Тарқатылған басқару жүйелерін құруға арналған бағдарламалық инфрақұрылым

Кіріспе

Бөлінген басқару жүйелерін құруға арналған бағдарламалық инфрақұрылым. Эксперименталды физика және өндірістік басқару жүйесі (EPICS) – бөлшектер үдеткіштері, телескоптар және басқа да ірі ғылыми объектілерді басқаруға арналған бөлінген басқару жүйелерін жасау және іске асыру үшін қолданылатын бағдарламалық құралдар мен қосымшалар жиынтығы. Бұл құралдар көбінесе көптеген желілік компьютерлерді басқару және кері байланыс жүйесін қамтамасыз ететін жүйелерді дамытуға көмектеседі. Олар сондай-ақ SCADA мүмкіндіктерін ұсынады.

Тарих

EPICS бастапқыда 1988 жылы Лос-Аламос ұлттық зертханасында (LANL) Боб Дейлесио, Джефф Хилл және тағы басқалар тарапынан Жердегі Сынақ Үдеткіштерін Басқару Жүйесі (GTACS) ретінде әзірленген. 1989 жылы Аргон ұлттық зертханасынан (ANL) Марти Краймер 6 ай бойы GTA басқару тобымен бірге жұмыс істеді, ол өзінің тәжірибесін Аванс Фотондар Көзі (APS) Басқару Жүйесіндегі жұмысынан жобаға әкелді. Нәтижесінде пайда болған бағдарламалық қамтамасыз ету EPICS деп аталды және 1991 жылы Үдеткіштер мен Ірі Эксперименттік Физика Басқару Жүйелері (ICALEPCS) жөніндегі халықаралық конференцияда таныстырылды. EPICS бастапқыда коммерциялық лицензия бойынша қолжетімді болды, ал Tate & Kinetic Systems компаниясы жетілдірілген нұсқаларын сатты. Ынтымақтастықтағы серіктестерге лицензия тегін берілді, бірақ LANL және APS-пен заңды келісім қажет болды. EPICS қауымдастығы құрылды және көбірек мекемелер ынтымақтастыққа қосылған сайын даму қарқыны артты. 2004 жылдың ақпанында EPICS Open License аясында жарияланғаннан кейін тегін таратуға қол жеткізді. Қазір оны әлемдегі 50-ден астам ірі ғылыми мекемелер, сондай-ақ бірнеше коммерциялық компаниялар пайдаланады және дамытады.

Сәулет

ЭПИКС компьютерлер арасында байланыс орнату үшін клиент-сервер және жариялау-жазылу әдістерін қолданады. Серверлер, «кіріс/шығыс контроллерлері» (IOC), оларға қосылған өлшеу құралдарын пайдалана отырып, эксперимент және басқару деректерін нақты уақытта жинайды. Бұл ақпарат клиенттерге жоғары өткізгіштік арнаға қол жеткізу (CA) немесе ғылыми эксперименттер сияқты нақты уақыт қолданбаларына бейімделген, жақында қосылған pvAccess желілік протоколы арқылы беріледі. IOC-лер «жазбалар» базасын сақтайды және олармен өзара әрекеттеседі, бұл жазбалар басқарылатын құрылғыларды немесе құрылғылардың белгілі бір аспектілерін көрсетеді. IOC-лер стандартты серверлерде немесе жеке компьютерлерде, сондай-ақ VME, MicroTCA және басқа стандартты кіріктірілген жүйе процессорларында орналастырылуы мүмкін. «Қатаң нақты уақыт» қолданбалары үшін әдетте RTEMS немесе VxWorks операциялық жүйелері қолданылады, ал «жұмсақ нақты уақыт» қолданбалары көбінесе Linux немесе Microsoft Windows жүйелерінде жұмыс істейді. Жазбаларда сақталатын деректер процестік айнымалылар (PV) деп аталатын бірегей идентификаторлармен ұсытылады. Бұл PV-лер CA/pvAccess протоколымен ұсынылған желілік арналар арқылы қол жетімді. Әртүрлі кіріс және шығыс түрлері үшін (мысалы, аналогтық немесе бинарлық) және есептеулер сияқты функционалдық мүмкіндіктерді қамтамасыз ету үшін көптеген жазба түрлері бар. Сондай-ақ, қолданушылық жазба түрлерін жасауға болады. Әрбір жазбада статикалық және динамикалық деректерін сақтайтын және әртүрлі функциялар жергілікті немесе қашықтан сұралған кездегі мінез-құлқын анықтайтын өрістер жиынтығы болады. Көптеген жазба түрлері EPICS жазбалар анықтамалық нұсқаулығында тізімделген. Пайдаланушыларға PV деректерін дискілер мен мәтіндік өрістер сияқты стандартты дисплей виджеттері арқылы қарауға және олармен өзара әрекеттесуге мүмкіндік беретін графикалық пайдаланушы интерфейсі пакеттері бар. Мысалдарға EDM (Extensible Display Manager), MEDM (Motif/EDM) және CSS кіреді. CA/pvAccess протоколын іске асыратын кез келген бағдарламалық қамтамасыздылық PV мәндерін оқи және жаза алады. MATLAB, LabVIEW, Perl, Python, Tcl, ActiveX және т.б. үшін қолдауды қамтамасыз ету үшін кеңейту пакеттері бар. Бұларды EPICS басқаратын жабдықтармен өзара әрекеттесу үшін скрипттерді жазу үшін пайдалануға болады.

EPICS uses client–server and publish–subscribe techniques to communicate between computers. Servers, the “input/output controllers” (IOCs), collect experiment and control data in real time, using the measurement instruments attached to them. This information is then provided to clients, using the high bandwidth Channel Access (CA) or the recently added pvAccess networking protocols that are designed to suit real time applications such as scientific experiments. IOCs hold and interact with a database of "records", which represent either devices or aspects of the devices to be controlled. IOCs can be hosted by stock standard servers or PCs or by VME, MicroTCA, and other standard embedded system processors. For "hard real time" applications the RTEMS or VxWorks operating systems are normally used, whereas "soft real time" applications typically run on Linux or Microsoft Windows. Data held in the records are represented by unique identifiers known as Process Variables (PVs). These PVs are accessible over the network channels provided by the CA/pvAccess protocol. Many record types are available for various types of input and output (e. g., analog or binary) and to provide functional behaviour such as calculations. It is also possible to create custom record types. Each record consists of a set of fields, which hold the record's static and dynamic data and specify behaviour when various functions are requested locally or remotely. Most record types are listed in the EPICS record reference manual. Graphical user interface packages are available, allowing users to view and interact with PV data through typical display widgets such as dials and text boxes. Examples include EDM (Extensible Display Manager), MEDM (Motif/EDM), and CSS. Any software that implements the CA/pvAccess protocol can read and write PV values. Extension packages are available to provide support for MATLAB, LabVIEW, Perl, Python, Tcl, ActiveX, etc. These can be used to write scripts to interact with EPICS controlled equipment.