II Workshop interno TOP-IMPLART CR Frascati 25 febbraio 2015 Attività di upgrade dei sistemi RF e di controllo della struttura SCDTL1 G. Bazzano, P. Nenzi, C. Snels (ENEA) II Workshop interno TOP-IMPLART CR Frascati 25 febbraio 2015

Sommario Sistema di controllo Commessa NRT Sistema SCADA Upgrade sistema di generazione della radiofrequenza Sostituzione del klystron pilota con amplificatore a stato solido AM10 Variazione della potenza riflessa del klystron con la temperatura della struttura

SCDTL Monitoring and Control Unit E’ stata commissionata ad NRT R&D la realizzazione di un sistema di controllo modulare per le strutture SCDTL: Controllo degli alimentatori delle pompe ioniche Controllo del chiller Rilevazione della temperatura in più punti della struttura Controllo Automatico della Frequenza (AFC) per la sintonia della struttura Rilevazione degli inviluppi di: Potenza diretta, potenza riflessa e campo nella cavità Acquisizione mediante S/H Integrazione con il sistema degli interlock e delle sicurezze dell’acceleratore e della palazzina

Struttura dell’MCU L’MCU è un sistema modulare alloggiato in un cassetto da 19” 3U composto da schede formato EUROCARD intercambiabili (alloggiate su backplane) ed un display touchscreen da 7” per la impostazione della configurazione e l’accesso ai dati rilevati e registrati. L’unità è pensata per essere inserita al di sotto del carrello che ospita la struttura SCDTL al di sopra del chiller.

Schema a blocchi dell’MCU NRT R&D confidential

NRT R&D confidential Architettura della MCU: Architettura master-slave su backplane passivo La connessione tra schede avviene mediante bus RS485 su backplane Il sistema è espandibile permettendo l’alloggiamento di ulteriori schede per incrementare le funzionalità (7 schede massimo) Ciascuna scheda è dotata di un microcontrollore per l’acquisizione dei dati e la comunicazione con l’unità master ed è indipendente dalla scheda master per le proprie funzionalità Una scheda slave gestisce l’interfaccia utente locale e le interfacce di comunicazione La comunicazione verso il sistema di controllo avviene mediante MODBUS su ethernet e mediante bus RS485 NRT R&D confidential

Fase 1: Fase 2: Fasi di sviluppo della MCU Realizzazione del primo prototipo e sua validazione su SCDTL 1 Fase 2: Realizzazione dei modelli successivi: Upgrade dei chiller con realizzazione di una scheda per il controllo del chiller da parte della MCU

Obbiettivo: Integrazione MCU nell’interfaccia di controllo avere un unico pannello di interfaccia utente da cui accedere alle funzioni di settaggio e rilettura dei diversi sottosistemi dell’acceleratore Il controllo remoto dei sottositemi al momento è realizzato in ambiente LabVIEW e su hardware di National Instrument ?

LabVIEW Supervisory Control And Data Acquisition sample project (SCADA) Sottosistema con protocollo di comunicazione industriale “standard” Sottosistema NI

Server

Client

Detailed View

Detailed View per MCU

Integrazione MCU tramite OPC server Modbus OPC è lo standard di interoperabilià per lo scambio di dati nell’ ambito dell’ automazione industriale. OPC è costituito da una serie di specifiche sviluppate da fornitori industriali, utenti finali e sviluppatori di software. Queste specifiche definiscono l’interfaccia tra Client e Server, le modalità di accesso a dati real-time, il monitoraggio di allarmi ed eventi, l’accesso a dati storicizzati. https://opcfoundation.org/

NI OPC server Interfaccia di configurazione dell’OPC server implementato da NI Tag : identificano le variabili di IO del sistema che colleghiamo all’OPC server associato ad un driver (nel nostro caso: modbus TCP/IP)

Azioni necessarie Supervisionare la realizzazione della comunicazione dell’MCU con protocollo Modbus Configurare l’OPC Server NI per la gestione delle variabili IO dell’MCU Realizzare il codice (Labview) per integrare il sottosistema nello SCADA Emissione di un documento di specifica che dettaglia la procedura per aggiungere un nuovo sottosistema allo SCADA

Modifiche all’impianto RF: sostituzione del klystron pilota. Layout del sistema di generazione e misura della radiofrequenza Visualizzazione della traccia della potenza riflessa del Klystron e del campo in cavità Misura della potenza in uscita Klystron pilota Klystron

Modifiche all’impianto RF: sostituzione del klystron pilota. Il Klystron pilota era un vecchio amplificatore disegnato per operare a basse frequenze di ripetizione Sostituito con amplificatore allo stato solido AM10 che non mostra significativa variabilità della potenza in uscita nel range di frequenze di ripetizione abituale. Misura Potenza amplificatore AM10

Caratterizzazione del chiller tramite acquisizione della potenza riflessa del Klystron La frequenza di risonanza della struttura SCDTL1 varia con la sua temperatura. La struttura è riscaldata a circa 43°C da un chiller costruito da NRT (che scalda il liquido di raffreddamento a circa 46°C). Il chiller è dotato di una resistenza riscaldante (heater) e di una ventola (fan). L’AFC della MCU della SCDTL1 deve compensare le variazioni di frequenza dovute alle oscillazioni di temperatura causate dal chiller. La variazione della frequenza di risonanza della struttura è stata valutata acquisendo l’inviluppo della potenza riflessa del Klystron. Serie di misure tra Settembre/Ottobre 2014 e oggi. Caratteristiche riscontrate Temperatura della struttura non uniforme. Transiente del chiller molto lungo (1-2 giorni). Ciclo termico dipendente dalle condizioni di temperatura all’interno del bunker.