一种用于大型加速器控制系统的统一输入输出控制器

本发明涉及控制器，具体为一种用于大型加速器控制系统的统 一输入输出控制器。

背景技术：

1、加速器控制系统实施对加速器中所有设备的全面运行控制，其任务为确 保系统可靠性的前提下提供各种灵活易用的设备监控以及数据获取分析手段 给各类用户，包括满足加速器物理、运行、设备及维护等不同人员的需求。 控制系统的目标为：在满足安全联锁条件下完成对加速器的开机并使加速器 处在正常状态，操作者按物理要求使用束流诊断设备及仪器调整各系统设备， 完成对加速器束流的调整，确保高亮度、高稳定、长寿命的束流，满足用户 物理要求。

2、通常加速器控制系统采用基于计算机网络的现代分布式控制结构，系统 架构共分为三层，分别为资源层，中间层以及表达层，其中资源层即设备层， 由控制加速器的各设备层组成，中间层为输入输出控制器以及各类服务器组 成，用于完成各种控制动作、实现子系统或全局闭环控制、提供各类控制服 务、数据服务及各类接口等等，表达层即各类操作员界面(opi)以及各类访问 接口。

3、当前，大型加速器控制系统采用各种不同类型的控制器进行开发集成， 类似vme，cpci 以及新的 mtca 架构的控制器以及自行研发的专用嵌入式控制 器来进行开发集成，针对不同的控制系统需求，还需要选择不同的 io 模块进 行控制系统的搭建，不同厂家甚至同一厂家的 io 模块都需要对其进行单独的 设备驱动软件的开发配置，整个控制系统中涉及到的软硬件产品、厂家种类 繁多，不利于维护，此外产品更新换代速度较快，在缺乏备件的情况下更换新的产品需要重新开发加速器控制系统，对整个控制系统的长期稳定运行以 及更新带来了很大的不便,为此我们提出了一种用于大型加速器控制系统的统一输入输出控制器。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于大型加速器控制系统的统一输入输出控 制器，以解决上述背景技术提出的问题。 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于大型加速器控制 系统的统一输入输出控制器，包括：

2、所述中间层的统一输入输出控制器用于完成各种控制动作、实现子系统 或全局闭环控制、提供各类控制服务、数据服务及各类接口；

3、所述统一输入输出控制器实现了控制系统超融合基础架构，用于集成所 有软件和硬件能力，具备数据采集、计算、网络、存储和虚拟化技术，并支 持预配置功能。

4、优选的，所述控制器用于加速器控制系统中间层输入输出控制。

5、优选的，所述控制器具有长生命周期的统一的硬件及软件标准，且具有 统一软件定义方法，在控制器设计中实现了超融合架构。

6、优选的，所述统一输入输出控制器的设计选择基于 arm+fpga 结构，具备 实时控制及快速联锁功能，可靠的联锁或数据分发，可提供可定义的硬件触 发输入输出信号、通过 fpga 软件自定义输出触发脉宽，所述统一输入输出控 制器快速响应时间所有受控设备延时小于 100ms。

7、优选的，所述控制器前面板上的插槽，支持 6 个支持软件定义的不同类 型的输入输出板卡，直接与 fpga 的 i/o 相连接。

8、优选的，所述控制器为 i/o 板卡开发了对应的 fpgaip 核。

9、优选的，所述控制器内部具有 10gb 的高速光纤通信插卡，用于实施控制器之间的全局快速闭环反馈，全局控制反馈带宽达到 1khz。

10、优选的，所述控制器内置 fpga 子板，用于实现控制系统各种复杂的实时 应用。

11、优选的，所述全局板卡均实施了信号和通信路径上电气隔离，所述控制 器内部有隔离电源，每个扩展槽都具备隔离电源接口。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果是：该用于大型加速器控制系统的 统一输入输出控制器，加速器控制系统中间层的控制器可全部使用统一输入 输出控制器，大大降低了整个系统的复杂性并提高了可维护性，统一输入输 出控制器通过软件定义可实现的控制系统超融合基础架构，可实现控制系统 快速搭建及无缝扩展，设备控制器的设计选择基于 arm+fpga 结构开发，可实 现实时控制及快速联锁器，所述设备控制器输入快速响应时间所有受控设备 延时可小于 100ms，统一输入输出控制器在应用于全局实时反馈时可采用控制 器的 10g 高速数据通信板卡进行组网，在控制器内置 fpga 板卡进行全局反馈应用的开发；

