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1、中国科学院上海应用物理研究所 博士学位论文 EPICS控制系统中网络技术的研究 姓名：丁建国 申请学位级别：博士 专业：核技术及应用 指导教师：刘松强 20061201 摘要 摘要 E P I C S ( E x p e r i m e n t a lP h y s i c sa n dI n d u s t r i a lC o n t r o lS y s t e m ) 系统是面向实验物 理装置和工业应用的控制系统开发与运行工具集。E P I C S 采用分布式控制体系结 构，在近年来建设的大型科学工程中，E P I C S 控制系统占据主导地位。上海同步 辐射装置同样采用了E P I
2、C S 开发其控制系统。 网络在分布式控制系统中具有重要作用，本论文的工作，专注于对E P I C S 系统结构中两层网络技术及其应用的研究，即连接输入输出控制器( I n p u t O u t p u t C o n t r o l l e r , I O C ) 与操作员接口( O p e r a t o rI n t e r f a c e ，O P I ) 计算机的上层控制网络， 提供l O C 与本地设备控制器之间实时通讯的底层通讯网络。 论文概述了分布式控制系统与加速器控制系统的发展历程，加速器控制系统 中的新技术应用与发展趋势；对E P I C S 系统体系结构及其特征作了全面
3、介绍， 详细分析了E P I C S 通道访问协议( C h a n n e l A c c e s s ，C A ) 的原理与实现，报告和 分析了C A 协议的性能测试结果：讨论了客户服务器编程模型与实现技术，分 析与阐述了E t h e m e t 作为通用现场总线在D C S 底层通信中应用的可行性。 本论文的重点工作之一，是在E P I C S 系统中引入名字服务器( N a m e s e r v e r ) 。 我们在S U N S o l a r i s 工作站上使用E P I C S 便携式C AS e r v e r 技术设计与实现了 E P I C S 名字服务器。使用N
4、a m e s e r v e r 后，C A 采用单播方式取代广播方式进行P V 搜索，改进了C A 协议的执行，降低了系统中I O C 与网络的负载。N a m e s e r v e r 在I O C 层与O P I 层之间实现了无缝接入，使得所有E P I C S 软件无需作任何修改 即可连接N a m e s e r v e r 运行。论文通过N a m e s e v e r 在我所1 0 0 M e VL I N A C 控制系 统中的应用与测试，分析比较了使用N a m e S e r v e r 前后C A 的P V 搜索性能。 本论文的另一重点是对E t h e m e t
5、 通讯在D C S 底层网络中应用的探讨，并介 绍了所研制的网络设备的E P I C S 支持程序。该程序基于多线程与E P I C S 平台无 关技术设计，支持T C P I P 与U D P I P 两种通讯协议。论文描述了设备支持程序 的工作原理及关键技术实现。通过该设备支持程序我们重建了1 0 0 M e V 直线加速 器的离子泵电源控制子系统，并实现了对O M R O NP L C 的E t h e m e t 通讯协议 F I N S 的支持。通过上述应用运行平台，我们测试了网络通讯的实时性能。 论文工作中的主要创新之处包括： ( 1 ) 在国内首先在E P I C S 系统中成功
6、引入了名字服务器。名字服务器对 O P I 和I O C 的完全透明，实现了在E P I C S 系统中的无缝接入。 ( 2 ) 自主研发了具有通用特性的E P I C S 网络设备支持程序。程序支持多平 中科院研究生院博士学位论文 E P I C S 控制系统中网络技术的研究2 0 0 6 年1 0 月 台运行，适用多种带有E t h e m e t 接口的网络设备，具有可扩充、可剪裁性、可移 植性特性。 关键字：E P I C S 控制系统，计算机网络，通道访问协议，名字服务器， 网络设备支持程序 摘要 S t u d yo nN e t w o r kT e c h n i q u e
7、sA p p l i e di nt h eE P I C SC o n t r o lS y s t e m D i n gJ i a n g u o ( N u c l e a rT e c h n o l o g ya n dA p p l i c a t i o n ) D i r e c t e db yP r o f e s s o rL i uS o n g q i a n g A b s t r a c t E P I C S ( E x p e r i m e n t a lP h y s i c sa n dI n d u s t r i a lC o n t r o lS
8、 y s t e m ) i sas o f t w a r et o o l k i tf o r b u i l d i n gc o n t r o ls y s t e m sf o ra 、兢d ev a r i e t yo fa p p l i c a t i o n s b o t he x p e r i m e n t a la n d i n d u s t r i a l E P I C Si sb a s e do nD i s t r i b u t e dC o n t r o lS y s t e m c s ) a r c h i t e c t u r e
