Geräte-Parameter
SD-Geräte-Parameter Ereigniszählung
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
allg. Definitionen
Zuordnung DMA/IRQ
BOOL
0: IRQ, 1: DMA (Diese Einstellung beeinflusst die zu
0/1
übertragende Datenmenge)
Sampling Frequenz
USINT
Burstfrequenz [Hz], Default: 1000 Hz
1000
Einheit Samp. Freq.
BOOL
Einheit Frequenz 0: Hz / 1: kHz
0/1
Min. Samp. Freq.
USINT
Minimale Burstfrequenz
Max. Samp. Freq
USINT
Maximale Burstgrequenz
Versionierung, Checksum
Versionskennung
Checksum
USINT
Versionskennung Parameter
DWORD Checksumme über komplette Geräte-Parameter
10
0x12345678
Tabelle 65: Ereigniszählung, Geräte-Parameter
Abhängig von der Geräteklasse werden spezielle Einstellungen für jedes SD-Gerätes durch
vorstehenden Satz an Parametern definiert. Die Struktur der Geräte-Parameter ist für alle SD-Geräte
der vorliegenden Geräteklasse identisch. Die Inhalte können sich für verschiedene Instanzen
innerhalb der Geräteklasse aber durchaus unterscheiden.
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124
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
7.2.5.3 MEFI-Steuerwertdaten
Das Messdatenerfassungs-System empfängt von dem BKS alle, für das System relevanten MEFISteuerwertdatensätze. Die Steuerdaten für die DCU-SD sind im Kapitel 7.2.3.4 erfasst.
Die Ereigniszählung in der Variante IC ist von folgenden MEFI-Parametern abhängig:
-
Intensität
-
Ionensorte
-
Energie
Die Varianten BLM und SZ besitzen keine Abhängigkeiten von MEFI-Parametern.
Aufbau MEFI-Steuerwertdatensatz Ereigniszählung
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
Datenstruktur für MEFI Definitionen
Parameter E
USINT
Energie [1...DimE]
200
Parameter F
USINT
Fokus [1...DimF]
3
Parameter I
USINT
Intensität [1...DimI]
2
Parameter S
USINT
Ionensorte [1...DimS]
1
Parameter G
USINT
Gantrywinkel [0...DimG] für 0...360 Grad
15
Parameter Z
USINT
Strahlziel [1...DimZ]
1
Parameter Q
USINT
Quelle [1...DimQ]
1
STEUERWERT-
STRUCT Inhalt / Nutzdaten MEFI-Steuerwertdatensatz. Datensatz[0]
DATENSATZ
IC Messbereich
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Index für Definitionen in
1
Gerätestammdaten
Kernladung Ion
FLOAT
Array[MaxSDGeräte]. Kernladung Ion für Berechnung
Eichfaktor
Standard Messwerterfassung (Snap Shots)
MESSWERT-1
STRUCT Datenstruktur für Element MESSWERT-1
Enableflag
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Enableflag Messwerterfassung
1
Delaytime
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Verzögerungszeit [us]
0
MESSWERT-2
Enableflag
STRUCT Datenstruktur für Element MESSWERT-2
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Enableflag Messwerterfassung
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0
125
Pflichtenheft Strahldiagnose
Delaytime
Version 1.06 30.04 2004
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Verzögerungszeit [us]
0
Datenkennung pro Steuerwertdatensatz
Set-Id
USINT
Datenkennung Steuerwertdatensatz Stufe 3: Set-Id
789
Datenkennung, Checksum pro Ionensorte
Machine-Id
USINT
Datenkennung Steuerwertdatensatz Stufe 1: Machine-Id,
123
Parameter M
Device-Id
Checksum
USINT
Datenkennung Steuerwertdatensatz Stufe 2: Device-Id
DWORD Checksumme über alle MEFI-Steuerwertdatensätze einer
456
0x123456
Ionensorte
Prüfsumme
Checksum
DWORD Checksumme über alle MEFI-Steuerwertdatensätze des ndimensionalen Parameterraums
0x123456
Tabelle 66: Ereigniszählung, MEFI-Steuerdatensatz
Jeder empfangene MEFI-Steuerwertdatensatz besteht strukturell aus einem Header und den
eigentlichen Nutzdaten. Der Header beinhaltet die MEFI-Parameter als eindeutige Kennzeichnung
innerhalb des BKS. Über diese Definition kann jeder Datensatz zugeordnet werden. Diese dienen
quasi als Maske, um aus einem maximal möglichen n-dimensionalen Parameterraum die für das
betroffene Gerät relevante, spezifische Dimensionierung des Parameterraumes zu ermitteln. Die
Angaben der MEFI-Parameter dienen hierbei als Indizes, um einen Datensatz einer vorgegebenen
Kombination an MEFI-Vorgaben eindeutig zuordnen zu können. Der vorgestellte Aufbau erlaubt:

die Übertragung des vollständigen Umfangs an MEFI-Steuerwertdatensätzen in Form eines
geschlossenen Datenstreams oder als sequentielle Anreihung der einzelnen
Steuerwertdatensätze

die Einzelübertragung beliebiger MEFI-Steuerwertdatensätze
Zur Erläuterung folgendes Beispiel: Ein Gerät sei abhängig von der Ionensorte S [1...4] sowie der
Intensität I [1...15]. Der komplette Vorrat an MEFI-Steuerwertdatensätzen für ein MDE-System besteht
aus einem 2-dimensionalen Parameterraum des Struktur (S[1...4], I[1...15]). Letztlich liegt ein 2dimensionales Array der Größe [4,15] vor, wobei jedes Element durch eine Struktur des Typs
’STEUERWERT-DATENSATZ’ repräsentiert wird. Über die Kennzeichnung von z.B. S = 2 und I = 3 ist
die Zuordnung des Datensatzes vorgegeben. Die Kennzahlen S, I geben den Index für die
Adressierung innerhalb des 2-dimensionalen Arrays vor. Jeder Datensatz kann bei einem Lese- oder
Schreibvorgang eindeutig zugeordnet werden.
Die für jedem MDE-System im Flash gehalten MEFI-Steuerwertdatensätze sind in einem ndimensionalen Parameterraum organisiert. Für alle relevanten Freiheitsgrade an M, E, F, I, S, G und Z
ist innerhalb des betroffenen MDE-Systems eine Datenstruktur oben dargestellten Aufbaus hinterlegt.
Der Aufbau ist stets identisch, die Inhalte sind in Abhängigkeit der MEFI-Parameter natürlich
unterschiedlich. Hinterlegt werden im Flash nur die Nutzdaten. Bevor die Abspeicherung erfolgt, wird
der Header entfernt. Der Header dient lediglich der Zuordnung des Datensatzes, beinhaltet aber keine
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126
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
relevanten Informationen für eine Bestrahlung. Nach Erhalt der Strahlanforderung für die Verwendung
von MEFI-Steuerdaten (Broadcast Telegramm) wird auf Basis der übergebenen MEFI-Parametern
genau der eine, eindeutige Steuerwertdatensatz aus dem verfügbaren Vorrat an Datensätzen
ermittelt.
7.2.5.4 Steuerwertdaten Referenz-VAcc bzw. VAcc
Das Messdatenerfassungs-System empfängt von dem BKS alle, für das System relevanten VAccSteuerwertdatensätze. Die Steuerdaten für die DCU-SD sind im Kapitel 7.2.3.4 erfasst.
Aufbau Referenz-VAcc, VAcc Steuerwertdatensatz Ereigniszählung
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
Datenstruktur für Definitionen virtueller Beschleuniger
Nummer VAcc
STEUERWERT-
USINT
Nummer des Referenz-VAcc’s [1...10] bzw. VAcc[11...255]
2
STRUCT Inhalt / Nutzdaten VAcc-Steuerwertdatensatz
DATENSATZ
IC Messbereich
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Index für Definitionen in
1
Gerätestammdaten
Kernladung Ion
FLOAT
Array[MaxSDGeräte]. Kernladung Ion für Berechnung
Eichfaktor
Standard Messwerterfassung (Snap Shots)
MESSWERT-1
STRUCT Datenstruktur für Element MESSWERT-1
Enableflag
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Enableflag Messwerterfassung
1
Delaytime
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Verzögerungszeit [us]
0
MESSWERT-2
STRUCT Datenstruktur für Element MESSWERT-2
Enableflag
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Enableflag Messwerterfassung
0
Delaytime
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Verzögerungszeit [us]
0
Attribute
SD-Gerät aktiv
BOOL
Array[MaxSDGeräte]. Definition ob SD-Gerät von
0: inaktiv / 1: aktiv
Strahlanforderung betroffen ist. Inaktiv, falls SD-Gerät zwar in
Gruppe, aber willentlich aus Zyklus herausgenommen wird
Konfiguration Modus Messwerterfassung (zyklisch, Standard)
Modus
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Anwahl Modus Messwerterfassung
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0: keine Messwerterf.
127
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Messwerterfassung
(zyklisch, Standard)
(zyklisch, Standard) / 1:
nur zyklische
Messwerterf. / 2: nur
Standard Messwerterf. /
3: zyklische und
Standard Messwerterf.
Konfiguration zyklische Messwerterfassung
Abtastzeit
USINT
Messwerterfassung
Anzahl Messpunkte
Array[MaxSDGeräte]. Abtastzeit der Messwerterfassung.
1000
Zeitverzug zwischen Aufnahme von 2 Messwerten [us]
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Anzahl der Abtastungen für gesamten
über kompletten
Zeitraum der zykl. Messwerterfassung. Die Gesamtzahl der
Zeitraum
Messpunkte wird angegeben. Hieraus ergibt sich die
10000
komplette Messperiode und implizit die Anzahl der zykl.
Messages
Tabelle 67: Ereigniszählung, Referenz-VAcc, VAcc Steuerdatensatz
Für alle virtuellen Beschleuniger (VAcc 1 – VAcc 10) mit den inhaltlichen Vorgaben zur Attributierung
von MEFI-Steuerwertdatensätzen ist eine Datenstruktur oben dargestellten Aufbaus hinterlegt. Der
Aufbau ist stets identisch, die Inhalte können in Abhängigkeit der Definition des virtuellen
Beschleunigers natürlich unterschiedlich sein. Nach Erhalt der Strahlanforderung für einen MEFISteuerwertdatensatz wird auf Basis der übergebenen Nummer des Referenz-VAcc’s genau der eine,
eindeutige Datensatz aus dem verfügbaren Vorrat an Datensätzen der Referenz-VAcc’s ermittelt.
Diese sind im Flash mit den Nummern VAcc 1 bis VAcc 10 hinterlegt. Inhaltlich sind aus den
Referenz-VAcc’s ausschließlich die Attribute interessant. Die Steuerwerte selbst werden den MEFISteuerwertdatensätzen entnommen. Der Aufbau der Referenz-VAcc’s entspricht exakt den virtuellen
Beschleunigern. Dies wurde aus Gründen der Vereinheitlichung so festgelegt.
Jeder empfangene Steuerwertdatensatz eines virtuellen Beschleunigers besteht strukturell aus einem
Header und den eigentlichen Nutzdaten. Der Header beinhaltet die Nummer des VAcc’s als
eindeutige Kennzeichnung innerhalb des BKS. Über diese Definition kann jeder Datensatz zugeordnet
werden. Die Angaben der Nummer des virtuellen Beschleunigers dient hierbei als Index, um einen
Datensatz eindeutig referenzieren zu können. Der vorgestellte Aufbau erlaubt:

die Übertragung des vollständigen Umfangs an Steuerwertdatensätzen für alle VAcc’s in Form
eines geschlossenen Datenstreams oder als sequentielle Anreihung der einzelnen
Steuerwertdatensätze

die Einzelübertragung beliebiger Steuerwertdatensätzen virtueller Beschleuniger
Für alle virtuellen Beschleuniger ist eine Datenstruktur oben dargestellten Aufbaus hinterlegt. Der
Aufbau ist stets identisch, die Inhalte können in Abhängigkeit der Definition des virtuellen
Beschleunigers natürlich unterschiedlich sein. Nach Erhalt der Anforderung für einen virtuellen
Beschleuniger, wird auf Basis der übergebenen Nummer genau der eine, eindeutige
Steuerwertdatensatz aus dem verfügbaren Vorrat an Datensätzen der virtuellen Beschleuniger
ermittelt. Hinterlegt werden im RAM nur die Nutzdaten. Z.Zt. maximal 256 virtuelle Beschleuniger sind
vorgesehen. Die VAcc’s bis zur Nummer 10 sind fest vergeben (Referenz-VAcc’s in Flash). Der VAcc
mit der Nummer 0 wird als Datensatz für den LINAC Stabilitätspuls reserviert.
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128
Pflichtenheft Strahldiagnose
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7.2.5.5 Messdaten
Für alle vorhandenen Zählerkanäle wird der unten beschriebene Messdatensatz an das
Kontrollsystem versandt. Im Messdatensatz sind für jeden Zählerkanal die Teilchenzahl über die Zeit
sowie die akkumulierten Zählerstände innerhalb eines Messzyklus enthalten.
Ereigniszählung: Messwerte
Name
DATA_STATUS_STRU
Format
STRUCT
Beschreibung
Beispielwerte
Allgemeiner Datenstatus, ist in 6.8.1.1 beschrieben.
Gerätespezifische Kodierungen sind in 7.2.9.2
CT
beschrieben.
Zählerwerte
ARRAY[Anzahl
Anzeige der Zählerstände pro Zeitscheibe über die
Messpunkte] OF
Zeitachse aufgetragen. (siehe 7.2.3.4)
USINT
Endstand Zähler
USINT
Akkumulierter Endstand des Zähler
Tabelle 68: Ereigniszählung, Messdaten
Die Übertragung der Messwertdaten an die Ablaufsteuerung erfolgt separat für jedes SD-Gerät.
Bei der Darstellung der Zählerstände von mehreren SD-Geräten auf Operating-Ebene werden diese
synchron über jeweils einen Zyklus dargestellt.
Die Anzahl der in jedem Messdatensatz enthaltenen Messwerte ist abhängig von der Wahl des Modus
der Messwertdatenerfassung (zeitaufgelöste Messwertdatenerfassung/Messwertspeicherung,
zyklische Messwertdatenerfassung, Standard-Messwerterfassung) und der zugehörigen Konfiguration
für die Anzahl der Messpunkte. Details bzgl. der verschiedenen Modi an Messwertdatenerfassung
können Kapitel 6.2.5 entnommen werden.
7.2.6 Ablauf Geräteansteuerung
Der Ablauf der Geräteansteuerung des Gesamtsystems aus Datenvorverarbeitung und MDE
„Ereigniszählung“ umfasst folgende Zustandsgruppen:
1. Einschalten (Datenvorverarbeitung und Controller)
2. Reset MDE
3. Initialisierung des MDE-System
4. Warten auf Broadcast und Initialisierung der Messkanäle in Abhängigkeit des BroadcastTelegramms
5. Aufnahme der Messdaten
6. Berechnung nach Aufnahme der Messdaten
Punkte 7-9 nur nach expliziter Test-Anforderung durch den Bediener:
7. Warten auf Signal zum Ende eines Zyklus und Initialisierung der Messkanäle für den Testmode
8. Zählen der Testpulse
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9. Berechnung der Testdaten
10. Genereller Fehlerfall
In den Zuständen 1und 2 gibt es keine Wechselwirkung der MDE mit dem KS.
Abbildung 18: Ereigniszählung, Ablauf Gerätesteuerung
Die dargestellte Zustandsmaschine gibt eine vorläufige und noch unvollständige Strukturierung der
Geräteansteuerung wieder. Eine abschliessende Detaillierung wird während der Implementierung
vorgenommen.
7.2.7 Verarbeitung Messdaten
7.2.7.1 Transformation
Für die Berechnung des Messwertes bei der Variante IC ist es notwendig, vor dem Zyklus einen
Eichfaktor zu berechnen. Der Eichfaktor berechnet sich aus den MEFI-Daten und den Stammdaten.
Für die Berechung des Eichfaktors wird die Kernladung des beschleunigten Ions verwendet. Diese
wird mit den MEFI-Steuerdaten übertragen. Die Berechnung des Eichfaktors erfolgt nach der in /22/
erläuterten Formel bei Empfang der MEFI-Steuerdaten. Als Beispiel liegen C-Routinen in /23/ und /24/
vor.
Während der Testfunktion werden keine Eichfaktoren mit den IC Daten verrechnet. Es wird der
erfasste Zählerstand zur Auswertung des Tests benötigt.
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7.2.8 Testfunktion
Zum Auslösen der Testfunktion wird von dem Messdatenerfassungs-System ein Steuersignal (100ms)
an das Zählerinterface gesendet. Dieses Steuersignal löst die Testprozedur im Zählerinterface aus,
die eine Anzahl an Pulsen (1000 Pulse innerhalb von 100ms / 10 kHz, Burst) imitiert. Diese 1000
Pulse ± 5% müssen für einen erfolgreichen Test in der Auswertung wiedergefunden werden.
Die Testfunktion erfolgt für alle Zähler gleichzeitig innerhalb einer Zykluspause. Sobald ein Gerätetest
vom Operateur über das Kontroll-System angefordert wurde, werden in der nächsten Pause zwischen
zwei vollständigen Zyklen (nicht bei Spillpausen innerhalb eines Zyklus) die Zählermodule
softwareseitig initialisiert (Mode „simple event counting“), bereitgesetzt und ausgelesen. Die
Zykluspause wird über ein Signal von der zugeordneten DCU-SD an das MessdatenerfassungsSystem mitgeteilt.
Nach durchgeführter Testroutine veranlasst das SD-Gerät ein Telegramm an das BKS. Hierin sind
enthalten die Messwerte sowie der Status des Test.
7.2.9 Fehler- und Statusverarbeitung
Im Folgenden sind Statusinformationen, unterschieden nach Gerätestatus und Datenstatus,
aufgeführt. Jeder Geräte- oder Datenstatus wird separat für jedes SD-Gerät ermittelt.
7.2.9.1 Gerätestatus
In dem allgemeinen Gerätestatus, erläutert in Kapitel 6.3.4.2, ist ein bitcodiertes Statusword für die
gerätespezifischen Statusinformationen enthalten. Für die Geräte der Geräteklasse Ereigniszählung
sind folgende Informationen über den klassenspezifischen Gerätestatus abgebildet:
Aufbau des Statusword innerhalb des Gerätestatus
Name
Bit in
Statusword
[SD-Gerät]
Beschreibung
mögliche Werte
Gasflow_ IC
Bit 0
Variante IC: Gasstromüberwachung
0/1
Tabelle 69: Ereigniszählung, Gerätespezifischer Gerätestatus
Die Statusinformationen werden als Bestandteil des allgemeinen Statustelegramms für jedes SDGerät separat verwaltet.
Die Zustandsnummer ist die kodierte Information, ob sich das SD-Gerät im Zustand:
-
Messmode – Buffered Event Count
- Normal-Mode (mehrere Zähler, IRQ-Timing)
- Hochaufgelöst (bis zu 3 Zähler, DMA-Timing)
-
Testmode - Simple Event Count
-
Elektronik Lokalbetrieb / Remotebetrieb
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131
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befindet. Die Zustandsnummer ist Bestandteil des allgemeinen Teils des Gerätestatus Telegramms.
Siehe dazu Kapitel 6.3.4.2.
7.2.9.2 Datenstatus
Der Aufbau der Datenstatus-Struktur ist im Kapitel 6.8.1.1 beschrieben. Im Folgenden ist die
gerätespezifische Belegung des Statusword aufgeführt.
Aufbau des Statusword innerhalb des Datenstatus
Name
Bit in
Statusword
Beschreibung
mögliche Werte
MaxCntRchd
Bit 0
Maximale Zählrate überschritten:
0/1
Die theoretisch maximal mögliche Zählrate wurde erreicht. Es
wird das Flag gesetzt. Der Operateur muss die Meldung
quittieren.
Variante BLM / SZ: Die als Stammdatum angegebene
Frequenz/Zählrate wurde überschritten.
Variante IC: Der gleitende Mittelwert von Max. Counts/s wurde
überschritten. Max. Counts/s ist als Stammdatum festgehalten.
MinCntRchd
Bit 1
Min. Zählrate unterschritten: Die theoretisch minimal mögliche
0/1
Zählrate wurde erreicht. Es wurde das entsprechende Flag
gesetzt. Der Operateur muss die Meldung quittieren.
Variante IC: Der gleitende Mittelwert von Min Counts/s wurde
unterschritten. Min. Counts/s ist als Stammdatum festgehalten.
Tabelle 70: Ereigniszählung, Gerätespezifischer Datenstatus
7.2.9.3 Zyklische Meldungen
Die Messdatenerfassungs-Systeme senden zyklisch und bei Änderung der Inhalte den Gerätestatus
an die Ablaufsteuerung. Das Gerätestatus-Telegramm kann von der Ablaufsteuerung als das Lebenszeichen des sendenden Messdatenerfassungs-Systems genutzt werden. Die Inhalte des Gerätestatus-Telegramm werden in Kapitel 6.3.4.2 erläutert.
7.2.9.4 Fehlermeldungen
Der Aufbau des Fehler-Telegramms und die Sendehäufigkeit sind im Kapitel 6.3.4.4 beschrieben.
Eine detaillierte Festlegung der Fehlermeldungen und deren Kodierung im Telegramm wird im Laufe
der Implementierung getroffen.
7.2.10 Anforderung an Verarbeitung der Daten im Beschleuniger KS
Das BKS stellt die im Messdatenerfassungs-System vorverarbeiteten Werte dar. Hierzu werden:
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Version 1.06 30.04 2004
-
die Zählerwerte pro Zeitscheibe als Funktion der Zeit permanent dargestellt. Für die
Darstellung der Messdaten ist kein Roll-Mode vorgesehen. Die Messdaten werden vom PXISystem zum BKS nach Aufnahme aller Messwerte versendet, bzw. auch während der
Messdatenerfassung.
-
der Trend aller Zählerendstände (Summe über alle Zählerwerte im Zyklus) über mehrere
Stunden bzw. entsprechend vielen Extraktionszyklen gespeichert, um ein Trending über alle
Zähler-Kanäle darzustellen.
-
die aufintegrierten Zählerstände eines Zyklus von bis zu acht Detektoren angezeigt.
Am BKS wird der Selbsttest ausgelöst. Mit der Anforderung des Selbsttests wird die Testprozedur für
alle Zähler gestartet. Das BKS stellt sicher, dass der Selbsttest der Zähler während des Betriebs nur
in einer Zykluspause ausgelöst wird.
7.2.11 Handbedienebene für die Geräteklasse
Ein Messdatenerfassungs-System kann per Anwahl in den MDE-System-Stammdaten 6.3.3.11 in
einen Handbedien-Modus versetzt werden. Zielsetzung ist es hierbei, das MessdatenerfassungsSystem unbeeinflusst von Kommandos der Ablaufsteuerung zu betreiben. Der Operateur hat über ein
lokales Bedienterminal die Möglichkeit, sich die unten aufgeführten Werte anzeigen zu lassen bzw.
das Messdatenerfassungs-System zu bedienen. Die Einbindung der Handbedienebene ist in Kapitel
6.10 beschrieben.
7.2.11.1
Handbedienebene BLM / SZ
Folgende Daten müssen auf einem lokalen Bedienterminal angezeigt werden:
-
Gerätestammdaten des ausgewählten SD-Geräts
-
Geräteparameter des ausgewählten SD-Geräts
-
Nomenklatur der DCU, welche das SD-Gerät ansteuert
-
Werte des aktuellen virtuellen Beschleunigers
-
Darstellung des aktuellen Gerätestatus (Messung, Test, Messmode, Fehler)
-
Messwerte
-
Darstellung des aktuellen Datenstatus
Auf dem lokalen Bedienterminal müssen dem Operateur folgende Eingabemöglichkeiten zur
Verfügung stehen:
-
Verändern der Gerätestammdaten des ausgewählten SD-Geräts
-
Verändern der Geräteparameter des ausgewählten SD-Geräts
-
Setzen des Messbereichs
-
Setzen der Betriebsart (Messung, Test, Messmode)
-
Reset des Messdatenerfassungs-Systems
-
Initialisierung des Messdatenerfassungs-Systems
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Parallel zu den oben geführten Anzeige- und Eingabeelementen muss der dem jeweiligen SD-Gerät
zugehörige Pressluftantrieb (SZ) und die Hochspannungs-Versorgung (BLM, SZ) bedienbar sein und
deren Status dargestellt werden. Dies erfolgt mittels eines separaten Applikationsprogramms.
7.2.11.2
Handbedienebene IC
Folgende Daten müssen auf einem lokalen Bedienterminal angezeigt werden:
-
Gerätestammdaten des ausgewählten SD-Geräts
-
Geräteparameter des ausgewählten SD-Geräts
-
Nomenklatur der DCU, welche das SD-Gerät ansteuert
-
Werte des aktuellen virtuellen Beschleunigers
-
Aktuell eingestellter Messbereich
-
Darstellung des aktuellen Gerätestatus (Messung, Test, Messmode)
-
Messwerte
-
Darstellung des aktuellen Datenstatus
-
Zustand Gasflusswächter
Auf dem lokalen Bedienterminal müssen dem Operateur folgende Eingabemöglichkeiten zur
Verfügung stehen:
-
Verändern der Gerätestammdaten des ausgewählten SD-Geräts
-
Verändern der Geräteparameter des ausgewählten SD-Geräts
-
Setzen des Messbereichs
-
Setzen der Betriebsart (Messung, Test, Messmode)
-
Reset des Messdatenerfassungs-Systems
-
Initialisierung des Messdatenerfassungs-Systems
Parallel zu den unten geführten Anzeige- und Eingabeelementen muss der dem jeweiligen SD-Gerät
zugehörige Pressluftantrieb und die Hochspannungs-Versorgung bedienbar sein und deren Status
dargestellt werden.
Bedienung und Visualisierung des Pressluftantriebs bzw. der Hochspannungs-Versorgung erfolgen
mittels eines separaten Applikationsprogramms.
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7.3
Version 1.06 30.04 2004
Geräteklasse DC-Strommessung (SD-DC)
Die Strahldiagnose-Komponenten Faraday-Cup (FC) und DC-Transformator (DCT) (LINAC-Typ)
besitzen eine ähnliche Messdatenerfassung und Messdaten-Vorverarbeitung. Faraday-Cups können
prinzipiell sowohl zur DC- als auch AC-Strommessung verwendet werden (siehe Geräteklasse ACStrommessung). Die vier Faraday-Cups in den Quellenzweigen (R2 und L2) können aufgrund ihres
Einbauortes jedoch ausschließlich den DC-Quellenstrom messen.
Für die Variante DC-Transformator (LINAC-Typ) ist zusätzlich zur Messung des DC-Strahlstroms eine
zeitaufgelöste, getriggerte Messoption vorgesehen. Diese Option wird in der Geräteklasse ACStrommessung in der Variante DC-Transformator näher beschrieben.
Innerhalb der Geräteklasse DC-Strommessung werden für die beiden Varianten Faraday-Cup und
DC-Transformator (LINAC-Typ) alternativ ein Start bzw. Stopp der Messung durch den Bediener und
ein getriggerter Modus -eingebettet in das Anlagentiming- vorgesehen. Für die getriggerte Messung
werden Signale der zugehörigen DCU-SD benötigt.
Kopfverstärker
überbrückt
N. Schneider
Steuer & Signalkabel:
(15pol. Sub-D, twisted pair)
3pol. Bereichsumschaltung
2pol. Analogsignal
3pol. Betriebspannung +/12V, pol. Erde
1pol Testrom 50nA
L1DC3, L2DC1, R1DC3, R2DC14, N1DC2
Ionenquellenzweige
Kopfverstärker
überbrückt
N. Schneider
4
PXI-Crate
ER-CD-DC01
Steuergerät
Eckelmann AG
Pegelwandlung
Bereichsanwahl
Testsignalauslösung
Status
Pegelwandlung
Bereichsanwahl
Testsignalauslösung
Status
Pegelwandlung
Bereichsanwahl
Testsignalauslösung
Status
Pegelwandlung
Bereichsanwahl
Testsignalauslösung
Status
Kabeladapt.
ADCL3A
ADC langsam
Fa. NI PXI6025E
Faradacups DC
(ADCL3)
Kabeladapt.
IO3A
I/O
Fa. NI PXI6508
Faradacups DC
(IO3)
8Bit Ein, Aus
8Bit Ein, Aus
8Bit Ein, Aus
8Bit Ein, Aus
front-end electronics
Fa. Bergoz
P4
P1
P3
P5
L2DT1L
PCT Output
chassis
P2
Quellentrafos
P6
Trafos werden aus der AC-Strommessung
angesteuert und sind dort dargestellt.
Hier wird nur das Analogsignal parallel abgegriffen
und im Dauerbetrieb ausgewertet.
front-end electronics
Fa. Bergoz
Analogsignalabgriff
paralell zur
DC-Strommessung
P4
P1
R2DT1L
P3
P5
PCT Output
chassis
P2
P6
(Verwendungsbereich)
(Zul. Abw.)
(Oberfl.)
Maßstab 1:1
(Gewicht)
(Werkstoff, Halbzeug)
(Rohteil-Nr)
(Modell- oder Gesenk-Nr)
vor
Ort
Datum
Bearb. 25.11.03
Gepr. 00.00.00
Norm
Elektronikraum
Name
CM
CM
DC-Strom
Blatt
DC-Strom.v1.1
Zust.
Änderung
Datum Name Ursprung
Ersatz für:
Blätter
Ersatz durch:
Abbildung 19: Geräteklasse DC-Strommessung
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
7.3.1 Varianten
DC-Strommessung, Varianten
Bezeichnung
Anzahl
SDGeräte
Nomenklaturen der
SD-Geräte
Messdatenerfassungs-System
Bemerkung
Variante DC-Transformator (DCT)
DC-Transformator
2
L2DT1L, R2DT1L
ERCDDC1
Nur in den Quellenzweigen
(DCT)
Variante Faraday-Cup (FC)
Faraday-Cup (FC)
4
L1DC3, L2DC1,
ERCDDC1
Nur in den Quellenzweigen
R1DC3, R2DC1
Tabelle 71: DC-Strommessung, Varianten
7.3.2 Funktionsbeschreibung Varianten
7.3.2.1 DC-Transformator
Der DC-Transformator (DCT) ist ein Strahldiagnose-Gerät des Typs I, also nicht strahlzerstörend. Die
DC-Transformatoren des LINAC-Typ werden im Quellenbereich zur berührungslosen Strommessung
eingesetzt. Das Gerät besteht aus zwei Ringband-Kernen, die das azimutale Magnetfeld des
Ionenstroms messen. Dazu muss das Strahlrohr isolierend unterbrochen werden, damit die durch den
Ionenstrahl influenzierten Spiegelströme auf der metallischen Strahlrohr-Wandung die Strommessung
nicht behindern. Um äußere Magnetfelder zu minimieren, befindet sich das gesamte RingbandkernSystem in einer magnetischen Abschirmung.
Das Messprinzip der DC-Transformatoren beruht auf einer Kompensationsmessung. Die Primärspulen
der beiden Transformatorkerne sind entgegengesetzt gewickelt und dienen als Modulator. Sie werden
mit einer Frequenz von 6.9 KHz beaufschlagt. Die Sekundärspulen sind in gleicher Richtung gewickelt
und dienen als Detektor. Das Detektorsignal ohne Strahl ist durch die entgegengesetzten
Modulatorwindungen exakt Null. Tritt der Ionenstrahl durch die Ringbandkerne, so kommt es zu einer
asymmetrischen Verschiebung der Hysteresekurve und dadurch zu einem messbaren Detektorsignal.
Innerhalb der Transformatorkerne verläuft zusätzlich eine Leitung, die an eine regelbare Stromquelle
für den Kompensationsstrom angeschlossen ist. Die Bestimmung des Kompensationsstroms, bei dem
das Detektorsignal verschwindet, liefert den zu messenden Strahlstrom. Bei dem hier eingesetzten
System aus Detektor und Signal-Vorverarbeitung handelt es sich um den Parametric Current
Transformer (PCT) der Fa. Bergoz.
Für die Variante DC-Transformator (LINAC-Typ) ist jedoch zusätzlich zur Messung des DCStrahlstroms eine zeitaufgelöste, getriggerte Messoption vorgesehen. Diese Option wird in der
Geräteklasse AC-Strommessung in der Variante DC-Transformator beschrieben.
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7.3.2.2 Faraday-Cup
Der Faraday-Cup (FC) ist ein Strahldiagnose-Gerät des Typs II, also strahlzerstörend. Der FaradayCup wird sowohl zur Strommessung als auch zum definierten Stoppen des Ionenstrahls verwendet. Er
besteht aus einem Elektrodenbecher, der isoliert gegen das Beschleuniger Erdpotential aufgebaut ist.
Die auftreffenden Ionen erzeugen im Elektrodenbecher einen (positiven) Ladungs-Überschuss, der
von der nachgeschalteten Elektronik als Strahlstrom detektiert wird. Der Ionenstrahl löst jedoch beim
Auftreffen auf den Faraday-Cup auch Sekundärelektronen aus der Elektroden-Oberfläche heraus, die
die Ladungsmessung verfälschen würden. Zur Sekundärelektronen-Unterdrückung wird ein
Elektrisches Feld an der Eintrittsseite der Faraday-Cup (Gegenspannung) von –1 kV angelegt.
Zusätzlich wird durch einen Permanentmagnet ein homogenes Magnetfeld innerhalb des FaradayCup senkrecht zur Strahlachse erzeugt. Dieses Magnetfeld hindert die Sekundärelektronen und
eventuell vom Elektrodenmaterial abgesputterte Ionen zusätzlich daran, den Elektrodenbecher zu
verlassen. Zur Vermeidung von Leckströmen ist der gesamte Faraday-Cup von einer geerdeten
Blende umschlossen.
7.3.3 Hardware-Schnittstellen des Messdatenerfassungs-System
Nachfolgend sind alle Signale gelistet, welche zwischen PCT Output bzw. Steuergerät und den Messdatenerfassungs-Systemen für die DC-Strommessung ausgetauscht werden. Die Angaben zu den
Signalen der DCU-SD beinhalten alle Signale, die von der DCU-SD an die SD-Geräte und die MDE
der vorliegenden Geräteklasse abgesetzt werden. Für die Geräteklasse DC-Strommessung werden
aktuell keine Timingsignale von der DCU-SD benötigt.
7.3.3.1 Analoge Eingangssignale
DC-Strommessung, Analoge Eingangssignale
Signal No
Bezeichnung
Bemerkung
1-2
Strahlstrom DC-Transformator
Der Eingang liefert den Strahlstrom, der
kontinuierlich aufgenommen wird.
Ziel ERCDDC1
3-6
Strahlstrom Faraday-Cup
Der Eingang liefert den Strahlstrom, der
kontinuierlich aufgenommen wird.
Ziel ERCDDC1
Tabelle 72: DC-Strommessung, Analoge Eingangssignale
Die Erfassung des Strahlstroms für die Variante DCT und für Variante FC geschieht über die PXI6025E ADC-Karte von National Instruments.
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7.3.3.2 Digitale Status-Eingangssignale
DC-Strommessung, Digitale Status-Eingangssignale
Signal No
Bezeichnung
Bemerkung
1
Kabeltest FC_1
Kabel FC-Steuergerät, Kopfverstärker ok.
Statisches Signal.
...
...
...
4
Kabeltest FC_4
Kabel FC-Steuergerät, Kopfverstärker ok.
Statisches Signal.
Tabelle 73: DC-Strommessung, Digitale Status-Eingangssignale
Die Erfassung der Statussignale der Variante FC geschieht über die digitale E/A-Ebene der PXI-6508
E/A-Karte von National Instruments. Die verfügbaren digitalen Eingangssignale wurden aufgelistet.
Aktuell ist einzig ein Statussignale der Steuerelektronik vorgesehen. Dieses zeigt an, ob das Kabel
zum Kopfverstärker aufgesteckt ist. Statussignale der Variante DCT sind in der Geräteklasse ACStrommessung beschrieben.
Aus einem PCT Chassis wird neben einem analogen Signal für die DC-Strommessung auch ein
analoges Signal für die AC-Strommessung ausgekoppelt. Während die DCT relevanten analogen
Eingangssignale von der Variante DCT bearbeitet werden (siehe Kapitel 7.3.3.1), wird der Status der
Variante DCT über die Messdatenerfassungs-Systeme der Geräteklasse AC-Strommessung
(ERCDAC1 und ERCDAC2) erfasst. Hierbei handelt es sich um einen Sonderfall innerhalb des
Systemdesigns. Die Statussignale der Variante DCT sind in Kapitel 7.4.3.2 beschrieben. Die ACT
relevanten analogen Eingangssignale werden in der Geräteklasse AC-Strommessung (siehe Kapitel
7.4.3.1) verarbeitet.
Die Definition des Messbereich (sowohl Status als auch Ansteuerung) für alle Varianten wird über die
unten aufgeführte Wertetabelle dargestellt:
DC-Strommessung, Messbereich
Bit 2
Bit 1 Bit 0
Messbereich
0
0
0
FC: nicht definiert
0
0
1
FC: 100 mA
0
1
0
FC: 10 mA
0
1
1
FC: 1 mA
1
0
0
FC: 100 µA
1
0
1
FC: 10 µA
1
1
0
FC: 1 µA
1
1
1
FC: 100 nA
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Pflichtenheft Strahldiagnose
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Tabelle 74: DC-Strommessung, Codierung Messbereich FC
7.3.3.3 Digitale Steuer-Ausgangssignale
DC-Strommessung, Digitale Steuer-Ausgangssignale
Signal No
Bezeichnung
Bemerkung
1
Test FC_1
Variante FC:
Selbsttest-Modus des Kopfverstärkers. Statisches
Signal.
…
…
4
Test FC_4
Variante FC:
Selbsttest-Modus des Kopfverstärkers. Statisches
Signal.
5
Messbereich Bit 0 FC_1
Codierung Tabelle 74.
Statisches Signal.
6
Messbereich Bit 1 FC_1
Codierung Tabelle 74.
Statisches Signal.
7
Messbereich Bit 2 FC_1
Codierung Tabelle 74.
Statisches Signal.
...
...
...
14
Messbereich Bit 0 FC_4
Codierung Tabelle 74.
Statisches Signal.
15
Messbereich Bit 1 FC_4
Codierung Tabelle 74.
Statisches Signal.
16
Messbereich Bit 2 FC_4
Codierung Tabelle 74.
Statisches Signal.
Tabelle 75: DC-Strommessung, Digitale Steuer-Ausgangssignale
Das Setzen der Steuersignale geschieht über die digitale E/A-Ebene der PXI-6508 E/A-Karte von
National Instruments.
Die Variante DCT wird über die Messdatenerfassungs-System ERCDAC1 und ERCDAC2 gesteuert.
Die Steuersignale der Variante DCT sind in Kapitel 7.4.3.3 der Geräteklasse AC-Strommessung
beschrieben.
7.3.3.4 Synchronisationssignale von der DCU-SD
Nachfolgend sind alle Signale erfasst, die von den DCU-SD für das Messdatenerfassungs-System der
Geräteklasse DC-Strommessung benötigt werden. Die Aufzählung der Signale ist vollständig für alle
Messdatenerfassungs-Systeme der Geräteklasse DC-Strommessung. Die DCU-SD-Signaldefinitionen
sind im Kapitel 6.7 näher erläutert.
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Pflichtenheft Strahldiagnose
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DC-Strommessung, Synchronisationssignale von den DCU-SD
No
Auslösende Aktion Beschreibung
in der Messdaten- des Signals
erfassung
1
Start Trigger
2
Startsignal hardware
Stopp Trigger
Signal Definition des
typ
DCU-SD Signals
G
- t0
getriggerte Messung
- td
(Linac)
- thigh
Stoppsignal hardware
G
- t0
getriggerte Messung
- td
(Linac)
- thigh
Ziel des Signals
Timing
ERCDDC1
L
ERCDDC1
L
Tabelle 76: DC-Strommessung, DCU-SD Signale
Für die hardwaremäßig getriggerte Messung werden vorstehende Signale von der DCU-SD zum
Messdatenerfassungs-System für die DC-Strommessung vorgesehen. Alternativ hierzu kann die
Messung durch den Bediener manuell und asynchron vom Timing des BKS gestartet und gestoppt.
7.3.4 Kommando-Schnittstelle zur KS-Ablaufsteuerung
Die folgende Beschreibung der Signale des Betriebsarten-Telegramms gilt für ein Messdatenerfassungs-System der Geräteklasse DC-Strommessung. Das SD-Gerät kann von dem
Kontrollsystem über das Betriebsarten-Telegramm in folgende Modi geschaltet werden:
-
Testmode FC
-
Testmode DCT
-
Kalibration DCT
-
Messmode (Unterscheidung für manuelle Messung bzw. getriggerte Messung wird
vorgenommen)
Befindet sich das SD-Gerät im Zustand „Test“ oder „Kalibration“ können keine Messdaten
aufgenommen werden. Die Testmodi sind variantenspezifisch. Ein bestimmtes SD-Gerät kann jeweils
nur einen Testmode annehmen. Es wird immer nur ein Kanal bzw. SD-Gerät getestet bzw. kalibriert.
Über die Kommandoschnittstelle werden die SD-Geräte, welche mit dem MessdatenerfassungsSystem verbunden sind, ausgewählt.
DC-Strommessung, Auswahl Messkanäle / Bestandteil Betriebsarten-Telegramm
Name
Bit in
Command1
[SD-Gerät]
Beschreibung
Beispielwerte
Auswahl Kanal
Bit 0
Bitcodierte Auswahl des Messkanals
0/1
Tabelle 77: DC-Strommessung, Kommandoschnittstelle BKS Auswahl-Messkanal
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In dem Betriebsarten-Telegramm, erläutert in Kapitel 6.3.3.6 sind bitcodierte Command-Words für die
gerätespezifische Kommandos reserviert. In obiger Tabelle ist die Verwendung der Bits innerhalb des
ersten Command-Words erläutert.
DC-Strommessung, Manueller Start / Stop / Bestandteil Betriebsarten-Telegramm
Name
Bit in
Command2
[SD-Gerät]
Beschreibung
Beispielwerte
Aktivierung der
Bit 0
Aktivierung der Messung. 1: Start der Messung / 0: Stop der
0/1
Messung
Messung
Tabelle 78: DC-Strommessung, Kommandoschnittstelle BKS Manuelle Messung
In dem Betriebsarten-Telegramm, erläutert in Kapitel 6.3.3.6, sind bitcodierte Command-Words für die
gerätespezifische Kommandos reserviert. In obiger Tabelle ist die Verwendung der Bits innerhalb des
zweiten Command-Words erläutert.
Die Abhängigkeiten der Geräteklassen von Subsystemen und externen Geräten sind im Kaptitel 5.6.
aufgelistet.
7.3.4.1 Zeitverlauf der Messdatenerfassung, Messmodi
Messungen der Geräteklasse "DC-Strahlstrommessung" verlaufen asynchron zum Timing des BKS.
Es werden keine Triggersignale der DCU-SD für die Messung benötigt. Start und Stopp einer
Messung werden über die Kommandoschnittstelle ausgelöst.
Der Zeitverlauf für die „DC-Strahlstrommessung " nach dem Umschalten in den Zustand „Messmode“
durch das Betriebsarten-Telegramm gliedert sich in folgende Phasen:
1. Empfang eines Broadcast-Telegramms
2. Quttierung des empfangenen Broadcast-Telegramms
3. Setzen der Messbereiche für Variante FC entsprechend den Vorgaben durch das BroadcastTelegramm (Messbereich Variante DCT wird über AC-Strommessung eingestellt)
4. Start der Messung (manuell durch Bediener oder getriggert über Hardwaresignale)
5. Speichern Zeitstempel für Messung
6. Messwert erfassen
7. Speicherung des Werts im RAM
8. Nach Signalisierung Stopp der Messung speichern Zeitstempel für Beendigung der
Messwertaufnahme
9. Versenden des Messdaten-Telegramms direkt nach Messung oder nach Anfrage des BKS
durch das Request-Messdaten Telegramm.
Die Geräteklasse wir im ungetriggerten oder alternativ im getriggerten Modus betrieben. Für den
manuellen Messmodus bestehen keine Abhängigkeiten von Triggersignalen einer DCU-SD. Start und
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Stopp werden durch den Bediener veranlasst. Im Falle der getriggerten Messmethode wird das Timing
vom Makropuls des Linac abgeleitet.
DC-Strommessung, Messmodi
Modus-
Messmodus
Variante
Beschreibung
Manuelle DC-
DCT, FC
Start und Stopp der Messung können vom Bediener frei gewählt werden
DCT, FC
Trigger für Start und Stopp der Messung entsprechend Linac-Makropuls
No
1
Strommessung
(ungetriggert)
2
Getriggerte DCStrommessung (
Anlagentiming)
Tabelle 79: DC-Strommessung, Messmodi
7.3.5 Datenstrukturen
7.3.5.1 SD-Geräte-Stammdaten
SD-Geräte-Stammdaten DC-Strommessung
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
Definitionen Geräteklasse, Variante
Geräteklasse
String20
Bezeichnung Geräteklasse, Variante
DCT
Gerätename
String12
Name des Gerätes gemäß GSI-Nomenklatur /9/
Seriennummer
String12
Eindeutige ID eines SD-Gerätes
Kurztext
String20
Beschreibung des Gerätes
Langtext
String40
Bemerkungen zum Gerät
Standort der Vorort
String20
Standort der Elektronik vor Ort in der Anlage
Einstellzeit
USINT
Einstellzeit [us]. Wird empirisch ermittelt
DCT techn. Wert bei
FLOAT
techn. Wert bei Vollausschlag (-10V...+10V)
10.0
FLOAT
Array[AnzahlDCTMessbereiche]. Offset für Umrechnung tech.
0.0
Elektronik
Vollausschlag
Offset DCT
Einheit in phy. Einheit
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FC techn. Wert bei
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FLOAT
techn. Wert bei Vollausschlag (-10V…+10V)
10.0
FLOAT
Array[AnzahlFCMessbereiche]. Offset für Umrechnung tech.
0.0
Vollausschlag
Offset FC
Einheit in phy. Einheit
DCT MESSBEREICH
STRUCT DCT Definition Messbereich, Genauigkeit
Anzahl Messbereiche
USINT
Anzahl Messbereiche. Max 2 möglich
2
Messbereich 1
FLOAT
Messbereich 1 [A]
10E-3
Messbereich 2
FLOAT
Messbereich 2 [A]
1E-3
Bitkodierung
WORD
Bitkodierung Messbereich 1 an SD-Gerät
0x000
WORD
Bitkodierung Messbereich 2 an SD-Gerät
0x001
FLOAT
Messbereich 1 Genauigkeit [%]
3.0
FLOAT
Messbereich 2 Genauigkeit [%]
3.0
Messbereich 1
Bitkodierung
Messbereich 2
Messbereich 1
Genauigkeit
Messbereich 2
Genauigkeit
FC MESSBEREICH
STRUCT FC Definition Messbereich, Genauigkeit
Anzahl Messbereiche
USINT
Anzahl Messbereiche, Genauigkeit. Max. 7 möglich
7
Messbereich 1
FLOAT
Messbereich 1 [A]
100E-3
Messbereich 2
FLOAT
Messbereich 2 [A]
10E-3
Messbereich 3
FLOAT
Messbereich 3 [A]
1E-3
Messbereich 4
FLOAT
Messbereich 4 [A]
100E-6
Messbereich 5
FLOAT
Messbereich 5 [A]
10E-6
Messbereich 6
FLOAT
Messbereich 6 [A]
1E-6
Messbereich 7
FLOAT
Messbereich 7 [A]
100E-9
Bitkodierung
WORD
Bitkodierung Messbereich 1 an SD-Gerät
0x001
WORD
Bitkodierung Messbereich 2 an SD-Gerät
0x010
WORD
Bitkodierung Messbereich 3 an SD-Gerät
0x011
WORD
Bitkodierung Messbereich 4 an SD-Gerät
0x100
Messbereich 1
Bitkodierung
Messbereich 2
Bitkodierung
Messbereich 3
Bitkodierung
Messbereich 4
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Bitkodierung
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WORD
Bitkodierung Messbereich 5 an SD-Gerät
0x101
WORD
Bitkodierung Messbereich 6 an SD-Gerät
0x110
WORD
Bitkodierung Messbereich 7 an SD-Gerät
0x111
FLOAT
Messbereich 1 Genauigkeit [%]
1.0
FLOAT
Messbereich 2 Genauigkeit [%]
1.0
FLOAT
Messbereich 3 Genauigkeit [%]
1.0
FLOAT
Messbereich 4 Genauigkeit [%]
1.0
FLOAT
Messbereich 5 Genauigkeit [%]
5.0
FLOAT
Messbereich 6 Genauigkeit [%]
5.0
FLOAT
Messbereich 7 Genauigkeit [%]
5.0
Messbereich 5
Bitkodierung
Messbereich 6
Bitkodierung
Messbereich 7
Messbereich 1
Genauigkeit
Messbereich 2
Genauigkeit
Messbereich 3
Genauigkeit
Messbereich 4
Genauigkeit
Messbereich 5
Genauigkeit
Messbereich 6
Genauigkeit
Messbereich 7
Genauigkeit
FC Konfiguration Testmode
Bitkodierung
WORD
Bitkodierung Messbereich für 100 nA
0x111
Erwarteter Messwert
FLOAT
Erwarteter Messwert [A]. 50 nA werden erwartet
50E-9
Toleranzband
FLOAT
Toleranzband für Messung [A]. Tolerabel sind +/- 0.5 nA
0.5E-9
Messbereich
DCT Konfiguration Testmode PCT
Bitkodierung
WORD
Bitkodierung Messbereich für 10 mA
0x000
FLOAT
Toleranzband für Messung [V]. Tolerabel sind +/- 0.5 V
0.5
Messbereich
Toleranzband
DCT Konfiguration Kalibrierung PCT
Bitkodierung
WORD
Bitkodierung Messbereich für 1 mA
0x001
Erwarteter Messwert
FLOAT
Erwarteter Messwert [A]. 800 uA werden erwartet
800E-6
Toleranzband
FLOAT
Toleranzband für Messung [%]. Tolerabel sind +/- 1%
1.0
Messbereich
allg. Konfiguration SD-Gerät
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Fehlermonitoring SD-
Version 1.06 30.04 2004
BOOL
0/1
Fehlerzustand durch, falls Flag disabled
Gerät
Reply Broadcast Msg
SD-Gerät führt in Zustandsmaschine keinen Übergang nach
BOOL
SD-Gerät sendet Acknowledge auf Strahlanforderung
0/1
(Broadcast Msg)
Konfiguration zeitaufgelöste Messwerterfassung
Anwahl zeitaufgelöste
BOOL
Anwahl Modus zeitaufgelöste Messwerterfassung
Messwerterfassung
0: keine zeitaufgelöste
Messwerterf. / 1:
zeitaufgelöste
Messwerterf.
Konfiguration zeitaufgelöste Messwerterfassung
Aktivierung
BOOL
Messwerterfassung
Freigabe Übergabe
BOOL
Freigabe für Senden Daten der zeitaufgelösten
0/1
Messwerterfassung an BKS
USINT
Messwerterfassung
Anzahl Messpunkte in
0/1
Komplett, nicht für einzelne Messwerte
Messwerte an BKS
Abtastzeit
generelle Aktivierung der zeitaufgelösten Messwerterfassung.
Abtastzeit der Messwerterfassung. Zeitverzug zwischen
1000
Aufnahme von 2 Messwerten [us]
USINT
Messwertbuffer
Anzahl der Messpunkte in Buffer für zeitaufgelöste
5000
Messwerterfassung. Maximal 25000 Samples möglich
Konfiguration zyklische Messwerterfassung
Aktivierung
BOOL
Messwerterfassung
Freigabe Übergabe
0/1
Komplett, nicht für einzelne Messwerte
BOOL
Messwerte an BKS
Anzahl Messpunkte
generelle Aktivierung der zyklischen Messwerterfassung.
Freigabe für Senden Daten der zyklischen Messwerterfassung
0/1
an BKS
USINT
Anzahl der Einträge in Buffer für jede Übertragung (für jede
Messwertbuffer pro
Message) einer zyklischen Messwertübertragung. Maximal
Abschnitt
1000 Samples pro zyk. Message möglich
100
Konfiguration Standard Messwerterfassung (Snap Shots)
Aktivierung
BOOL
Messwerterfassung
Freigabe Übergabe
generelle Aktivierung der Standard Messwerterfassung.
0/1
Komplett, nicht für einzelne Messwerte
BOOL
Messwerte an BKS
Freigabe für Senden Daten der Standard Messwerterfassung
0/1
an BKS
Versionierung, Checksum
Versionskennung
USINT
Versionskennung Stammdaten
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10
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Checksum
Version 1.06 30.04 2004
DWORD Checksumme über komplette Geräte-Stammdaten
0x12345678
Tabelle 80: DC-Strommessung, Geräte-Stammdaten
Abhängig von der Geräteklasse werden allgemeine Einstellungen für jedes SD-Gerät durch
vorstehenden Satz an Stammdaten definiert. Die Struktur der Geräte-Stammdaten ist für alle SDGeräte der vorliegenden Geräteklasse identisch. Die Inhalte können sich für verschiedene Instanzen
innerhalb der Geräteklasse aber durchaus unterscheiden.
7.3.5.2 SD-Geräte-Parameter
Geräte-Parameter DC-Strommessung
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
allg. Definitionen
DCT Kalibrations-
FLOAT
DCT Kalibrations-Faktor
1.0
FLOAT
DCT Kalibrations-Offset
0.0
Faktor
DCT KalibrationsOffset
Versionierung, Checksum
Versionskennung
Checksum
USINT
Versionskennung Parameter
DWORD Checksumme über komplette Geräte-Parameter
10
0x12345678
Tabelle 81: DC-Strommessung, Geräte-Parameter
Abhängig von der Geräteklasse werden spezielle Einstellungen für jedes SD-Gerät durch
vorstehenden Satz an Parametern definiert. Die Struktur der Geräte-Parameter ist für alle SD-Geräte
der vorliegenden Geräteklasse identisch. Die Inhalte können sich für verschiedene Instanzen
innerhalb der Geräteklasse aber durchaus unterscheiden.
7.3.5.3 MEFI-Steuerwertdaten
Das Messdatenerfassungs-System empfängt von dem BKS alle für das System relevanten MEFISteuerwertdatensätze.
Die DC-Strommessung ist von folgenden MEFI-Parametern abhängig:
-
Ionensorte
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Pflichtenheft Strahldiagnose
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Aufbau MEFI-Steuerwertdatensatz DC-Strommessung
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
Datenstruktur für MEFI Definitionen
Parameter E
USINT
Energie [1...DimE]
200
Parameter F
USINT
Fokus [1...DimF]
3
Parameter I
USINT
Intensität [1...DimI]
2
Parameter S
USINT
Ionensorte [1...DimS]
1
Parameter G
USINT
Gantrywinkel [0...DimG] für 0...360 Grad
15
Parameter Z
USINT
Strahlziel [1...DimZ]
1
Parameter Q
USINT
Quelle [1...DimQ]
1
STEUERWERT-
STRUCT Inhalt / Nutzdaten MEFI-Steuerwertdatensatz. Datensatz[0]
DATENSATZ
DCT Messbereich
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Index für Definitionen in
1
Gerätestammdaten
DCT Magnetfeld am
FLOAT
Ort
DCT Störfeld-Korrektur
FC Messbereich
Array[MaxSDGeräte]. Magnetfeld am Ort des DCT (für
0.0
Störfeldkorrekturfaktor)
FLOAT
USINT
DCT Störfeld-Korrektur
0.0
Array[MaxSDGeräte]. Index für Definitionen in
1
Gerätestammdaten
Standard Messwerterfassung (Snap Shots)
MESSWERT-1
STRUCT Datenstruktur für Element MESSWERT-1
Enableflag
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Enableflag Messwerterfassung
1
Delaytime
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Verzögerungszeit [us]
0
MESSWERT-2
STRUCT Datenstruktur für Element MESSWERT-2
Enableflag
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Enableflag Messwerterfassung
0
Delaytime
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Verzögerungszeit [us]
0
Datenkennung pro Steuerwertdatensatz
Set-Id
USINT
Datenkennung Steuerwertdatensatz Stufe 3: Set-Id
789
Datenkennung, Checksum pro Ionensorte
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Machine-Id
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USINT
Datenkennung Steuerwertdatensatz Stufe 1: Machine-Id,
123
Parameter M
Device-Id
Checksum
USINT
Datenkennung Steuerwertdatensatz Stufe 2: Device-Id
DWORD Checksumme über alle MEFI-Steuerwertdatensätze einer
456
0x123456
Ionensorte
Prüfsumme
Checksum
DWORD Checksumme über alle MEFI-Steuerwertdatensätze des ndimensionalen Parameterraums
0x123456
Tabelle 82: DC-Strommessung, MEFI-Steuerdatensatz
Jeder empfangene MEFI-Steuerwertdatensatz besteht strukturell aus einem Header und den
eigentlichen Nutzdaten. Der Header beinhaltet die MEFI-Parameter als eindeutige Kennzeichnung
innerhalb des BKS. Über diese Definition kann jeder Datensatz zugeordnet werden. Diese dienen
quasi als Maske, um aus einem maximal möglichen n-dimensionalen Parameterraum die für das
betroffene Gerät relevante, spezifische Dimensionierung des Parameterraumes zu ermitteln. Die
Angaben der MEFI-Parameter dienen hierbei als Indizes, um einen Datensatz einer vorgegebenen
Kombination an MEFI-Vorgaben eindeutig zuordnen zu können. Der vorgestellte Aufbau erlaubt:

die Übertragung des vollständigen Umfangs an MEFI-Steuerwertdatensätzen in Form eines
geschlossenen Datenstreams oder als sequentielle Anreihung der einzelnen
Steuerwertdatensätze

die Einzelübertragung beliebiger MEFI-Steuerwertdatensätze
Zur Erläuterung folgendes Beispiel: Ein Gerät sei abhängig von der Ionensorte S [1...4] sowie der
Intensität I [1...15]. Der komplette Vorrat an MEFI-Steuerwertdatensätzen für ein MDE-System besteht
aus einem 2-dimensionalen Parameterraum des Struktur (S[1...4], I[1...15]). Letztlich liegt ein 2dimensionales Array der Größe [4,15] vor, wobei jedes Element durch eine Struktur des Typs
’STEUERWERT-DATENSATZ’ repräsentiert wird. Über die Kennzeichnung von z.B. S = 2 und I = 3 ist
die Zuordnung des Datensatzes vorgegeben. Die Kennzahlen S, I geben den Index für die
Adressierung innerhalb des 2-dimensionalen Arrays vor. Jeder Datensatz kann bei einem Lese- oder
Schreibvorgang eindeutig zugeordnet werden.
Die für jedem MDE-System im Flash gehalten MEFI-Steuerwertdatensätze sind in einem ndimensionalen Parameterraum organisiert. Für alle relevanten Freiheitsgrade an M, E, F, I, S, G und Z
ist innerhalb des betroffenen MDE-Systems eine Datenstruktur oben dargestellten Aufbaus hinterlegt.
Der Aufbau ist stets identisch, die Inhalte sind in Abhängigkeit der MEFI-Parameter natürlich
unterschiedlich. Hinterlegt werden im Flash nur die Nutzdaten. Bevor die Abspeicherung erfolgt, wird
der Header entfernt. Der Header dient lediglich der Zuordnung des Datensatzes, beinhaltet aber keine
relevanten Informationen für eine Bestrahlung. Nach Erhalt der Strahlanforderung für die Verwendung
von MEFI-Steuerdaten (Broadcast Telegramm) wird auf Basis der übergebenen MEFI-Parametern
genau der eine, eindeutige Steuerwertdatensatz aus dem verfügbaren Vorrat an Datensätzen
ermittelt.
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7.3.5.4 Steuerwertdaten Referenz-VAcc bzw. VAcc
Das Messdatenerfassungs-System empfängt von dem BKS alle, für das System relevanten VAccSteuerwertdatensätze. Die Steuerdaten für die DCU-SD sind im Kapitel 7.2.3.4 erfasst.
Aufbau Referenz-VAcc, VAcc Steuerwertdatensatz DC-Strommessung
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
Datenstruktur für Definitionen virtueller Beschleuniger
Nummer Vacc
STEUERWERT-
USINT
Nummer des Referenz-VAcc’s [1...10] bzw. VAcc[11...255]
2
STRUCT Inhalt / Nutzdaten VAcc-Steuerwertdatensatz
DATENSATZ
DCT Messbereich
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Index für Definitionen in
1
Gerätestammdaten
DCT Magnetfeld am
FLOAT
Ort
Array[MaxSDGeräte]. Magnetfeld am Ort des DCT (für
0.0
Störfeldkorrekturfaktor)
DCT Störfeld-Korrektur
FLOAT
DCT Störfeld-Korrektur
0.0
FC Messbereich
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Index für Definitionen in
1
Gerätestammdaten
Standard Messwerterfassung (Snap Shots)
MESSWERT-1
STRUCT Datenstruktur für Element MESSWERT-1
Enableflag
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Enableflag Messwerterfassung
1
Delaytime
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Verzögerungszeit [us]
0
MESSWERT-2
STRUCT Datenstruktur für Element MESSWERT-2
Enableflag
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Enableflag Messwerterfassung
0
Delaytime
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Verzögerungszeit [us]
0
Attribute
SD-Gerät aktiv
BOOL
Array[MaxSDGeräte]. Definition ob SD-Gerät von
0: inaktiv / 1: aktiv
Strahlanforderung betroffen ist. Inaktiv, falls SD-Gerät zwar in
Gruppe, aber willentlich aus Zyklus herausgenommen wird
Konfiguration Modus Messwerterfassung (zyklisch, Standard)
Modus
Messwerterfassung
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Anwahl Modus Messwerterfassung
0: keine Messwerterf.
(zyklisch, Standard)
(zyklisch, Standard) / 1:
nur zyklische
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149
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Messwerterf. / 2: nur
Standard Messwerterf. /
3: zyklische und
Standard Messwerterf.
Konfiguration zyklische Messwerterfassung
Abtastzeit
USINT
Messwerterfassung
Anzahl Messpunkte
Array[MaxSDGeräte]. Abtastzeit der Messwerterfassung.
1000
Zeitverzug zwischen Aufnahme von 2 Messwerten [us]
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Anzahl der Abtastungen für gesamten
über kompletten
Zeitraum der zykl. Messwerterfassung. Die Gesamtzahl der
Zeitraum
Messpunkte wird angegeben. Hieraus ergibt sich die
10000
komplette Messperiode und implizit die Anzahl der zykl.
Messages
Tabelle 83: DC-Strommessung, Referenz-VAcc, VAcc Steuerdatensatz
Für alle virtuellen Beschleuniger (VAcc 1 – VAcc 10) mit den inhaltlichen Vorgaben zur Attributierung
von MEFI-Steuerwertdatensätzen ist eine Datenstruktur oben dargestellten Aufbaus hinterlegt. Der
Aufbau ist stets identisch, die Inhalte können in Abhängigkeit der Definition des virtuellen
Beschleunigers natürlich unterschiedlich sein. Nach Erhalt der Strahlanforderung für einen MEFISteuerwertdatensatz wird auf Basis der übergebenen Nummer des Referenz-VAcc’s genau der eine,
eindeutige Datensatz aus dem verfügbaren Vorrat an Datensätzen der Referenz-VAcc’s ermittelt.
Diese sind im Flash mit den Nummern VAcc 1 bis VAcc 10 hinterlegt. Inhaltlich sind aus den
Referenz-VAcc’s ausschließlich die Attribute interessant. Die Steuerwerte selbst werden den MEFISteuerwertdatensätzen entnommen. Der Aufbau der Referenz-VAcc’s entspricht exakt den virtuellen
Beschleunigern. Dies wurde aus Gründen der Vereinheitlichung so festgelegt.
Jeder empfangene Steuerwertdatensatz eines virtuellen Beschleunigers besteht strukturell aus einem
Header und den eigentlichen Nutzdaten. Der Header beinhaltet die Nummer des VAcc’s als
eindeutige Kennzeichnung innerhalb des BKS. Über diese Definition kann jeder Datensatz zugeordnet
werden. Die Angaben der Nummer des virtuellen Beschleunigers dient hierbei als Index, um einen
Datensatz eindeutig referenzieren zu können. Der vorgestellte Aufbau erlaubt:

die Übertragung des vollständigen Umfangs an Steuerwertdatensätzen für alle VAcc’s in Form
eines geschlossenen Datenstreams oder als sequentielle Anreihung der einzelnen
Steuerwertdatensätze