13、基于计算机网络的现代分布式控制结构，采用标准化设计，实现了加速 器控制系统的超融合基础架构，统一输入输出控制器可实现标准化预配置的 控制系统单元设备，实现快速搭建可伸缩的分布式控制系统的目标，使得大 型加速器控制系统无需再对基础设施进行调研，只需针对不同的控制需求进 行基于软件定义的配置，解决了产品更新换代速度较快，重新开发加速器控 制系统，对整个控制系统的长期稳定运行以及更新带来了很大的不便的问题。

技术特征：

1.一种用于大型加速器控制系统的统一输入输出控制器，其特征在于， 包括： 所述中间层的统一输入输出控制器用于完成各种控制动作、实现子系统 或全局闭环控制、提供各类控制服务、数据服务及各类接口； 所述统一输入输出控制器实现了控制系统超融合基础架构，用于集成所 有软件和硬件能力，具备数据采集、计算、网络、存储和虚拟化技术，并支持预配置功能。

2.根据权利要求 1 所述的一种用于大型加速器控制系统的统一输入输出 控制器，其特征在于：所述控制器用于加速器控制系统中间层输入输出控制。

3.根据权利要求 1 所述的一种用于大型加速器控制系统的统一输入输出 控制器，其特征在于：所述控制器具有长生命周期的统一的硬件及软件标准， 且具有统一软件定义方法，在控制器设计中实现了超融合架构。

4.根据权利要求 1 所述的一种用于大型加速器控制系统的统一输入输出 控制器，其特征在于：所述统一输入输出控制器的设计选择基于 arm+fpga 结 构，具备实时控制及快速联锁功能，可靠的联锁或数据分发，可提供可定义 的硬件触发输入输出信号、通过 fpga软件自定义输出触发脉宽，所述统一输 入输出控制器快速响应时间所有受控设备延时小于 100ms。

5.根据权利要求 1 所述的一种用于大型加速器控制系统的统一输入输出 控制器，其特征在于：所述控制器前面板上的插槽，支持 6 个支持软件定义 的不同类型的输入输出板卡，直接与 fpga 的 i/o 相连接。

6.根据权利要求 1 所述的一种用于大型加速器控制系统的统一输入输出 控制器，其特征在于：所述控制器为 i/o 板卡开发了对应的 fpgaip 核。

7.根据权利要求 1 所述的一种用于大型加速器控制系统的统一输入输出 控制器，其特征在于：所述控制器内部具有 10gb 的高速光纤通信插卡，用于 实施控制器之间的全局快速闭环反馈，全局控制反馈带宽达到 1khz。

8.根据权利要求 1 所述的一种用于大型加速器控制系统的统一输入输出 控制器，其特征在于：所述控制器内置 fpga 子板，用于实现控制系统各种复 杂的实时应用。

9.根据权利要求 1 所述的一种用于大型加速器控制系统的统一输入输出 控制器，其特征在于：所述全局板卡均实施了信号和通信路径上电气隔离， 所述控制器内部有隔离电源，每个扩展槽都具备隔离电源接口。

技术总结本发明公开了一种用于大型加速器控制系统的统一输入输出控制器，涉及控制器技术领域，所述中间层的统一输入输出控制器用于完成各种控制动作、实现子系统或全局闭环控制、提供各类控制服务、数据服务及各类接口。该用于大型加速器控制系统的统一输入输出控制器基于计算机网络的现代分布式控制结构，统一输入输出控制器可实现标准化预配置的控制系统单元设备，使得大型加速器控制系统无需再对基础设施进行调研，只需针对不同的控制需求进行基于软件定义的配置，使得该用于大型加速器控制系统的统一输入输出控制器解决了产品更新换代速度较快，重新开发加速器控制系统，对整个控制系统的长期稳定运行以及更新带来了很大的不便的问题。技术研发人员：唐琳,张丁,李晖,朱为明,伍伟缨受保护的技术使用者：武汉大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23