9、I n r e c e n ty e a r s ，c o n t r o ls y s t e m sd e v e l o p e du n d e rE P I C Sf r a m e w o r kb e c o m ea m a i n s t r c a mi nt h en e w l yc o n s t r u c t e dl a r g es c i e n t i f i cf a c i l i t i e s S h a n g h a iS y n c h r o t r o n R a d i a t i o nF a c i l i t y ( S S R
10、F ) h a ss e l e c t e dE P I C St od e v e l o pi t sc o n t r o ls y s t e ma sw e l l N e t w o r kp l a y sav i t a lr o l ei nD C S T h ew o r ko ft h i sd i s s e r t a t i o ni sf o c u s e do nt h e t e c h n i q u e so ft h et w ol e v e ln e t w o r k si nt h eE P I C Sa r c h i t e c t u
11、r e T h eh i g h l e v e l n e t w o r kp r o v i d e sc o m m u n i c a t i o nb e t w e e nI n p u t O u t p u tc o n t r o l l e r s ( I O C ) a n d O p e r a t o rI n t e r f a c e s ( O P I ) ，a n dt h el o w - l e v e ln e t w o r kb e t w e e nI O C sa n dl o c a ld e v i c e c o n t r o l l
12、e r s I nt h i st h e s i s ，c o n t r o ls y s t e ma n di t sf u t u r ed e v e l o p m e n tt r e n da n dn e wt e c h n i q u e s u s e df o ra d v a n c e dc o n t r o ls y s t e m sa r ed e s c r i b e da n dd i s c u s s e d ；T h eE P I C S a r c h i t e c t u r ea n dE P I C Sc o m p o n e n
13、 t sa r ei n t r o d u c e dr e s p e c t i v e l y ；C h a n n e lA c c e s s ( C A ) p r o t o c o la n di t si m p l e m e n t a t i o na r ed e s c r i b e di nd e t a i l s 。C Ap e r f o r m a n c ei st e s t e d 。 a n dr e s u l t sa r ep r e s e n t e da n da n a l y z e d ；T h eC l i e n t S
14、e r v e rp r o g r a m m i n gt e c h n i q u ei s s t u d i e da n di l l u s t r a t e d a n dt h ep o s s i b i l i t yt oU S eE t h e m e ti nD C Sl o w 1 e v e l c o m m u n i c a t i o ni Sd i s c u s s e d T h ef i r s tc o r eo ft h et h e s i si sad e v e l o p e dE P I C Sn a m es e r v e
15、rn m n i n go nS u n S o l a r i s w o r k s t a t i o n T oi m p r o v e 也eC Ae x e c u t i o n , w ei n t r o d u c ean a m es e r v e rt ot h eE P I C S s y s t e m W i t ht h en a l l l es e r v e r , C Au s e su n i c a s tt os e a r c hP Vi n s t e a do fb r o a d c a s t N a m es e r v e ri s
16、d e s i g n e da sap l u g i nr u n n i n gb e t w e e nI O Ca n dO P Il a y e r s A nE P I C S c o m p o n e n t sc a nw o r kw i t ht h en a m es e r v e rw i t h o u ta n ym o d i f i c a t i o n T h eP o r t a b l e C AS e r v e rt o o l i su s e df o rt h en a m es e r v e rd e v e l o p m e n t C Ap e r f o r m a n c ew i t h w i t h o u tt h en a m es e r v e ri St e s t e da n dc o m p a r e d A n o t h e rc o r eo ft h et h e s i si sag e n