die Einzelübertragung beliebiger Steuerwertdatensätzen virtueller Beschleuniger
Für alle virtuellen Beschleuniger ist eine Datenstruktur oben dargestellten Aufbaus hinterlegt. Der
Aufbau ist stets identisch, die Inhalte können in Abhängigkeit der Definition des virtuellen
Beschleunigers natürlich unterschiedlich sein. Nach Erhalt der Anforderung für einen virtuellen
Beschleuniger, wird auf Basis der übergebenen Nummer genau der eine, eindeutige
Steuerwertdatensatz aus dem verfügbaren Vorrat an Datensätzen der virtuellen Beschleuniger
ermittelt. Hinterlegt werden im RAM nur die Nutzdaten. Z.Zt. maximal 256 virtuelle Beschleuniger sind
vorgesehen. Die VAcc’s bis zur Nummer 10 sind fest vergeben (Referenz-VAcc’s in Flash). Der VAcc
mit der Nummer 0 wird als Datensatz für den LINAC Stabilitätspuls reserviert.
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
7.3.5.5 Messdaten
Für jedes vom Kontrollsystem zur Messung ausgewählte SD-Gerät wird unten beschriebener
Messdatensatz an das Kontrollsystem versandt. Die Anzahl der Messwertdatensätze wird durch die
Anzahl der Messungen bestimmt, welche am Kontrollsystem vorgewählt wurde (siehe Kapitel 7.3.4).
DC-Strommessung, Messwerte
Name
DATA_STATUS_STRU
Format
STRUCT
Beschreibung
Beispielwerte
Allgemeiner Datenstatus, ist in 6.8.1.1
beschrieben. Gerätespezifische Kodierungen sind
CT
in 7.3.9.2 beschrieben.
Strahlstrom
ARRAY[AnzahlMess Erfasster Strahlstrom über die Zeitachse
punkte] OF FLOAT aufgetragen
Tabelle 84: DC-Strommessung, Messdaten
Die Übertragung der Messwertdaten an die Ablaufsteuerung erfolgt separat für jedes SD-Gerät.
Die Anzahl der in jedem Messdatensatz enthaltenen Messwerte ist abhängig von der Wahl des Modus
der Messwertdatenerfassung (zeitaufgelöste Messwertdatenerfassung/Messwertspeicherung,
zyklische Messwertdatenerfassung, Standard-Messwerterfassung) und der zugehörigen Konfiguration
für die Anzahl der Messpunkte. Details bzgl. der verschiedenen Modi an Messwertdatenerfassung
können Kapitel 6.2.5 entnommen werden.
7.3.6 Ablauf Geräteansteuerung
Der Ablauf der Geräteansteuerung des Gesamtsystems aus Datenvorverarbeitung und MDE „DCStrommessung“ umfasst folgende Zustandsgruppen:
1. Einschalten (Datenvorverarbeitung und Controller)
2. Reset MDE
3. Initialisierung des MDE-Systems
4. Warten auf Broadcast und Initialisierung der Messkanäle in Abhängigkeit des BroadcastTelegramms
5. Aufnahme der Messdaten
6. Berechnung nach Aufnahme der Messdaten
7. Genereller Fehlerfall
In den Zuständen 1und 2 gibt es keine Wechselwirkung der MDE mit dem KS.
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Abbildung 20: DC-Strommessung, Ablauf Gerätesteuerung
Die dargestellte Zustandsmaschine gibt eine vorläufige und noch unvollständige Strukturierung der
Geräteansteuerung wieder. Eine abschliessende Detaillierung wird während der Implementierung
vorgenommen.
7.3.7 Verarbeitung Messdaten, Transformation
Für DCT und FC werden die empfangenen Werte von der technischen Größe in die physikalische
Größe gewandelt. Der maximale technische Bereich des vom Steuergerät empfangenen Wertes ist in
den Gerätestammdaten enthalten. Der einzustellende Messbereich wird dem MessdatenerfassungsSystem über einen MEFI-Steuerdatensatz oder über einen virtuellen Beschleuniger mitgeteilt. Die in
Kapitel 7.3.5.5 eingetragenen Werte ergeben sich aus der linearen Beziehung:
phys. Wert = techn. Messwert x eingestellter Messbereich / Techn. Wert Vollausschlag + Offset
Bei der Variante DCT wird der tatsächliche Strahlstrom ermittelt, indem vom aktuell ermittelten
Messwert ein Offset abgezogen wird. Der Offset ergibt sich aus dem im DVM errechneten und über
die MEFI-Steuerdaten übertragenen Magnetfeld vor Ort und der jeweiligen Störfeldkorrektur.
Messwert_Korr = Messwert_Akt – Magnetfeld vor Ort * Störfeldkorrektur
Für die DCT’s der Geräteklasse DC-Strommessung ist eine Störfeldkorrektur nicht zwingend
erforderlich. Aus Gründen der Vereinheitlichung zu den DCT’s der Geräteklasse AC-Strommessung,
werden die erforderlichen Parameter zur Berechnung des korrigierten Messwertes und der
Berechnungsalgorithmus auch an dieser Stelle beibehalten.
7.3.8 Testfunktionen
Die Testfunktionen der PCT’s beziehen sich auf die in dieser Geräteklasse aufgeführte Variante
DCT’s im Bereich QUELLE. Die Ansteuerung dieser PCTs wird durch das MessdatenerfassungsSystem ERCDAC1 der Geräteklasse AC-Strommessung durchgeführt, da die Steuer- und
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Statussignale zu diesem MDE verdrahtet werden. Dort sind auch die Testfunktionen näher
beschrieben. Aus Gründen der Vollständigkeit werden die Verfahren zum Test und zur Kalibrierung
der PCT’s kurz dargestellt.
7.3.8.1 Test PCT
Für die Testfunktion des PCT ist es wichtig, dass sichergestellt wird, dass während des Testablaufs
kein Ionenstrahl den DC-Transformator passiert. Detailliert Angaben zum Testverfahren sind in der
Geräteklasse AC-Strommessung dargestellt.
Nach durchgeführter Testroutine veranlasst das SD-Gerät ein Telegramm an das BKS. Hierin sind
enthalten die beiden Messwerte, die Differenz sowie der Status des Test.
7.3.8.2 Kalibration PCT
Für die Kalibration des PCT muss sichergestellt werden, dass kein Ionenstrahl den DC-Transformator
passiert. Detailliert Angaben zum Kalibrierverfahren sind in der Geräteklasse AC-Strommessung
dargestellt.
Nach durchgeführter Kalibrationsroutine veranlasst das SD-Gerät ein Telegramm an das BKS. Hierin
sind enthalten die beiden Messwerte, die Differenz sowie der Status des Test.
7.3.8.3 Test Kopfverstärker FC
Für den Test des Faraday-Cups muss sichergestellt sein, dass kein Strahlstrom auf den Faraday-Cup
auftrifft.
Durch Setzen des Signals TEST wird der Faraday-Cup mit einem Strom von 50 nA beaufschlagt.
Für den Selbsttest muss der FC in den Messbereich 100 nA geschaltet werden.
Das (DC-) Stromsignal von 50 nA muss von der nachverarbeitenden Elektronik +/- 5 nA angezeigt
werden, dann ist das Testergebnis OK, sonst NOK.
Nach durchgeführter Testroutine veranlasst das SD-Gerät ein Telegramm an das BKS. Hierin sind
enthalten der Messwert sowie der Status des Test.
7.3.9 Fehler- und Statusverarbeitung
7.3.9.1 Gerätestatus
In dem allgemeinen Gerätestatus, erläutert in Kapitel 6.3.4.2 ist ein bitcodiertes Statusword für die
gerätespezifischen Statusinformationen enthalten. Für die Geräte der Geräteklasse DCStrommessung sind folgende Informationen über den klassenspezifischen Gerätestatus abgebildet:
Aufbau des Statusword innerhalb des Gerätestatus
Name
Bit in
Statusword
[SD-Gerät]
Beschreibung
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Beispielwerte
153
Pflichtenheft Strahldiagnose
-/-
-/-
Version 1.06 30.04 2004
-/-
-/-
Tabelle 85: DC-Strommessung, Gerätespezifischer Gerätestatus
Die Statusinformationen werden als Bestandteil des allgemeinen Statustelegramms für jedes SDGerät separat verwaltet.
Die Zustandsnummer ist die kodierte Information, ob sich das SD-Gerät im Zustand:
-
Testmode (Varianten FC und DCT)
-
Messmode (manuell bzw. getriggert)
-
Kalibrationsmodus (nur Variante DCT)
-
Elektronik Lokalbetrieb / Remotebetrieb
befindet. Die Zustandsnummer ist Bestandteil des allgemeinen Teils des Gerätestatus Telegramms.
Siehe hierzu Kapitel 6.3.4.2.
7.3.9.2 Datenstatus
Der Aufbau der Datenstatus-Struktur ist im Kapitel 6.8.1.1 beschrieben. Im Folgenden ist die
geräteklassenspezifische Belegung des Statusword aufgeführt.
Aufbau des Statusword innerhalb des Datenstatus
Name
Bit in
Statusword
Beschreibung
Beispielwerte
Overload
Bit 0
Messverstärker voll ausgesteuert (Dieses Signal wird NICHT
0/1
vom PCT geliefert, es muss daher nachträglich über den
Vollausschlag des ADC generiert werden)
Tabelle 86: DC-Strommessung, Gerätespezifischer Datenstatus
7.3.9.3 Zyklische Meldungen
Die Messdatenerfassungs-Systeme senden zyklisch und bei Änderung der Inhalte den Gerätestatus
an die Ablaufsteuerung. Das Gerätestatus-Telegramm kann von der Ablaufsteuerung als das Lebenszeichen des sendenden Messdatenerfassungs-Systems genutzt werden. Die Inhalte des Gerätestatus-Telegramm werden in Kapitel 6.3.4.2 erläutert.
7.3.9.4 Fehlermeldungen
Der Aufbau des Fehler-Telegramms und die Sendehäufigkeit sind im Kapitel 6.3.4.4 beschrieben.
Eine detaillierte Festlegung der Fehlermeldungen und deren Kodierung im Telegramm wird im Laufe
der Implementierung getroffen.
7.3.10 Anforderung an Verarbeitung der Daten im Beschleuniger KS
Das BKS stellt die im Messdatenerfassungs-System vorverarbeiteten Werte dar. Hierzu werden:
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Version 1.06 30.04 2004
-
der Strahlstrom als Funktion der Zeit permanent dargestellt. Für die Darstellung der
Messdaten ist kein Roll-Mode vorgesehen
-
die Werte der Strommessung auch als Trending dargestellt. Für das Trending werden
Zeitscheiben von 30 Sekunden Abstand über einen Zeitraum von mindestens 2 Stunden
abgespeichert
7.3.11 Handbedienebene für die Geräteklasse
7.3.11.1
Handbedienebene DCT (DC-Strommessung) und FC (DC-Strommessung)
Ein Messdatenerfassungs-System kann per Anwahl in den MDE-System-Stammdaten (siehe Kapitel
6.3.3.11) in einen Handbedien-Modus versetzt werden. Zielsetzung ist es hierbei, das
Messdatenerfassungs-System unbeeinflusst von Kommandos der Ablaufsteuerung zu betreiben. Der
Operateur hat über ein lokales Bedienterminal die Möglichkeit, sich die unten aufgeführten Werte
anzeigen zu lassen bzw. das Messdatenerfassungs-System zu bedienen. Die Einbindung der
Handbedienebene ist in Kapitel 6.10 beschrieben.
Folgende Daten müssen auf einem lokalen Bedienterminal angezeigt werden:
-
Gerätestammdaten des ausgewählten SD-Geräts
-
Geräteparameter des ausgewählten SD-Geräts
-
Nomenklatur der DCU, welche das SD-Gerät ansteuert
-
Werte des aktuellen virtuellen Beschleunigers
-
Aktuell eingestellter Messbereich
-
Darstellung des aktuellen Gerätestatus (Messung, Test, Kalibrierung)
-
Messwerte
-
Darstellung des aktuellen Datenstatus
Auf dem lokalen Bedienterminal müssen dem Operateur folgende Eingabemöglichkeiten zur
Verfügung stehen:
-
Verändern der Gerätestammdaten des ausgewählten SD-Geräts
-
Verändern der Geräteparameter des ausgewählten SD-Geräts
-
Setzen des Messbereichs
-
Setzen der Betriebsart (Messung, Test, Kalibrierung)
-
Reset des Messdatenerfassungs-Systems
-
Initialisierung des Messdatenerfassungs-Systems
Für beide genannten Varianten steht innerhalb der Handbedienebene der identische Vorrat an
Operationen zur Verfügung.
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Parallel zu den unten geführten Anzeige- und Eingabeelementen muss der dem jeweiligen SD-Gerät
(FC) zugehörige Pressluftantrieb bedienbar sein und dessen Status dargestellt werden.
Bedienung und Visualisierung des Pressluftantriebs erfolgen mittels eines separaten
Applikationsprogramms.
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156
Pflichtenheft Strahldiagnose
7.4
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Geräteklasse AC-Strommessung (SD-AC)
Die Geräteklasse AC-Strommessung umfasst die Varianten DC-Transformator (Trigger-Modus), ACTransformator und Faraday-Cup (Klemmpuls). Zusätzlich werden zu Kontrollzwecken noch die Daten
der Bestrahlungsmonitore erfasst. Die Bestrahlungsmonitore sind Bestandteil des Teilprojektes
Bestrahlungstechnik und werden gesondert beschrieben.
AC-Trafo
Linac
N1DT1S
AC-Trafo
Linac
I1DT1S
AC-Trafo
Linac
M1DT1S
Steuer & Signalkabel (15pol. Sub-D, twisted pair)
3pol. Erde, Betriebsp. +/- 12V
1pol. Klemmpuls
3pol. Bereichsumschaltung
2pol. Analogsignal
Pegelwandler
2pol. Testanforderung
3 Pole Hauptwindung
2 Pole Testwindung
2 Pole Gegenkopplung
Testwicklung
(BNC, RG58)
PXI-Crate
ER-CD-AC01
Testwindung BNC (RG58)
Spannungsversorgung
3 Pole Hauptwindung
2 Pole Testwindung
2 Pole Gegenkopplung
S4DTS
8Bit Ein, Aus
Kabeladapt.
Pegelwandler
Testwicklung
(BNC, RG58)
Testforderung
(2pol. Lemokabel)
Spannungsversorgung
3 Pole Hauptwindung
2 Pole Testwindung
2 Pole Gegenkopplung
8Bit Ein, Aus
Pegelwandler
Testwicklung
(BNC, RG58)
Testforderung
(2pol. Lemokabel)
Klempuls
Spannungsversorgung
3 Pole Hauptwindung
2 Pole Testwindung
2 Pole Gegenkopplung
Testwicklung
(BNC, RG58)
Kabeladapt.
8Bit Ein, Aus
Pegelwandler
I/O
Fa. NI PXI6508
AC-Trafos
Klempuls
Testforderung
(2pol. Lemokabel)
Testwindung BNC (RG58)
Spannungsversorgung
Kopfverstärker
geklemmt
N. Schneider
Eckelmann AG
8Bit Ein, Aus
8Bit Ein, Aus
Kabeladapt.
8Bit Ein, Aus
Pegelwandlung
Bereichsanwahl
Testsignalauslösung
Klemmpulsweitg., Status
N1DC2, I1DC3, M1DC1
gepulste Bereiche
8Bit Ein, Aus
Klempuls
3x
I/O
Fa. NI PXI6508
Faradacups &
DC-Trafos gepulst
Klempuls
Pegelwandlung
Bereichsanwahl
Testsignalauslösung
Klemmpulsweitg., Status
Kopfverstärker
geklemmt
N. Schneider
Timing-DCU
ADC schnell
Fa. NI PXI6115
AC-Trafos
Klempuls
Testwindung BNC (RG58)
Testwindung BNC (RG58)
AC-Trafo
Linac
Klempuls
Testforderung
(2pol. Lemokabel)
Steuer & Signalkabel (15pol. Sub-D, twisted pair)
3pol. Erde, Betriebsp. +/- 12V
1pol. Klemmpuls
1pol. Teststrom 50nA
3pol. Bereichsumschaltung
2pol. Analogsignal
Klempuls
Steuergerät
Kabeladapt.
8Bit Ein, Aus
8Bit Ein, Aus
front-end electronics
Fa. Bergoz
Kabeladapt.
P4
P1
ADC schnell
Fa. NI PXI6115
Faradaycups gepulst
P3
P5
L2DT1L
ADC schnell
Fa. NI PXI6115
DC-Trafo gepulst
PCT Output
chassis
P2
Elektronikraum
P6
Quellentrafos
(Verwendungsbereich)
(Zul. Abw.)
(Oberfl.)
front-end electronics
Fa. Bergoz
P1
R2DT1L
P3
P5
PCT Output
chassis
P2
vor
Ort
Maßstab 1:1
(Gewicht)
(Werkstoff, Halbzeug)
(Rohteil-Nr)
(Modell- oder Gesenk-Nr)
P4
Datum
Bearb. 25.11.03
Gepr. 00.00.00
Norm
P6
Name
CM
CM
Klasse AC-Strom
Blatt
AC-Strom V1.1
Zust.
Änderung
Datum Name Ursprung
Ersatz für:
Blätter
Ersatz durch:
Abbildung 21: AC-Strommessung DCT, ACT, FC
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Signale der
4 Patientenmonitore
(werden gestellt)
front-end electronics
Fa. Bergoz
Kabeladapter
Analogsignal
100pol.
Eckelmann AG
Timing-DCU
ADC langsam
PDXI-MFS-8-500/14
P3
P2
P5
PCT Output
chassis
8Bit Ein, Aus
P6
Syncrotontrafo
Kabeladapter
100pol.
P4
P1
S4DTL
I/O
Fa. NI PXI6508
PXI-Crate
ER-CD-AC02
(Verwendungsbereich)
(Zul. Abw.)
Maßstab 1:1
(Gewicht)
(Werkstoff, Halbzeug)
(Rohteil-Nr)
(Modell- oder Gesenk-Nr)
Elektronikraum
vor
Ort
(Oberfl.)
Datum
Bearb. 20.10.03
Gepr. 00.00.00
Norm
Name
CM
CM
DC-Trafo Sync
Blatt
9.v1.1
Zust.
Änderung
Datum Name Ursprung
Ersatz für:
Blätter
Ersatz durch:
Abbildung 22: AC-Strommessung DCT SYNCHROTRON
7.4.1 Varianten
AC-Strommessung, Varianten
Bezeichnung
Anzahl
SDGeräte
Nomenklaturen der
SD-Geräte
Messdatenerfassungs-System
Bemerkung
Variante DC-Transformator (DCT(L))
DC-Transformator
2
L2DT1L, R2DT1L
ERCDAC1
LINAC
Schnelle Messung während des
Makropulses in den
Quellenzweigen.
Variante AC-Transformator (ACT(L))
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AC-Transformator
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3
LINAC
N1DT1S, I1DT1S,
ERCDAC1
M1DT1S,
Einsatzbereich LEBT, LINAC,
MEBT
Variante AC-Transformator (ACT(S))
AC-Transformator
1
S4DTS
ERCDAC1
SYNCHROTRON
Einsatzbereich
SYNCHROTRON
Variante Faraday-Cup (FC)
Faraday-Cup
3
N1DC2, I1DC3, M1DC1
ERCDAC1
Einsatzbereich LEBT, LINAC,
MEBT
Variante DC-Transformator (DCT(S))
DC-Transformator
1
S4DTL
ERCDAC2
SYNCHROTRON
Strahlstrommessung im
SYNCHROTRON
Variante Bestrahlungsmonitor
Bestrahlungsmonitor
4
T1DI3I, T2DI3I, T3DI3I,
ERCDAC2
T4DI3I
Intensitätsmessung
Bestrahlungsplatz 1 bis 4
Tabelle 87: AC-Strommessung, Varianten
7.4.2 Funktionsbeschreibung Varianten
7.4.2.1 DC-Transformator
Aufbau und Funktion des DC-Transformators sind in der Geräteklasse "DC-Strommessung"
beschrieben. Innerhalb der Geräteklasse "AC-Strommessung" wird das ungefilterte Signal des PCT
mit einem ADC NI-PXI6115 ausgelesen. Die Messung wird auf den Start des Makropuls-Choppers
getriggert, um eventuelle Schwankungen des Strahlstroms im Quellenbereich für das Zeitfenster des
Makropulses sichtbar zu machen.
7.4.2.2 AC-Transformator
Der AC-Transformator ist ein Strahldiagnose-Gerät des Typs I, also nicht strahlzerstörend. Er wird
benutzt, um gepulste Ströme berührungslos zu messen. In der LINAC- und MEBT-Sektion des
Beschleunigers müssen kurze Strahlpulse (30-200 µs) mit einer Frequenz von ca. 5 Hz mit hoher
Sensitivität gemessen werden. Dazu werden aktive AC-Transformatoren benutzt. Dabei handelt es
sich um einen Ringkerntransformator, der aus einem hochpermeablen ferromagnetischen Material
besteht. Im Betrieb passiert der Ionenstrahl diesen Transformatorkern möglichst zentrisch. Damit das
azimutale Magnetfeld des Ionenstrahls gemessen werden kann, muss der Transformatorkern vom
metallischen Strahlrohr elektrisch isoliert eingebaut werden. Am Ringkern ist eine Sekundärwicklung
angebracht, mit deren Hilfe die induzierte Spannung detektiert wird. Das differenzierte
Spannungssignal wird mit einem nachgeschalteten Integrator weiter aufbereitet. Mittels einer
Hilfswicklung auf dem Transformatorkern lässt sich der Detektor absolut kalibrieren. Zur Steigerung
der Messgenauigkeit wird, wie beim Faraday-Cup, ein Klemmpuls verwendet.
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Version 1.06 30.04 2004
7.4.2.3 Faraday-Cup
Die Faraday-Cup ist ein Strahldiagnose-Gerät des Typs II, also strahlzerstörend. Der Faraday-Cup
wird sowohl zur Strommessung als auch zum definierten Stoppen des Ionenstrahls verwendet. Er
besteht aus einem Elektrodenbecher, der isoliert gegen das Beschleuniger Erdpotential aufgebaut ist.
Die auftreffenden Ionen erzeugen im Elektrodenbecher einen (positiven) Ladungs-Überschuss, der
von der nachgeschalteten als Strahlstrom detektiert wird. Der Ionenstrahl löst jedoch beim Auftreffen
auf den Faraday-Cup auch Sekundärelektronen aus der Elektroden-Oberfläche heraus, die die
Ladungsmessung verfälschen würden. Zur Sekundärelektronen-Unterdrückung wird ein Elektrisches
Feld an der Eintrittsseite der Faraday-Cup (Gegenspannung) von –1 kV angelegt. Zusätzlich wird
durch einen Permanentmagnet ein homogenes Magnetfeld innerhalb der Faraday-Cup senkrecht zur
Strahlachse erzeugt. Dieses Magnetfeld hindert die Sekundärelektronen und eventuell vom
Elektrodenmaterial abgesputterte Ionen zusätzlich daran, den Elektrodenbecher zu verlassen. Zur
Vermeidung von Leckströmen ist die gesamte Faraday-Cup von einer geerdeten Blende
umschlossen.
Bei der Variante Faraday-Cup (Klemmpuls) wird die Messung des Strahlstroms getriggert auf den
Makropuls durchgeführt. Durch den sog. Klemmpuls wird der Eingang des Vorverstärkers
hardwaremäßig auf Erdpotential „geklemmt“. Nur für die Dauer des Makropulses (und einem Prebzw. Posttrigger) wird der Verstärker-Eingang zur Messung des Strahlstroms freigeschaltet. Dadurch
werden Störsignale bei der Strommessung effektiv unterdrückt.
7.4.3 Hardware-Schnittstellen des Messdatenerfassungs-System
Nachfolgend sind alle Signale gelistet, welche zwischen PCT Output Chassis bzw. Pegelwandler bzw.
Steuergerät und den Messdatenerfassungs-Systemen für die AC-Strommessung ausgetauscht
werden. Die Angaben zu den Signalen der DCU-SD beinhalten alle Signale, die von der DCU-SD an
die SD-Geräte und die MDE-Systeme der vorliegenden Geräteklasse abgesetzt werden.
7.4.3.1 Analoge Eingangssignale
AC-Strommessung, Analoge Eingangssignale
Signal No
Bezeichnung
Bemerkung
1-4
Strahlstrom AC-Transformator
Der Eingang liefert zeitlich getriggert während
eines Makropulses den Strahlstrom.
Ziel ERCDAC1
5-7
Strahlstrom Faraday-Cup
Der Eingang liefert zeitlich getriggert während
eines Makropulses den Strahlstrom.
Ziel ERCDAC1
8-9
Strahlstrom DC-Transformator (L)
Der Eingang liefert zeitlich getriggert während
eines Makropulses den Strahlstrom.
Ziel ERCDAC1
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Pflichtenheft Strahldiagnose
10
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Strahlstrom DC-Transformator (S)
Der Eingang liefert zeitlich getriggert während
eines Zyklus den Strahlstrom.
Ziel ERCDAC2
11
Magnetfeld Hall-Sonde
Der Eingang liefert zeitlich exakt gleich getriggert
wie der DCT(S) das Magnetfeld am Ort des
DCT(S). Ziel ERCDAC2
12-15
Bestrahlungsmonitor
Ziel ERCDAC2
Tabelle 88: AC-Strommessung, Analoge Eingangssignale
Die Erfassung der Messdaten für die Varianten ACT, DCT(L) und die Variante FC geschieht über die
PXI-6115 ADC-Karte von National Instruments.
Die Erfassung der Messdaten für die Variante DCT(S) , Hall-Sonde und die Variante
Bestrahlungsmonitore wird über die PDXI-MFS-8-500/14 ADC-Karte von UEI realisiert.
7.4.3.2 Digitale Status-Eingangssignale
AC-Strommessung Digitale Status-Eingangssignale
Signal No
Bezeichnung
Bemerkung
1-3
Kalibration DCT_1/DCT_3
Variante DCT:
PCT befindet sich im Kalibration-Mode. Statisches
Signal.
4-6
Selbsttest DCT_1/DCT_3
Variante DCT:
PCT befindet sich im Selbsttest-Modus. Statisches
Signal.
7
Messbereich Range A DCT_1
Codierung Tabelle 90
Statisches Signal.
8
Messbereich Range B DCT_1
Codierung Tabelle 90
Statisches Signal.
9
Messbereich Range A DCT_2
Codierung Tabelle 90
Statisches Signal.
10
Messbereich Range B DCT_2
Codierung Tabelle 90
Statisches Signal.
11
Messbereich Range A DCT_3
Codierung Tabelle 90
Statisches Signal.
12
Messbereich Range B DCT_3
Codierung Tabelle 90
Statisches Signal.
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Pflichtenheft Strahldiagnose
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Kabeltest FC_1
13
Kabel FC-Steuergerät, Kopfverstärker ok.
Statisches Signal.
...
...
15
Kabeltest FC_3
Kabel FC-Steuergerät, Kopfverstärker ok.
Statisches Signal.
16
Kabeltest ACT_1
...
...
19
Kabeltest ACT_4
Kabel ACT ok. Statisches Signal.
Kabel ACT ok. Statisches Signal.
Tabelle 89: AC-Strommessung, Digitale Eingangssignale, Status
Die Erfassung der Statussignale für die Varianten FC, DCT und ACT geschieht über die digitale E/AEbene der PXI-6508 E/A-Karte von National Instruments. Die verfügbaren digitalen Eingangssignale
wurden aufgelistet. Aktuell ist es nicht geplant die Statussignale des Steuergerätes zwecks
Verifizierung der vorgegebenen Steuersignale einzulesen.
Die Definition des Messbereich (sowohl Status als auch Ansteuerung) für die verschiedenen Varianten
wird über die unten aufgeführte Wertetabelle dargestellt:
AC-Strommessung, Messbereich
Bit 2
Bit 1 Bit 0
Messbereich
0
0
DCT: 10 mA (Range A)
0
ACT: nicht definiert
FC: nicht definiert
0
0
1
DCT: 1 mA (Range B)
ACT: 10 mA
FC: 100 mA
0
1
0
ACT: 1 mA
FC: 10 mA
0
1
1
ACT: 100 µA
FC: 1 mA
1
0
0
FC: 100 µA
1
0
1
FC: 10 µA
1
1
0
FC: 1 µA
1
1
1
FC: 100 nA
Tabelle 90: AC-Strommessung, Codierung Messbereich
7.4.3.3 Digitale Steuer-Ausgangssignale
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AC-Strommessung, Digitale Steuer-Ausgangssignale
Signal No
Bezeichnung
Bemerkung
1-3
Kalibration DCT_1 / DCT_3
Variante DCT:
Löst den Kalibration-Mode im PCT aus. Statisches
Signal.
4-6
Test DCT_1 / DCT_3
Variante DCT:
Löst den Selbsttest im PCT aus. Statisches Signal.
7-10
Test ACT_1 / ACT_4
Variante ACT:
Löst den Selbsttest-Modus aus. Statisches Signal.
11-13
Test FC_1 / FC_3
Variante FC:
Löst den Selbsttest-Modus aus. Statisches Signal.
14
Messbereich Bit 0 DCT_1
Codierung Tabelle 90
Statisches Signal.
15
Messbereich Bit 0 DCT_2
Codierung Tabelle 90
Statisches Signal.
16
Messbereich Bit 0 DCT_3
Codierung Tabelle 90
Statisches Signal.
17
Messbereich Bit 0 ACT _1
Codierung Tabelle 90
Statisches Signal.
18
Messbereich Bit 1 ACT _1
Codierung Tabelle 90
Statisches Signal.
19
Messbereich Bit 2 ACT _1
Codierung Tabelle 90
Statisches Signal.
…
…
...
26
Messbereich Bit 0 ACT _4
Codierung Tabelle 90
Statisches Signal.
27
Messbereich Bit 1 ACT _4
Codierung Tabelle 90
Statisches Signal.
28
Messbereich Bit 2 ACT _4
Codierung Tabelle 90
Statisches Signal.
29
Messbereich Bit 0 FC_1
Codierung Tabelle 74
Statisches Signal.
30
Messbereich Bit 1 FC_1
Codierung Tabelle 74
Statisches Signal.
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Messbereich Bit 2 FC_1
Codierung Tabelle 74
Statisches Signal.
...
...
...
35
Messbereich Bit 0 FC_3
Codierung Tabelle 74
Statisches Signal.
36
Messbereich Bit 1 FC_3
Codierung Tabelle 74
Statisches Signal.
37
Messbereich Bit 2 FC_3
Codierung Tabelle 74
Statisches Signal.
Tabelle 91: AC-Strommessung, Digitale Ausgangssignale, Steuer
Das Setzen der Steuersignale geschieht über die digitale E/A-Ebene der PXI-6508 E/A-Karte von
National Instruments.
7.4.3.4 Synchronisationssignale von der DCU-SD
Nachfolgend sind alle Signale erfasst, die von den beiden DCU-SD’s für die Steuerelektroniken der
SD-Geräte sowie dem Messdatenerfassungs-System der Geräteklasse AC-Strommessung benötigt
werden. Die Aufzählung der Signale ist vollständig für alle Messdatenerfassungssysteme der
Geräteklasse AC-Strommessung. Die DCU-SD-Signaldefinitionen sind im Kapitel 6.7 erläutert.
AC-Strommessung, Synchronisationssignale von den DCU-SD
No
Auslösende Aktion Beschreibung
in der Messdaten- des Signals
erfassung
1-6
Klemmpuls
7
Der Klemmpuls
Signal Definition des
typ
DCU-SD Signals
G
Ziel des Signals
Timing
- t0
Vorverstärker
L
- td
verbunden mit
ERCDAC1
3x ACT (L)
schaltet den Eingang
3x FC (L)
des Vorverstärkers
- thigh
aktiv.
Invertierte Logik
Start Trigger FC (L),
Mit (einstellbarem)
ACT (L), DCT (L)
Pre-Trigger auf
- td
Makropuls-Start.
- thigh
G
- t0
ERCDAC1
L
Der Bediener kann
den Pre-Trigger zum
Makropuls-Start im
Bereich 50-100µs frei
wählen. Default-Wert:
50 µs
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8
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G
- t0
ERCDAC1
L
- t0
Vorverstärker
L
Stop Trigger FC (L),
Mit (einstellbarem)
ACT (L), DCT (L)
Post-Trigger auf
- td
Makropuls-Ende.
- thigh
Der Bediener kann
den Post-Trigger zum
Makropuls-Ende im
Bereich 0-30µs frei
wählen. Default-Wert:
0 µs
9
10
11
12
Klemmpuls
Der Klemmpuls
ACT (S)
schaltet den Eingang
- td
verbunden mit
des Vorverstärkers
- thigh
ERCDAC1
aktiv.
Invertierte Logik
Start Trigger ACT (S)
Stop Trigger ACT (S)
Messungstor DCT (S)
Für ACT (S)
G
G
- t0
gesondertes
- td
Startsignal
- thigh
Für ACT (S)
G
- t0
gesondertes
- td
Stoppsignal
- thigh
Das Gatesignal wird
G
- t0
für den DC-
- td
Transformator im
- thigh
ERCDAC1
L
ERCDAC1
L
ERCDAC2
S
SYNCHROTRON, die
Hall-Sonde und den
Bestrahlungs-Monitor
benötigt. Über ein
Gerätestammdatum
zuschaltbar.
Tabelle 92: AC-Strommessung, DCU-SD Signale
Der Klemmpuls (Signal-No. 1-6) muss mit dem Makropuls synchronisiert werden, d.h. nur während
der Dauer des Makropulses liefert die Strommessung einen von Null verschiedenen Wert.
Die Messdaten-Aufnahme von DCT(S), Hall-Sonde und Bestrahlungsmonitor muss synchron erfolgen
(Signal-No. 12), so dass die Datenpunkte der drei Messungen einander zeitlich zugeordnet werden
können. Die Messung mittels der Hall-Sonde kann ggf. entfallen, wenn das Magnetfeld des
nächstgelegenen Magneten dem MDE-System bei der Messdaten-Vorverarbeitung bekannt ist.
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7.4.4 Kommando-Schnittstelle zur KS-Ablaufsteuerung
Die folgende Beschreibung der Signale des Betriebsarten-Telegramms gilt für ein Messdatenerfassungs-System der Geräteklasse AC-Strommessung. Ein SD-Gerät kann von dem Kontrollsystem
über das Betriebsarten-Telegramm in nachfolgende Modi geschaltet werden:
-
Testmode DCT
-
Testmode ACT
-
Testmode FC
-
Kalibration DCT
-
Messmode
Befindet sich das SD-Gerät im Zustand „Test“ oder „Kalibration“ können keine Messdaten
aufgenommen werden. Die Testmodi sind variantenspezifisch. Ein bestimmtes SD-Gerät kann jeweils
nur einen Testmode annehmen. Es wird immer nur ein Kanal bzw. SD-Gerät getestet bzw. kalibriert.
Über die Kommandoschnittstelle werden die SD-Geräte, welche mit dem MessdatenerfassungsSystem verbunden sind, ausgewählt.
AC-Strommessung: Auswahl Messkanäle / Bestandteil Betriebsarten-Telegramm
Name
Bit in
Command1
[SD-Gerät]
Beschreibung
Beispielwerte
Auswahl Kanal
Bit 0
Bitcodierte Auswahl des Messkanals
0/1
Tabelle 93: AC-Strommessung, Kommandoschnittstelle BKS Auswahl Messkanal
In dem Betriebsarten-Telegramm, erläutert in Kapitel 6.3.3.6 sind bitcodierte Command-Words für die
gerätespezifische Kommandos reserviert. In obiger Tabelle ist die Verwendung der Bits innerhalb des
ersten Command-Words erläutert.
Die Abhängigkeiten der Geräteklassen von Subsystemen und externen Geräten sind im Kaptitel 5.6.
aufgelistet.
7.4.4.1 Zeitverlauf der Messdatenerfassung, Messmodi
Um einen Makropuls zeitrichtig bei der AC-Strommessung zu erfassen, werden die folgend
dargestellten Signale benötigt. Der Klemmpuls führt einen automatischen Nullabgleich außerhalb des
Makropulses aus. Der Starttrigger startet die Messung vor dem eigentlichen Makropuls. Das
Messsignal während der Zeit vom Starttrigger bis zum Makropuls wird verwendet, um den Signaloffset
zu ermitteln. Die Messzeit für den Makropuls bestimmt sich aus dem Starttrigger und der PretriggerZeit sowie der angegebenen Länge des Makropulses (und dem Post-Trigger).
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Makropuls
TTL high
Klemmpuls
TTL low
Pre-Trigger
50 s
Post-Trigger
30 s
Zeit
Abbildung 23: AC-Strommessung, Timing
Der Zeitverlauf für die „AC-Strahlstrommessung " nach dem Umschalten in den Zustand „Messmode“
durch das Betriebsarten-Telegramm gliedert sich in folgende Phasen:
1. Empfang eines Broadcast-Telegramms
2. Quttierung des empfangenen Broadcast-Telegramms
3. Setzen der Messbereiche für Varianten DCT, FCT und FC entsprechend den Vorgaben durch
das Broadcast-Telegramm
4. Warten auf Trigger-Signal der DCU-SD
5. Speichern Zeitstempel für Messung
6. Messwert erfassen
7. Speicherung des Werts im RAM
8. Nach Signalisierung Stopp der Messung speichern Zeitstempel für Beendigung der
Messwertaufnahme
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9. Versenden des Messdaten-Telegramms direkt nach Messung oder nach Anfrage des BKS
durch das Request-Messdaten Telegramm.
Eine Zusammenstellung der möglichen Messmodi ist in Kapitel 7.4.10 vorgenommen.
7.4.5 Datenstrukturen
7.4.5.1 SD-Geräte-Stammdaten
SD-Geräte-Stammdaten AC-Strommessung
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
Definitionen Geräteklasse, Variante
Geräteklasse
String20
Bezeichnung Geräteklasse, Variante
ACT
Gerätename
String12
Name des Gerätes gemäß GSI-Nomenklatur /9/
Seriennummer
String12
Eindeutige ID eines SD-Gerätes
Kurztext
String20
Beschreibung des Gerätes
Langtext
String40
Bemerkungen zum Gerät
Standort der Vorort
String20
Standort der Elektronik vor Ort in der Anlage
Einstellzeit
USINT
Einstellzeit [us]. Wird empirisch ermittelt
DCT techn. Wert bei
FLOAT
techn. Wert bei Vollausschlag (-10V...+10V)
10.0
FLOAT
Array[AnzahlDCTMessbereiche]. Offset für Umrechnung tech.
0.0
Elektronik
Vollausschlag
Offset DCT
Einheit in phy. Einheit
ACT techn. Wert bei
FLOAT
techn. Wert bei Vollausschlag (0V...+10V)
10.0
FLOAT
Array[AnzahlACTMessbereiche]. Offset für Umrechnung tech.
0.0
Vollausschlag
Offset ACT
Einheit in phy. Einheit
FC techn. Wert bei
FLOAT
techn. Wert bei Vollausschlag (0…+10V)
10.0
FLOAT
Array[AnzahlFCMessbereiche]. Offset für Umrechnung tech.
0.0
Vollausschlag
Offset FC
Einheit in phy. Einheit
DCT MESSBEREICH
STRUCT DCT Definition Messbereich, Genauigkeit
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Anzahl Messbereiche
USINT
Anzahl Messbereiche, Genauigkeit. Max. 2 möglich
2
Messbereich 1
FLOAT
Messbereich 1 [A]
10E-3
Messbereich 2
FLOAT
Messbereich 2 [A]
1E-3
Bitkodierung
WORD
Bitkodierung Messbereich 1 an SD-Gerät
0x000
WORD
Bitkodierung Messbereich 2 an SD-Gerät
0x001
FLOAT
Messbereich 1 Genauigkeit [%]
3.0
FLOAT
Messbereich 2 Genauigkeit [%]
3.0
Messbereich 1
Bitkodierung
Messbereich 2
Messbereich 1
Genauigkeit
Messbereich 2
Genauigkeit
FC MESSBEREICH
STRUCT FC Definition Messbereich, Genauigkeit
Anzahl Messbereiche
USINT
Anzahl Messbereiche, Genauigkeit. Max. 7 möglich
7
Messbereich 1
FLOAT
Messbereich 1 [A]
100E-3
Messbereich 2
FLOAT
Messbereich 2 [A]
10E-3
Messbereich 3
FLOAT
Messbereich 3 [A]
1E-3
Messbereich 4
FLOAT
Messbereich 4 [A]
100E-6
Messbereich 5
FLOAT
Messbereich 5 [A]
10E-6
Messbereich 6
FLOAT
Messbereich 6 [A]
1E-6
Messbereich 7
FLOAT
Messbereich 7 [A]
100E-9
Bitkodierung
WORD
Bitkodierung Messbereich 1 an SD-Gerät
0x001
WORD
Bitkodierung Messbereich 2 an SD-Gerät
0x010
WORD
Bitkodierung Messbereich 3 an SD-Gerät
0x011
WORD
Bitkodierung Messbereich 4 an SD-Gerät
0x100
WORD
Bitkodierung Messbereich 5 an SD-Gerät
0x101
WORD
Bitkodierung Messbereich 6 an SD-Gerät
0x110
WORD
Bitkodierung Messbereich 7 an SD-Gerät
0x111
FLOAT
Messbereich 1 Genauigkeit [%]
1.0
Messbereich 1
Bitkodierung
Messbereich 2
Bitkodierung
Messbereich 3
Bitkodierung
Messbereich 4
Bitkodierung
Messbereich 5
Bitkodierung
Messbereich 6
Bitkodierung
Messbereich 7
Messbereich 1
Genauigkeit
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Messbereich 2
Version 1.06 30.04 2004
FLOAT
Messbereich 2 Genauigkeit [%]
1.0
FLOAT
Messbereich 3 Genauigkeit [%]
1.0
FLOAT
Messbereich 4 Genauigkeit [%]
1.0
FLOAT
Messbereich 5 Genauigkeit [%]
5.0
FLOAT
Messbereich 6 Genauigkeit [%]
5.0
FLOAT
Messbereich 7 Genauigkeit [%]
5.0
Genauigkeit
Messbereich 3
Genauigkeit
Messbereich 4
Genauigkeit
Messbereich 5
Genauigkeit
Messbereich 6
Genauigkeit
Messbereich 7
Genauigkeit
ACT MESSBEREICH
STRUCT ACT Definition Messbereich, Genauigkeit
Anzahl Messbereichel
USINT
Anzahl Messbereiche, Genauigkeit. Max. 3 möglich
3
Messbereich 1
FLOAT
Variante ACT: Messbereich 1 [A]
10E-3
Messbereich 2
FLOAT
Variante ACT: Messbereich 2 [A]
1E-3
Messbereich 3
FLOAT
Variante ACT: Messbereich 3 [A]
100E-6
Bitkodierung
WORD
Bitkodierung Messbereich 1 an SD-Gerät
0x001
WORD
Bitkodierung Messbereich 2 an SD-Gerät
0x010
WORD
Bitkodierung Messbereich 3 an SD-Gerät
0x011
FLOAT
Messbereich 1 Genauigkeit [%]
1.0
FLOAT
Messbereich 2 Genauigkeit [%]
1.0
FLOAT
Messbereich 3 Genauigkeit [%]
1.0
Messbereich 1
Bitkodierung
Messbereich 2
Bitkodierung
Messbereich 3
Messbereich 1
Genauigkeit
Messbereich 2
Genauigkeit
Messbereich 3
Genauigkeit
FC Konfiguration Testmode
Bitkodierung
WORD
Bitkodierung Messbereich für 100 nA
0x111
Erwarteter Messwert
FLOAT
Erwarteter Messwert [A]. 50 nA werden erwartet
50E-9
Toleranzband
FLOAT
Toleranzband für Messung [A]. Tolerabel sind +/- 0.5 nA
0.5E-9
Messbereich
DCT Konfiguration Testmode PCT
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Bitkodierung
Version 1.06 30.04 2004
WORD
Bitkodierung Messbereich für 10 mA
0x000
FLOAT
Toleranzband für Messung [V]. Tolerabel sind +/- 0.5 V
0.5
Messbereich
Toleranzband
DCT Konfiguration Kalibrierung PCT
Bitkodierung
WORD
Bitkodierung Messbereich für 1 mA
0x001
Erwarteter Messwert
FLOAT
Erwarteter Messwert [A]. 800 uA werden erwartet
800E-6
Toleranzband
FLOAT
Toleranzband für Messung [%]. Tolerabel sind +/- 1%
1.0
Messbereich
ACT Konfiguration Testmode
Bitkodierung
WORD
Bitkodierung Messbereich für 100 uA
0x011
Erwarteter Messwert
FLOAT
Erwarteter Messwert [A]. 80 uA werden erwartet
80E-6
Toleranzband
FLOAT
Toleranzband für Messung [A]. Tolerabel sind +/- 4 uA
4E-6
Messbereich
allg. Konfiguration SD-Gerät
Fehlermonitoring SD-
BOOL
Reply Broadcast Msg
SD-Gerät führt in Zustandsmaschine keinen Übergang nach
0/1
Fehlerzustand durch, falls Flag disabled
Gerät
BOOL
SD-Gerät sendet Acknowledge auf Strahlanforderung
0/1
(Broadcast Msg)
Konfiguration zeitaufgelöste Messwerterfassung
Anwahl zeitaufgelöste
BOOL
Anwahl Modus zeitaufgelöste Messwerterfassung
Messwerterfassung
0: keine zeitaufgelöste
Messwerterf. / 1:
zeitaufgelöste
Messwerterf.
Konfiguration zeitaufgelöste Messwerterfassung
Aktivierung
BOOL
Messwerterfassung
Freigabe Übergabe
BOOL
Messwertbuffer
Freigabe für Senden Daten der zeitaufgelösten
0/1
Messwerterfassung an BKS
USINT
Messwerterfassung
Anzahl Messpunkte in
0/1
Komplett, nicht für einzelne Messwerte
Messwerte an BKS
Abtastzeit
generelle Aktivierung der zeitaufgelösten Messwerterfassung.
Abtastzeit der Messwerterfassung. Zeitverzug zwischen
1000
Aufnahme von 2 Messwerten [us]
USINT
Anzahl der Messpunkte in Buffer für zeitaufgelöste
5000
Messwerterfassung. Maximal 25000 Samples möglich
Konfiguration zyklische Messwerterfassung
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Aktivierung
Version 1.06 30.04 2004
BOOL
Messwerterfassung
Freigabe Übergabe
0/1
Komplett, nicht für einzelne Messwerte
BOOL
Messwerte an BKS
Anzahl Messpunkte
generelle Aktivierung der zyklischen Messwerterfassung.
Freigabe für Senden Daten der zyklischen Messwerterfassung
0/1
an BKS
USINT
Anzahl der Einträge in Buffer für jede Übertragung (für jede
Messwertbuffer pro
Message) einer zyklischen Messwertübertragung. Maximal
Abschnitt
1000 Samples pro zyk. Message möglich
100
Konfiguration Standard Messwerterfassung (Snap Shots)
Aktivierung
BOOL
Messwerterfassung
Freigabe Übergabe
generelle Aktivierung der Standard Messwerterfassung.
0/1
Komplett, nicht für einzelne Messwerte
BOOL
Messwerte an BKS
Freigabe für Senden Daten der Standard Messwerterfassung
0/1
an BKS
Versionierung, Checksum
Versionskennung
Checksum
USINT
Versionskennung Stammdaten
DWORD Checksumme über komplette Geräte-Stammdaten
10
0x12345678
Tabelle 94: AC-Strommessung, Geräte-Stammdaten
Abhängig von der Geräteklasse werden allgemeine Einstellungen für jedes SD-Gerät durch
vorstehenden Satz an Stammdaten definiert. Die Struktur der Geräte-Stammdaten ist für alle SDGeräte der vorliegenden Geräteklasse identisch. Die Inhalte können sich für verschiedene Instanzen
innerhalb der Geräteklasse aber durchaus unterscheiden.
7.4.5.2 SD-Geräte-Parameter
SD-Geräte-Parameter AC-Strommessung
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
allg. Definitionen
DCT Kalibrations-
FLOAT
Kalibrations-Faktor
1.0
FLOAT
Kalibrations-Offset
0.0
Faktor
DCT KalibrationsOffset
Versionierung, Checksum
Versionskennung
Checksum
USINT
Versionskennung Parameter
DWORD Checksumme über komplette Geräte-Parameter
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10
0x12345678
172
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Tabelle 95: AC-Strommessung, Geräte-Parameter
Abhängig von der Geräteklasse werden spezielle Einstellungen für jedes SD-Gerät durch
vorstehenden Satz an Parametern definiert. Die Struktur der Geräte-Parameter ist für alle SD-Geräte
der vorliegenden Geräteklasse identisch. Die Inhalte können sich für verschiedene Instanzen
innerhalb der Geräteklasse aber durchaus unterscheiden.
7.4.5.3 MEFI-Steuerwertdaten
Das Messdatenerfassungs-System empfängt von dem BKS alle, für das System relevanten MEFISteuerwertdatensätze. Die Steuerdaten für die DCU-SD sind im Kapitel 7.4.3.4 erfasst.
Die AC-Strommessung ist von folgenden MEFI-Parametern abhängig:
-
Intensität
-
Ionensorte
Aufbau MEFI-Steuerwertdatensatz AC-Strommessung
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
Datenstruktur für MEFI Definitionen
Parameter E
USINT
Energie [1...DimE]
200
Parameter F
USINT
Fokus [1...DimF]
3
Parameter I
USINT
Intensität [1...DimI]
2
Parameter S
USINT
Ionensorte [1...DimS]
1
Parameter G
USINT
Gantrywinkel [0...DimG] für 0...360 Grad
15
Parameter Z
USINT
Strahlziel [1...DimZ]
1
Parameter Q
USINT
Quelle [1...DimQ]
1
STEUERWERT-
STRUCT Inhalt / Nutzdaten MEFI-Steuerwertdatensatz. Datensatz[0]
DATENSATZ
DCT Messbereich
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Index für Definitionen in
0
Gerätestammdaten
DCT Magnetfeld am
FLOAT
Ort
DCT Störfeld-Korrektur
ACT Messbereich
Array[MaxSDGeräte]. Magnetfeld am Ort des DCT (für
0.0
Störfeldkorrekturfaktor)
FLOAT
USINT
Störfeld-Korrektur
0.0
Array[MaxSDGeräte]. Index für Definitionen in
1
Gerätestammdaten
FC Messbereich
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Index für Definitionen in
2
Gerätestammdaten
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Standard Messwerterfassung (Snap Shots)
MESSWERT-1
STRUCT Datenstruktur für Element MESSWERT-1
Enableflag
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Enableflag Messwerterfassung
1
Delaytime
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Verzögerungszeit [us]
0
MESSWERT-2
STRUCT Datenstruktur für Element MESSWERT-2
Enableflag
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Enableflag Messwerterfassung
0
Delaytime
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Verzögerungszeit [us]
0
Datenkennung pro Steuerwertdatensatz
Set-Id
USINT
Datenkennung Steuerwertdatensatz Stufe 3: Set-Id
789
Datenkennung, Checksum pro Ionensorte
Machine-Id
USINT
Datenkennung Steuerwertdatensatz Stufe 1: Machine-Id,
123
Parameter M
Device-Id
Checksum
USINT
Datenkennung Steuerwertdatensatz Stufe 2: Device-Id
DWORD Checksumme über alle MEFI-Steuerwertdatensätze einer
456
0x123456
Ionensorte
Prüfsumme
Checksum
DWORD Checksumme über alle MEFI-Steuerwertdatensätze des ndimensionalen Parameterraums
0x123456
Tabelle 96: AC-Strommessung, MEFI-Steuerdatensatz
Jeder empfangene MEFI-Steuerwertdatensatz besteht strukturell aus einem Header und den
eigentlichen Nutzdaten. Der Header beinhaltet die MEFI-Parameter als eindeutige Kennzeichnung
innerhalb des BKS. Über diese Definition kann jeder Datensatz zugeordnet werden. Diese dienen
quasi als Maske, um aus einem maximal möglichen n-dimensionalen Parameterraum die für das
betroffene Gerät relevante, spezifische Dimensionierung des Parameterraumes zu ermitteln. Die
Angaben der MEFI-Parameter dienen hierbei als Indizes, um einen Datensatz einer vorgegebenen
Kombination an MEFI-Vorgaben eindeutig zuordnen zu können. Der vorgestellte Aufbau erlaubt:

die Übertragung des vollständigen Umfangs an MEFI-Steuerwertdatensätzen in Form eines
geschlossenen Datenstreams oder als sequentielle Anreihung der einzelnen
Steuerwertdatensätze

die Einzelübertragung beliebiger MEFI-Steuerwertdatensätze
Zur Erläuterung folgendes Beispiel: Ein Gerät sei abhängig von der Ionensorte S [1...4] sowie der
Intensität I [1...15]. Der komplette Vorrat an MEFI-Steuerwertdatensätzen für ein MDE-System besteht
aus einem 2-dimensionalen Parameterraum des Struktur (S[1...4], I[1...15]). Letztlich liegt ein 2-
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174
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
dimensionales Array der Größe [4,15] vor, wobei jedes Element durch eine Struktur des Typs
’STEUERWERT-DATENSATZ’ repräsentiert wird. Über die Kennzeichnung von z.B. S = 2 und I = 3 ist
die Zuordnung des Datensatzes vorgegeben. Die Kennzahlen S, I geben den Index für die
Adressierung innerhalb des 2-dimensionalen Arrays vor. Jeder Datensatz kann bei einem Lese- oder
Schreibvorgang eindeutig zugeordnet werden.
Die für jedem MDE-System im Flash gehalten MEFI-Steuerwertdatensätze sind in einem ndimensionalen Parameterraum organisiert. Für alle relevanten Freiheitsgrade an M, E, F, I, S, G und Z
ist innerhalb des betroffenen MDE-Systems eine Datenstruktur oben dargestellten Aufbaus hinterlegt.
Der Aufbau ist stets identisch, die Inhalte sind in Abhängigkeit der MEFI-Parameter natürlich
unterschiedlich. Hinterlegt werden im Flash nur die Nutzdaten. Bevor die Abspeicherung erfolgt, wird
der Header entfernt. Der Header dient lediglich der Zuordnung des Datensatzes, beinhaltet aber keine
relevanten Informationen für eine Bestrahlung. Nach Erhalt der Strahlanforderung für die Verwendung
von MEFI-Steuerdaten (Broadcast Telegramm) wird auf Basis der übergebenen MEFI-Parametern
genau der eine, eindeutige Steuerwertdatensatz aus dem verfügbaren Vorrat an Datensätzen
ermittelt.
7.4.5.4 Steuerwertdaten Referenz-VAcc bzw. VAcc
Das Messdatenerfassungs-System empfängt von dem BKS alle, für das System relevanten VAccSteuerwertdatensätze. Die Steuerdaten für die DCU-SD sind im Kapitel 7.2.3.4 erfasst.
Aufbau Referenz-VAcc, VAcc Steuerwertdatensatz AC-Strommessung
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
Datenstruktur für Definitionen virtueller Beschleuniger
Nummer VAcc
STEUERWERT-
USINT
Nummer des Referenz-VAcc’s [1...10] bzw. VAcc[11...255]
2
STRUCT Inhalt / Nutzdaten VAcc-Steuerwertdatensatz
DATENSATZ
DCT Messbereich
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Index für Definitionen in
0
Gerätestammdaten
DCT Magnetfeld am
FLOAT
Ort
DCT Störfeld-Korrektur
ACT Messbereich
Array[MaxSDGeräte]. Magnetfeld am Ort des DCT (für
0.0
Störfeldkorrekturfaktor)
FLOAT
USINT
Störfeld-Korrektur
0.0
Array[MaxSDGeräte]. Index für Definitionen in
1
Gerätestammdaten
FC Messbereich
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Index für Definitionen in
2
Gerätestammdaten
Standard Messwerterfassung (Snap Shots)
MESSWERT-1
Enableflag
STRUCT Datenstruktur für Element MESSWERT-1
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Enableflag Messwerterfassung
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1
175
Pflichtenheft Strahldiagnose
Delaytime
MESSWERT-2
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USINT
Array[MaxSDGeräte]. Verzögerungszeit [us]
0
STRUCT Datenstruktur für Element MESSWERT-2
Enableflag
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Enableflag Messwerterfassung
0
Delaytime
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Verzögerungszeit [us]
0
Attribute
SD-Gerät aktiv
BOOL
Array[MaxSDGeräte]. Definition ob SD-Gerät von
0: inaktiv / 1: aktiv
Strahlanforderung betroffen ist. Inaktiv, falls SD-Gerät zwar in
Gruppe, aber willentlich aus Zyklus herausgenommen wird
Konfiguration Modus Messwerterfassung (zyklisch, Standard)
Modus
USINT
Messwerterfassung
Array[MaxSDGeräte]. Anwahl Modus Messwerterfassung
0: keine Messwerterf.
(zyklisch, Standard)
(zyklisch, Standard) / 1:
nur zyklische
Messwerterf. / 2: nur
Standard Messwerterf. /
3: zyklische und
Standard Messwerterf.
Konfiguration zyklische Messwerterfassung
Abtastzeit
USINT
Messwerterfassung
Anzahl Messpunkte
Array[MaxSDGeräte]. Abtastzeit der Messwerterfassung.
1000
Zeitverzug zwischen Aufnahme von 2 Messwerten [us]
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Anzahl der Abtastungen für gesamten
über kompletten
Zeitraum der zykl. Messwerterfassung. Die Gesamtzahl der
Zeitraum
Messpunkte wird angegeben. Hieraus ergibt sich die
10000
komplette Messperiode und implizit die Anzahl der zykl.
Messages
Tabelle 97: AC-Strommessung, Referenz-VAcc, VAcc Steuerdatensatz
Für alle virtuellen Beschleuniger (VAcc 1 – VAcc 10) mit den inhaltlichen Vorgaben zur Attributierung
von MEFI-Steuerwertdatensätzen ist eine Datenstruktur oben dargestellten Aufbaus hinterlegt. Der
Aufbau ist stets identisch, die Inhalte können in Abhängigkeit der Definition des virtuellen
Beschleunigers natürlich unterschiedlich sein. Nach Erhalt der Strahlanforderung für einen MEFISteuerwertdatensatz wird auf Basis der übergebenen Nummer des Referenz-VAcc’s genau der eine,
eindeutige Datensatz aus dem verfügbaren Vorrat an Datensätzen der Referenz-VAcc’s ermittelt.
Diese sind im Flash mit den Nummern VAcc 1 bis VAcc 10 hinterlegt. Inhaltlich sind aus den
Referenz-VAcc’s ausschließlich die Attribute interessant. Die Steuerwerte selbst werden den MEFISteuerwertdatensätzen entnommen. Der Aufbau der Referenz-VAcc’s entspricht exakt den virtuellen
Beschleunigern. Dies wurde aus Gründen der Vereinheitlichung so festgelegt.
Jeder empfangene Steuerwertdatensatz eines virtuellen Beschleunigers besteht strukturell aus einem
Header und den eigentlichen Nutzdaten. Der Header beinhaltet die Nummer des VAcc’s als
eindeutige Kennzeichnung innerhalb des BKS. Über diese Definition kann jeder Datensatz zugeordnet
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
werden. Die Angaben der Nummer des virtuellen Beschleunigers dient hierbei als Index, um einen
Datensatz eindeutig referenzieren zu können. Der vorgestellte Aufbau erlaubt:

die Übertragung des vollständigen Umfangs an Steuerwertdatensätzen für alle VAcc’s in Form
eines geschlossenen Datenstreams oder als sequentielle Anreihung der einzelnen
Steuerwertdatensätze

die Einzelübertragung beliebiger Steuerwertdatensätzen virtueller Beschleuniger
Für alle virtuellen Beschleuniger ist eine Datenstruktur oben dargestellten Aufbaus hinterlegt. Der
Aufbau ist stets identisch, die Inhalte können in Abhängigkeit der Definition des virtuellen
Beschleunigers natürlich unterschiedlich sein. Nach Erhalt der Anforderung für einen virtuellen
Beschleuniger, wird auf Basis der übergebenen Nummer genau der eine, eindeutige
Steuerwertdatensatz aus dem verfügbaren Vorrat an Datensätzen der virtuellen Beschleuniger
ermittelt. Hinterlegt werden im RAM nur die Nutzdaten. Z.Zt. maximal 256 virtuelle Beschleuniger sind
vorgesehen. Die VAcc’s bis zur Nummer 10 sind fest vergeben (Referenz-VAcc’s in Flash). Der VAcc
mit der Nummer 0 wird als Datensatz für den LINAC Stabilitätspuls reserviert.
7.4.5.5 Messdaten
Für jedes vom Kontrollsystem zur Messung ausgewählte SD-Gerät wird unten beschriebener
Messdatensatz an das Kontrollsystem versandt. Die Anzahl der Messwertdatensätze wird durch die
Anzahl der Messungen bestimmt, welche am Kontrollsystem vorgewählt wurde (siehe Kapitel 7.4.4).
Die Messdaten-Strukturen für die Varianten ACT, DCT(L), FC und Bestrahlungsmonitore sind gleich.
Für die Variante DCT(S) gilt eine gesonderte Messdaten-Struktur. Für jeden Kanal sind 1000 Einträge
für die Aufnahme von Messwerten reserviert.
AC-Strommessung: Messwerte DCT (L), ACT(L), ACT(S), FC, Bestrahlungsmonitore
Name
DATA_STATUS_STRU
Format
STRUCT
Beschreibung
Beispielwerte
Allgemeiner Datenstatus, ist in 6.8.1.1 beschrieben.
Gerätespezifische Kodierungen sind in 7.4.9.2
CT
beschrieben.
Strahlstrom
Messoffset FC, ACT
Array[AnzahlMess
Strom als Funktion der Zeit über die Dauer des
punkte] OF
Makropulses, evtl. mit Vor- und Nachlauf zur
FLOAT
Kontrolle der Nulllage des Strahlstroms
FLOAT
Offset gemittelt über Zeitraum zwischen Zeitpunkten
Beginn Klemmpuls und Beginn Makropuls
Tabelle 98: AC-Strommessung, Messdaten
AC-Strommessung: Messwerte DCT (S)
Name
DATA_STATUS_STRU
CT
Format
STRUCT
Beschreibung
Beispielwerte
Allgemeiner Datenstatus, ist in 6.8.1.1 beschrieben.
Gerätespezifische Kodierungen sind in 7.4.9.2
beschrieben.
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Strahlstrom
Magnetfeld
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Array[AnzahlMess
Strom als Funktion der Zeit über die Dauer des
punkte] OF
Makropulses, evtl. mit Vor- und Nachlauf zur
FLOAT
Kontrolle der Nulllage des Strahlstroms
Array[AnzahlMess
Magnetfeld-Messung mit Hall-Sonde für Störfeld-
punkte] OF
Korrektur des DCT(S)
FLOAT
Tabelle 99: AC-Strommessung, Messdaten DCT(S)
Die Übertragung der Messwertdaten an die Ablaufsteuerung erfolgt separat für jedes SD-Gerät.
Die Anzahl der in jedem Messdatensatz enthaltenen Messwerte ist abhängig von der Wahl des Modus
der Messwertdatenerfassung (zeitaufgelöste Messwertdatenerfassung/Messwertspeicherung,
zyklische Messwertdatenerfassung, Standard-Messwerterfassung) und der zugehörigen Konfiguration
für die Anzahl der Messpunkte. Details bzgl. der verschiedenen Modi an Messwertdatenerfassung
können Kapitel 6.2.5 entnommen werden.
7.4.6 Ablauf Geräteansteuerung
Der Ablauf der Geräteansteuerung des Gesamtsystems aus Datenvorverarbeitung und MDE „ACStrommessung“ umfasst folgende Zustandsgruppen:
1. Einschalten (Datenvorverarbeitung und Controller)
2. Reset MDE
3. Initialisierung des MDE-System
4. Warten auf Broadcast und Initialisierung der Messkanäle entsprechend den Werten aus dem
Broadcast-Telegramm
5. Aufnahme der Messdaten
6. Berechnung nach Aufnahme der Messdaten
7. Genereller Fehlerfall
In den Zuständen 1und 2 gibt es keine Wechselwirkung der MDE mit dem KS.
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Abbildung 24: AC-Strommessung, Ablauf Gerätesteuerung
Die dargestellte Zustandsmaschine gibt eine vorläufige und noch unvollständige Strukturierung der
Geräteansteuerung wieder. Eine abschliessende Detaillierung wird während der Implementierung
vorgenommen.
7.4.7 Verarbeitung Messdaten, Transformation
Für DCT, ACT und FC werden die empfangenen Werte von der technischen Größe in die
physikalische Größe gewandelt. Der maximale technische Bereich des vom Steuergerät
empfangenen Wertes ist in den Gerätestammdaten enthalten. Der einzustellende Messbereich wird
dem Messdatenerfassungs-System über einen MEFI-Steuerdatensatz oder über einen virtuellen
Beschleuniger mitgeteilt. Die in Kapitel 7.4.5.5 eingetragenen Werte ergeben sich aus der linearen
Beziehung:
phys. Wert = techn. Messwert x eingestellter Messbereich / Techn. Wert Vollausschlag + Offset
Bei der Variante DCT wird der tatsächliche Strahlstrom ermittelt, indem vom aktuell ermittelten
Messwert ein Offset abgezogen wird.
Für die beiden SD-Geräte DCT(L) ergibt sich der Offset aus den mittels MEFI-Steuerwertdaten
übertragenem Magnetfeld vor Ort und dem jeweiligen Störfeldfaktor. Für das SD-Gerät DCT(S) ergibt
sich der Offset aus dem mittels Hall-Sonde bestimmten Magnetfeld vor Ort und dem jeweiligen
Störfeldfaktor.
Messwert_Korr = Messwert_Akt – Magnetfeld vor Ort * Störfeldkorrektur
Bei den Varianten FC/ACT ist über das erfasste Signal zwischen dem Beginn des Klemmpulses und
dem Beginn des Makropulses der Mittelwert zu bilden. Dieser dient als Offset für die im weiteren
Verlauf aufgenommenen Signale.
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
7.4.8 Testfunktion
Die Funktionen werden von dem Messdatenerfassungs-System ERCDAC1 / Geräteklasse ACStrommessung ausgeführt.
7.4.8.1 Test PCT
Für die Testfunktion des PCT ist es wichtig, dass sichergestellt wird, dass während des Testablaufs
kein Ionenstrahl den DC-Transformator passiert. Dazu muss vom BKS überprüft werden, ob die
Faraday Cups R2DC1 bzw. L2DC1 oder die davor liegenden Faraday-Cups R1DC3 bzw. L1DC1
eingefahren sind.
Für den PCT-Selbsttest sind folgende Schritte abzuarbeiten:
-
PCT auf Range B (10 mA) setzen
-
Ausgangsspannung U0 speichern
-
"Start Test"-Signal an PCT senden (Wartezeit ist die Einstellzeit enthalten in den SD-GeräteStammdaten)
-
Erneut die aktuelle Ausgangsspannung U1 speichern
-
Die Werte von U0 und U1 vergleichen;
falls Änderung der Ausgangspannung kleiner als +- 0.5 V:
o
dann Test OK
o
sonst Test NOK
Nach durchgeführter Testroutine veranlasst das SD-Gerät ein Telegramm an das BKS. Hierin sind
enthalten die beiden Messwerte, die Differenz sowie der Status des Test.
7.4.8.2 Kalibration PCT
Für die Kalibration des PCT muss sichergestellt werden, dass kein Ionenstrahl den DC-Transformator
passiert. Siehe hierzu auch Anmerkungen im Kapitel „Test PCT“.
Für die eingebaute Kalibrationsfunktion des PCT sind vom BKS folgende Schritte abzuarbeiten:
-
PCT auf Range A (1 mA) setzen
-
Ausgangsspannung U0 speichern
-
"Kalibration"-Signal (pos. Polarität) an PCT senden (Wartezeit ist die Einstellzeit enthalten in
den SD-Geräte-Stammdaten). Das Gerät leitet Strom durch den Trafo zur Simulation des
Strahls
-
Erneut die aktuelle Ausgangsspannung U1 speichern
-
Falls die ursprüngliche Kalibration korrekt war, zeigt die Stromanzeige (KS) des PCT nun 800
µA (80 % Full scale) +-1%
-
Falls der Wert abweicht, muss ein neuer Kalibrationsfaktor für das SD-Gerät (enthalten
sowohl in der Geräteklasse DC-Strommessung als auch enthalten in der Geräteklasse ACStrommessung) in die Gerätestammdaten übertragen werden. Hierfür zeichnet die
übergeordnete Ablaufsteuerung verantwortlich
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Pflichtenheft Strahldiagnose
-
Version 1.06 30.04 2004
Der aktuelle Stromwert muss in jedem Fall ausgegeben werden
Nach durchgeführter Kalibrationsroutine veranlasst das SD-Gerät ein Telegramm an das BKS. Hierin
sind enthalten die beiden Messwerte, die Differenz sowie der Status des Test.
7.4.8.3
Test Kopfverstärker FC
Die Testfunktion des Kopfverstärker FC ist im Kapitel 7.3.8.3 beschrieben. Die Testfunktion wird bei
den Faraday Cups der AC-Strommessung in gleicher Weise angewandt.
Nach durchgeführter Testroutine veranlasst das SD-Gerät ein Telegramm an das BKS. Hierin sind
enthalten der Messwert sowie der Status des Test.
7.4.8.4
Test Kopfverstärker ACT
Für den Test des AC-Transformators muss sichergestellt sein, dass kein Strahlstrom den ACTransformator passiert.
Durch Setzen des Signals TEST wird der Kopfverstärker des AC-Transformators mit einem Strom von
ca. 80 µA beaufschlagt und die Klemmung des Kopfverstärkers wird aufgehoben.
Für den Selbsttest muss der ACT in den Messbereich 100 µA geschaltet werden. Das (DC-)
Stromsignal von ca. 80 µA muss von der nachverarbeitenden Elektronik +/- 4 µA angezeigt werden,
dann ist das Testergebnis OK, ansonsten ist das Testergebnis NOK.
Nach durchgeführter Testroutine veranlasst das SD-Gerät ein Telegramm an das BKS. Hierin sind
enthalten der Messwert sowie der Status des Test.
7.4.9 Fehler- und Statusverarbeitung
7.4.9.1 Gerätestatus
Im Folgenden sind Statusinformationen, unterschieden nach Gerätestatus und Datenstatus,
aufgeführt. In dem allgemeinen Gerätestatus, erläutert in Kapitel 6.3.4.2 ist ein bitcodiertes Statusword
für die gerätespezifischen Statusinformationen enthalten. Für die Geräte der Geräteklasse ACStrommessung sind folgende Informationen über den klassenspezifischen Gerätestatus abgebildet:
Aufbau des Statusword innerhalb des Gerätestatus
Name
Bit in
Statusword
[SD-Gerät]
Beschreibung
Beispielwerte
Kalibration DCT
Bit 0
PCT befindet sich im Modus Kalibration
0/1
Test DCT
Bit 1
PCT befindet sich im Modus Selbsttest
0/1
Tabelle 100: AC-Strommessung, Gerätespezifischer Gerätestatus
Die Statusinformationen werden als Bestandteil des allgemeinen Statustelegramms für jedes SDGerät separat verwaltet.
Die Zustandsnummer ist die kodierte Information, ob sich das SD-Gerät im Zustand:
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
-
Testmode (DCT, ACT und FC)
-
Messmode
-
Kalibrationsmodus (nur Variante DCT)
-
Elektronik Lokalbetrieb / Remotebetrieb
befindet. Die Zustandsnummer ist Bestandteil des allgemeinen Teils des Gerätestatus Telegramms.
Siehe hierzu Kapitel 6.3.4.2..
7.4.9.2 Datenstatus
Der Aufbau der Datenstatus-Struktur ist im Kapitel 6.8.1.1 beschrieben. Im Folgenden ist die
geräteklassenspezifische Belegung des Statusword aufgeführt.
Aufbau des Statusword innerhalb des Datenstatus
Name
Bit in
Statusword
Beschreibung
Beispielwerte
Overload
Bit 0
Messverstärker voll ausgesteuert. (Dieses Signal wird NICHT
0/1
vom PCT geliefert, es muss daher nachträglich über den
Vollausschlag des ADC generiert werden)
Tabelle 101: AC-Strommessung, Gerätespezifischer Datenstatus
7.4.9.3 Zyklische Meldungen
Die Messdatenerfassungs-Systeme senden zyklisch und bei Änderung der Inhalte den Gerätestatus
an die Ablaufsteuerung. Das Gerätestatus-Telegramm kann von der Ablaufsteuerung als das Lebenszeichen des sendenden Messdatenerfassungs-Systems genutzt werden. Die Inhalte des Gerätestatus-Telegramm werden in Kapitel 6.3.4.2 erläutert.
7.4.9.4 Fehlermeldungen
Der Aufbau des Fehler-Telegramms und die Sendehäufigkeit sind im Kapitel 6.3.4.4 beschrieben.
Aufbau des Statusword innerhalb des Gerätestatus
Name
Bit in Fehler
[SD-Gerät]
Beschreibung
Beispielwerte
TestNOK
Bit 0
Test SD-Gerät fehlgeschlagen
0/1
Tabelle 102: AC-Strommessung, Fehlermeldungen
Weitere Festlegungen von Fehlermeldungen werden im Laufe der Implementierung vorgenommen.
7.4.10 Anforderung an Verarbeitung der Daten im Beschleuniger KS
Das BKS stellt die im Messdatenerfassungs-System vorverarbeiteten Werte wie nachfolgend
aufgeführt dar:
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Version 1.06 30.04 2004
AC-Strommessung, Darstellungsmodi
Messmodus
Variante
Beschreibung
1
Mittlerer Pulsstrom
FC-L
Zahlenwert des mittleren Pulsstroms
2
Zeitaufgelöster
FC-L
Anzeige des Strahlstroms als Funktion der Zeit
ModusNo
Strahlstrom
3
Trending Maximalstrom
ACT-S
Zahlenwert des Maximalstroms
4
Mittlerer Pulsstrom
ACT-L
Anzeige des Mittelwerts des Pulsstroms
5
Transmission
ACT-L
Anzeige des Strahlstroms als Funktion des Einbauorts für einen Puls
6
Zeitaufgelöster
ACT-L
Anzeige des Strahlstroms als Funktion der Zeit
ACT-S
Anzeige des Strahlstroms als Funktion der Zeit. Bestimmung des
Strahlstrom
7
Zeitaufgelöster
Injektionsstrom
8
9
10
11
Maximums. Zahlenwert Verhältnisbildung zu M1DT1S
Zeitaufgelöster
DCT-S
Strahlstrom
(S4DTL)
Anzeige des Strahlstroms als Funktion der Zeit
zeitlicher Verlauf der
DCT-S
Normierung des Strahlstrom auf Teilchenzahl. Anzeige der Teilchenzahl
Teilchenzahl
(S4DTL)
als Funktion der Zeit
zeitliche Ableitung der
DCT-S
Bildung der zeitlichen Ableitung der Teilchenzahl. Darstellung der
Teilchenzahl
(S4DTL)
Ableitung (Teilchenzahl-Änderung) als Funktion der Zeit
Eventgebundenes
DCT-S
Darstellung des Strahlstroms zu Event über mehrere Zyklen
Trending
(S4DTL)
Tabelle 103: AC-Strommessung, Darstellungsmodi
Die verschiedenen Modi sollten grundsätzlich kombiniert darstellbar sein. Folgende Kombinationen
sind beispielsweise vorzusehen:
-
Darstellung verschiedener ACT’s in Modus 5 und 6
-
gleichzeitige Darstellung von S4DTS und M1DT1S in Modus 7
-
Gemeinsame Anzeige der Modi 8, 9 und 10
7.4.11 Handbedienebene für die Geräteklasse
7.4.11.1
Handbedienebene DCT, ACT, FC und Bestrahlungsmonitor
Ein Messdatenerfassungs-System kann per Anwahl in den MDE-System-Stammdaten (siehe hierzu
Kapitel 6.3.3.11) in einen Handbedien-Modus versetzt werden. Zielsetzung ist es hierbei, das
Messdatenerfassungs-System unbeeinflusst von Kommandos der Ablaufsteuerung zu betreiben. Der
Operateur hat über ein lokales Bedienterminal die Möglichkeit, sich die unten aufgeführten Werte
anzeigen zu lassen bzw. das Messdatenerfassungs-System zu bedienen. Die Einbindung der
Handbedienebene ist in Kapitel 6.10 beschrieben.
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Folgende Daten müssen auf einem lokalen Bedienterminal angezeigt werden:
-
Gerätestammdaten des ausgewählten SD-Geräts
-
Geräteparameter des ausgewählten SD-Geräts
-
Nomenklatur der DCU, welche das SD-Gerät ansteuert
-
Werte des aktuellen virtuellen Beschleunigers
-
Aktuell eingestellte Messbereiche
-
Darstellung des aktuellen Gerätestatus (Messung, Test, Kalibration)
-
Messwerte, einmalig, periodisch, auch während der Kalibrierung
-
Darstellung des aktuellen Datenstatus
Auf dem lokalen Bedienterminal müssen dem Operateur folgende Eingabemöglichkeiten zur
Verfügung stehen:
-
Verändern der Gerätestammdaten des ausgewählten SD-Geräts
-
Verändern der Geräteparameter des ausgewählten SD-Geräts
-
Setzen der Messbereiche
-
Setzen der Betriebsart (Messung, Test, Kalibration)
-
Reset des Messdatenerfassungs-Systems
-
Initialisierung des Messdatenerfassungs-Systems
Für alle genannte Varianten stehen innerhalb der Handbedienebene der identische Vorrat an
Operationen zur Verfügung.
Parallel zu den unten geführten Anzeige- und Eingabeelementen muss der dem jeweiligen SD-Gerät
(FC) zugehörige Pressluftantrieb bedienbar sein und dessen Status dargestellt werden.
Bedienung und Visualisierung des Pressluftantriebs erfolgen mittels eines separaten
Applikationsprogramms.
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184
Pflichtenheft Strahldiagnose
7.5
Version 1.06 30.04 2004
Geräteklasse Phasensonde (SD-PH)
Das SD-Gerät Phasensonde lässt sich keiner der bestehenden Geräteklassen zuordnen und wird
daher als eigene Geräteklasse behandelt.
Phasensonde
I1DP1
Kopfverstärker
Fa. Femto
8Bit Ein, Aus
Timing
I1DP2
KabelAdapt.
I/O
Fa. NI PXI6508
(IO6)
100pol.
8Bit Ein, Aus
8Bit Ein, Aus
M1DP2
8Bit Ein, Aus
M1DP1
Masteroszillator
N-anschluß auf SMA-Connector
RFQ
N-anschluß auf SMA-Connector
I1DP1
I1DP2
M1DP1 M1DP2 Master
RFQ
ACQIRIS, zweikanalig
(ggf. in Inbetriebn. einkan.,
aber mit voller Bandbreite)
Kontaktumsetzg.
SMA-BNC
ACQIRIS, zweikanalig
(ggf. in Inbetriebn. einkan.,
aber mit voller Bandbreite)
Kontaktumsetzg.
SMA-BNC
ACQIRIS, zweikanalig
(ggf. in Inbetriebn. einkan.,
aber mit voller Bandbreite)
Kontaktumsetzg.
SMA-BNC
ACQIRIS, zweikanalig
(ggf. in Inbetriebn. einkan.,
aber mit voller Bandbreite)
IH-Cav. Debun.
6
7
I1DP1
Kontaktumsetzg.
SMA-BNC
I1DP2
IH-Cavität
N-anschluß auf SMA-Connector
M1DP1
7
Memory
M1DP2
8
3
Master
RFQ
IH-Cav.
6
Debun.
9
3
4
5
4
1
1
9
5
2
2
Verschaltung
gewährleistet Nutzung
nebenstehender
Sondenkombinationen
unter voller Bandweite
(nur 1 Kanal statt zwei
pro Karte genutzt!)
PXI-Crate
"ER-CD-PHS01"
Eckelmann AG
Debuncher
(Verwendungsbereich)
(Zul. Abw.)
(Oberfl.)
(Gewicht)
(Werkstoff, Halbzeug)
(Rohteil-Nr)
(Modell- oder Gesenk-Nr)
N-anschluß auf SMA-Connector
vor
Ort
Maßstab 1:1
Datum
Bearb. 14.10.03
Gepr. 00.00.00
Norm
Elektronikraum
Name
CM
CM
Phasensonden-Elek.
Blatt
5.v1.1
Zust.
Änderung
Datum Name Ursprung
Ersatz für:
Blätter
Ersatz durch:
Abbildung 25: Geräteklasse Phasensonde
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185
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
7.5.1 SD-Geräte
Phasensonde, SD-Geräte
Bezeichnung
Phasensonde (PhS)
Anzahl
SDGeräte
4
Nomenklaturen der
SD-Geräte
Messdatenerfassungs-System
Bemerkung
I1DP1, I1DP2, M1DP1,
ERCDPH1
Einsatzbereich LINAC, MEBT
ERCDPH1
RFQ-, IH-, Debuncher-,
M1DP2,
Tank-Signale
3
I1BI2T, I1BR1T, M1BB1T
Masteroszillatorsignal
Tabelle 104: Phasensonde, SD-Geräte
7.5.2 Funktionsbeschreibung
7.5.2.1 Phasensonde
Die Phasensonde ist ein Strahldiagnose-Gerät des Typs I, also nicht strahlzerstörend. Phasensonden
werden benutzt, um die zeitliche Struktur eines Bunches zu vermessen. Mit Hilfe der Phasensonde
können zwei Strahlparameter bestimmt werden. Zum einen kann der Einfluss der verschiedenen
Beschleuniger-HF-Signale auf die Phasenlage der Bunche an dem Ort der jeweiligen Phasensonde
bestimmt werden. Andererseits erlaubt die Kombination aus zwei Phasensonden bei bekanntem
Abstand der Sonden die Messung der Strahlenergie (Time of Flight, TOF).
Die Phasensonde ist zur Signalvorverarbeitung an einen schaltbaren Vorverstärker (Fa. FEMTO, 2060dB, in 10dB-Schritten) angeschlossen. Die Nachverstärkung der Messsignale erfolgt im
Datenerfassungsmodul.
Die Messdatenaufnahme mit der Phasensonde beinhaltet stets die gleichzeitige Darstellung von zwei
Signalen. Diese können aus den sog. Tanksignalen, als auch aus den Signalen der Phasensonden
bestehen. Unter dem Begriff "Tanksignal" wird die induktive HF-Auskopplung aus dem RFQ-Tank, der
IH-Struktur bzw. dem "Debuncher" verstanden. Der Master-Oszillator bestimmt die Grundfrequenz des
gesamten Beschleunigers, im vorliegenden Fall 216 MHz und dient als phasenkorrelierte
Triggerquelle.
7.5.3 Hardware-Schnittstellen des Messdatenerfassungs-System
Nachfolgend sind alle Signale gelistet, welche zwischen den Vorstärkern der Phasensonden bzw. den
HF-Tanksignalen und dem Messdatenerfassungs-System für die Phasensonde ausgetauscht werden.
Die Angaben zu den Signalen der DCU-SD beinhalten alle Signale, die von der DCU-SD an die SDGeräte und das MDE-System der vorliegenden Geräteklasse abgesetzt werden.
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
7.5.3.1 Analoge Eingangssignale
Phasensonde, Analoge Eingangssignale
Signal No
Bezeichnung
Bemerkung
1
SondSig1
8 Bit Digitizer erfasst vorverstärktes Signal d. Phasensonde I1DP1
2
SondSig2
8 Bit Digitizer erfasst vorverstärktes Signal d. Phasensonde I1DP2
3
SondSig3
8 Bit Digitizer erfasst vorverstärktes Signal d. Phasensonde M1DP1
4
SondSig4
8 Bit Digitizer erfasst vorverstärktes Signal d. Phasensonde M1DP2
5
RFQSig
8 Bit Digitizer erfasst das ausgekoppelte HF-Signal der RFQ-Struktur (I1BR1T)
6
IHSig
8 Bit Digitizer erfasst das ausgekoppelte HF-Signal des IH-Tanks (I1BI2T)
7
DebunchSig
8 Bit Digitizer erfasst das ausgekoppelte HF-Signal des Debunchers (M1BB1T)
8
DebunchSig
8 Bit Digitizer erfasst das ausgekoppelte HF-Signal des Debunchers (M1BB1T)
Tabelle 105: Phasensonde, Analoge Eingangssignale
Die Aufnahme der Messdaten geschieht über den 8 Bit Digitizer DC241 von Acqiris. Der Digitizer
besitzt eine Abtastrate von 2 GSa/s bei 2 Kanal-Betrieb und 4 GSa/s bei Nutzung nur eines Kanals
pro Karte. Für die spätere Messdaten-Analyse wird einerseits die maximale Abtastrate von 4 GSa/s
gefordert. Andererseits sind für die Analyse der Phasenlage nur bestimmte Kombinationen der oben
angegebenen Signale sinnvoll. Die notwendigen Kombinationen sind in der folgenden Tabelle
zusammengefasst:
Phasensonde, Messmodi
Mess Modus
Messung der Phasenlage von
Messgröße
Bemerkung
M1
I1DP1-I1BI2T
Phasendifferenz
Einschuss
M2
I1DP2-M1DP1
Phasendifferenz
Time-of-Flight (TOF),
Energiemessung
M3
I1BR1T-I1BI2T
Phasendifferenz
Tankphasenlage
M4
M1BB1T-M1DP2
Phasendifferenz
Nulldurchgang Buncher
M5
M1BB1T-I1BI2T
Phasendifferenz
Tankphasenlage
M6
Memory M6 gegen M1DP2
Phasendifferenz
Bunchüberwachung
M7
M2 gegen Memory von M2
Phasendifferenz
Energiemessung
Tabelle 106: Phasensonde, Messmodi
Eine gleichzeitige Darstellung von M1 + M3 + M5 oder M2 + M4 + M6 + M7 ist möglich und erlaubt.
Zusätzlich lassen sich die in den Messmodi M1-M5 gespeicherten Daten gleichzeitig mit den aktuellen
Messdaten der Messmodi M1-M5 anzeigen. Auf die Darstellung der Tankphasen gegen den HFMaster-Oszillator wird verzichtet.
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Daraus ergibt sich folgende Schaltmatrix für die zu vergleichenden Signale:
I1DP1
I1DP1
I1DP2
M1DP1
M1DP2
Master
RFQ
I1BR1T
---
IH
I1BI2T
Debunch
M1BB1T
M1
I1DP2
---
M2
M1DP1
M2
---
Daten einer
Referenz von
M1DP2
M6
Master
---
RFQ
I1BR1T
IH
I1BI2T
M1
Debunch
M1BB1T
M4
---
M3
M3
---
M5
M5
---
Tabelle 107: Phasensonde, Schaltmatrix
Damit obige Kombinationen jeweils mit 4 GSa/s ausgelesen werden können, werden die Signale der
Phasensonden bzw. die Tanksignale wie folgt zugeordnet:
Acqiris-Modul
Kanal 1
Kanal 2
Trigger
ADCA-A
I1BR1T
I1DP2
HF-Master
ADCA-B
I1DP1
M1DP1
frei
ADCA-C
I1BI2T
M1DP2
frei
ADCA-D
M1BB1T
M1BB1T
frei
Tabelle 108: Phasensonde, Zuordung Signale
Bei den Trigger-Signalen ist zu beachten: Alle Acqiris-Digitizer-Karten werden auf den MasterOszillator getriggert, daher reicht ein Trigger-Anschluss, da das Triggersignal intern durchgeschleift
wird.
(Hinweis: Die vorgenannte Verschaltung der Messsignale ist nur durch die Samplingrate des Digitizers
bedingt. Wünschenswert wäre der Einsatz eines Digitizers mit höherer Samplingrate, welcher jedoch
zur Zeit auf dem Markt nicht erhältlich ist.)
Das Signal von M1BB1T muss aufgesplittet und an beide Eingänge von Modul D aufgeschaltet
werden.
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Pflichtenheft Strahldiagnose
7.5.3.2
Version 1.06 30.04 2004
Digitale Status-Eingangssignale
Für die Geräteklasse Phasensonde stehen nach aktuellem Stand folgende Statussignale zur
Verfügung, welche über die digitale Schnittstelle eingelesen werden könnten.
Phasensonde, Digitale Status-Eingangssignale
Signal No
Bezeichnung
Bemerkung
1
Versorgungsspannung +5V PHS_1
Rückmeldung Versorgungsspannung
2
Versorgungsspannung +12V PHS_1
Rückmeldung Versorgungsspannung
3
Versorgungsspannung -12V PHS_1
Rückmeldung Versorgungsspannung
...
...
10
Versorgungsspannung +5V PHS_4
Rückmeldung Versorgungsspannung
11
Versorgungsspannung +12V PHS_4
Rückmeldung Versorgungsspannung
12
Versorgungsspannung -12V PHS_4
Rückmeldung Versorgungsspannung
Tabelle 109: Phasensonde, Digitale Status-Eingangssignale
Phasensonde, Kodierung Digitale Eingangssignale
Signal
No
Status Bit Codierung Codierung
PXI-6508
Sondenverstärker
o.k
Fehler
Input Konfiguration
von
1
S1+5V
1
0
pull down
2
S1+12V
1
0
pull down
3
S1-12V
0
1
pull up
4
S2+5V
1
0
pull down
5
S2+12V
1
0
pull down
6
S2-12V
0
1
pull up
7
S3+5V
1
0
pull down
8
S3+12V
1
0
pull down
9
S3-12V
0
1
Pull up
10
S4+5V
1
0
Pull down
11
S4+12V
1
0
pull down
12
S4-12V
0
1
pull up
I1DP1
I1DP2
M1DP1
M1DP2
Tabelle 110: Phasensonde, Konfiguration Digitale Eingangssignale
Die Statusbits der Versorgungsspannungen sind nicht einzeln anzuzeigen, sondern nur ein
gemeinsamer Fehlerstatus jeden Sondenverstärkers.
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Mit Hilfe einer einfachen Sonderbeschaltung können Informationen über den eingestellten
Messbereich der Femto-Vorverstärker ausgekoppelt werden. Die Entscheidung wird im Zuge des
Designs der SD-Adapterboxen getroffen. Zur möglichen Kodierung der Signale siehe Tabelle 112.
Inwieweit Statussignale der Acqiris Digitizer sinnvoll genutzt werden können, wird während der
Implementierung festgelegt.
7.5.3.3
Digitale Steuer-Ausgangssignale
Phasensonde, Digitale Ausgangssignale, Steuersignale
Signal No
Bezeichnung
Bemerkung
1
Messbereich Bit 0 PHS_1
Codierung Tabelle 112
Statisches Signal.
2
Messbereich Bit 1 PHS_1
Codierung Tabelle 112
Statisches Signal.
3
Messbereich Bit 2 PHS_1
Codierung Tabelle 112
Statisches Signal.
4
Messbereich Bit 0 PHS_2
Codierung Tabelle 112
Statisches Signal.
5
Messbereich Bit 1 PHS_2
Codierung Tabelle 112
Statisches Signal.
6
Messbereich Bit 2 PHS_2
Codierung Tabelle 112
Statisches Signal.
7
Messbereich Bit 0 PHS_3
Codierung Tabelle 112
Statisches Signal.
8
Messbereich Bit 1 PHS_3
Codierung Tabelle 112
Statisches Signal.
9
Messbereich Bit 2 PHS_3
Codierung Tabelle 112
Statisches Signal.
10
Messbereich Bit 0 PHS_4
Codierung Tabelle 112
Statisches Signal.
11
Messbereich Bit 1 PHS_4
Codierung Tabelle 112
Statisches Signal.
12
Messbereich Bit 2 PHS_4
Codierung Tabelle 112
Statisches Signal.
Tabelle 111: Phasensonde, Steuer -Digitale Ausgangssignale
Die Ansteuerung des Messbereichs wird über die unten aufgeführte Wertetabelle dargestellt:
Phasensonde, Messbereich
Bit 2
Bit 1 Bit 0
Messbereich
Femto Control Port Sub-D (25 pol.)
Pin 16
Pin 15
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Pin 14
Pin 9
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
0
0
0
Verstärkung 20 dB
0
0
0
GND
0
0
1
Verstärkung 30 dB
0
0
1
GND
0
1
0
Verstärkung 40 dB
0
1
0
GND
0
1
1
Verstärkung 50 dB
0
1
1
GND
1
0
0
Verstärkung 60 dB
1
0
0
GND
1
0
1
Nicht definiert
1
1
0
Nicht definiert
1
1
1
Nicht definiert
Tabelle 112: Phasensonde, Codierung Messbereich
7.5.3.4 Synchronisationssignale von der DCU-SD
Um die zeitliche Struktur innerhalb eines Injektionspulses messen zu können, ist die Triggerung des
Phasensondensignals auf die beschleunigende HF entscheidend. Der Trigger entscheidet, zu
welchem Zeitpunkt innerhalb des Injektionspulses die Messung mit der Phasensonde beginnt. Wegen
der Feinstruktur des Injektionspulses, der aus einzelnen Bunchen besteht, müssen die beiden Signale
„Start des Injektionspulses“ und „Phasenlage der Beschleuniger HF“ gekoppelt werden. Diese
Kopplung wird hier dadurch erreicht, dass für alle Digitizer einheitlich die Frequenz des MasterOszillators als Trigger-Signal benutzt wird. Für die Messdatenaufnahme wird in der Folge von der
DCU-SD nur noch ein Gatesignal für die Dauer des Injektionspulses nötig um die Messung der
Digitizer freizugeben.
Phasensonde, Synchronisationssignale von den DCU-SD
No
Auslösende Aktion Beschreibung
in der Messdaten- des Signals
erfassung
1
Injektionspuls-Anfang
EnableMessdatenauf
zeichnung
Signal Definition des
typ
DCU-SD Signals
G
- t0
Ziel des Signals
Timing
ERCDPH1
L
- td
- thigh
Tabelle 113: Phasensonde, DCU-SD Signale
Der Stop der Messdatenaufnahme wird durch die Größe des Digitizer-Speichers festgelegt.
7.5.4 Kommando-Schnittstelle zur KS-Ablaufsteuerung
Die folgende Beschreibung der Signale des Betriebsarten-Telegramms gilt für ein Messdatenerfassungs-System der Geräteklasse Phasensonde. Ein SD-Gerät kann von dem Kontrollsystem über
das Betriebsarten-Telegramm in eine der folgenden Modi geschaltet werden:
-
Testmode FEMTO Kopfverstärker
-
Testmode Digitizer Karte
-
Kalibrierroutine Digitizer
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Pflichtenheft Strahldiagnose
-
Version 1.06 30.04 2004
Messmode
Phasensonde: Auswahl Messmodi / Bestandteil Betriebsarten-Telegramm
Name
Bit in
Command1
[SD-Gerät]
Beschreibung
Beispielwerte
Auswahl
Bit 0…Bit 2
Auswahl des Messmode: M1 bis M7
001…111
Messmode
Test Digitizer
Kodierung ist beschrieben in Tabelle 106
Bit 4…Bit 7
Karte
Kalibrierung
Anwahl Test Digitizer Boards
0000…1111
Bit 4: Digitizer 1... Bit 7: Digitizer 4
Bit 8…Bit 11
Digitizer Karte
Anwahl Kalibrierung Digitizer Boards
0000…1111
Bit 8: Digitizer 1... Bit 11: Digitizer 4
Tabelle 114: Phasensonde, Kommandoschnittstelle BKS Messmodi
In dem Betriebsarten-Telegramm, erläutert in Kapitel 6.3.3.6 sind bitcodierte Command-Words für die
gerätespezifische Kommandos reserviert. In obiger Tabelle ist die Verwendung der Bits innerhalb des
ersten Command-Words erläutert.
Das SD-Gerät kann von dem Kontrollsystem über das Betriebsarten-Telegramm in einen der von
sieben Messmodi geschaltet werden. Details der Messmodi sind im Kapitel 7.5.3.1 erläutert. Test und
Kalibrierung der Digitizer kann vorgewählt werden.
7.5.4.1 Zeitverlauf der Messdatenerfassung, Messmodi
Alle Messungen der Phasensonden verlaufen synchronisiert sowohl zum Injektionspuls-Start als auch
zur Master-Oszillator-Frequenz. Nach Vorgabe des Pre- oder Post-Triggers startet die Messung. Die
Messdauer ist begrenzt durch den Speicherplatz des Digitizers (256 kB).
Eine Erläuterung der möglichen Messmodi wurde in Kapitel 7.5.3.1 vorgenommen.
Der Zeitverlauf für die Geräteklasse „Phasensonde" nach dem Umschalten in den Zustand
„Messmode“ durch das Betriebsarten-Telegramm gliedert sich in folgende Phasen:
1. Empfang eines Broadcast-Telegramms
2. Quttierung des empfangenen Broadcast-Telegramms
3. Setzen der Messbereiche für die SD-Geräte entsprechend den Vorgaben durch das
Broadcast-Telegramm
4. Warten auf Start-Trigger der DCU-SD
5. Speichern Zeitstempel für Messung
6. Messwert erfassen
7. Speicherung des Werts im RAM
8. Nachdem Abschluss der Messperiode (Speicherplatz Digitizer aufgebraucht) speichern
Zeitstempel für Beendigung der Messwertaufnahme
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Pflichtenheft Strahldiagnose
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9. Versenden des Messdaten-Telegramms direkt nach Messung oder nach Anfrage des BKS
durch das Request-Messdaten Telegramm
7.5.5 Datenstrukturen
7.5.5.1 SD-Geräte-Stammdaten
SD-Geräte-Stammdaten Phasensonde
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
Definitionen Geräteklasse, Variante
Geräteklasse
String20
Bezeichnung Geräteklasse, Variante
PHS
Gerätename
String12
Name des Gerätes gemäß GSI-Nomenklatur /9/
Seriennummer
String12
Eindeutige ID eines SD-Gerätes
Kurztext
String20
Beschreibung des Gerätes
Langtext
String40
Bemerkungen zum Gerät
Standort der Vorort
String20
Standort der Elektronik vor Ort in der Anlage
Einstellzeit
USINT
Einstellzeit [us]. Wird empirisch ermittelt
TOF-Nutzung
BOOL
Angabe ob die Phasensonde zur TOF-Messung benutzt wird
0/1
BOOL
Angabe ob die Phasensonde zur TOF-Messung benutzt wird
0/1
Elektronik
Phasensonde I1DP2
TOF-Nutzung
Phasensonde M1DP1
FEMTO
STRUCT FEMTO Definition Verstärkungsfaktoren
MESSBEREICH
Anzahl Messbereiche
USINT
Anzahl Messbereiche Vorverstärker. Max. 5 möglich
5
Verstärkungsfaktor 1
USINT
Vorverstärker Verstärkungsfaktor 1 [dB]
20
Verstärkungsfaktor 2
USINT
Vorverstärker Verstärkungsfaktor 2 [dB]
30
Verstärkungsfaktor 3
USINT
Vorverstärker Verstärkungsfaktor 3 [dB]
40
Verstärkungsfaktor 4
USINT
Vorverstärker Verstärkungsfaktor 4 [dB]
50
Vorverstärker
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Verstärkungsfaktor 5
USINT
Vorverstärker Verstärkungsfaktor 5 [dB]
60
Bitkodierung
WORD
Bitkodierung Verstärkungsfaktor 1 an SD-Gerät
0x000
WORD
Bitkodierung Verstärkungsfaktor 2 an SD-Gerät
0x001
WORD
Bitkodierung Verstärkungsfaktor 3 an SD-Gerät
0x010
WORD
Bitkodierung Verstärkungsfaktor 4 an SD-Gerät
0x011
WORD
Bitkodierung Verstärkungsfaktor 5 an SD-Gerät
0x100
Verstärkungsfaktor 1
Bitkodierung
Verstärkungsfaktor 2
Bitkodierung
Verstärkungsfaktor 3
Bitkodierung
Verstärkungsfaktor 4
Bitkodierung
Verstärkungsfaktor 5
DIGITIZER
STRUCT DIGITIZER Definition Verstärkungsfaktoren
MESSBEREICH
Anzahl Messbereiche
USINT
Anzahl Messbereiche Vorverstärker. Max. 7 möglich
7
FLOAT
Verstärkungsfaktor 1 Digitizer-Karte [V]
0.05
FLOAT
Verstärkungsfaktor 2 Digitizer-Karte [V]
0.1
FLOAT
Verstärkungsfaktor 3 Digitizer-Karte [V]
0.2
FLOAT
Verstärkungsfaktor 4 Digitizer-Karte [V]
0.5
FLOAT
Verstärkungsfaktor 5 Digitizer-Karte [V]
1.0
FLOAT
Verstärkungsfaktor 6 Digitizer-Karte [V]
2.0
FLOAT
Verstärkungsfaktor 7 Digitizer-Karte [V]
5.0
Average Value Digitizer (Werte im Bereich 3.0…10.0)
3.0
Digitizer-Karte
Verstärkungsfaktor 1
Digitizer-Karte
Verstärkungsfaktor 2
Digitizer-Karte
Verstärkungsfaktor 3
Digitizer-Karte
Verstärkungsfaktor 4
Digitizer-Karte
Verstärkungsfaktor 5
Digitizer-Karte
Verstärkungsfaktor 6
Digitizer-Karte
Verstärkungsfaktor 7
Digitizer-Karte
Average Value
FLOAT
Digitizer
Femto Kopfverstärker Konfiguration Testmode
Bitkodierung erster
WORD
Bitkodierung erster Verstärkungsfaktor / 20 dB
0x000
Verstärkungsfaktor
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Bitkodierung zweiter
Version 1.06 30.04 2004
WORD
Bitkodierung zweiter Verstärkungsfaktor / 60 dB
FLOAT
Toleranzband Unterschied zwischen erster und zweiter
0x100
Verstärkungsfaktor
Toleranzband
Messung für Entscheidung Test ok/not ok
allg. Konfiguration SD-Gerät
Fehlermonitoring SD-
BOOL
Reply Broadcast Msg
SD-Gerät führt in Zustandsmaschine keinen Übergang nach
0/1
Fehlerzustand durch, falls Flag disabled
Gerät
BOOL
SD-Gerät sendet Acknowledge auf Strahlanforderung
0/1
(Broadcast Msg)
Konfiguration zeitaufgelöste Messwerterfassung
Anwahl zeitaufgelöste
BOOL
Anwahl Modus zeitaufgelöste Messwerterfassung
Messwerterfassung
0: keine zeitaufgelöste
Messwerterf. / 1:
zeitaufgelöste
Messwerterf.
Konfiguration zeitaufgelöste Messwerterfassung
Aktivierung
BOOL
Messwerterfassung
Freigabe Übergabe
BOOL
Freigabe für Senden Daten der zeitaufgelösten
0/1
Messwerterfassung an BKS
USINT
Messwerterfassung
Anzahl Messpunkte in
0/1
Komplett, nicht für einzelne Messwerte
Messwerte an BKS
Abtastzeit
generelle Aktivierung der zeitaufgelösten Messwerterfassung.
Abtastzeit der Messwerterfassung. Zeitverzug zwischen
1000
Aufnahme von 2 Messwerten [us]
USINT
Messwertbuffer
Anzahl der Messpunkte in Buffer für zeitaufgelöste
5000
Messwerterfassung. Maximal 25000 Samples möglich
Konfiguration zyklische Messwerterfassung
Aktivierung
BOOL
Messwerterfassung
Freigabe Übergabe
0/1
Komplett, nicht für einzelne Messwerte
BOOL
Messwerte an BKS
Anzahl Messpunkte
generelle Aktivierung der zyklischen Messwerterfassung.
Freigabe für Senden Daten der zyklischen Messwerterfassung
0/1
an BKS
USINT
Anzahl der Einträge in Buffer für jede Übertragung (für jede
Messwertbuffer pro
Message) einer zyklischen Messwertübertragung. Maximal
Abschnitt
1000 Samples pro zyk. Message möglich
100
Konfiguration Standard Messwerterfassung (Snap Shots)
Aktivierung
BOOL
generelle Aktivierung der Standard Messwerterfassung.
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0/1
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Pflichtenheft Strahldiagnose
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Messwerterfassung
Freigabe Übergabe
Komplett, nicht für einzelne Messwerte
BOOL
Messwerte an BKS
Freigabe für Senden Daten der Standard Messwerterfassung
0/1
an BKS
Versionierung, Checksum
Versionskennung
Checksum
USINT
Versionskennung Stammdaten
DWORD Checksumme über komplette Geräte-Stammdaten
10
0x12345678
Tabelle 115: Phasensonde, Geräte-Stammdaten
Abhängig von der Geräteklasse werden allgemeine Einstellungen für jedes SD-Gerät durch
vorstehenden Satz an Stammdaten definiert. Die Struktur der Geräte-Stammdaten ist für alle SDGeräte der vorliegenden Geräteklasse identisch. Die Inhalte können sich für verschiedene Instanzen
innerhalb der Geräteklasse aber durchaus unterscheiden.
Für die TOF-Messung können entweder beide Phasensonden (I1DP2 bzw. M1DP1) oder keine der
beiden Phasensonden benutzt werden.
7.5.5.2 SD-Geräte-Parameter
Geräte-Parameter Phasensonde
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
allg. Definitionen
Abtastrate Messung
USINT
Abtastrate der Messung (1GSa/s, 2GSa/s, 4GSa/s)
4
Genauigkeit
FLOAT
Genauigkeit der Zeitmessung . Wird im wesentlichen durch
10.0
den Digitizer bestimmt [ps]
Zeitmessung
Versionierung, Checksum
Versionskennung
Checksum
USINT
Versionskennung Parameter
DWORD Checksumme über komplette Geräte-Parameter
10
0x12345678
Tabelle 116: Phasensonde, Geräte-Parameter
Abhängig von der Geräteklasse werden spezielle Einstellungen für jedes SD-Gerät durch
vorstehenden Satz an Parametern definiert. Die Struktur der Geräte-Parameter ist für alle SD-Geräte
der vorliegenden Geräteklasse identisch. Die Inhalte können sich für verschiedene Instanzen
innerhalb der Geräteklasse aber durchaus unterscheiden.
7.5.5.3 MEFI-Steuerwertdaten
Das Messdatenerfassungs-System empfängt von dem BKS alle für das System relevanten MEFISteuerwertdatensätze. Die Steuerdaten für die DCU-SD sind im Kapitel 7.5.3.4 erfasst.
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Pflichtenheft Strahldiagnose
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Die Phasensonde ist von folgenden MEFI-Parametern abhängig:
-
Intensität
-
Ionensorte
Aufbau MEFI-Steuerwertdatensatz Phasensonde
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
Datenstruktur für MEFI Definitionen
Parameter E
USINT
Energie [1...DimE]
200
Parameter F
USINT
Fokus [1...DimF]
3
Parameter I
USINT
Intensität [1...DimI]
2
Parameter S
USINT
Ionensorte [1...DimS]
1
Parameter G
USINT
Gantrywinkel [0...DimG] für 0...360 Grad
15
Parameter Z
USINT
Strahlziel [1...DimZ]
1
Parameter Q
USINT
Quelle [1...DimQ]
1
STEUERWERT-
STRUCT Inhalt / Nutzdaten MEFI-Steuerwertdatensatz. Datensatz[0]
DATENSATZ
Verstärkungsfaktor
USINT
FEMTO
Verstärkungsfaktor
Array[MaxSDGeräte]. Index für Definitionen in
1
Gerätestammdaten
USINT
Digitizer-Karte
Array[MaxSDGeräte]. Index für Definitionen in
2
Gerätestammdaten
Standard Messwerterfassung (Snap Shots)
MESSWERT-1
STRUCT Datenstruktur für Element MESSWERT-1
Enableflag
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Enableflag Messwerterfassung
1
Delaytime
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Verzögerungszeit [us]
0
MESSWERT-2
STRUCT Datenstruktur für Element MESSWERT-2
Enableflag
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Enableflag Messwerterfassung
0
Delaytime
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Verzögerungszeit [us]
0
Datenkennung pro Steuerwertdatensatz
Set-Id
USINT
Datenkennung Steuerwertdatensatz Stufe 3: Set-Id
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Pflichtenheft Strahldiagnose
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Datenkennung, Checksum pro Ionensorte
Machine-Id
USINT
Datenkennung Steuerwertdatensatz Stufe 1: Machine-Id,
123
Parameter M
Device-Id
Checksum
USINT
Datenkennung Steuerwertdatensatz Stufe 2: Device-Id
DWORD Checksumme über alle MEFI-Steuerwertdatensätze einer
456
0x123456
Ionensorte
Prüfsumme
Checksum
DWORD Checksumme über alle MEFI-Steuerwertdatensätze des ndimensionalen Parameterraums
0x123456
Tabelle 117: Phasensonde, MEFI-Steuerdatensatz
Jeder empfangene MEFI-Steuerwertdatensatz besteht strukturell aus einem Header und den
eigentlichen Nutzdaten. Der Header beinhaltet die MEFI-Parameter als eindeutige Kennzeichnung
innerhalb des BKS. Über diese Definition kann jeder Datensatz zugeordnet werden. Diese dienen
quasi als Maske, um aus einem maximal möglichen n-dimensionalen Parameterraum die für das
betroffene Gerät relevante, spezifische Dimensionierung des Parameterraumes zu ermitteln. Die
Angaben der MEFI-Parameter dienen hierbei als Indizes, um einen Datensatz einer vorgegebenen
Kombination an MEFI-Vorgaben eindeutig zuordnen zu können. Der vorgestellte Aufbau erlaubt:

die Übertragung des vollständigen Umfangs an MEFI-Steuerwertdatensätzen in Form eines
geschlossenen Datenstreams oder als sequentielle Anreihung der einzelnen
Steuerwertdatensätze

die Einzelübertragung beliebiger MEFI-Steuerwertdatensätze
Zur Erläuterung folgendes Beispiel: Ein Gerät sei abhängig von der Ionensorte S [1...4] sowie der
Intensität I [1...15]. Der komplette Vorrat an MEFI-Steuerwertdatensätzen für ein MDE-System besteht
aus einem 2-dimensionalen Parameterraum des Struktur (S[1...4], I[1...15]). Letztlich liegt ein 2dimensionales Array der Größe [4,15] vor, wobei jedes Element durch eine Struktur des Typs
’STEUERWERT-DATENSATZ’ repräsentiert wird. Über die Kennzeichnung von z.B. S = 2 und I = 3 ist
die Zuordnung des Datensatzes vorgegeben. Die Kennzahlen S, I geben den Index für die
Adressierung innerhalb des 2-dimensionalen Arrays vor. Jeder Datensatz kann bei einem Lese- oder
Schreibvorgang eindeutig zugeordnet werden.
Die für jedem MDE-System im Flash gehalten MEFI-Steuerwertdatensätze sind in einem ndimensionalen Parameterraum organisiert. Für alle relevanten Freiheitsgrade an M, E, F, I, S, G und Z
ist innerhalb des betroffenen MDE-Systems eine Datenstruktur oben dargestellten Aufbaus hinterlegt.
Der Aufbau ist stets identisch, die Inhalte sind in Abhängigkeit der MEFI-Parameter natürlich
unterschiedlich. Hinterlegt werden im Flash nur die Nutzdaten. Bevor die Abspeicherung erfolgt, wird
der Header entfernt. Der Header dient lediglich der Zuordnung des Datensatzes, beinhaltet aber keine
relevanten Informationen für eine Bestrahlung. Nach Erhalt der Strahlanforderung für die Verwendung
von MEFI-Steuerdaten (Broadcast Telegramm) wird auf Basis der übergebenen MEFI-Parametern
genau der eine, eindeutige Steuerwertdatensatz aus dem verfügbaren Vorrat an Datensätzen
ermittelt.
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Pflichtenheft Strahldiagnose
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7.5.5.4 Steuerwertdaten Referenz-VAcc bzw. VAcc
Das Messdatenerfassungs-System empfängt von dem BKS alle, für das System relevanten VAccSteuerwertdatensätze. Die Steuerdaten für die DCU-SD sind im Kapitel 7.2.3.4 erfasst.
Aufbau Referenz-VAcc, VAcc Steuerwertdatensatz Phasensonde
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
Datenstruktur für Definitionen virtueller Beschleuniger
Nummer VAcc
STEUERWERT-
USINT
Nummer des Referenz-VAcc’s [1...10] bzw. VAcc[11...255]
2
STRUCT Inhalt / Nutzdaten VAcc-Steuerwertdatensatz
DATENSATZ
Verstärkungsfaktor
USINT
FEMTO
Verstärkungsfaktor
Array[MaxSDGeräte]. Index für Definitionen in
1
Gerätestammdaten
USINT
Digitizer-Karte
Array[MaxSDGeräte]. Index für Definitionen in
2
Gerätestammdaten
Standard Messwerterfassung (Snap Shots)
MESSWERT-1
STRUCT Datenstruktur für Element MESSWERT-1
Enableflag
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Enableflag Messwerterfassung
1
Delaytime
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Verzögerungszeit [us]
0
MESSWERT-2
STRUCT Datenstruktur für Element MESSWERT-2
Enableflag
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Enableflag Messwerterfassung
0
Delaytime
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Verzögerungszeit [us]
0
Attribute
SD-Gerät aktiv
BOOL
Array[MaxSDGeräte]. Definition ob SD-Gerät von
0: inaktiv / 1: aktiv
Strahlanforderung betroffen ist. Inaktiv, falls SD-Gerät zwar in
Gruppe, aber willentlich aus Zyklus herausgenommen wird
Konfiguration Modus Messwerterfassung (zyklisch, Standard)
Modus
Messwerterfassung
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Anwahl Modus Messwerterfassung
0: keine Messwerterf.
(zyklisch, Standard)
(zyklisch, Standard) / 1:
nur zyklische
Messwerterf. / 2: nur
Standard Messwerterf. /
3: zyklische und
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Standard Messwerterf.
Konfiguration zyklische Messwerterfassung
Abtastzeit
USINT
Messwerterfassung
Anzahl Messpunkte
Array[MaxSDGeräte]. Abtastzeit der Messwerterfassung.
1000
Zeitverzug zwischen Aufnahme von 2 Messwerten [us]
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Anzahl der Abtastungen für gesamten
über kompletten
Zeitraum der zykl. Messwerterfassung. Die Gesamtzahl der
Zeitraum
Messpunkte wird angegeben. Hieraus ergibt sich die
10000
komplette Messperiode und implizit die Anzahl der zykl.
Messages
Tabelle 118: Phasensonde, Referenz-VAcc, VAcc Steuerdatensatz
Für alle virtuellen Beschleuniger (VAcc 1 – VAcc 10) mit den inhaltlichen Vorgaben zur Attributierung
von MEFI-Steuerwertdatensätzen ist eine Datenstruktur oben dargestellten Aufbaus hinterlegt. Der
Aufbau ist stets identisch, die Inhalte können in Abhängigkeit der Definition des virtuellen
Beschleunigers natürlich unterschiedlich sein. Nach Erhalt der Strahlanforderung für einen MEFISteuerwertdatensatz wird auf Basis der übergebenen Nummer des Referenz-VAcc’s genau der eine,
eindeutige Datensatz aus dem verfügbaren Vorrat an Datensätzen der Referenz-VAcc’s ermittelt.
Diese sind im Flash mit den Nummern VAcc 1 bis VAcc 10 hinterlegt. Inhaltlich sind aus den
Referenz-VAcc’s ausschließlich die Attribute interessant. Die Steuerwerte selbst werden den MEFISteuerwertdatensätzen entnommen. Der Aufbau der Referenz-VAcc’s entspricht exakt den virtuellen
Beschleunigern. Dies wurde aus Gründen der Vereinheitlichung so festgelegt.
Jeder empfangene Steuerwertdatensatz eines virtuellen Beschleunigers besteht strukturell aus einem
Header und den eigentlichen Nutzdaten. Der Header beinhaltet die Nummer des VAcc’s als
eindeutige Kennzeichnung innerhalb des BKS. Über diese Definition kann jeder Datensatz zugeordnet
werden. Die Angaben der Nummer des virtuellen Beschleunigers dient hierbei als Index, um einen
Datensatz eindeutig referenzieren zu können. Der vorgestellte Aufbau erlaubt:

die Übertragung des vollständigen Umfangs an Steuerwertdatensätzen für alle VAcc’s in Form
eines geschlossenen Datenstreams oder als sequentielle Anreihung der einzelnen
Steuerwertdatensätze

die Einzelübertragung beliebiger Steuerwertdatensätzen virtueller Beschleuniger
Für alle virtuellen Beschleuniger ist eine Datenstruktur oben dargestellten Aufbaus hinterlegt. Der
Aufbau ist stets identisch, die Inhalte können in Abhängigkeit der Definition des virtuellen
Beschleunigers natürlich unterschiedlich sein. Nach Erhalt der Anforderung für einen virtuellen
Beschleuniger, wird auf Basis der übergebenen Nummer genau der eine, eindeutige
Steuerwertdatensatz aus dem verfügbaren Vorrat an Datensätzen der virtuellen Beschleuniger
ermittelt. Hinterlegt werden im RAM nur die Nutzdaten. Z.Zt. maximal 256 virtuelle Beschleuniger sind
vorgesehen. Die VAcc’s bis zur Nummer 10 sind fest vergeben (Referenz-VAcc’s in Flash). Der VAcc
mit der Nummer 0 wird als Datensatz für den LINAC Stabilitätspuls reserviert.
7.5.5.5 Messdaten
Für jedes SD-Gerät wird unten beschriebener Messdatensatz an das Kontrollsystem versandt.
Entsprechend dem Speicherausbau der Digitizer sind für jeden Kanal max. 262144 Einträge (256 kB)
für die Aufnahme von Messwerten möglich.
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Phasensonde: Messwerte
Name
Format
Beschreibung
DATA_STATUS_STR STRUCT
Allgemeiner Datenstatus, ist in 6.8.1.1 beschrieben.
UCT
Gerätespezifische Kodierungen sind in 7.5.9.2
Beispielwerte
beschrieben.
No Samples of
USINT
Samples of Channel
Anzahl erfasste Messwerte/Messpunkte des Mess-
0...262144
kanals
Channel
ARRAY[AnzahlMess Erfasste Rohdaten des Messkanals (Bunchstruktur
bzw. HF-Signal)
punkte] of BYTE
Tabelle 119: Phasensonde, Messdaten
Die Übertragung der Messwertdaten an die Ablaufsteuerung erfolgt separat für jedes SD-Gerät.
Die Anzahl der in jedem Messdatensatz enthaltenen Messwerte ist abhängig von der Wahl des Modus
der Messwertdatenerfassung (zeitaufgelöste Messwertdatenerfassung/Messwertspeicherung,
zyklische Messwertdatenerfassung, Standard-Messwerterfassung) und der zugehörigen Konfiguration
für die Anzahl der Messpunkte. Details bzgl. der verschiedenen Modi an Messwertdatenerfassung
können Kapitel 6.2.5 entnommen werden.
7.5.6 Ablauf Geräteansteuerung
Bei der Geräteansteuerung wird berücksichtigt, dass sowohl der Vorverstärker als auch der Digitizer
zur Umschaltung des Verstärkungsfaktor Relais verwenden, die eine endliche Anzahl von Schaltspielen haben. Eine Umschaltung der Verstärkungsfaktoren wird nur vorgenommen, wenn sich die
einzustellenden Verstärkungsfaktoren aus den Steuerdaten von den bereits eingestellten
Verstärkungsfaktoren unterscheiden.
Der Ablauf der Geräteansteuerung des Gesamtsystems aus Datenvorverarbeitung und MDE
„Phasensonde“ umfasst folgende Zustandsgruppen:
1. Einschalten (Datenvorverarbeitung und Controller)
2. Reset MDE
3. Initialisierung des MDE-Systems und der Digitizer-Karten
4. Warten auf Broadcast und Initialisierung der Messkanäle in Abhängigkeit des BroadcastTelegramms
5. Aufnahme der Messdaten
6. Berechnung nach Aufnahme der Messdaten
7. Genereller Fehlerfall
In den Zuständen 1und 2 gibt es keine Wechselwirkung der MDE mit dem KS. Die genaue Festlegung
des Ablaufs der Geräteansteuerung wird in der Implementierungsphase geklärt.
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Pflichtenheft Strahldiagnose
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Abbildung 26: Phasensonde, Ablauf Gerätesteuerung
Die dargestellte Zustandsmaschine gibt eine vorläufige und noch unvollständige Strukturierung der
Geräteansteuerung wieder. Eine abschliessende Detaillierung wird während der Implementierung
vorgenommen.
7.5.7 Verarbeitung Messdaten, Transformation
Für die Geräte der Geräteklasse Phasensonde ist keine Vorverarbeitung der Messdaten vorgesehen.
Die erfassten Rohdaten der Digitizer werden an das GUI des Kontrollsystem weitergegeben und dort
verarbeitet (Phasenlage bzw. Berechnung der Energie bei einer TOF-Messung).
7.5.8 Testfunktion
Für die Testfunktion des FEMTO Vorverstärkers ist es wichtig, dass sichergestellt wird, dass während
des Testablaufs kein Ionenstrahl die Phasensonde passiert.
Zum Funktionstest des FEMTO Vorverstärkers wird dessen Verstärkung auf 60 dB angehoben. Die
Anhebung der Verstärkung führt bei einem funktionsfähigen Vorverstärker zur Erhöhung des zu
messenden Rauschbands. Die Software speichert zu Beginn des Tests das Rauschband bei der
Verstärkung von 20dB und vergleicht dann das Signal mit höherer Verstärkung (60dB).
Nach durchgeführter Testroutine veranlasst das SD-Gerät ein Telegramm an das BKS. Hierin sind
enthalten die beiden Messwerte, die Differenz sowie der Status des Test.
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7.5.9 Fehler- und Statusverarbeitung
7.5.9.1 Gerätestatus
In dem allgemeinen Gerätestatus, erläutert in Kapitel 6.3.4.2 ist ein bitcodiertes Statusword für die
gerätespezifischen Statusinformationen enthalten. Für die Geräte der Geräteklasse Phasensonde sind
folgende Informationen über den klassenspezifischen Gerätestatus abgebildet:
Aufbau des Statusword innerhalb des Gerätestatus
Name
Bit in
Statusword
[SD-Gerät]
Beschreibung
Beispielwerte
-/-
-/-
-/-
-/-
Tabelle 120: Phasensonde, Gerätespezifischer Gerätestatus
Inhaltlich sind z. Zt. keine Daten vorgesehen. Die Statusinformationen werden als Bestandteil des
allgemeinen Statustelegramms für jedes SD-Gerät separat verwaltet.
Die Zustandsnummer ist die kodierte Information, ob sich das SD-Gerät im Zustand:
-
Testmode (Femto-Vorverstärker, Digitizer)
-
Kalibriermode (Digitizer)
-
Messmode
-
Elektronik Lokalbetrieb / Remotebetrieb
befindet. Die Zustandsnummer ist Bestandteil des allgemeinen Teils des Gerätestatus Telegramms.
Siehe dazu Kapitel 6.3.4.2.
7.5.9.2 Datenstatus
Der Aufbau der Datenstatus-Struktur ist im Kapitel 6.8.1.1 beschrieben. Im Folgenden ist die
geräteklassenspezifische Belegung des Statusword aufgeführt.
Aufbau des Statusword innerhalb des Datenstatus
Name
Bit in
Statusword
Beschreibung
Beispielwerte
Overload
Bit 0
Messsignal außerhalb des gültigen Messbereichs
0/1
Digitizer
Overload
(Vollausschlag des Digitizers).
Bit 1
Phasensondensignal > 1 VSS
0/1
Vorverstärker
Tabelle 121: Phasensonde, Gerätespezifischer Datenstatus
7.5.9.3 Zyklische Meldungen
Die Messdatenerfassungs-Systeme senden zyklisch und bei Änderung der Inhalte den Gerätestatus
an die Ablaufsteuerung. Das Gerätestatus-Telegramm kann von der Ablaufsteuerung als das Lebens-
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Version 1.06 30.04 2004
zeichen des sendenden Messdatenerfassungs-Systems genutzt werden. Die Inhalte des Gerätestatus-Telegramm werden in Kapitel 6.3.4.2 erläutert.
7.5.9.4 Fehlermeldungen
Der Aufbau des Fehler-Telegramms und die Sendehäufigkeit sind im Kapitel 6.3.4.4 beschrieben.
Eine detaillierte Festlegung der Fehlermeldungen und deren Kodierung im Telegramm wird im Laufe
der Implementierung getroffen.
7.5.10 Anforderung an Verarbeitung der Daten im Beschleuniger KS
Das BKS stellt die im Messdatenerfassungs-System vorverarbeiteten Werte dar. Hierzu werden:
-
Die Digitizer-Werte mit einer 1 ns aufgelösten Zeitskala grafisch dargestellt
-
Die Messmodi M1-M7 grafisch in eigenen Fenstern dargestellt. Die Grafiken beinhalten 2
Cursor zur optischen Bestimmung des zeitlichen Abstands der Signal-Nulldurchgänge.
Zusätzlich wird für die TOF-Messung die zugehörige Strahlenergie angezeigt. Die zugehörige
Kalibration liegt in einer Datenbank
-
Zusätzlich wird jeweils die Kreuzkorrelationsfunktion der beiden Eingangssignale gebildet und
ein Zahlenwert für die Energie bzw. die Phasenbeziehung (im Falle der TOF-Messung)
ausgegeben. Die zugehörige Kalibration liegt in einer Datenbank
Eine allgemeine Beschreibung der TOF-Messung ist in Dokument /21/ angegeben. Die Formeln zur
Berechnung der Energie aus einer TOF-Messung sind im Folgenden dargestellt:
Zur Energiemessung muss die Teilchenflugzeit innerhalb einer bekannten Driftstrecke ermittelt
werden. Als Driftstrecke dient der Abstand zwischen den Phasensonden I1DP2 und M1DP1. Innerhalb
dieser Driftstrecke kann die Anzahl der Bunche, abhängig von der Strahlenergie, verschieden sein.
Bunche bilden sich unter dem Einfluss der beschleunigenden HF- Tankspannung aus, deren
Arbeitsfrequenz 216,816 MHz beträgt. Die Bunche passieren die Phasensonden daher mit einer
Periodizität von 1/216,816MHz = 4,612 ns. Zwei Energiebereiche, die auf Grund des Beschleuniger
Konzeptes sehr genau untersucht werden, sind 400keV/u (RFQ Austrittsenergie) und 7MeV/u (IH
Austrittsenergie).
Berechnung der Flugzeit (1):
t(ns) = 3,3356 x Driftstrecke (m) / β
Berechnung der Teilchenenergie, relativistisch (2):
W(MeV/u) = 931,5 x (1/√ (1- β²)-1)
Beispielrechnung:
Länge der Driftstrecke: 3,800m
Sollenergie: 7 MeV/u →β = 0,1219
Periodizität: 4,612ns
Ablesung der Messzeit zwischen I1DP2 und M1DP1: 1,25ns
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Flugzeit für W=7MeV/u: t = 3,3356 x 3,8m / 0,1219 = 103,98ns
Anzahl der Bunche innerhalb der Driftstrecke für W=7MeV/u: 103,98 / 4,612 = 22,55
→ innerhalb der Driftstrecke befinden sich 22 Bunche.
Flugzeit der zu berechnenden Energie: 22 x 4,612ns + 1,25ns = 102,714ns
Umstellung von (1) nach β: β = 3,3356 x 3,8 / 102,714 = 0,1234
→ berechnete Energie nach (2): W = 7,175MeV/u
Die Länge der Driftstrecke sowie die Frequenz der HF- Tankspannungen liegen noch nicht genau vor,
sodass während der Inbetriebnahme Aktualisierungen dieser Parameter notwendig sein werden. Die
Auswertung und Anzeige von Alternativenergien durch Variation der Bunchzahl ist vorzusehen. Durch
Mittelung der Phasensondensignale soll die Auswertegenauigkeit erhöht werden. Dazu sind
Messdaten innerhalb des Injektionspulses in Segmente, die der Periodizität entsprechen, zu zerlegen
und zu überlagern. Die Anzahl der Mittelungen soll wählbar sein. Es ist vorgesehen die
Berechnungsalgorithmen auf Ebene des Operating zu implementieren.
7.5.11 Handbedienebene für die Geräteklasse
Ein Messdatenerfassungs-System kann per Anwahl in den MDE-System-Stammdaten 6.3.3.11 in
einen Handbedien-Modus versetzt werden. Zielsetzung ist es hierbei, das MessdatenerfassungsSystem unbeeinflusst von Kommandos der Ablaufsteuerung zu betreiben. Der Operateur hat über ein
lokales Bedienterminal die Möglichkeit sich die unten aufgeführten Werte anzeigen zu lassen bzw. das
Messdatenerfassungs-System zu bedienen. Die Einbindung der Handbedienebene ist in Kapitel 6.10
beschrieben.
Folgende Daten müssen auf einem lokalen Bedienterminal angezeigt werden:
-
Gerätestammdaten des ausgewählten SD-Geräts
-
Geräteparameter des ausgewählten SD-Geräts
-
Nomenklatur der DCU, welche das SD-Gerät ansteuert
-
Werte des aktuellen virtuellen Beschleunigers
-
Aktuell eingestellter Messbereich
-
Darstellung des aktuellen Gerätestatus (Messung, Kalibration)
-
Messwerte
-
Darstellung des aktuellen Datenstatus
Auf dem lokalen Bedienterminal müssen dem Operateur folgende Eingabemöglichkeiten zur
Verfügung stehen:
-
Verändern der Gerätestammdaten des ausgewählten SD-Geräts
-
Verändern der Geräteparameter des ausgewählten SD-Geräts
-
Setzen des Messbereichs
-
Setzen der Betriebsart (Messung, Kalibration)
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205
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-
Reset des Messdatenerfassungs-Systems
-
Initialisierung des Messdatenerfassungs-Systems
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206
Pflichtenheft Strahldiagnose
7.6
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Geräteklasse Positionssonde (SD-PO)
Das SD-Gerät Positionssonde lässt sich keiner der bestehenden Geräteklassen zuordnen und wird
daher als eigene Geräteklasse behandelt. Ein Messdatenerfassungs-System ist für diese
Geräteklasse vorgesehen.
Positionssonde
S1DX1
PXI-Crate
Summe
Kabeladapt.
80pol.
vertikale Pos.
ER-CD-Pos
ADC UEI 500-8
14Bit
(ADCH2)
Horizontale Pos.
Kabeladapt.
80pol.
vertikale Pos.
ADC UEI 500-8
14Bit
(ADCH3)
80pol.
Verteilerbox
S1DX1 VT1
aktiv. TTL-Verstärker
Powersupply Verst.
ADC UEI 500-8
14Bit
(ADCH4)
Summe
S2DX2
Horizontale Pos.
Verteilerbox
S2DX2 VT2
aktiv. TTL-Verstärker
Powersupply Verst.
Kabeladapt.
Steuer-Leitung 25pol.
Timing-DCU
Steuer-Leitung 25.pol.
vertikale Pos.
Summe
S3DX3
Steuer-Leitung 25pol.
Kabeladapt.
vertikale Pos.
100pol.
Horizontale Pos.
Verteilerbox
S3DX3 VT1
aktiv. TTL-Verstärker
Powersupply Verst.
I/O
Fa. NI PXI6508
(IO8)
Steuer-Leitung 25pol.
Summe
S4DX4
Horizontale Pos.
Verteilerbox
S4DX4 VT4
Kopfverstärker aktiv. TTL-Verstärker
Powersupply Verst.
Fa. Femto
Steuer-Leitung 25pol.
Steuer-Leitung 25pol.
Eckelmann AG
vertikale Pos.
Summe
S5DX5
Elektronikraum
Horizontale Pos.
Verteilerbox
S5DX5 VT5
aktiv. TTL-Verstärker
Powersupply Verst.
(Verwendungsbereich)
(Zul. Abw.)
(Oberfl.)
Datum
Bearb. 14.10.03
Gepr. 00.00.00
Norm
Summe
S6DX6
vor
Ort
Maßstab 1:1
(Gewicht)
(Werkstoff, Halbzeug)
(Rohteil-Nr)
(Modell- oder Gesenk-Nr)
vertikale Pos.
Name
CM
CM
Positionssonden-Elek.
Horizontale Pos.
Blatt
Verteilerbox
S6DX6 VT6
aktiv. TTL-Verstärker
Powersupply Verst.
11.v1.1
Zust.
Änderung
Datum Name Ursprung
Ersatz für:
Blätter
Ersatz durch:
Abbildung 27: Geräteklasse Positionssonde
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207
Pflichtenheft Strahldiagnose
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7.6.1 SD-Geräte
Positionssonde, SD-Geräte
Bezeichnung
Positionssonde (PoS)
Anzahl
SDGeräte
6
Nomenklaturen der
SD-Geräte
Messdatenerfassungs-System
Bemerkung
S1DX1, S2DX2, S3DX3,
ERCDPO1
Einsatzbereich
S4DX4, S5DX5, S6DX6,
SYNCHROTRON
Tabelle 122: Positionssonde, SD-Geräte
7.6.2 Funktionsbeschreibung
7.6.2.1 Positionssonde
Die Positionssonde ist ein Strahldiagnose-Element des Typs I, also nicht strahlzerstörend. Sie wird zur
Messung der Strahlposition im Synchrotron benutzt. Es handelt sich dabei um elektrostatische Pickups mit geschlitzten dreieckigen Elektroden (s. Dokument /21/). Die Positionsbestimmung beruht auf
der Messung der Signaldifferenz zwischen den zwei gegenüberliegenden Elektroden. Die auf das
Summensignal normierte Signaldifferenz ist proportional zur Position des Ionenstrahles innerhalb der
Positionssonde. Um sowohl die horizontale als auch die vertikale Strahlposition bestimmen zu
können, werden jeweils zwei Elektrodenpaare nacheinander ausgewertet. Zur Datenvorverarbeitung
wird der "Log-ratio Beam Position Monitor" der Fa. Bergoz verwendet. Dieses Gerät liefert die
horizontale und vertikale Strahlposition, sowie das Summensignal, welches ein Maß für die relative
Strahlintensität ist. Mit Hilfe dieses Summensignals ist es möglich, das Zeitfenster zu bestimmen, das
für die Messung der Strahlposition zur Verfügung steht. Die Verteilerboxen übernehmen die
Stromversorgung der Vorverstärker und verteilen vorort die Steuersignale zur Bereichsumschaltung.
7.6.3 Hardware-Schnittstellen des Messdatenerfassungs-System
Nachfolgend sind alle Signale gelistet, welche zwischen den „Log-ratio Beam Position Monitoren“ bzw.
den TTL-Verteilerboxen und dem Messdatenerfassungs-System ausgetauscht werden. Die Angaben
zu den Signalen der DCU-SD beinhalten alle Signale, die von der DCU-SD an die SD-Geräte bzw.
das MDE-System der vorliegenden Geräteklasse abgesetzt werden.
7.6.3.1 Analoge Eingangssignale
Positionssonde, Analoge Eingangssignale
Signal No
Bezeichnung
Bemerkung
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1
YOUT_POS1
Horizontale Strahlposition S1DX1
2
XOUT_POS1
Vertikale Strahlposition S1DX1
3
SUMM_POS1
aufsummiertes Signal S1DX1
4
YOUT_POS2
Horizontale Strahlposition S2DX2
5
XOUT_POS2
Vertikale Strahlposition S2DX2
6
SUMM_POS2
aufsummiertes Signal S2DX2
7
YOUT_POS3
Horizontale Strahlposition S3DX3
8
XOUT_POS3
Vertikale Strahlposition S3DX3
9
SUMM_POS3
aufsummiertes Signal S3DX3
10
YOUT_POS4
Horizontale Strahlposition S4DX4
11
XOUT_POS4
Vertikale Strahlposition S4DX4
12
SUMM_POS4
aufsummiertes Signal S4DX4
13
YOUT_POS5
Horizontale Strahlposition S5DX5
14
XOUT_POS5
Vertikale Strahlposition S5DX5
15
SUMM_POS5
aufsummiertes Signal S5DX5
16
YOUT_POS6
Horizontale Strahlposition S6DX6
17
XOUT_POS6
Vertikale Strahlposition S6DX6
18
SUMM_POS6
aufsummiertes Signal S6DX6
Tabelle 123: Positionssonde, Analoge Eingangssignale
Das Summensignal wird, wie bereits in Kapitel 7.6.2.1 beschrieben, als Indikator benutzt.
Überschreitet das Summensignal eine bestimmte Pegelschwelle, dann liegen an den Eingängen für
die horizontale und die vertikale Strahlposition gültige Pegel an.
Die Messdatenerfassung geschieht über die ADC-Karte PDXI-MFS-8-500/14 der Fa. United
Electronics Industries. Je ein ADC digitalisiert die zur Strahlposition proportionale Spannung bzw.
dass Summensignal. Weitere Informationen zur ADC-Karte PDXI-MFS-8-500/14 sind unter /19/ zu
finden.
7.6.3.2 Digitale Status-Eingangssignale
Positionssonde, Digitale Eingangssignale
Signal No
Bezeichnung
Bemerkung
1
Versorgungsspannung +15V POS1
statisches Signal von Verstärker
2
Versorgungsspannung -15V POS1
statisches Signal von Verstärker
3
Versorgungsspannung +15V POS2
statisches Signal von Verstärker
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4
Versorgungsspannung -15V POS2
statisches Signal von Verstärker
5
Versorgungsspannung +15V POS3
statisches Signal von Verstärker
6
Versorgungsspannung -15V POS3
statisches Signal von Verstärker
7
Versorgungsspannung +15V POS4
statisches Signal von Verstärker
8
Versorgungsspannung -15V POS4
statisches Signal von Verstärker
9
Versorgungsspannung +15V POS5
statisches Signal von Verstärker
10
Versorgungsspannung -15V POS5
statisches Signal von Verstärker
11
Versorgungsspannung +15V POS6
statisches Signal von Verstärker
12
Versorgungsspannung -15V POS6
statisches Signal von Verstärker
Tabelle 124: Positionssonde, Digitale Status-Eingangssignale
Die Erfassung der digitalen Eingangssignale geschieht über die digitalen Eingänge der PXI-6508 E/AKarte von National Instruments.
Positionssonde, Kodierung Digitale Eingangssignale
Signal
No
Status Bit Codierung Codierung
PXI-6508
Sondenverstärker
o.k
Fehler
Input Konfiguration
von
S1DX1
1
S1+15V
1
0
pull down
2
S1-15V
0
1
pull up
3
S2+15V
1
0
pull down
4
S2-15V
0
1
pull up
5
S3+15V
1
0
pull down
6
S3-15V
0
1
Pull up
7
S4+15V
1
0
pull down
8
S4-15V
0
1
pull up
9
S5+15V
0
1
pull down
10
S5-15V
0
1
pull up
11
S6+15V
0
1
pull down
12
S6-15V
0
1
pull up
S2DX2
S3DX3
S4DX4
S5DX5
S6DX6
Tabelle 125: Positionssonde, Konfiguration Digitale Eingangssignale
Die Statusbits der Versorgungsspannungen sind nicht einzeln anzuzeigen, sondern nur ein
gemeinsamer Fehlerstatus jeder Positionssonde.
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7.6.3.3 Digitale Steuer-Ausgangssignale
Steuersignale für eine Positionssonde
Signal No
Bezeichnung
Bemerkung
1
Messbereich Bit 0 POS1
setzt den Verstärkungsfaktor S1DX1
2
Messbereich Bit 1 POS1
setzt den Verstärkungsfaktor S1DX1
3
Messbereich Bit 0 POS2
setzt den Verstärkungsfaktor S2DX2
4
Messbereich Bit 1 POS2
setzt den Verstärkungsfaktor S2DX2
5
Messbereich Bit 0 POS3
setzt den Verstärkungsfaktor S3DX3
6
Messbereich Bit 1 POS3
setzt den Verstärkungsfaktor S4DX3
7
Messbereich Bit 0 POS4
setzt den Verstärkungsfaktor S4DX4
8
Messbereich Bit 1 POS4
setzt den Verstärkungsfaktor S4DX4
9
Messbereich Bit 0 POS5
setzt den Verstärkungsfaktor S5DX5
10
Messbereich Bit 1 POS5
setzt den Verstärkungsfaktor S5DX5
11
Messbereich Bit 0 POS6
setzt den Verstärkungsfaktor S6DX6
12
Messbereich Bit 1 POS6
setzt den Verstärkungsfaktor S6DX6
Tabelle 126: Positionssonde, Digitale Steuer-Ausgangssignale
Die Ausgabe der Steuersignale wird realisiert über die digitale E/A Ebene der PXI-6508 E/A-Karte
von National Instruments.
Die Ansteuerung des Messbereichs wird über die unten aufgeführte Wertetabelle dargestellt:
Positionssonde, Messbereich
Bit 1
Bit 0
Messbereich
0
0
40 dB
0
1
20 dB
1
0
Nicht definiert
1
1
0 dB
Tabelle 127: Positionssonde, Messbereiche
7.6.3.4 Synchronisationssignale von der DCU-SD
Nachfolgend sind alle Signale erfasst, die von den DCU-SD für das Messdatenerfassungs-System der
Geräteklasse Positionssonde benötigt werden. Die Aufzählung der Signale ist vollständig für alle
Messdatenerfassungssysteme der Geräteklasse Positionssonde. Die DCU-SD-Signaldefinitionen sind
im Kapitel 6.7 näher erläutert.
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Positionssonde, Synchronisationssignale von den DCU-SD
No
Auslösende Aktion Beschreibung
in der Messdaten- des Signals
erfassung
1
Start Trigger
Signal Definition des
typ
DCU-SD Signals
Mit einstellbarem Pre-
G
- t0
Trigger auf Start der
- td
HF-Rampe. Der Pre-
- thigh
Ziel des Signals
Timing
ERCDPO1
S
ERCDPO1
S
Trigger kann zum
Start der HF-Rampe
im Bereich von ca. 050ms variiert werden
(DCU-SD). DefaultWert: 10 ms
2
Stopp Trigger
Mit einstellbarem
G
- t0
Post-Trigger auf
- td
Ende der HF-Rampe.
- thigh
Der Post-Trigger
kann zum Stopp der
HF-Rampe im
Bereich von ca. 050ms variiert werden
(DCU-SD). DefaultWert: 10 ms
Tabelle 128: Positionssonde, DCU-SD Signale
7.6.4 Kommando-Schnittstelle zur KS-Ablaufsteuerung
Nachfolgende Beschreibung der Signale des Betriebsarten-Telegramms gilt für ein Messdatenerfassungs-System der Geräteklasse Positionssonde.
Ein SD-Gerät kann von dem Kontrollsystem über das Betriebsarten-Telegramm in eine Betriebsart
geschaltet werden:
-
Messmode
Positionssonde, Messmodi
Modus-
Messmodus
Variante
Beschreibung
Strahlposition
PoS
Horizontale Strahlposition, vertikale Strahlposition und Summensignal
No
1
aufgetragen über die Zeit
Tabelle 129: Positionssonde, Messmodi
Es sind keine weiteren Messmodi vorgesehen.
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Positionssonde: Auswahl Positionssonde / Bestandteil Betriebsarten-Telegramm
Name
Bit in
Command1
[SD-Gerät]
Beschreibung
Beispielwerte
Auswahl
Bit 0
0: Positionssonde nicht ausgewählt
0/1
Positionssonde
1: Positionssonde ausgewählt
Tabelle 130: Positionssonde, Kommandoschnittstelle
In dem Betriebsarten-Telegramm, erläutert in Kapitel 6.3.3.6, sind bitcodierte Command-Words für die
gerätepezifische Kommandos reserviert. In obiger Tabelle ist die Verwendung der Bits innerhalb des
ersten Command-Words erläutert.
Über die Kommandoschnittstelle werden die SD-Geräte, welche mit dem MessdatenerfassungsSystem verbunden sind, ausgewählt.
7.6.4.1 Zeitverlauf der Messdatenerfassung
Der Zeitverlauf innerhalb des Messdatenerfassungs-System „Positionssonde" nach dem Umschalten
in den Zustand „Messmode“ durch das Betriebsarten-Telegramm gliedert sich in folgende Phasen:
1. Empfang eines Broadcast-Telegramms
2. Quttierung des empfangenen Broadcast-Telegramms
3. Setzen des Messbereichs entsprechend den Werten aus dem Broadcast-Telegramm
4. Warten auf Start-Trigger der DCU-SD
5. Speichern Zeitstempel für Messung
6. Messwerte laufend erfassen und Speicherung der Werte im RAM
7. Nach Stop-Trigger von der DCU-SD Speichern Zeitstempel für Stopmessung
8. Versenden des Messdaten-Telegramms direkt nach letzter Messung oder nach Anfrage des
BKS
durch das Request-Messdaten Telegramm
7.6.5 Datenstrukturen
7.6.5.1 SD-Geräte-Stammdaten
SD-Geräte-Stammdaten Positionssonde
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
Definitionen Geräteklasse, Variante
Geräteklasse
String20
Bezeichnung Geräteklasse, Variante
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POS
213
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Gerätename
String12
Name des Gerätes gemäß GSI-Nomenklatur /9/
Seriennummer
String12
Eindeutige ID eines SD-Gerätes
Kurztext
String20
Beschreibung des Gerätes
Langtext
String40
Bemerkungen zum Gerät
Standort der Vorort
String20
Standort der Elektronik vor Ort in der Anlage
Einstellzeit
USINT
Einstellzeit [us]. Wird empirisch ermittelt
techn. Wert bei
FLOAT
techn. Wert bei Vollausschlag (-10V...+10V)
2.0
FLOAT
Array[AnzahlPOSMessbereiche]. Offset für Umrechnung tech.
0.0
Elektronik
Vollausschlag
Offset
Einheit in phy. Einheit
POS MESSBEREICH
STRUCT POS Definition Verstärkungsfaktoren
Anzahl
USINT
Anzahl Verstärkungsstufen. Max. 3 möglich
3
Verstärkung 1
USINT
Verstärkung 1 [dB]
0
Verstärkung 2
USINT
Verstärkung 2 [dB]
20
Verstärkung 3
USINT
Verstärkung 3 [dB]
40
Bitkodierung
WORD
Bitkodierung Verstärkung 1 an SD-Gerät
0x11
WORD
Bitkodierung Verstärkung 2 an SD-Gerät
0x01
WORD
Bitkodierung Verstärkung 3 an SD-Gerät
0x00
Verstärkungsstufen
Verstärkung 1
Bitkodierung
Verstärkung 2
Bitkodierung
Verstärkung 3
allg. Konfiguration SD-Gerät
Fehlermonitoring SD-
BOOL
Reply Broadcast Msg
SD-Gerät führt in Zustandsmaschine keinen Übergang nach
0/1
Fehlerzustand durch, falls Flag disabled
Gerät
BOOL
SD-Gerät sendet Acknowledge auf Strahlanforderung
0/1
(Broadcast Msg)
Konfiguration zeitaufgelöste Messwerterfassung
Anwahl zeitaufgelöste
BOOL
Anwahl Modus zeitaufgelöste Messwerterfassung
Messwerterfassung
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0: keine zeitaufgelöste
Messwerterf. / 1:
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Version 1.06 30.04 2004
zeitaufgelöste
Messwerterf.
Konfiguration zeitaufgelöste Messwerterfassung
Aktivierung
BOOL
Messwerterfassung
Freigabe Übergabe
BOOL
Freigabe für Senden Daten der zeitaufgelösten
0/1
Messwerterfassung an BKS
USINT
Messwerterfassung
Anzahl Messpunkte in
0/1
Komplett, nicht für einzelne Messwerte
Messwerte an BKS
Abtastzeit
generelle Aktivierung der zeitaufgelösten Messwerterfassung.
Abtastzeit der Messwerterfassung. Zeitverzug zwischen
1000
Aufnahme von 2 Messwerten [us]
USINT
Messwertbuffer
Anzahl der Messpunkte in Buffer für zeitaufgelöste
5000
Messwerterfassung. Maximal 25000 Samples möglich
Konfiguration zyklische Messwerterfassung
Aktivierung
BOOL
Messwerterfassung
Freigabe Übergabe
0/1
Komplett, nicht für einzelne Messwerte
BOOL
Messwerte an BKS
Anzahl Messpunkte
generelle Aktivierung der zyklischen Messwerterfassung.
Freigabe für Senden Daten der zyklischen Messwerterfassung
0/1
an BKS
USINT
Anzahl der Einträge in Buffer für jede Übertragung (für jede
Messwertbuffer pro
Message) einer zyklischen Messwertübertragung. Maximal
Abschnitt
1000 Samples pro zyk. Message möglich
100
Konfiguration Standard Messwerterfassung (Snap Shots)
Aktivierung
BOOL
Messwerterfassung
Freigabe Übergabe
generelle Aktivierung der Standard Messwerterfassung.
0/1
Komplett, nicht für einzelne Messwerte
BOOL
Messwerte an BKS
Freigabe für Senden Daten der Standard Messwerterfassung
0/1
an BKS
Versionierung, Checksum
Versionskennung
Checksum
USINT
Versionskennung Stammdaten
DWORD Checksumme über komplette Geräte-Stammdaten
10
0x12345678
Tabelle 131: Positionssonde, Geräte-Stammdaten
Abhängig von der Geräteklasse werden allgemeine Einstellungen für jedes SD-Gerät durch
vorstehenden Satz an Stammdaten definiert. Die Struktur der Geräte-Stammdaten ist für alle SDGeräte der vorliegenden Geräteklasse identisch. Die Inhalte können sich für verschiedene Instanzen
innerhalb der Geräteklasse aber durchaus unterscheiden.
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Version 1.06 30.04 2004
7.6.5.2 SD-Geräte-Parameter
SD-Geräte-Parameter Positionssonde
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
allg. Definitionen
X Kalibrations-Faktor
FLOAT
Horizontaler Kalibrations-Faktor
1.0
Y Kalibrations-Faktor
FLOAT
Vertikaler Kalibrations-Faktor
1.0
Sum Kalibrations-
FLOAT
Summensignal Kalibrations-Faktor
1.0
X Kalibrations-Offset
FLOAT
Horizontaler Kalibrations-Offset
0.0
Y Kalibrations-Offset
FLOAT
Vertikaler Kalibrations-Offset
0.0
Sum Kalibrations-
FLOAT
Summensignal Kalibrations-Offset
0.0
Faktor
Offset
Versionierung, Checksum
Versionskennung
Checksum
USINT
Versionskennung Parameter
DWORD Checksumme über komplette Geräte-Parameter
10
0x12345678
Tabelle 132: Positionssonde, Geräte-Parameter
Abhängig von der Geräteklasse werden spezielle Einstellungen für jedes SD-Gerät durch
vorstehenden Satz an Parametern definiert. Die Struktur der Geräte-Parameter ist für alle SD-Geräte
der vorliegenden Geräteklasse identisch. Die Inhalte können sich für verschiedene Instanzen
innerhalb der Geräteklasse aber durchaus unterscheiden.
7.6.5.3 MEFI-Steuerwertdaten
Das Messdatenerfassungs-System empfängt von dem BKS alle für das System relevanten MEFISteuerwertdatensätze. Die Steuerdaten für die DCU-SD sind im Kapitel 7.6.3.4 erfasst.
Die Messung mittels Positionssonde ist von folgenden MEFI-Parametern abhängig:
-
Intensität
-
Ionensorte
-
Energie
Aufbau MEFI-Steuerwertdatensatz Positionssonde
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
Datenstruktur für MEFI Definitionen
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Version 1.06 30.04 2004
Parameter E
USINT
Energie [1...DimE]
200
Parameter F
USINT
Fokus [1...DimF]
3
Parameter I
USINT
Intensität [1...DimI]
2
Parameter S
USINT
Ionensorte [1...DimS]
1
Parameter G
USINT
Gantrywinkel [0...DimG] für 0...360 Grad
15
Parameter Z
USINT
Strahlziel [1...DimZ]
1
Parameter Q
USINT
Quelle [1...DimQ]
1
STEUERWERT-
STRUCT Inhalt / Nutzdaten MEFI-Steuerwertdatensatz. Datensatz[0]
DATENSATZ
POS
USINT
Verstärkungsfaktor
Array[MaxSDGeräte]. Index für Definitionen in
1
Gerätestammdaten
Standard Messwerterfassung (Snap Shots)
MESSWERT-1
STRUCT Datenstruktur für Element MESSWERT-1
Enableflag
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Enableflag Messwerterfassung
1
Delaytime
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Verzögerungszeit [us]
0
MESSWERT-2
STRUCT Datenstruktur für Element MESSWERT-2
Enableflag
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Enableflag Messwerterfassung
0
Delaytime
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Verzögerungszeit [us]
0
Datenkennung pro Steuerwertdatensatz
Set-Id
USINT
Datenkennung Steuerwertdatensatz Stufe 3: Set-Id
789
Datenkennung, Checksum pro Ionensorte
Machine-Id
USINT
Datenkennung Steuerwertdatensatz Stufe 1: Machine-Id,
123
Parameter M
Device-Id
Checksum
USINT
Datenkennung Steuerwertdatensatz Stufe 2: Device-Id
DWORD Checksumme über alle MEFI-Steuerwertdatensätze einer
456
0x123456
Ionensorte
Prüfsumme
Checksum
DWORD Checksumme über alle MEFI-Steuerwertdatensätze des n-
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0x123456
217
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
dimensionalen Parameterraums
Tabelle 133: Positionssonde, MEFI-Steuerdatensatz
Jeder empfangene MEFI-Steuerwertdatensatz besteht strukturell aus einem Header und den
eigentlichen Nutzdaten. Der Header beinhaltet die MEFI-Parameter als eindeutige Kennzeichnung
innerhalb des BKS. Über diese Definition kann jeder Datensatz zugeordnet werden. Diese dienen
quasi als Maske, um aus einem maximal möglichen n-dimensionalen Parameterraum die für das
betroffene Gerät relevante, spezifische Dimensionierung des Parameterraumes zu ermitteln. Die
Angaben der MEFI-Parameter dienen hierbei als Indizes, um einen Datensatz einer vorgegebenen
Kombination an MEFI-Vorgaben eindeutig zuordnen zu können. Der vorgestellte Aufbau erlaubt:

die Übertragung des vollständigen Umfangs an MEFI-Steuerwertdatensätzen in Form eines
geschlossenen Datenstreams oder als sequentielle Anreihung der einzelnen
Steuerwertdatensätze

die Einzelübertragung beliebiger MEFI-Steuerwertdatensätze
Zur Erläuterung folgendes Beispiel: Ein Gerät sei abhängig von der Ionensorte S [1...4] sowie der
Intensität I [1...15]. Der komplette Vorrat an MEFI-Steuerwertdatensätzen für ein MDE-System besteht
aus einem 2-dimensionalen Parameterraum des Struktur (S[1...4], I[1...15]). Letztlich liegt ein 2dimensionales Array der Größe [4,15] vor, wobei jedes Element durch eine Struktur des Typs
’STEUERWERT-DATENSATZ’ repräsentiert wird. Über die Kennzeichnung von z.B. S = 2 und I = 3 ist
die Zuordnung des Datensatzes vorgegeben. Die Kennzahlen S, I geben den Index für die
Adressierung innerhalb des 2-dimensionalen Arrays vor. Jeder Datensatz kann bei einem Lese- oder
Schreibvorgang eindeutig zugeordnet werden.
Die für jedem MDE-System im Flash gehalten MEFI-Steuerwertdatensätze sind in einem ndimensionalen Parameterraum organisiert. Für alle relevanten Freiheitsgrade an M, E, F, I, S, G und Z
ist innerhalb des betroffenen MDE-Systems eine Datenstruktur oben dargestellten Aufbaus hinterlegt.
Der Aufbau ist stets identisch, die Inhalte sind in Abhängigkeit der MEFI-Parameter natürlich
unterschiedlich. Hinterlegt werden im Flash nur die Nutzdaten. Bevor die Abspeicherung erfolgt, wird
der Header entfernt. Der Header dient lediglich der Zuordnung des Datensatzes, beinhaltet aber keine
relevanten Informationen für eine Bestrahlung. Nach Erhalt der Strahlanforderung für die Verwendung
von MEFI-Steuerdaten (Broadcast Telegramm) wird auf Basis der übergebenen MEFI-Parametern
genau der eine, eindeutige Steuerwertdatensatz aus dem verfügbaren Vorrat an Datensätzen
ermittelt.
7.6.5.4 Steuerwertdaten Referenz-VAcc bzw. VAcc
Das Messdatenerfassungs-System empfängt von dem BKS alle, für das System relevanten VAccSteuerwertdatensätze. Die Steuerdaten für die DCU-SD sind im Kapitel 7.6.3.4 erfasst.
Aufbau Referenz-VAcc, VAcc Steuerwertdatensatz Positionssonde
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
Datenstruktur für Definitionen virtueller Beschleuniger
Nummer VAcc
STEUERWERT-
USINT
Nummer des Referenz-VAcc’s [1...10] bzw. VAcc[11...255]
2
STRUCT Inhalt / Nutzdaten VAcc-Steuerwertdatensatz
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DATENSATZ
POS
USINT
Verstärkungsfaktor
Array[MaxSDGeräte]. Index für Definitionen in
1
Gerätestammdaten
Standard Messwerterfassung (Snap Shots)
MESSWERT-1
STRUCT Datenstruktur für Element MESSWERT-1
Enableflag
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Enableflag Messwerterfassung
1
Delaytime
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Verzögerungszeit [us]
0
MESSWERT-2
STRUCT Datenstruktur für Element MESSWERT-2
Enableflag
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Enableflag Messwerterfassung
0
Delaytime
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Verzögerungszeit [us]
0
Attribute
SD-Gerät aktiv
BOOL
Array[MaxSDGeräte]. Definition ob SD-Gerät von
0: inaktiv / 1: aktiv
Strahlanforderung betroffen ist. Inaktiv, falls SD-Gerät zwar in
Gruppe, aber willentlich aus Zyklus herausgenommen wird
Konfiguration Modus Messwerterfassung (zyklisch, Standard)
Modus
USINT
Messwerterfassung
Array[MaxSDGeräte]. Anwahl Modus Messwerterfassung
0: keine Messwerterf.
(zyklisch, Standard)
(zyklisch, Standard) / 1:
nur zyklische
Messwerterf. / 2: nur
Standard Messwerterf. /
3: zyklische und
Standard Messwerterf.
Konfiguration zyklische Messwerterfassung
Abtastzeit
USINT
Messwerterfassung
Anzahl Messpunkte
Array[MaxSDGeräte]. Abtastzeit der Messwerterfassung.
1000
Zeitverzug zwischen Aufnahme von 2 Messwerten [us]
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Anzahl der Abtastungen für gesamten
über kompletten
Zeitraum der zykl. Messwerterfassung. Die Gesamtzahl der
Zeitraum
Messpunkte wird angegeben. Hieraus ergibt sich die
10000
komplette Messperiode und implizit die Anzahl der zykl.
Messages
Tabelle 134: Positionssonde, Referenz-VAcc, VAcc Steuerdatensatz
Für alle virtuellen Beschleuniger (VAcc 1 – VAcc 10) mit den inhaltlichen Vorgaben zur Attributierung
von MEFI-Steuerwertdatensätzen ist eine Datenstruktur oben dargestellten Aufbaus hinterlegt. Der
Aufbau ist stets identisch, die Inhalte können in Abhängigkeit der Definition des virtuellen
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Pflichtenheft Strahldiagnose
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Beschleunigers natürlich unterschiedlich sein. Nach Erhalt der Strahlanforderung für einen MEFISteuerwertdatensatz wird auf Basis der übergebenen Nummer des Referenz-VAcc’s genau der eine,
eindeutige Datensatz aus dem verfügbaren Vorrat an Datensätzen der Referenz-VAcc’s ermittelt.
Diese sind im Flash mit den Nummern VAcc 1 bis VAcc 10 hinterlegt. Inhaltlich sind aus den
Referenz-VAcc’s ausschließlich die Attribute interessant. Die Steuerwerte selbst werden den MEFISteuerwertdatensätzen entnommen. Der Aufbau der Referenz-VAcc’s entspricht exakt den virtuellen
Beschleunigern. Dies wurde aus Gründen der Vereinheitlichung so festgelegt.
Jeder empfangene Steuerwertdatensatz eines virtuellen Beschleunigers besteht strukturell aus einem
Header und den eigentlichen Nutzdaten. Der Header beinhaltet die Nummer des VAcc’s als
eindeutige Kennzeichnung innerhalb des BKS. Über diese Definition kann jeder Datensatz zugeordnet
werden. Die Angaben der Nummer des virtuellen Beschleunigers dient hierbei als Index, um einen
Datensatz eindeutig referenzieren zu können. Der vorgestellte Aufbau erlaubt:

die Übertragung des vollständigen Umfangs an Steuerwertdatensätzen für alle VAcc’s in Form
eines geschlossenen Datenstreams oder als sequentielle Anreihung der einzelnen
Steuerwertdatensätze

die Einzelübertragung beliebiger Steuerwertdatensätzen virtueller Beschleuniger
Für alle virtuellen Beschleuniger ist eine Datenstruktur oben dargestellten Aufbaus hinterlegt. Der
Aufbau ist stets identisch, die Inhalte können in Abhängigkeit der Definition des virtuellen
Beschleunigers natürlich unterschiedlich sein. Nach Erhalt der Anforderung für einen virtuellen
Beschleuniger, wird auf Basis der übergebenen Nummer genau der eine, eindeutige
Steuerwertdatensatz aus dem verfügbaren Vorrat an Datensätzen der virtuellen Beschleuniger
ermittelt. Hinterlegt werden im RAM nur die Nutzdaten. Z.Zt. maximal 256 virtuelle Beschleuniger sind
vorgesehen. Die VAcc’s bis zur Nummer 10 sind fest vergeben (Referenz-VAcc’s in Flash). Der VAcc
mit der Nummer 0 wird als Datensatz für den LINAC Stabilitätspuls reserviert.
7.6.5.5 Messdaten
Für jede vom Kontrollsystem zur Messung ausgewählte Positionssonde wird der unten beschriebene
Messdatensatz an das Kontrollsystem versandt. Die Anzahl der Messwertdatensätze wird durch die
Anzahl der Messkanäle bestimmt, welche am Kontrollsystem vorgewählt wurde (siehe Kapitel 7.6.4).
Positionssonde: Messwerte
Name
DATA_STATUS_S
Format
STRUCT
Beschreibung
Beispielwerte
Allgemeiner Datenstatus, ist in 6.8.1.1 beschrieben.
Gerätespezifische Kodierungen sind in 7.6.9.2
TRUCT
beschrieben.
Horizontale
ARRAY[AnzahlMess
horizontale Strahlposition als Funktion der Zeit.
Strahlposition
punkte] OF FLOAT
Relevant nur über die Dauer der BeschleunigungsPhase
Vertikale
ARRAY[AnzahlMess
vertikale Strahlposition als Funktion der Zeit. Relevant
Strahlposition
punkte] OF FLOAT
nur über die Dauer der Beschleunigungs-Phase
Summensignal
ARRAY[AnzahlMess
Summensignal der Pick-ups zur Kontrolle der
punkte] OF FLOAT
Intensität
Tabelle 135: Positionssonde, Messdaten
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Die Übertragung der Messwertdaten an die Ablaufsteuerung erfolgt separat für jedes SD-Gerät.
Die Anzahl der in jedem Messdatensatz enthaltenen Messwerte ist abhängig von der Wahl des Modus
der Messwertdatenerfassung (zeitaufgelöste Messwertdatenerfassung/Messwertspeicherung,
zyklische Messwertdatenerfassung, Standard-Messwerterfassung) und der zugehörigen Konfiguration
für die Anzahl der Messpunkte. Details bzgl. der verschiedenen Modi an Messwertdatenerfassung
können Kapitel 6.2.5 entnommen werden.
7.6.6 Ablauf Geräteansteuerung
Der Ablauf der Geräteansteuerung des Gesamtsystems aus Datenvorverarbeitung und MDE
„Positionssonde“ umfasst folgende Zustandsgruppen:
1. Einschalten (Datenvorverarbeitung und Controller
2. Reset MDE
3. Initialisierung des MDE-Systems
4. Warten auf Broadcast und Initialisierung der Messkanäle
5. Aufnahme der Messdaten mit Beginn HF-Rampe
6. Berechnung nach Aufnahme der Messdaten
7. Genereller Fehlerfall
In den Zuständen 1 und 2 gibt es keine Wechselwirkung der MDE mit dem KS.
Abbildung 28: Positionssonde, Ablauf Gerätesteuerung
Die dargestellte Zustandsmaschine gibt eine vorläufige und noch unvollständige Strukturierung der
Geräteansteuerung wieder. Eine abschliessende Detaillierung wird während der Implementierung
vorgenommen.
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7.6.7 Verarbeitung Messdaten, Transformation
Die empfangenen Werte werden von der technischen Größe in die physikalische Größe gewandelt.
Der maximale technische Bereich des vom Steuergerät empfangenen Wertes ist in den
Gerätestammdaten enthalten. Der einzustellende Messbereich wird dem MessdatenerfassungsSystem über einen MEFI-Steuerdatensatz oder über einen virtuellen Beschleuniger mitgeteilt. Die in
7.6.5.5 eingetragenen Werte ergeben sich aus der linearen Beziehung:
phys. Wert = techn. Messwert x eingestellter Messbereich / Techn. Wert Vollausschlag + Offset
Die tatsächliche Strahlposition bestimmt sich aus der Geradengleichung y=ax+b, bei der x das
gemessene Signal ist, a der ermittelte Kalibrations-Faktor und b der Kalibrations-Offset.
Diese Berechnungen werden getrennt für die vertikale und horizontale Strahlposition sowohl das
Summensignal durchgeführt.
Die Kalibrations-Faktoren und Kalibrations-Offsets werden bei der Inbetriebnahme und ggf. bei
Wartungsarbeiten ermittelt und in den Geräteparametern eingetragen. Für die Ermittlung von Faktor
und Offset ist die K-Modulation mittels der vorgelagerten Quadrupole vorgesehen.
7.6.8 Testfunktion
Für die Geräte der Geräteklasse Positionssonde ist keine Testfunktion vorgesehen.
7.6.9 Fehler- und Statusverarbeitung
7.6.9.1 Gerätestatus
In dem allgemeinen Gerätestatus, erläutert in Kapitel 6.3.4.2 ist ein bitcodiertes Statusword für die
gerätespezifischen Statusinformationen enthalten. Für die Geräte der Geräteklasse Positionssonde
sind folgende Informationen über den klassenspezifischen Gerätestatus abgebildet:
Aufbau des Statusword innerhalb des Gerätestatus
Name
Bit in
Statusword
[SD-Gerät]
Beschreibung
Beispielwerte
PowerOn
Bit 0
Spannung Vorverstärker ist ein
0/1
Tabelle 136: Positionssonde, Gerätespezifischer Gerätestatus
Die Statusinformationen werden als Bestandteil des allgemeinen Statustelegramms für jedes SDGerät separat verwaltet.
Die Zustandsnummer ist die kodierte Information, ob sich das SD-Gerät im Zustand:
-
Messmode
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-
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Elektronik Lokalbetrieb / Remotebetrieb
befindet. Die Zustandsnummer ist Bestandteil des allgemeinen Teils des Gerätestatus Telegramms.
Siehe dazu Kapitel 6.3.4.2..
7.6.9.2 Datenstatus
Der Aufbau der Datenstatus -Struktur ist im Kapitel 6.8.1.1 beschrieben. Im Folgenden ist die
geräteklassenspezifische Belegung des Statusword aufgeführt.
Aufbau des Statusword innerhalb des Datenstatus
Name
Bit in
Statusword
Beschreibung
Beispielwerte
OverloadADC
Bit 0
Messsignal außerhalb des gültigen Messbereichs
0/1
(Vollausschlag des ADC).
Tabelle 137: Positionssonde, Gerätespezifischer Datenstatus
7.6.9.3 Zyklische Meldungen
Die Messdatenerfassungs-Systeme senden zyklisch und bei Änderung der Inhalte den Gerätestatus
an die Ablaufsteuerung. Das Gerätestatus-Telegramm kann von der Ablaufsteuerung als das Lebenszeichen des sendenden Messdatenerfassungs-Systems genutzt werden. Die Inhalte des Gerätestatus-Telegramms, werden in Kapitel 6.3.4.2 erläutert.
7.6.9.4 Fehlermeldungen
Der Aufbau des Fehler-Telegramms und die Sendehäufigkeit sind im Kapitel 6.3.4.4 beschrieben.
Eine detaillierte Festlegung der Fehlermeldungen und deren Kodierung im Telegramm wird im Laufe
der Implementierung getroffen.
7.6.10 Anforderung an Verarbeitung der Daten im Beschleuniger KS
Das BKS stellt die im Messdatenerfassungssystem vorverarbeiteten Werte dar. Hierzu werden:
-
Die Messwerte als Funktion der Zeit dargestellt. Für die Darstellung der Messdaten ist kein
Roll-Mode vorgesehen
-
Die Darstellung der Messwerte der Positionssonde umfasst die gleichzeitige Darstellung von
horizontaler und vertikaler Position sowie des Summensignals jeweils für eine ausgewählte
Positionssonde
-
Es muss eine Cursor-Funktion realisiert werden, um Zeitpunkte gemeinsam in den drei
Darstellungen definieren zu können
-
Messdaten mehrerer Positionssonden sollen gleichzeitig darstellbar sein
-
Es soll möglich sein, die drei Darstellungen (X, Y, Intensität) einer Positionssonde gleichzeitig
mit den Darstellungen aller anderen Positionssonden anzuzeigen
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-
Einstellung von Pretriggerzeitpunkt (über Parametrierung von DCU-SD); 0-50 ms typ.: 10 ms
-
Einstellung von Posttriggerzeitpunkt (über Parametrierung von DCU-SD); 0-50 ms typ.: 10 ms
7.6.11 Handbedienebene für die Geräteklasse
Ein Messdatenerfassungs-System kann per Anwahl in den MDE-System-Stammdaten 6.3.3.11 in
einen Handbedien-Modus versetzt werden. Zielsetzung ist es hierbei, das MessdatenerfassungsSystem unbeeinflusst von Kommandos der Ablaufsteuerung zu betreiben. Der Operateur hat über ein
lokales Bedienterminal die Möglichkeit, sich die unten aufgeführten Werte anzeigen zu lassen bzw.
das Messdatenerfassungs-System zu bedienen. Die Einbindung der Handbedienebene ist in Kapitel
6.10 beschrieben.
Folgende Daten müssen auf einem lokalen Bedienterminal angezeigt werden:
-
Gerätestammdaten des ausgewählten SD-Geräts
-
Geräteparameter des ausgewählten SD-Geräts
-
Nomenklatur der DCU, welche das SD-Gerät ansteuert
-
Werte des aktuellen virtuellen Beschleunigers
-
Aktuell eingestellter Messbereich
-
Darstellung des aktuellen Gerätestatus (Messung)
-
Messwerte
-
Darstellung des aktuellen Datenstatus
Auf dem lokalen Bedienterminal müssen dem Operateur folgende Eingabemöglichkeiten zur
Verfügung stehen:
-
Verändern der Gerätestammdaten des ausgewählten SD-Geräts
-
Verändern der Geräteparameter des ausgewählten SD-Geräts
-
Setzen des Messbereichs
-
Setzen der Betriebsart (Messung)
-
Reset des Messdatenerfassungs-Systems
-
Initialisierung des Messdatenerfassungs-Systems
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7.7
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Geräteklasse Optische Strahldiagnose (SD-OD)
Die Komponenten der optischen Strahldiagnose gliedern sich in die zwei Varianten Leuchttarget und
Isocenter-Diagnose. Die Geräteklasse wird durch ein separates Messdatenerfassungs-System
repräsentiert.
Leuchttarget
mit Kamerasystem
TCP/IP
TCP/IP-Hub
PXI-Crate
Hub
evtl.
Stromversorgung
1394
ER-CD-OD01
Lichtleiterstrecken möglich
10
Timing-DCU
EKF 1394
Karte
Eckelmann
EKF 1394
Karte
TCP/IP
Blendensteuerung
via TCP/IP
TCP/IP-Hub
Beleuchtung
Elektronikraum
Beleuchtung
Blendensteuerung
via TCP/IP
4x
Hub
evtl.
Stromversorgung
1394
Lichtleiterstrecken möglich
Isocenter
mit
Kamerasystem
Hamamatzu
(Verwendungsbereich)
(Zul. Abw.)
(Oberfl.)
Beleuchtung
Beleuchtung
Maßstab 1:1
(Gewicht)
(Werkstoff, Halbzeug)
(Rohteil-Nr)
(Modell- oder Gesenk-Nr)
vor
Ort
Datum
Bearb. 16.09.03
Gepr. 00.00.00
Norm
Name
CM
CM
Optische Diagnose-El.
Blatt
16/21.1.1
Zust.
Änderung
Datum Name Ursprung
Ersatz für:
Blätter
Ersatz durch:
Abbildung 29: Geräteklasse Optische Strahldiagnose
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7.7.1 SD-Geräte
OptischeStrahldiagnose, SD-Geräte
Bezeichnung
Anzahl
SDGeräte
Nomenklaturen der
SD-Geräte
Messdatenerfassungs-System
Bemerkung
Variante Leuchttarget (LT)
Leuchttarget (LT)
10
S1DF1, S4DF1, H1DF2,
ERCDOD1
Fest installierte Kamera. Das
B1DF1, H2DF2, B2DF1,
Leuchttarget wird mittels
B3DF1, B4DF1, H5DF1,
Pressluftantrieb in den
G3DF5
Strahlengang eingefahren
Variante Isocenter-Diagnose (ID)
Isocenter-Diagnose
4
(ID)
T1DF1, T2DF1, T3DF1,
ERCDOD1
T4DF1
Frei platzierbares, tragbares
optisches Strahldiagnosegerät
Tabelle 138: Optische Strahldiagnose, SD-Geräte
7.7.2 Funktionsbeschreibung Varianten
7.7.2.1 Leuchttarget
Das Leuchttarget ist ein Strahldiagnose-Gerät des Typs II, also strahlzerstörend. Leuchttargets
werden zur Messung der transversalen Strahleigenschaften, wie Strahllage und Strahlform, eingesetzt. Mittels einer Pressluft-Lineardurchführung wird ein Szintillator-Schirm in den Strahlengang
eingebracht. Der Energieverlust des eintreffenden Ionenstrahls wird bei geeigneter Wahl des Targetmaterials als Fluoreszenz sichtbar. Dieses Fluoreszenz-Licht wird mit einer CCD-Kamera durch ein
Strahlrohr-Fenster im 45° Winkel aufgenommen. Eine wichtige Eigenschaft des Szintillators ist eine an
den dynamischen Bereich der CCD-Kamera angepasste Lichtemission. Zum anderen wird eine gute
Linearität der Leuchtstärke in Abhängigkeit vom eintreffenden Teilchenstrom verlangt. Die hier verwendete Beschichtung P43 zeichnet sich durch ein Emissionsmaximum im grünen Wellenlängenbereich (passend für CCD-Kameras) und ein nur sehr kurzes Nachleuchten aus, wodurch eine gute
Zeitauflösung bei der Strahlabbildung erreicht wird. Für die Variante Leuchttarget werden Kameras mit
einer Datentiefe von 8 Bit/Pixel eingesetzt. Die Bildverarbeitung muß hier eine Rücktransformation des
durch den Aufnahmewinkel verzerrten Bildes vornehmen.
7.7.2.2 Isocenter-Diagnose
Die Isocenter-Diagnose wird ausschließlich im Behandlungsbereich eingesetzt. Die Funktionsweise ist
analog zu den Leuchttargets. Allerdings wird dabei ein wesentlich größerer Leuchtschirm eingesetzt,
der auf einem Gestell an Luft betrieben wird. Der gesamte Aufbau wird für Kontrollmessungen an der
Position des Patienten installiert. Außerdem wird eine CCD-Kamera mit höherer Auflösung (>1Mpixel /
Datentiefe von 16 Bit/Pixel) und besserem Signal-/Rauschverhalten eingesetzt.
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
7.7.3 Hardware-Schnittstellen des Messdatenerfassungs-System
Eine endgültige Festlegung der Kameras für die Varianten Leuchttarget und Isocenter-Diagnose ist
noch nicht erfolgt. Aktuell geht die Planung vom Einsatz des Modells MARLIN der Firma Allied Vision
Technologies GmbH aus.
Nachfolgend sind alle Signale gelistet, welche zwischen den IEEE1394 Kameras bzw. den
Blendensteuerungen und dem Messdatenerfassungs-System ausgetauscht werden. Die Angaben zu
den Signalen der DCU-SD beinhalten alle Signale, die von der DCU-SD an die SD-Geräte bzw. an
das MDE-System der vorliegenden Geräteklasse abgesetzt werden. Jede Kamera besitzt einen
Pegelwandler (ATPB), der differentielle Signale zurück in single-ended-maßenbezogene (RS485>TTL) Signale wandelt und an den Steuereingang der Kamera weiterleitet. Hier wird das TimingSignal zur Kamera hin, sowie ein Kamera-Ok-Signal in Gegenrichtung zur Übertragung über grosse
Kabellängen gewandelt. Im Elektronikraum wandelt ein Sammmelwandler (ATPE) diese Signale
zurück und splittet Timing von der DCU wie Kamera-OK zum PXI-Crate (IO14).
7.7.3.1 Digitale Status-Eingangssignale
Optische Strahldiagnose, Digitale Status-Eingangssignale
Signal No
Bezeichnung
Bemerkung
1
Kamera S4DF1 ok
Statusrückmeldung Kamerasystem Leuchttarget
2
Kamera H1DF2 ok
Statusrückmeldung Kamerasystem Leuchttarget
3
Kamera B1DF1 ok
Statusrückmeldung Kamerasystem Leuchttarget
4
Kamera S1DF1 ok
Statusrückmeldung Kamerasystem Leuchttarget
5
Kamera H2DF2 ok
Statusrückmeldung Kamerasystem Leuchttarget
6
Kamera B2DF1 ok
Statusrückmeldung Kamerasystem Leuchttarget
7
Kamera B3DF1 ok
Statusrückmeldung Kamerasystem Leuchttarget
8
Kamera B4DF1 ok
Statusrückmeldung Kamerasystem Leuchttarget
9
Kamera H5DF1 ok
Statusrückmeldung Kamerasystem Leuchttarget
10
Kamera G3DF5 ok
Statusrückmeldung Kamerasystem Leuchttarget
Tabelle 139: Optische Strahldiagnose, Digitale Status-Eingangssignale
Die Erfassung der digitalen Eingangssignale geschieht über die digitalen Eingänge der PXI-6508 E/AKarte von National Instruments.
Neben den oben angegebenen Statussignalen der Kamerasysteme für die Leuchttargets, werden die
Timingsignale für alle Kameras (Leuchttargets und Isocenter) -parallel zu den Triggersignalen an die
Kamerasysteme selbst- auch als digitale Eingangssignale in das PXI-System eingespeist. Die
Generierung der Signale erfolgt durch die zugehörige DCU-SD.
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7.7.3.2 IEEE1394 Kamera-Schnittstelle
Die bei der optischen Strahldiagnose eingesetzten Kameras besitzen eine IEEE1394 Schnittstelle und
unterstützen das IEEE1394 basierte Transportprotokoll DCAM V1.3 zur Steuerung von industriellen
Bildverarbeitungs-Kameras. Das VGA-Nutzsignal der CCD-Kameras wird über ein IEEE1394Netzwerk (evtl. für längere Strecken auch mittels Lichtleiter) zum CF2-Cymbal-Modul der Fa. EKF
übertragen. Eventuell wird eine NI-Karte verwendet. Eine Entscheidung hierüber wird noch getroffen.
Darin existieren als Knotenpunkte 5 Firewire-Hubs (HUDF1-HUDF5), deren Anzahl durch die
maximale Kabellänge von 20m bestimmt ist und die funktionell die Stromversorgung der Kameras
übernehmen.
Das DCAM Protokoll unterstützt die verlustfreie Übertragung von Bilddaten und hat einen standardisierten Befehlssatz. Die komplette Dokumentation des Standards ist in /17/ enthalten.
Zu beachten ist, dass innerhalb eines IEEE1394 Netzwerks die Knotennummern während des
Betriebs nach einem Busreset neu vergeben werden und somit als Adresskriterium für die IEE1394Kameras deren Seriennummern genutzt werden müssen.
Aus dem Standard-Befehlssatz werden die Funktionen aufgelistet, welche zur optischen Strahldiagnose verwendet werden.
7.7.3.2.1 Statussignale
Optische Strahldiagnose, Statussignale CCD-Kamera
Signal No
Bezeichnung
Bemerkung
1
PowerOn
Rückmeldung Kamera eingeschaltet
2
CameraTest
Rückmeldung Kamera im Test-Modus
3
Gain
Rückmeldung Verstärkung des Bildes
4
Shutter
Rückmeldung Verschlusszeit
5
Brightness
Rückmeldung Helligkeit der Bildinformation
6
GammaCorrection
Rückmeldung Gamma Korrektur
Tabelle 140: Optische Strahldiagnose, Status der CCD-Kamera
Die Statussignale von der ausgewählten Kamera werden über die IEEE1394 Schnittstelle an das
Messdatenerfassungssystem übertragen. Die Tabelle ist noch unvollständig. Die Ergänzung wird
während der Implementierung vorgenommen. Soweit sinnvoll und unterstützt durch die eingesetzte
Kamera, werden die Signale laut DCAM-Standard ausgewertet.
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Pflichtenheft Strahldiagnose
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7.7.3.2.2 Steuerbefehle
Optische Strahldiagnose, Steuerbefehle CCD-Kamera
Signal No
Bezeichnung
Bemerkung
1
SetCameraTest
Kommando Testmodus CCD-Kamera
3
Gain
Kommando Verstärkung des Bildes
4
Shutter
Kommando Verschlusszeit
5
Brightness
Kommando Helligkeit der Bildinformation
6
GammaCorrection
Kommando Gamma Korrektur
Tabelle 141: Optische Strahldiagnose, Steuerbefehle der CCD-Kamera
Die Steuersignale vom Messdatenerfassungs-System zu der ausgewählten Kamera werden über die
IEEE1394 Schnittstelle übertragen. Die Tabelle ist noch unvollständig. Die Ergänzung wird während
der Implementierung vorgenommen. Soweit sinnvoll und unterstützt durch die eingesetzte Kamera,
werden die Signale laut DCAM-Standard verwendet.
7.7.3.3 Blendensteuerung über Anlagen-LAN
Die Ansteuerung der Blende der CCD-Kameras erfolgt über einen Adapter, welcher zur Zeit bei GSI
entwickelt wird. Mit dieser Blendensteuerung wird über TCP/IP kommuniziert.
Zur Zeit ist es geplant die Ansteuerung der Blende durch das MDE-System vorzunehmen. Die TCP/IP
Kopplung wird zwischen den Blendensteuerungen und dem MDE-System aufgebaut. Kommandos an
die Blendensteuerung erfolgen durch das MDE-System. Statusrückmeldungen der Blendensteuerung
erfolgen an das MDE-System.
Die Blendensteuerung hat vier analoge Ausgänge, mittels derer die Einstellung der spannungssteuerbaren Blenden von bis zu vier Kameras vorgenommen wird. Zusätzlich lässt sich die Targetbeleuchtung für jede Kamera getrennt ein- und ausschalten. Der komplette Befehlssatz wird nach
Fertigstellung des Blendensteuerungs-Projekts von GSI an EAG übergeben.
Es sind 5 Blendensteuerungen geplant, welche an das Anlagen-LAN im Bereich HEBT angeschlossen
werden. Die logische Trennung erfolgt durch eine geeignete Subnet-Auswahl. Es sind dafür
zusätzliche Netzwerk-Anschlüsse im Gebäude an folgenden Standorten vorzusehen:
Trennwand MEBT/SYNCHROTRON (G,4/6,5 Architektenraster), Trennwand HEBT/T1 (E,5/9,0),
Trennwand HEBT/T3 (B,5/6,6), Gantry (B,5/6,6@90°) und Trennwand HEBT/T4 B,3/9,8). Einzelheiten
können den jeweiligen Zeichnungen entnommen werden. Details werden an dieser Stelle nicht
genannt.
7.7.3.3.1 Statussignale
Nachfolgend sind die zur Zeit bekannten Statussignale der Blendensteuerung aufgelistet.
Optische Strahldiagnose, Statussignale der Blendensteuerung
Signal No
Bezeichnung
Bemerkung
1
PowerOn
Blendensteuerung bereit (am LAN verfügbar)
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229
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
2
AdapterTest
Adapter ist im Testmodus
3
TargetLight
Targetbeleuchtung Ein / Aus
4
Aperture
Rückmeldung Einstellung der Blende
Tabelle 142: Optische Strahldiagnose, Status der Blendensteuerung
Falls die Blendensteuerung keine dezidierte Rückmeldung für ’Power On’ liefert, kann die
Verfügbarkeit der Steuereinheit am Netzwerk (TCP/IP Kommunikationsverbindung ordnungsgemäß
aufgebaut) als Statusfeedback für eine Signalisierung von ’Blendensteuerung bereit’ herangezogen
werden. Sinnvoll erscheint es in diesem Zusammenhang ein zyklisches Lifesign innerhalb der
Blendensteuerung vorzusehen.
Die Tabelle ist noch unvollständig. Die Ergänzung wird während der Implementierung vorgenommen.
7.7.3.3.2 Steuerbefehle
Folgende Auflistung beschreibt die zur Zeit bekannten Steuersignale der Blendensteuerung.
Optische Strahldiagnose, Steuersignale Blendensteuerung
Signal No
Bezeichnung
Bemerkung
1
SetAperture
Ausgangsspannung für Blendenverstellung
einstellen
2
SetAdapterTest
Adaptertest einschalten
3
SetTargetLight
Targetbeleuchtung Ein / Aus
Tabelle 143: Optische Strahldiagnose, Steuersignale der Blendensteuerung
Die Tabelle ist noch unvollständig. Die Ergänzung wird während der Implementierung vorgenommen.
7.7.3.4 Synchronisationssignale von der DCU-SD
Nachfolgend sind vollständig alle Signale erfasst, die von der DCU-SD für die SD-Geräte bzw. das
Messdatenerfassungs-System der Geräteklasse Optische Strahldiagnose benötigt werden. Die DCUSD-Signaldefinitionen sind im Kapitel 6.7 näher erläutert.
Optische Strahldiagnose, Synchronisationssignale von den DCU-SD
No
Auslösende
Aktion in der
Messdatenerfassung
Beschreibung
des Signals
1-14
Trigger (S)
Trigger-Signal für LT,
ID
Signal Definition des
typ
DCU-SD Signals
NxG
Ziel des Signals
Timing
- t0
LT1-LT10, ID1-ID4.
S
- td
Auch an ERCDOD1
- thigh
- tp
- np
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230
Pflichtenheft Strahldiagnose
15-28 Trigger (S)
Version 1.06 30.04 2004
Trigger-Signal
NxG
zugehörig zu LT, ID
- t0
ERCDOD1 parallel zu
- td
den Timingsignalen für
- thigh
LT1-LT10, ID1-ID4.
S
- tp
- np
Tabelle 144: Optische Strahldiagnose, DCU-SD Signale
Das Trigger-Signal löst an der ausgewählten Kamera die Aufnahme eines einzelnen Bildes ("One
Shot") aus. Die Aufnahme einer Bildsequenz als eine Serie von einzelnen Single Shots ist möglich. An
den Kameras stehen hierfür geeignete Eingangssignale zur Verfügung. Der Regelfall für den
Triggerzeitpunkt ist mitten im Spill. Für die Strahldiagnose muss eine frei programmierbare Folge von
Trigger-Signalen vorgesehen werden, welche mit dem Anlagentiming abgeglichen sind. Der minimale
Abstand zweier Bilder ist 1/60 Sekunde. Die Zeitdauer soll einen kompletten Spill abdecken.
Parallel zu den Triggersignalen an die Kamerasysteme selbst, werden die Timingsignale auch in das
PXI-System eingespeist.
Nach derzeitiger Planung werden funktional 14 Triggersignale mit identischem Timing benötigt. Um
eine gewisse Flexibilität zu ermöglichen, werden für die verfügbaren Kamerasysteme separate
Timingsignale vorgesehen.
7.7.4 Kommando-Schnittstelle zur KS-Ablaufsteuerung
Nachfolgende Beschreibung der Signale des Betriebsarten-Telegramms gilt für ein Messdatenerfassungs-System der Geräteklasse optische Strahldiagnose.
Ein SD-Gerät kann von dem Kontrollsystem über das Betriebsarten-Telegramm in eine Betriebsart
geschaltet werden:
-
Messmode
-
Testmode
Optische Strahldiagnose: Auswahl Kamera / Bestandteil Betriebsarten-Telegramm
Name
Bit in
Command1
[SD-Gerät]
Beschreibung
Beispielwerte
Auswahl Kanal
Bit 0
Auswahl der Kamera (Leuchttarget, Isocenter)
0/1
Messmode
Bit 1…Bit 3
Bit 1: Singleshot, Bit 2: Bildsequenz (zeitterminiert), Bit 3:
001 / 010 / 100
Bildsequenz (triggerterminiert)
Tabelle 145: Optische Strahldiagnose, Kommandoschnittstelle
In dem Betriebsarten-Telegramm, erläutert in Kapitel 6.3.3.6 sind bitcodierte Command-Words für die
gerätespezifische Kommandos reserviert. In obiger Tabelle ist die Verwendung der Bits innerhalb des
ersten Command-Words erläutert.
Beim zeitterminierten Messmode erfolgt die Aufnahme einer Bildsequenz mit vorgegebener Bilderzahl
(bzw. Dauer des Zeitraums). Der Start der Bildsequenz erfolgt durch das erste Triggersignal der DCU-
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231
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
SD. Für den triggerterminierten Messmode erfolgt die Aufnahme einer Bildsequenz für den Zeitraum
zwischen einem Starttrigger und einem abschliessenden Stopptrigger. Die Generierung der beiden
Timingsignale erfolgt durch die DCU-SD. Für beide Modi ist die Bildwiederholfrequenz in den
Steuerdatensätzen (MEFI bzw. VAcc) enthalten
Die Abhängigkeiten der Geräteklassen von Subsystemen und externen Geräten sind im Kaptitel 5.6.
aufgelistet.
Für die Erfassung der Bilddaten wird immer nur eine Kamera aktiviert. Hierfür trägt die übergeordnete
Steuereinheit (Ablaufsteuerung bzw. GUI) Verantwortung.
7.7.4.1 Zeitverlauf der Messdatenerfassung, Messmodi
Der Zeitverlauf für die Geräteklasse „Optische Strahldiagnose" nach dem Umschalten in den Zustand
„Messmode“ durch das Betriebsarten-Telegramm gliedert sich in folgende Phasen:
1. Empfang eines Broadcast-Telegramms
2. Quittierung des empfangenen Broadcast-Telegramms
3. Setzen der Parameter für die SD-Geräte LT, ID entsprechend den Vorgaben durch das
Broadcast-Telegramm
4. Warten auf Trigger-Signal der DCU-SD
5. Speichern Zeitstempel für Messung
6. Bilddaten erfassen
7. Speicherung der Bilddaten im RAM
8. Nachdem Abschluss der Messperiode speichern Zeitstempel für Beendigung der
Bildaufnahme
9. Versenden des Messdaten-Telegramms direkt nach Messung oder nach Anfrage des BKS
durch das Request-Messdaten Telegramm
In den Phasen 5 und 8 wird dargestellt, dass ein Zeitstempel der Messung aufgenommen wird.
Zeitgenau möglich wird dies dann, wenn die Triggersignale der DCU-SD auch über die E/ABaugruppe in das PXI-Crate eingespeist werden. Über die Notwendigkeit (Zeitstempel bzw.
Triggersignale an PXI-Crate) ist eine Entscheidung noch nicht abschließend getroffen.
Die Bilder der CCD-Kamera werden auf der Operatingebene des BKS dargestellt. Im Modus
Bildsequenz-Folge können alle Bilder der Sequenz grafisch dargestellt werden (siehe Kapitel 7.7.10) .
Optische Strahldiagnose, Messmodi
Messmodus
Variante
Beschreibung
1
One Shot
LT, ID
Aufnahme eines einzelnen Bildes (Single Shot)
2
Bildsequenz
LT, ID
Aufnahme einer Bildsequenz mit vorgegebener Bilderzahl (bzw. Dauer
ModusNo
(zeitterminiert)
des Zeitraums) und Wiederholfrequenz (MEFI-Steuerwertdaten).
Zeitterminierte Bildsequenz, gestartet durch erstes Triggersignal
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Pflichtenheft Strahldiagnose
3
Version 1.06 30.04 2004
Bildsequenz
LT, ID
(triggerterminiert)
Aufnahme einer Bildsequenz für Zeitraum zwischen Start- und
Stopptrigger. Triggerterminierte Bildsequenz von Start bis Stop Event,
gestartet durch das erste Triggersignal. Nicht die Bildzahl ist
vorgegeben sondern zwei Events, zwischen denen die Messung
durchgeführt wird. Vorgabe der Wiederholfrequenz in den MEFISteuerwertdaten
Tabelle 146: Optische Strahldiagnose, Messmodi
7.7.5 Datenstrukturen
7.7.5.1 SD-Geräte-Stammdaten
SD-Geräte-Stammdaten Optische Strahldiagnose
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
Definitionen Geräteklasse, Variante
Geräteklasse
String20
Bezeichnung Geräteklasse, Variante
Gerätename
String12
Name des Gerätes gemäß GSI-Nomenklatur /9/
Seriennummer
String12
Eindeutige ID eines SD-Gerätes
Kurztext
String20
Beschreibung des Gerätes
Langtext
String40
Bemerkungen zum Gerät
Standort der Vorort
String20
Standort der Elektronik vor Ort in der Anlage
LT
Elektronik
Einstellzeit
USINT
Einstellzeit [us]. Wird empirisch ermittelt
Trigger-Laufzeit
USINT
Laufzeit [us] des Triggersignals über Kabeltreiber von DCUSD zur Kamera
Seriennummer Kamera String20
weltweit eindeutige Identifikation der angeschlossenen
IEEE1394-Kamera
max. Bildfrequenz
USINT
max. mögliche Bildfrequenz [fps]
Absoluter Bezugspunkt
FLOAT
Absoluter Bezugspunkt Koordinate X [mm]
60
Koordinate X
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Absolute Bezugspunkt
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FLOAT
Absolute Bezugspunkt Koordinate Y [mm]
FLOAT
Bezugspunkt Koordinate X relativ zu absoluter
Koordinate Y
Relativer Bezugspunkt
Koordinate X
Relativer Bezugspunkt
Koordinatenangabe [mm]
FLOAT
Koordinate Y
Faktor
Bezugspunkt Koordinate Y relativ zu absoluter
Koordinatenangabe [mm]
FLOAT
Kalibrierungsfaktor für Intensitätskalibrierung
Winkel Kamera-Schirm
FLOAT
Winkel zwischen Kamerasystem und Schirm [Grad]
Winkel Schirm-Strahl
FLOAT
Winkel zwischen Schirm und Strahl [Grad]
Abmessung Schirm Xs
FLOAT
Abmessung Schirm. Dimension Xs [mm]
Abmessung Schirm Ys
FLOAT
Abmessung Schirm. Dimension Ys [mm]
Intensitätskalibrierung
allg. Konfiguration SD-Gerät
Fehlermonitoring SD-
BOOL
0/1
Fehlerzustand durch, falls Flag disabled
Gerät
Reply Broadcast Msg
SD-Gerät führt in Zustandsmaschine keinen Übergang nach
BOOL
SD-Gerät sendet Acknowledge auf Strahlanforderung
0/1
(Broadcast Msg)
Konfiguration zeitaufgelöste Messwerterfassung
Anwahl zeitaufgelöste
BOOL
Anwahl Modus zeitaufgelöste Messwerterfassung
Messwerterfassung
0: keine zeitaufgelöste
Messwerterf. / 1:
zeitaufgelöste
Messwerterf.
Konfiguration zeitaufgelöste Messwerterfassung
Aktivierung
BOOL
Messwerterfassung
Freigabe Übergabe
BOOL
Freigabe für Senden Daten der zeitaufgelösten
0/1
Messwerterfassung an BKS
USINT
Messwerterfassung
Anzahl Messpunkte in
0/1
Komplett, nicht für einzelne Messwerte
Messwerte an BKS
Abtastzeit
generelle Aktivierung der zeitaufgelösten Messwerterfassung.
Abtastzeit der Messwerterfassung. Zeitverzug zwischen
1000
Aufnahme von 2 Messwerten [us]
USINT
Messwertbuffer
Anzahl der Messpunkte in Buffer für zeitaufgelöste
5000
Messwerterfassung. Maximal 25000 Samples möglich
Konfiguration zyklische Messwerterfassung
Aktivierung
BOOL
generelle Aktivierung der zyklischen Messwerterfassung.
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0/1
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Pflichtenheft Strahldiagnose
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Messwerterfassung
Freigabe Übergabe
Komplett, nicht für einzelne Messwerte
BOOL
Messwerte an BKS
Anzahl Messpunkte
Freigabe für Senden Daten der zyklischen Messwerterfassung
0/1
an BKS
USINT
Anzahl der Einträge in Buffer für jede Übertragung (für jede
Messwertbuffer pro
Message) einer zyklischen Messwertübertragung. Maximal
Abschnitt
1000 Samples pro zyk. Message möglich
100
Konfiguration Standard Messwerterfassung (Snap Shots)
Aktivierung
BOOL
Messwerterfassung
Freigabe Übergabe
generelle Aktivierung der Standard Messwerterfassung.
0/1
Komplett, nicht für einzelne Messwerte
BOOL
Messwerte an BKS
Freigabe für Senden Daten der Standard Messwerterfassung
0/1
an BKS
Versionierung, Checksum
Versionskennung
Checksum
USINT
Versionskennung Stammdaten
DWORD Checksumme über komplette Geräte-Stammdaten
10
0x12345678
Tabelle 147: Optische Strahldiagnose, Geräte-Stammdaten
Abhängig von der Geräteklasse werden allgemeine Einstellungen für jedes SD-Gerät durch
vorstehenden Satz an Stammdaten definiert. Die Struktur der Geräte-Stammdaten ist für alle SDGeräte der vorliegenden Geräteklasse identisch. Die Inhalte können sich für verschiedene Instanzen
innerhalb der Geräteklasse aber durchaus unterscheiden..
7.7.5.2 SD-Geräte-Parameter
SD-Geräte-Parameter Optische Strahldiagnose
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
allg. Definitionen
Einstellung Blende
USINT
Einstellung Blende. Defaultwert
Verstärkung
USINT
Verstärkung. Defaultwert
Verschlusszeit
USINT
Verschlusszeit. Defaultwert
Helligkeit
USINT
Helligkeit. Defaultwert
Bilderzahl
USINT
Bilderzahl. Defaultwert
Bildfrequenz
USINT
Bildfrequenz [fps]. Defaultwert
Gamma Korrektur
USINT
Gamma Korrektur. Defaultwert
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Beleuchtung
Version 1.06 30.04 2004
BOOL
Ein/Ausschalten der Beleuchtung
1/0
Versionierung, Checksum
Versionskennung
Checksum
USINT
Versionskennung Parameter
DWORD Checksumme über komplette Geräte-Parameter
10
0x12345678
Tabelle 148: Optische Strahldiagnose, Geräte-Parameter
Abhängig von der Geräteklasse werden spezielle Einstellungen für jedes SD-Gerät durch
vorstehenden Satz an Parametern definiert. Die Struktur der Geräte-Parameter ist für alle SD-Geräte
der vorliegenden Geräteklasse identisch. Die Inhalte können sich für verschiedene Instanzen
innerhalb der Geräteklasse aber durchaus unterscheiden.
7.7.5.3 MEFI-Steuerwertdaten
Das Messdatenerfassungs-System empfängt von dem BKS alle für das System relevanten MEFISteuerwertdatensätze. Die Steuerdaten für die DCU-SD sind im Kapitel 7.7.3.4 erfasst.
Die Einstellung der Geräte der optischen Strahldiagnose ist von folgenden MEFI-Parametern
abhängig:
-
Intensität
-
Ionensorte
-
Energie
-
Fokus
Aufbau MEFI-Steuerwertdatensatz Optische Strahldiagnose
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
Datenstruktur für MEFI Definitionen
Parameter E
USINT
Energie [1...DimE]
200
Parameter F
USINT
Fokus [1...DimF]
3
Parameter I
USINT
Intensität [1...DimI]
2
Parameter S
USINT
Ionensorte [1...DimS]
1
Parameter G
USINT
Gantrywinkel [0...DimG] für 0...360 Grad
15
Parameter Z
USINT
Strahlziel [1...DimZ]
1
Parameter Q
USINT
Quelle [1...DimQ]
1
STEUERWERT-
STRUCT Inhalt / Nutzdaten MEFI-Steuerwertdatensatz. Datensatz[0]
DATENSATZ
Einstellung Blende
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Einstellung Blende (Blendensteuerung)
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Verstärkung
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Verstärkung
Verschlusszeit
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Verschlusszeit
Helligkeit
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Helligkeit
Bildzahl
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Bildzahl
Bildfrequenz
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Bildfrequenz [fps]
Gamma Korrektur
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Gamma Korrektur
Standard Messwerterfassung (Snap Shots)
MESSWERT-1
STRUCT Datenstruktur für Element MESSWERT-1
Enableflag
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Enableflag Messwerterfassung
1
Delaytime
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Verzögerungszeit [us]
0
MESSWERT-2
STRUCT Datenstruktur für Element MESSWERT-2
Enableflag
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Enableflag Messwerterfassung
0
Delaytime
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Verzögerungszeit [us]
0
Datenkennung pro Steuerwertdatensatz
Set-Id
USINT
Datenkennung Steuerwertdatensatz Stufe 3: Set-Id
789
Datenkennung, Checksum pro Ionensorte
Machine-Id
USINT
Datenkennung Steuerwertdatensatz Stufe 1: Machine-Id,
123
Parameter M
Device-Id
Checksum
USINT
Datenkennung Steuerwertdatensatz Stufe 2: Device-Id
DWORD Checksumme über alle MEFI-Steuerwertdatensätze einer
456
0x123456
Ionensorte
Prüfsumme
Checksum
DWORD Checksumme über alle MEFI-Steuerwertdatensätze des ndimensionalen Parameterraums
0x123456
Tabelle 149: Optische Strahldiagnose, MEFI-Steuerdatensatz
Jeder empfangene MEFI-Steuerwertdatensatz besteht strukturell aus einem Header und den
eigentlichen Nutzdaten. Der Header beinhaltet die MEFI-Parameter als eindeutige Kennzeichnung
innerhalb des BKS. Über diese Definition kann jeder Datensatz zugeordnet werden. Diese dienen
quasi als Maske, um aus einem maximal möglichen n-dimensionalen Parameterraum die für das
betroffene Gerät relevante, spezifische Dimensionierung des Parameterraumes zu ermitteln. Die
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Angaben der MEFI-Parameter dienen hierbei als Indizes, um einen Datensatz einer vorgegebenen
Kombination an MEFI-Vorgaben eindeutig zuordnen zu können. Der vorgestellte Aufbau erlaubt:

die Übertragung des vollständigen Umfangs an MEFI-Steuerwertdatensätzen in Form eines
geschlossenen Datenstreams oder als sequentielle Anreihung der einzelnen
Steuerwertdatensätze

die Einzelübertragung beliebiger MEFI-Steuerwertdatensätze
Zur Erläuterung folgendes Beispiel: Ein Gerät sei abhängig von der Ionensorte S [1...4] sowie der
Intensität I [1...15]. Der komplette Vorrat an MEFI-Steuerwertdatensätzen für ein MDE-System besteht
aus einem 2-dimensionalen Parameterraum des Struktur (S[1...4], I[1...15]). Letztlich liegt ein 2dimensionales Array der Größe [4,15] vor, wobei jedes Element durch eine Struktur des Typs
’STEUERWERT-DATENSATZ’ repräsentiert wird. Über die Kennzeichnung von z.B. S = 2 und I = 3 ist
die Zuordnung des Datensatzes vorgegeben. Die Kennzahlen S, I geben den Index für die
Adressierung innerhalb des 2-dimensionalen Arrays vor. Jeder Datensatz kann bei einem Lese- oder
Schreibvorgang eindeutig zugeordnet werden.
Die für jedem MDE-System im Flash gehalten MEFI-Steuerwertdatensätze sind in einem ndimensionalen Parameterraum organisiert. Für alle relevanten Freiheitsgrade an M, E, F, I, S, G und Z
ist innerhalb des betroffenen MDE-Systems eine Datenstruktur oben dargestellten Aufbaus hinterlegt.
Der Aufbau ist stets identisch, die Inhalte sind in Abhängigkeit der MEFI-Parameter natürlich
unterschiedlich. Hinterlegt werden im Flash nur die Nutzdaten. Bevor die Abspeicherung erfolgt, wird
der Header entfernt. Der Header dient lediglich der Zuordnung des Datensatzes, beinhaltet aber keine
relevanten Informationen für eine Bestrahlung. Nach Erhalt der Strahlanforderung für die Verwendung
von MEFI-Steuerdaten (Broadcast Telegramm) wird auf Basis der übergebenen MEFI-Parametern
genau der eine, eindeutige Steuerwertdatensatz aus dem verfügbaren Vorrat an Datensätzen
ermittelt.
7.7.5.4 Steuerwertdaten Referenz-VAcc bzw. VAcc
Das Messdatenerfassungs-System empfängt von dem BKS alle, für das System relevanten VAccSteuerwertdatensätze. Die Steuerdaten für die DCU-SD sind im Kapitel 7.7.3.4 erfasst.
Aufbau Referenz-VAcc, VAcc Steuerwertdatensatz Optische Strahldiagnose
Name
Format Beschreibung
Beispielwerte
Datenstruktur für Definitionen virtueller Beschleuniger
Nummer VAcc
STEUERWERT-
USINT
Nummer des virtuellen Beschleunigers [1...10]
2
STRUCT Inhalt / Nutzdaten VAcc-Steuerwertdatensatz
DATENSATZ
Einstellung Blende
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Einstellung Blende (Blendensteuerung)
Verstärkung
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Verstärkung
Verschlusszeit
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Verschlusszeit
Helligkeit
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Helligkeit
Bildzahl
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Bildzahl
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Pflichtenheft Strahldiagnose
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Bildfrequenz
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Bildfrequenz [fps]
Gamma Korrektur
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Gamma Korrektur
Standard Messwerterfassung (Snap Shots)
MESSWERT-1
STRUCT Datenstruktur für Element MESSWERT-1
Enableflag
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Enableflag Messwerterfassung
1
Delaytime
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Verzögerungszeit [us]
0
MESSWERT-2
STRUCT Datenstruktur für Element MESSWERT-2
Enableflag
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Enableflag Messwerterfassung
0
Delaytime
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Verzögerungszeit [us]
0
Attribute
SD-Gerät aktiv
BOOL
Array[MaxSDGeräte]. Definition ob SD-Gerät von
0: inaktiv / 1: aktiv
Strahlanforderung betroffen ist. Inaktiv, falls SD-Gerät zwar in
Gruppe, aber willentlich aus Zyklus herausgenommen wird
Konfiguration Modus Messwerterfassung (zyklisch, Standard)
Modus
USINT
Messwerterfassung
Array[MaxSDGeräte]. Anwahl Modus Messwerterfassung
0: keine Messwerterf.
(zyklisch, Standard)
(zyklisch, Standard) / 1:
nur zyklische
Messwerterf. / 2: nur
Standard Messwerterf. /
3: zyklische und
Standard Messwerterf.
Konfiguration zyklische Messwerterfassung
Abtastzeit
USINT
Messwerterfassung
Anzahl Messpunkte
Array[MaxSDGeräte]. Abtastzeit der Messwerterfassung.
1000
Zeitverzug zwischen Aufnahme von 2 Messwerten [us]
USINT
Array[MaxSDGeräte]. Anzahl der Abtastungen für gesamten
über kompletten
Zeitraum der zykl. Messwerterfassung. Die Gesamtzahl der
Zeitraum
Messpunkte wird angegeben. Hieraus ergibt sich die
10000
komplette Messperiode und implizit die Anzahl der zykl.
Messages
Tabelle 150: Optische Strahldiagnose, Referenz-VAcc, VAcc Steuerdatensatz
Für alle virtuellen Beschleuniger (VAcc 1 – VAcc 10) mit den inhaltlichen Vorgaben zur Attributierung
von MEFI-Steuerwertdatensätzen ist eine Datenstruktur oben dargestellten Aufbaus hinterlegt. Der
Aufbau ist stets identisch, die Inhalte können in Abhängigkeit der Definition des virtuellen
Beschleunigers natürlich unterschiedlich sein. Nach Erhalt der Strahlanforderung für einen MEFI-
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239
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
Steuerwertdatensatz wird auf Basis der übergebenen Nummer des Referenz-VAcc’s genau der eine,
eindeutige Datensatz aus dem verfügbaren Vorrat an Datensätzen der Referenz-VAcc’s ermittelt.
Diese sind im Flash mit den Nummern VAcc 1 bis VAcc 10 hinterlegt. Inhaltlich sind aus den
Referenz-VAcc’s ausschließlich die Attribute interessant. Die Steuerwerte selbst werden den MEFISteuerwertdatensätzen entnommen. Der Aufbau der Referenz-VAcc’s entspricht exakt den virtuellen
Beschleunigern. Dies wurde aus Gründen der Vereinheitlichung so festgelegt.
Jeder empfangene Steuerwertdatensatz eines virtuellen Beschleunigers besteht strukturell aus einem
Header und den eigentlichen Nutzdaten. Der Header beinhaltet die Nummer des VAcc’s als
eindeutige Kennzeichnung innerhalb des BKS. Über diese Definition kann jeder Datensatz zugeordnet
werden. Die Angaben der Nummer des virtuellen Beschleunigers dient hierbei als Index, um einen
Datensatz eindeutig referenzieren zu können. Der vorgestellte Aufbau erlaubt:

die Übertragung des vollständigen Umfangs an Steuerwertdatensätzen für alle VAcc’s in Form
eines geschlossenen Datenstreams oder als sequentielle Anreihung der einzelnen
Steuerwertdatensätze

die Einzelübertragung beliebiger Steuerwertdatensätzen virtueller Beschleuniger
Für alle virtuellen Beschleuniger ist eine Datenstruktur oben dargestellten Aufbaus hinterlegt. Der
Aufbau ist stets identisch, die Inhalte können in Abhängigkeit der Definition des virtuellen
Beschleunigers natürlich unterschiedlich sein. Nach Erhalt der Anforderung für einen virtuellen
Beschleuniger, wird auf Basis der übergebenen Nummer genau der eine, eindeutige
Steuerwertdatensatz aus dem verfügbaren Vorrat an Datensätzen der virtuellen Beschleuniger
ermittelt. Hinterlegt werden im RAM nur die Nutzdaten. Z.Zt. maximal 256 virtuelle Beschleuniger sind
vorgesehen. Die VAcc’s bis zur Nummer 10 sind fest vergeben (Referenz-VAcc’s in Flash). Der VAcc
mit der Nummer 0 wird als Datensatz für den LINAC Stabilitätspuls reserviert.
7.7.5.5 Messdaten
Die Erfassung der Messdaten ist abhängig sowohl von der ausgewählten optischen SDGerätevariante als auch vom angewendeten Messmode. Bei der Erfassung der Messdaten wird
immer nur eine Kamera aktiviert.
Optische Strahldiagnose, Bilddaten Leuchttarget Einzelbild
Name
Format
Beschreibung
Datenstatus
DATA_STATUS_STRUCT
Allgemeiner Datenstatus, ist in Kapitel 6.8.1.1
Beispielwerte
beschrieben.
Video Data
VIDEO_DATA_PAYLOAD
Video Data Payload Structure. Einzelbild
Tabelle 151: Optische Strahldiagnose, Messdaten Leuchttarget Einzelbild
Optische Strahldiagnose, Bilddaten Leuchttarget Bildserie
Name
Format
Beschreibung
Datenstatus
DATA_STATUS_STRUCT
Allgemeiner Datenstatus, ist in 6.8.1.1
Beispielwerte
beschrieben.
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240
Pflichtenheft Strahldiagnose
Video Data
Version 1.06 30.04 2004
ARRAY
Video Data Payload Structure. Bildserie von
[AnzahlBilderBildserie] of
Einzelbildern
VIDEO_ DATA_PAYLOAD
Tabelle 152: Optische Strahldiagnose, Messdaten Leuchttarget Bildserie
Optische Strahldiagnose, Bilddaten Isocenter-Diagnose Einzelbild
Name
Format
Beschreibung
Datenstatus
DATA_STATUS_STRUCT
Allgemeiner Datenstatus, ist in 6.8.1.1
Beispielwerte
beschrieben.
Video Data
VIDEO_DATA_PAYLOAD
Video Data Payload Structure. Einzelbild
Tabelle 153: Optische Strahldiagnose, Messdaten Ioscenter-Diagnose Einzelbild
Optische Strahldiagnose, Bilddaten Isocenter-Diagnose Bildserie
Name
Format
Beschreibung
Datenstatus
DATA_STATUS_STRUCT
Allgemeiner Datenstatus, ist in 6.8.1.1
Beispielwerte
beschrieben.
Video Data
ARRAY
Video Data Payload Structure. Bildserie von
[AnzahlBilderBildserie ] of
Einzelbildern
VIDEO_ DATA_PAYLOAD
Tabelle 154: Optische Strahldiagnose, Messdaten Ioscenter-Diagnose Bildserie
Das DCAM Protokoll unterstützt eine Reihe von Datenformaten (Isochronous Packet Format) für die
Übertragung von Bilddaten. Bezüglich strukturellem Aufbau der Bilddaten (das Video Data Format
bzw. die sogenannte Video Data Payload Structure) unterscheiden sich diese in Abhängigkeit des
gewählten Bildformats (z.B. VGA non-compressed Format, Super VGA non-compressed Format,
Image Format, Partial Image Size Format). Die Darstellung von Details ist in /17/ enthalten. Welches
Bildformat und welches Video Data Format (z.B. 640x480 Y Mono 8 Bit/Pixel, 640x480 Y Mono 16
Bit/Pixel usw.) genutzt werden wird, entscheidet sich nach Auswahl der Kameras. Inwieweit und an
welcher Stelle eine mögliche Kompression vorgenommen werden kann, wird ebenfalls zu einem
späteren Zeitpunkt entschieden.
Die endgültige Festlegung der Arraygrössen für eine Bildserie von Einzelbildern wird während der
Implementierung vorgenommen.
Die Übertragung der Messwertdaten an die Ablaufsteuerung erfolgt separat für jedes SD-Gerät.
Die Anzahl der in jedem Messdatensatz enthaltenen Messwerte ist abhängig von der Wahl des Modus
der Messwertdatenerfassung (zeitaufgelöste Messwertdatenerfassung/Messwertspeicherung,
zyklische Messwertdatenerfassung, Standard-Messwerterfassung) und der zugehörigen Konfiguration
für die Anzahl der Messpunkte. Details bzgl. der verschiedenen Modi an Messwertdatenerfassung
können Kapitel 6.2.5 entnommen werden.
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241
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
7.7.6 Ablauf Geräteansteuerung
Der Ablauf der Geräteansteuerung des Gesamtsystems aus Datenvorverarbeitung und MDE-System
„Optische Strahldiagnose“ umfasst folgende Zustandsgruppen:
1. Einschalten (Datenvorverarbeitung und Controller)
2. Reset MDE
3. Initialisierung des MDE-Systems
4. Warten auf Broadcast und Initialisierung der ausgewählten Kamera entsprechend den Werten
aus dem Broadcast-Telegramm
5. Aufnahme des/der Bild(er)
6. Berechnung nach Aufnahme der Messdaten
7. Initialisierung des MDE-Systems für den Test einer angeschlossenen Kamera
8. Durchführung des Kameratests
9. Genereller Fehlerfall
In den Zuständen 1 und 2 gibt es keine Wechselwirkung der MDE mit dem BKS.
Abbildung 30: Optische Strahldiagnose, Ablauf Gerätesteuerung
Die dargestellte Zustandsmaschine gibt eine vorläufige und noch unvollständige Strukturierung der
Geräteansteuerung wieder. Eine abschliessende Detaillierung wird während der Implementierung
vorgenommen.
7.7.7 Verarbeitung Messdaten, Transformation
Die erforderlichen Massnahmen zur Umsetzung und Auswertung der erfassten Bilddaten ist noch
nicht endgültig festgelegt. Diese Informationen werden zu einem späteren Zeitpunkt nachgereicht. Zur
Zeit vorgesehen aber noch nicht genau spezifiziert sind:
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242
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
- Ortskalibration der Bildinformation
- Intensitätskalibration der Bildinformation (abhängig von MEFI-Daten)
- Statistische Auswertung (Binning, Histogramm-Bildung, etc.)
- Wandlung des Bildformates (Komprimierung, Archivierungsaspekte)
- Speziell für Leuchttarget und Isocenter-Diagnose der Gantry: Einbindung des Gantry-Winkels
7.7.8 Testfunktion
Die Testfunktionen der eingesetzten Kameras sind gerätespezifische Eigenschaften. Der zum Einsatz
kommende Kameratyp ist zur Zeit noch nicht endgültig festlegt. Falls das Kamerasystem
Testfunktionen unterstützt, werden bei Vorliegen der Gerätedokumentation an dieser Stelle die
entsprechenden Informationen aufgenommen.
7.7.9 Fehler- und Statusverarbeitung
7.7.9.1 Gerätestatus
In dem allgemeinen Gerätestatus, erläutert in Kapitel 6.3.4.2, ist ein bitcodiertes Statusword für die
gerätespezifischen Statusinformationen enthalten. Für die Geräte der Geräteklasse Optische
Strahldiagnose sind folgende Informationen über den klassenspezifischen Gerätestatus abgebildet:
Aufbau des Statusword innerhalb des Gerätestatus
Name
Bit in
Statusword
[SD-Gerät]
Beschreibung
Beispielwerte
PowerOnCam
Bit 0
1: Spannung Kameras ist ein bzw. Kamera betriebsbereit
0/1
PowerOnApt
Bit 1
1: Spannung zugehörige Blendensteuerung ist ein bzw.
0/1
Blendensteuerung betriebsbereit
FireWireOK
Bit 2
1: Keine Fehler vom IEEE1394 Netzwerk
0/1
Tabelle 155: Optische Strahldiagnose, Gerätespezifischer Gerätestatus
Die Tabelle ist noch unvollständig. Die Ergänzung wird während der Implementierung vorgenommen.
Soweit sinnvoll, werden die verfügbaren Signale laut DCAM-Standard ausgewertet.
Die Statusinformationen werden als Bestandteil des allgemeinen Statustelegramms für jedes SDGerät separat verwaltet.
Die Zustandsnummer ist die kodierte Information, ob sich das SD-Gerät im Zustand:
-
Messmode (Single Shot, Bildserie)
-
Testmode
-
Elektronik Lokalbetrieb / Remotebetrieb
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243
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
befindet. Die Zustandsnummer ist Bestandteil des allgemeinen Teils des Gerätestatus Telegramms.
Siehe hierzu Kapitel 6.3.4.2.
7.7.9.2 Datenstatus
Der Aufbau der Datenstatus-Struktur ist im Kapitel 6.8.1.1 beschrieben. Im Folgenden ist die
geräteklassenspezifische Belegung des Statusword aufgeführt.
Aufbau des Statusword innerhalb des Datenstatus
Name
Bit in
Statusword
Beschreibung
Beispielwerte
Messmode
Bit 0…Bit 2
Bit 1:Single Shot, Bit 2: Bildsequenz (zeitterminiert), Bit 3:
001 / 010 / 100
Bildsequenz (triggerterminiert)
Tabelle 156: Optische Strahldiagnose, Gerätespezifischer Datenstatus
Weitere Inhalte des Datenstatus der Geräteklasse Optische Strahldiagnose sind zur Zeit noch nicht
abschließend definiert. Eine weitergehende Festlegung des Datenstatus erfolgt während der
Implementierung.
7.7.9.3 Zyklische Meldungen
Die Messdatenerfassungs-Systeme senden zyklisch und bei Änderung der Inhalte den Gerätestatus
an die Ablaufsteuerung. Das Gerätestatus-Telegramm kann von der Ablaufsteuerung als das Lebenszeichen des sendenden Messdatenerfassungs-Systems genutzt werden. Die Inhalte des Gerätestatus-Telegramm werden in Kapitel 6.3.4.2 erläutert.
7.7.9.4 Fehlermeldungen
Der Aufbau des Fehler-Telegramms und die Sendehäufigkeit sind im Kapitel 6.3.4.4 beschrieben.
Eine detaillierte Festlegung der Fehlermeldungen und deren Kodierung im Telegramm wird im Laufe
der Implementierung getroffen.
7.7.10 Anforderung an Verarbeitung der Daten im Beschleuniger KS
Das BKS stellt die im Messdatenerfassungs-System vorverarbeiteten Werte dar. Hierzu werden:
-
das aktuelle Kamerasignal auf Anfrage grafisch dargestellt.
-
Im Messmodus "Bildsequenz" alle Bilder vorgehalten und auf Anfrage parallel grafisch
dargestellt
Zusätzlich werden in beiden Messmodi die Bilddaten statistisch ausgewertet und in Orts-IntensitätsDarstellung angeboten.
Eine statistische Auswertung der Farbwerte eines Einzelbildes ist vorgesehen. Die dreidimensionale
Orts-Intensitätsverteilung eines Bildes kann zu Kontrollzwecken und zur Qualitätssicherung
abgespeichert werden. Eine detaillierte Spezifikation wird während der Implementierung
vorgenommen.
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244
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
7.7.11 Handbedienebene für die Geräteklasse
Ein Messdatenerfassungs-System kann per Anwahl in den MDE-System-Stammdaten 6.3.3.11 in
einen Handbedien-Modus versetzt werden. Zielsetzung ist es hierbei, das MessdatenerfassungsSystem unbeeinflusst von Kommandos der Ablaufsteuerung zu betreiben. Der Operateur hat über ein
lokales Bedienterminal die Möglichkeit, sich die unten aufgeführten Werte anzeigen zu lassen bzw.
das Messdatenerfassungs-System zu bedienen. Die Einbindung der Handbedienebene ist in Kapitel
6.10 beschrieben.
Folgende Daten müssen auf einem lokalen Bedienterminal angezeigt werden:
-
Gerätestammdaten des ausgewählten SD-Geräts
-
Geräteparameter des ausgewählten SD-Geräts
-
Nomenklatur des MDE-Systems, welches das SD-Gerät ansteuert
-
Werte des aktuellen virtuellen Beschleunigers
-
Aktuell gewählte Kamereinstellungen
-
Darstellung des aktuellen Gerätestatus (Messung, Test)
-
Bilddarstellung (single shot, zyklisch)
-
Darstellung des aktuellen Datenstatus
Auf dem lokalen Bedienterminal müssen dem Operateur folgende Eingabemöglichkeiten zur
Verfügung stehen:
-
Verändern der Gerätestammdaten des ausgewählten SD-Geräts
-
Verändern der Geräteparameter des ausgewählten SD-Geräts
-
Auswahl der Kamera
-
Kamera/Blendensteuerungs-Einstellungen vornehmen (Blende, Gain, Brightness, Shutter)
-
Gerätestatus Setzen (Einzelbilderfassung, Messung zyklisch)
-
Reset des IEEE1394 Netzwerks ausführen
-
Initialisierung der ausgewählten Kamera ausführen
-
Reset des Messdatenerfassungs-Systems
-
Initialisierung des Messdatenerfassungs-Systems
Parallel zu den oben aufgeführten Anzeige- und Eingabeelementen muss der dem jeweiligen SDGerät zugehörige Pressluftantrieb bedienbar sein.
Bedienung und Visualisierung des Pressluftantriebs erfolgt mittels eines separaten
Aplikationsprogramms.
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245
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
8 Systemtechnische Realisierung
8.1
Betriebssystem
Für die Entwicklungsstationen der Strahldiagnose kommt folgendes Betriebssystem zum Einsatz:
-
Windows 2000 SP4 oder höher
Für die PXI- und cPCI-Laufzeitsysteme der Strahldiagnose kommt folgendes Betriebssystem zum
Einsatz:
-
LabVIEW RT Engine basierend auf dem „Phar Lab Runtime ETS Kernel" von VenturCom
Für die evtl. zur Inbetriebnahme notwendigen Bedienterminals wird eingesetzt:
-
8.2
Windows 2000 SP4 oder höher
Entwicklungsumgebung
Die Entwicklungsumgebungen für Strahldiagnose umfassen einen Standard Arbeitsplatz PC oder ein
Notebook, auf denen die folgenden Entwicklungswerkzeuge eingesetzt werden:
-
EAG STATECASE 2.5
-
LabVIEW 7.0 Express mit LabVIEW Real-Time Module
Als Laufzeitsystem kommt ein PXI-System bzw. ein CompactPCI-System, bestückt mit jeweils einem
Controller und einer variablen Anzahl an E/A-Karten, zum Einsatz.
8.2.1 LabVIEW 7.0 Express plus LabVIEW Real-Time Module
LabVIEW 7.0 Express ist eine grafische Entwicklungsumgebung mit integrierten Funktionen für die
Signalerfassung, Messwertanalyse und Datenpräsentation. LabVIEW bietet umfangreiche Funktionen
zur Datenerfassung, -analyse und -darstellung in einer einzigen Umgebung und ermöglicht dadurch
die Erstellung eines kompletten Systems.
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246
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
9 Mengengerüste, Konfigurationen
9.1
Belegung cPCI- / PXI-Systeme
Zur Messdatenerfassung sind 10 PXI-Systeme sowie ein cPCI-System vorgesehen. In den folgenden
Tabellen wird die Zusammenstellung der PXI- bzw. cPCI-Systeme vorgestellt.
9.1.1 Geräteklasse Profilmessung
Bestückung PXI-System 1 Typ PXI-1042
ERCDPM1
Slot
Bezeichnung
Beschreibung PXI-Karte
Angeschlossene SD-Geräte / Bemerkungen
1
PXI-8145
PXI-Controller
2
PXI-6508
Digitale E/A Karte
PG
Analoge E/A Karte
PG
(IO1)
3
PXI-6025E
(ADCL1)
4
--/--
--/--
--/--
5
--/--
--/--
--/--
6
--/--
--/--
--/--
7
--/--
--/--
--/--
8
--/--
--/--
--/--
Tabelle 157: MDE-System Profilmessung (PXI-Crate 1 von 4)
Bestückung PXI-System 2 Typ PXI-1042
ERCDPM2
Slot
Bezeichnung
Beschreibung PXI-Karte
Angeschlossene SD-Geräte / Bemerkungen
1
PXI-8145
PXI-Controller
2
PXI-6508
Digitale E/A Karte
PG
Analoge E/A Karte
PG
(IO2)
3
PXI-6025E
(ADCL2)
4
--/--
--/--
--/--
5
--/--
--/--
--/--
6
--/--
--/--
--/--
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247
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
7
--/--
--/--
--/--
8
--/--
--/--
--/--
Tabelle 158: MDE-System Profilmessung (PXI-Crate 2 von 4)
Bestückung PXI-System 3 Typ PXI-1042
ERCDPM3
Slot
Bezeichnung
Beschreibung PXI-Karte
Angeschlossene SD-Geräte / Bemerkungen
1
PXI-8145
PXI-Controller
2
PXI-6508
Digitale E/A Karte
MWPC
Analoge E/A Karte
MWPC
(IO3)
3
PXI-6025E
(ADCL5)
4
--/--
--/--
--/--
5
--/--
--/--
--/--
6
--/--
--/--
--/--
7
--/--
--/--
--/--
8
--/--
--/--
--/--
Tabelle 159: MDE-System Profilmessung (PXI-Crate 3 von 4)
Bestückung PXI-System 4 Typ PXI-1042
ERCDPM4
Slot
Bezeichnung
Beschreibung PXI-Karte
Angeschlossene SD-Geräte / Bemerkungen
1
PXI-8145
PXI-Controller
2
PXI-6508
Digitale E/A Karte
MWPC
Analoge E/A Karte
MWPC
(IO12)
3
PXI-6025E
ADLC4)
4
--/--
--/--
--/--
5
--/--
--/--
--/--
6
--/--
--/--
--/--
7
--/--
--/--
--/--
8
--/--
--/--
--/--
Tabelle 160: MDE-System Profilmessung (PXI-Crate 4 von 4)
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248
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
9.1.2 Geräteklasse Ereigniszählung
Bestückung PXI-System 5 Typ PXI-1042
ERCDEC1
Slot
Bezeichnung
Beschreibung PXI-Karte
Angeschlossene SD-Geräte / Bemerkung
1
PXI-8176
PXI-Controller
Abweichung vom Standard Controller
2
PXI-6508
Digitale E/A Karte
IC 1-6
(6x [8Bit Ein + 8Bit Aus] = 96Bit)
(IO9)
3
PXI-6602
Digitale Zähler Karte
BLM
Digitale Zähler Karte
SZ
Digitale Zähler Karte
IC 1-7
Digitale Zähler Karte
IC 8-13
Digitale E/A Karte
IC 7-12
Digitale E/A Karte
IC 13, Test: IC/SZ/BLM
(CO1)
4
PXI-6602
(CO2)
5
PXI-6602
(CO3)
6
PXI-6602
(CO4)
7
PXI-6508
(IO10)
8
PXI-6508
(IO11)
Tabelle 161: MDE-System Ereigniszählung (PXI-Crate 1 von 1)
Das PXI-System ist voll bestückt. Reservesteckplätze für spätere Nachrüstungen stehen nicht mehr
zur Verfügung.
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249
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
9.1.3 Geräteklasse DC-Strommessung
Bestückung PXI-System 6 Typ PXI-1042
ERCDDC1
Slot
Bezeichnung
Beschreibung PXI-Karte
Angeschlossene SD-Geräte / Bemerkungen
1
PXI-8145
PXI-Controller
2
PXI-6508
Digitale E/A Karte
DCT/FC
Analoge E/A Karte
DCT/FC
(IO3)
3
PXI-6025E
(ADCL3)
4
--/--
--/--
--/--
5
--/--
--/--
--/--
6
--/--
--/--
--/--
7
--/--
--/--
--/--
8
--/--
--/--
--/--
Tabelle 162: MDE-System DC-Strommessung (PXI-Crate 1 von 1)
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250
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
9.1.4 Geräteklasse AC-Strommessung
Bestückung PXI-System 7 Typ PXI-1042
ERCDAC1
Slot
Bezeichnung
Beschreibung PXI-Karte
Angeschlossene SD-Geräte / Bemerkungen
1
PXI-8145
PXI-Controller
2
PXI-6508
Digitale E/A Karte
ACT
Digitale E/A Karte
DCT, FC
Analoge E/A Karte
DCT Schnelle Datenerfassung
Analoge E/A Karte
ACT Schnelle Datenerfassung
Analoge E/A Karte
FC Schnelle Datenerfassung
(IO5)
3
PXI-6508
(IO4)
4
PXI-6115
(ADCS3)
5
PXI-6115
(ADCS4)
6
PXI-6115
(ADCS2)
7
--/--
--/--
--/--
8
--/--
--/--
--/--
Tabelle 163: MDE-System AC-Strommessung (PXI-Crate 1 von 2)
Bestückung PXI-System 8 Typ PXI-1042
ERCDAC2
Slot
Bezeichnung
Beschreibung PXI-Karte
Angeschlossene SD-Geräte / Bemerkungen
1
PXI-8145
PXI-Controller
2
PXI-6508
Digitale E/A Karte
DCT(S),
Analoge E/A Karte
DCT(S), Bestrahlungsmonitor
(IO7)
3
PDXI-MFS-8500/14
(ADCH1)
4
--/--
--/--
--/--
5
--/--
--/--
--/--
6
--/--
--/--
--/--
7
--/--
--/--
--/--
8
--/--
--/--
--/--
Tabelle 164: MDE-System AC-Strommessung (PXI-Crate 2 von 2)
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251
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
9.1.5 Geräteklasse Phasensonde
Bestückung CompactPCI-System 9 Typ CC108
ERCDPH1
Slot
Bezeichnung
Beschreibung PXI-Karte
1
PXI-8145
PXI-Controller
Angeschlossene SD-Geräte / Bemerkungen
(möglicherweise XC100Adapter notwendig)
2
PXI-6508
Digitale E/A Karte
Femto-Verstärker zur Vorverstärkung des Phasensonden-
(IO6)
(möglicherweise XC100-
Signals
Adapter notwendig)
3
DC241
Digitizer Karte
Phasensonde IDP2, RFQ-Signal (I1BR1T)
Digitizer Karte
Phasensonden I1DP1, M1DP1
Digitizer Karte
Phasensonde I1DP2, IH-DTL-Signal (I1BI2T)
Digitizer Karte
2 x Debuncher (M1BB1T)
(ADCA-A)
4
DC241
(ADCA-B)
5
DC241
(ADCA-C)
6
DC241
(ADCA-D)
7
--/--
--/--
--/--
8
--/--
--/--
--/--
Tabelle 165: MDE-System Phasensonde (cPCI-Crate 1 von 1)
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
9.1.6 Geräteklasse Positionssonde
Bestückung PXI-System 10 Typ PXI-1042
ERCDPO1
Slot
Bezeichnung
Beschreibung PXI-Karte
1
PXI-8145
PXI-Controller
2
PXI-6508
Digitale E/A Karte
(IO8)
3
PDXI-MFS-8-
Angeschlossene SD-Geräte / Bemerkungen
Femto-Verstärker zur Vorverstärkung des PositionssondenSignals
Analoge E/A Karte
Positionssonden S1DX1, S2DX2
Analoge E/A Karte
Positionssonden S3DX3, S4DX4
Analoge E/A Karte
Positionssonden S5DX5, S6DX6
500/14
(ADCH2)
4
PDXI-MFS-8500/14
(ADCH3)
5
PDXI-MFS-8500/14
(ADCH4)
6
--/--
--/--
--/--
7
--/--
--/--
--/--
8
--/--
--/--
--/--
Tabelle 166: MDE-System Positionssonde (PXI-Crate 1 von 1)
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Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.06 30.04 2004
9.1.7 Geräteklasse Optische Strahldiagnose
Bestückung PXI-System 11 Typ PXI-1042
ERCDOD1
Slot
Bezeichnung
Beschreibung PXI-Karte
Angeschlossene SD-Geräte / Bemerkungen
1
PXI-8145
PXI-Controller
2
CF2
IEEE1394
Firewire Anschluss für IEEE1394 Kameras
3
CF2
IEEE1394
Firewire Anschluss für IEEE1394 Kameras
4
PXI-6508
Digitale E/A-Karte
Kamera-Ok-Signale, Trigger-Signale
(IO14)
5
--/--
--/--
--/--
6
--/--
--/--
--/--
7
--/--
--/--
--/--
8
--/--
--/--
--/--
Tabelle 167: MDE-System Optische Strahldiagnose (PXI-Crate 1 von 1)
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254
Pflichtenheft Strahldiagnose
9.2
Version 1.06 30.04 2004
Aufstellungsorte
Im gesamten Strahlrohr-Bereich sind 5 Standorte für die Schaltschränke der Vorort-Elektroniken
vorgesehen. In diesen Schaltschränken werden die Elektroniken von mehreren Strahldiagnosegeräten
zusammengefasst. Die Kopfverstärker und diverse Klein-Elektroniken sind in Detektornähe
angebracht. Zusätzlich werden Firewire-Hubs an zentralen Punkten entlang der Strahlführung
eingesetzt.
Der Aufstellungsort aller PXI-Systeme ist der Elektronikraum. Es sind insgesamt 7 Schaltschränke für
die Strahldiagnose vorgesehen. Die Schaltschränke beinhalten außer den PXI-Systemen die Steckebenen zur mechanischen Anpassung der Kontakte zwischen den Elektroniken, DCUs, VorortElektroniken und PXI-Systemen. Des Weiteren sind in den Schaltschränken die Steuergeräte, die
Interfaces und die Elektroniken für die Strahldiagnose-Geräte eingebaut.
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255
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.05 19.03 2004
Anhang A ’Überblick über die Messdatenerfassung der Strahldiagnose’
1
PG
2
PG
3
MWPC
4
MWPC
Detektor
L1DG3P
L2DG1P
R1DG3P
R2DG1P
N1DG1P
N1DG2P
I1DG3P
M1DG1P
M1DG4P
M1DG5P
H1DG1G
H1DG2G
H2DG2G
H3DG3G
B1DG2G
B1DG3G
B2DG2G
B2DG3G
B3DG2G
B3DG3G
B4DG2G
G3DG3G
G3DG5G
H1DG1G
H1DG2G
H2DG2G
H3DG3G
B1DG2G
B1DG3G
B2DG2G
B2DG3G
B3DG2G
Name
Messgröße
zusätzliche
Parameter
Transformation
Zeitpunkt
Datenerfassung
LiveDarst.
Messmode
Variante
1. Geräteklasse Profilmessung
Zeitpunkt
Istwert-Anzeige
Anforderungen an
Istwert-Anzeige
async,
vnLP
immer möglich, optional
nach Linac-Puls
je 2 Diagramme:
I(x) und I(y) für bis
zu 3 PG gleichzeitig
vnLP
nach ausgewählten
Linac-Makropulsen
je 2 Diagramme:
I(x) und I(y) für bis
zu 3 PG gleichzeitig
DC-Strahlprofil
Quelle
(Normalmode)
I(x,y)
Drahtabstände,
KoordinatenUrsprung
Berechnung der
Strahlposition
AC-Strahlprofil Linac
(Normalmode)
I(x,y)
Drahtabstände,
KoordinatenUrsprung
Berechnung der
Strahlposition
frei wählbar,
asynchron,
optional: LinacMakropuls
ausgewählte
Linac-Makropulse
Spillprofil
(Normalmode)
I(x,y)
Drahtabstände,
KoordinatenUrsprung
Berechnung der
Strahlposition
definierter
Zeitpunkt im Spill
vnZ
Einmalig im aktuellen
Spill
je 2 Diagramme:
I(x) und I(y) für bis
zu 3 MWPC
gleichzeitig
Spillprofil
(Fastmode)
I(x,y)
Drahtabstände,
KoordinatenUrsprung
Berechnung der
Strahlposition
definierter
Zeitpunkt im Spill
Nein
Nach dem abgelaufenen
Zyklus, ExperimentierModus,
zeitaufgelöste IstwertSpeicherung, Anzeige
offline
2 Diagramme:
I(x) und I(y) je für 1
ausgewähltes
MWPC
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256
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.05 19.03 2004
B3DG3G
B4DG2G
G3DG3G
G3DG5G
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257
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.05 19.03 2004
1
IC,
BLM,
SC
2
IC,
BLM,
SC
3
SC, IC,
BLM
Name
Messgröße
H1DI1I
H1DI2I
H2DI2I
H3DI3I
B1DI2I
B1DI3I
B2DI2I
B2DI3I
B3DI2I
B3DI3I
B4DI2I
G3DI3I
G3DI5I
S0DL1
S0DL2
S0DL3
S0DL4
S0DL5
S0DL6
H1DI1P
B1DI3P
B2DI3P
B4DI2P
G3DI5P
s.o.
Spillstruktur-Analyse
counts(t)
Burstfrequenz,
Kalibrationswerte
für Intensität,
Strahlenergie
(MEFI)
Intensitätsberechnung,
frei wählbare
Zeitpunkte im
SynchrotronZyklus
iaS
Im ausgewählten Spill
<=3 Diagramme:
Counts als Funktion
der Zeit
Spillstruktur
hochaufgelöst
counts(t)
Intensitätsberechnung,
frei wählbare
Zeitpunkte im
SynchrotronZyklus
Nein
Trending
counts(t)
Integration der Zählrate
über Messfenster
einmalig pro
SynchrotronZyklus
vnZ
Nach abgelauf. Zyklus,
Experimentier-Modus,
zeitaufgelöste IstwertSpeicherung, Anzeige
offline
Nach jedem Zyklus
<=3 Diagramme:
Counts als Funktion
der Zeit
s.o.
Burstfrequenz,
Kalibrationswerte
für Intensität,
Strahlenergie
(MEFI)
Dauer des
Messfensters
Detektor
zusätzliche
Parameter
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Transformation
Zeitpunkt
Datenerfassung
LiveDarst.
Variante
Messmode
2. Geräteklasse Ereigniszählung
Zeitpunkt
Istwert-Anzeige
Anforderungen an
Istwert-Anzeige
<=8 Diagramme:
Zählerendstände für
<=8 Zähler als
Funktion der Zeit
(über z.B. 24 h)
258
4
SC, IC,
BLM
s.o.
Version 1.05 19.03 2004
Zählerendstände
counts(t)
während dem
gesamten Synchr.Zyklus
vnZ
Zeitpunkt
Datenerfassung
LiveDarst.
Pflichtenheft Strahldiagnose
Dauer des
Messfenster
Integration der Zählrate
über Messfenster
Nach jedem Zyklus
Zahlenwerte,
"Füllstand"
Messgröße
zusätzliche Parameter
Transformation
Ungetriggerte
Strahlstrommessung
I(t)
Mittelungsintervall tAve
Mittelwertbildung über
tAve
frei wählbar,
asynchron
async
immer möglich
Zahlenwert f.
mittleren Strahlstrom,
Diagramm:
Strahlstrom als
Funktion der Zeit
Getriggerte
Strahlstrommessung
I(t)
Mittelungsintervall tAve
Mittelwertbildung über
tAve
ausgewählte
Linac-Makropulse,
Mittelwertbildung
im Makropuls
vnLP
nach ausgewählten
Linac-Makropulsen
Zahlenwert f.
mittleren Strahlstrom,
Diagramm:
Strahlstrom als
Funktion der Zeit
Variante
Messmode
3. Geräteklasse DC-Strommessung
1
DCT
FC
2
DCT
FC
Detektor
R2DT1L
L2DT1L
S4DTL
R1DC3
R2DC1
L1DC3
L2DC1
R2DT1L
L2DT1L
S4DTL
R1DC3
R2DC1
L1DC3
L2DC1
Name
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Zeitpunkt
Istwert-Anzeige
Anforderungen an
Istwert-Anzeige
259
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.05 19.03 2004
1
FC-L
2
FC-L
3
ACT-S
4
ACT-L
5
ACT-L
6
ACT-L
7
Name
zusätzliche
Parameter
Transformation
Zeitpunkt
Datenerfassung
LiveDarst.
Detektor
Messgröße
Variante
Messmode
4. Geräteklasse AC-Strommessung
Zeitpunkt
Istwert-Anzeige
Anforderungen an
Istwert-Anzeige
N1DC2
I1DC3
M1DC1
N1DC2
I1DC3
M1DC1
S4DTs
Mittlerer Pulsstrom
I(t)
Mittelungsintervall
tAve
Mittelwertbildung über
tAve
Jeder LinacMakropuls
vnLP
Nach jedem LinacPuls
Zahlenwert,
"Füllstand"
Zeitaufgelöster
Strahlstrom
I(t)
-/-
-/-
Jeder LinacMakropuls
vnLP
Nach jedem LinacPuls
Trending
Maximalstrom
I(t)
Mittelungsintervall
tAve
ca. Ende der
Multiturn-Injektion
iaZ
Einmalig während
Injektions-Phase ins
Synchrotron
N1DT1S
I1DT1S
M1DT1S
N1DT1S
I1DT1S
M1DT1S
Mittlerer Pulsstrom
I(t)
Mittelungsintervall
tAve
Bestimmung des
Maximums,
Mittelwertbildung über
tAve
Mittelwertbildung über
tAve
Diagramm:
Strahlstrom als
Funktion der Zeit
Zahlenwert,
"Füllstand"
Jeder LinacMakropuls
vnLP
Nach jedem LinacPuls
Zahlenwert,
"Füllstand"
Transmission
I(t)
Mittelungsintervall
tAve , Einbauort
Mittelwertbildung über
tAve, Einbauort auf XAchse
Jeder LinacMakropuls
vnLP
Nach jedem LinacPuls
Zeitaufgelöster
Strahlstrom
I(t)
-/-
-/-
Jeder LinacMakropuls
vnLP
Nach jedem LinacPuls
ACT-S
N1DT1S
I1DT1S
M1DT1S
S4DTS
Zeitaufgelöster
Injektionsstrom
I(t)
I2(t) von M1DT1S,
Simulation des
Injektionsstroms
(DVM)
Bestimmung des
Maximums des
Injektionsstroms,
Verhältnisbildung
I(t)/I2(t)
Während Injektion
ins Synchrotron
iaZ
Einmalig während
Injektions-Phase ins
Synchrotron
8
DCT-S
S4DTL
Zeitaufgelöster
Strahlstrom
I(t)
-/-
-/-
iaZ
Mehrfach während
Synchrotron-Zyklus
9
DCT-S
S4DTL
Zeitaufgelöste
Teilchenzahl
I(t)
Strahlenergie
(MEFI)
Berechnung der
Teilchenzahl
gesamter
SynchrotronZyklus
gesamter
SynchrotronZyklus
iaZ
Mehrfach während
Synchrotron-Zyklus
<=3 Diagramme:
Strahlstrom als
Funktion von
Einbauort für
1 Puls
<=3 Diagramme:
Strahlstrom als
Funktion der Zeit
Diagramm:
Strahlstrom als
Funktion der Zeit
Zahlenwert f.
Verhältnis
("Füllstand")
Diagramm:
Strahlstrom als
Funktion der Zeit
Diagramm:
Teilchenzahl als
Funktion der Zeit
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260
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.05 19.03 2004
10
DCT-S
S4DTL
Zeitliche Ableitung
Teilchenzahl
I(t)
Messzeit t,
Strahlenergie (MEFI)
Bildung der
Zeitableitung der
Teilchenzahl
gesamter
SynchrotronZyklus
iaZ
Mehrfach während
Synchrotron-Zyklus
11
DCT-S
S4DTL
Eventgebundenes
Trending
I(t)
Mittelungsintervall
tAve
Mittelwertbildung über
tAve
gesamter
SynchrotronZyklus
iaS
Mehrfach während
Synchrotron-Zyklus
Diagramm:
TeilchenzahlÄnderung als
Funktion der Zeit
<=5 Diagramme:
Strahlstrom zu Event
über mehrere Zyklen
Detektor
Name
Messgröße
zusätzliche
Parameter
Transformation
Zeitpunkt
Datenerfassung
LiveDarst.
Messmode
Variant
e
5. Geräteklasse Phasensonde
Zeitpunkt
Istwert-Anzeige
1
PH,
IH-Tank
I1DP1
I1BI2T
Einschuss IH

-/-
-/-
Jeder LinacMakropuls
vnLP
Nach jedem Linac-Puls
2
PH,
PH
I1DP2
M1DP1
Time-of-Flight

Abstand d. PH,
Bunchzahl
Berechnung der
Strahlenergie
Jeder LinacMakropuls
vnLP
Nach jedem Linac-Puls
3
RFQ,
IH-Tank
I1BR1T
I1BI2T
Tankphasenlage

-/-
-/-
Jeder Tank-Puls
vnLP
Nach jedem Linac-Puls
4
PH,
Debuncher
M1DP2
M1BB1
Nulldurchgang
Debuncher

-/-
-/-
Jeder LinacMakropuls
vnLP
Nach jedem Linac-Puls
5
IH-Tank,
Debuncher
I1BI2T
M1BB1
Tankphasenlage

-/-
-/-
Jeder Tank-Puls
vnLP
Nach jedem Linac-Puls
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Anforderungen an
Istwert-Anzeige
Diagramm:
Amplitude gegen
Zeit, Events
einblendbar, CursorFunktion
Diagramm:
Amplitude gegen
Zeit, Cursorfunktion,
Energieanzeige,
Bunchzahlanzeige
Diagramm:
Amplitude gegen
Zeit, Events
einblendbar, CursorFunktion
Diagramm:
Amplitude gegen
Zeit, Events
einblendbar, CursorFunktion
Diagramm:
Amplitude gegen
Zeit, Events
einblendbar, CursorFunktion
261
Version 1.05 19.03 2004
6
PH
M1DP2
Bunchüberwachung

Referenz von M6
-/-
Jeder LinacMakropuls
vnLP
Nach jedem Linac-Puls
7
PH,
PH
I1DP2
M1DP1
Energieüberwachung

Referenz von M2
-/-
Jeder LinacMakropuls
vnLP
Nach jedem Linac-Puls
LiveDarst.
Pflichtenheft Strahldiagnose
Zeitpunkt
Istwert-Anzeige
Diagramm:
Amplitude gegen
Zeit, Events
einblendbar, CursorFunktion
Diagramm:
Amplitude gegen
Zeit, Events
einblendbar, CursorFunktion
Messmode
Variante
6. Geräteklasse Positionssonde
1
PO
Detektor
S1DX1
S2DX2
S3DX3
S4DX4
S5DX5
S6DX6
Name
Strahlposition
Messgröße
x(t),
y(t),
In(t)
zusätzliche
Parameter
Eichfaktoren
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Transformation
Berechnung der
Strahllage
Zeitpunkt
Datenerfassung
während dem
Synchrotron-Zyklus
iaS
Einmalig nach
Synchrotron-Zyklus
Anforderungen an
Istwert-Anzeige
je 3 Diagramme:
x(t),
y(t),
In(t) für <=6 Sonden
gleichzeitig
262
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.05 19.03 2004
1
LT
Isocenter
2
LT
Isocenter
3
LT
Isocenter
Detektor
Name
Messgröße
zusätzliche
Parameter
Transformation
Zeitpunkt
Datenerfassung
LiveDarst.
Variante
Messmode
7. Geräteklasse Optische Diagnose
Zeitpunkt
Istwert-Anzeige
Anforderungen an
Istwert-Anzeige
S1DF1
S4DF1
H1DF2
H2DF2
H5DF1
B1DF1
B2DF1
B3DF1
B4DF1
G3DF5
T1DF1
T2DF1
T3DF1
T4DF1
s.o.
One-Shot
In(t)
KoordinatenUrsprung,
Positions-Eichung,
Bild-Entzerrung,
Binning-Größe
Berechnung der OrtsIntensitätsverteilung,
statistische Auswertung
während dem
SynchrotronZyklus
vnZ
Einmalig nach
Synchrotron-Zyklus
1 Bild oder
wahlweise 2
Diagramme In(x),
In(y)
Bildsequenz
(getriggert)
In(t)
Berechnung der OrtsIntensitätsverteilung,
statistische Auswertung
während dem
SynchrotronZyklus
Nein
Bildsequenz
(n-fach)
In(t)
Berechnung der OrtsIntensitätsverteilung,
statistische Auswertung
während dem
SynchrotronZyklus
Nein
Nach abgelaufenem
Zyklus, ExperimentierModus, zeitaufgelöste
Istwert-Speicherung,
Anzeige offline
Nach abgelaufenem
Zyklus, ExperimentierModus, zeitaufgelöste
Istwert-Speicherung,
Anzeige offline
n Bilder und
wahlweise 2n
Diagramme In(x),
In(y)
s.o.
KoordinatenUrsprung,
Positions-Eichung,
Bild-Entzerrung,
Binning-Größe
KoordinatenUrsprung,
Positions-Eichung,
Bild-Entzerrung,
Binning-Größe
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n Bilder und
wahlweise 2n
Diagramme In(x),
In(y)
263
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.05 19.03 2004
8. Abkürzungen
Die Zeitvorgaben für den Refresh der "Live-Darstellung" bedeuten:
async:
asynchron, d.h. in der Regel fortlaufende Anzeige (für DC-Bereich)
vnlP:
vor dem nächsten Linac-Puls
iaZ: im aktuellen (Synchrotron)-Zyklus
iaS: im aktuellen Spill
vnZ: vor dem nächsten (Synchrotron)-Zyklus
Autor:
Dokument:
Dr. M. Schwickert (GSI), 12.03.2003
Messtypen.doc
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264
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.05 19.03 2004
Anhang B ’Übersicht über Messtypen’
Mit "Messtypen" wird die Art der Messdatenerfassung klassifiziert. Messungen, die in einem
festgelegten "Messtyp" durchgeführt werden zeichnen sich dadurch aus, dass bei der Umschaltung
zwischen verschiedenen Messmodi keine Veränderungen an MDE-Einstellungen nötig sind.
Messmodi innerhalb eines Messtyps haben damit folgende Eigenschaften:
- Gerätestammdaten und Geräteparameter werden NICHT geändert (Problem:
Messbereichsumschaltung!!)
- Verschiedene Messmodi des gleichen Messtyps KÖNNEN unterschiedliche Trigger-Signale
verwenden (Die Trigger-Signale werden von der DCU-SD –also von außen – in das MDE-System
eingespeist.)
1. Geräteklasse Profilmessung
Mode
Variante
Name
Messtyp
Unterscheidungskriterium
1
PG
DC-Strahlprofil
Typ A
keine Trigger-Signale
Quelle
(Normalmode)
2
PG
Trigger am Beginn oder kurz vor LinacMakropuls
AC-Strahlprofil
Linac
(Normalmode)
3
MWPC
Spillprofil
Typ B
Trigger in Spillmitte (default)
Typ C
MWPC-Steuergerät auf Fastmode
(Normalmode)
4
MWPC
Spillprofil
(Fastmode)
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265
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.05 19.03 2004
2. Geräteklasse Ereigniszählung
Mode
Variante
Name
Messtyp
Unterscheidungskriterium
1
IC, BLM,
Spillstruktur-
Typ A
Diagramm counts(t) f. 6 Zähler
SC
2
SC, IC,
Analyse
Trending
Integrierte Zählrate als Funktion der Zeit
für 6 Zähler
Zählerendstände
Integrierte Zählrate von Zyklus zu Zyklus
BLM
3
SC, IC,
BLM
4
IC, BLM,
SC
Spillstruktur
Typ B
Hohe Abtastrate für bis zu 3 Zähler
hochaufgelöst
3. Geräteklasse DC-Strommessung
Mode
Variante
Name
Messtyp
Unterscheidungskriterium
1
DCT
Ungetriggerte
Typ A
keine Trigger-Signale
FC
2
Strahlstrommessung
DCT
Getriggerte
FC
Strahlstrom-
Trigger am Beginn oder kurz vor LinacMakropuls
messung
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266
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.05 19.03 2004
4. Geräteklasse AC-Strommessung
Mode
Variante
Name
Messtyp
Unterscheidungskriterium
1
FC-L
Mittlerer
Typ A
Mittelung im Linac-Makropuls
Pulsstrom
2
FC-L
Diagramm I(t)
Zeitaufgelöster
Strahlstrom
4
ACT-L
Mittelung im Linac-Makropuls
Mittlerer
Pulsstrom
5
ACT-L
Transmission
Mehrere ACTs
6
ACT-L
Zeitaufgelöster
Diagramm I(t)
Strahlstrom
3
ACT-S
Trigger nach Injektion
Trending
Maximalstrom
7
ACT-S
Diagramm I(t)
Zeitaufgelöster
Injektionsstrom
8
DCT-S
Zeitaufgelöster
Strahlstrom
Typ B
Unterschied zu Typ A: andere Zeitstruktur
(Messung bis Spillende)
Diagramm I(t)
9
DCT-S
Zeitaufgelöste
Diagramm Teilchen(t)
Teilchenzahl
10
DCT-S
Zeitliche
Diagramm Teilchenstrom(t)
Ableitung
Teilchenzahl
11
DCT-S
Eventgebundenes
Trending von Strom-Mittelwerten
Trending
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267
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.05 19.03 2004
5. Geräteklasse Phasensonde
Mode
Variante
Name
Messtyp
Unterscheidungskriterium
1
PH,
Einschuss IH
Typ A
Digitizer-Signale als Funktion der Zeit
oder Referenz-Daten
IH-Tank
3
RFQ,
Tankphasenlage
IH-Tank
4
PH,
Debuncher
5
IH-Tank,
Nulldurchgang
Debuncher
Tankphasenlage
Debuncher
6
PH
Bunchüberwachung
2
PH,
Time-of-Flight
PH
7
PH,
PH
Energieüberwachung
6. Geräteklasse Positionssonde
Mode
Variante
Name
Messtyp
Unterscheidungskriterium
1
PO
Strahlposition
Typ A
a) x(t), y(t), In(t)
b) "Closed orbit" (Position im Synchr.)
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268
Pflichtenheft Strahldiagnose
Version 1.05 19.03 2004
7. Geräteklasse Optische Diagnose
Mode
Variante
Name
Messtyp
Unterscheidungskriterium
1
LT
One-Shot
Typ A
1 Bild und/oder 2 Diagramme
Bildsequenz
Typ B
Nur Istwert-Speicherung, Aufnahme zw. 2
Events variable Bilderzahl
Isocenter
2
LT
Isocenter
3
LT
Bildsequenz
Isocenter
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(getriggert)
(n-fach)
Nur Istwert-Speicherung, Start nach
Event, variable Frequenz
Dr. M. Schwickert (GSI), 12.03.2003
Messtypen.doc
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