Human Machine Interface for Data Acquisition Systems Applied in High Energy Physics

• Autorzy: Zelaya J. , Makowski D. , Perek P. , Napieralski A.

Identyfikatory

DOI

10.15199/13.2016.12.2

Warianty tytułu

PL

Interfejs człowiek-komputer dla systemów akwizycji danych w fizyce wielkich energii

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Nowadays high energy physics scientists build and design systems that are complex in terms of the huge amount of subsystems and individual components. A single subsystem may consist of a few tens of thousands digital and analogue channels and sensors. As a result, the data rates captured in modern systems may result in gigabytes per second. Complex systems could generate various alarms and provide other diagnostic information. Consequently, a huge number of variables are needed to control and monitor the system. It could be a real challenge to provide access to all alarms and diagnostic information in systems composed of thousands of channels. In this sense, it is necessary to develop a methodology of designing Human Machine Interfaces (HMI) that will be simple to use and allow describing of relatively complex systems. This paper describes an HMI scheme able to obtain and present data from High Energy Physics systems. The purpose of this paper is to evaluate HMI panels dedicated for complex systems. The prototype HMI uses the demonstration PXIe-based Neutron Flux Monitor (NFM) developed by the Department of Microelectronics and Computer Science. This NFM is going to provide essential information for plasma operation in the ITER plant. The HMI involves a Graphical User Interface and an Alarm Management Scheme, all based on the Experimental Physics and Industrial Control System (EPICS) framework. The Graphical User Interface (GUI) includes the use of several tools provided by the Control System Studio as well as JavaScript, rules and actions to dynamically present data to the operators. In regards to alarm management, a scheme is proposed to efficiently handle alarms by presenting the relevant information and controls to quickly react to alarms.

PL

Obecnie systemy wykorzystywane w eksperymentach fizyki wielkich energii składają się ze znacznej liczby podsystemów i komponentów. Pojedynczy podsystem może obsługiwać nawet kilkadziesiąt tysięcy kanałów cyfrowych i analogowych oraz sensorów, w wyniku czego ilość danych zbieranych przez system jest liczona w gigabajtach na sekundę. Skomplikowane systemy mogą generować różne alarmy i dostarczać inne informacje diagnostyczne. W związku z tym, sterowanie i monitorowanie systemów wymaga wielu zmiennych. Umożliwienie dostępu do wszystkich alarmów i informacji diagnostycznych w systemach składających się z tysięcy kanałów stanowi poważne wyzwanie. Z tego względu niezbędne jest opracowanie metodologii projektowania paneli operatorskich HMI (Human Machine Interface) zbudowanych w prosty sposób, jednak pozwalających na obsługę stosunkowo złożonych systemów. Artykuł przedstawia system HMI dedykowany do zbierania i wizualizacji danych z systemów fizyki wielkich energii. Celem niniejszego artykułu jest ocena HMI dedykowanego dla skomplikowanych systemów. Opisywany prototypowy panel HMI wykorzystuje system monitorowania strumienia neutronów NFM (Neutron Flux Monitor), bazujący na standardzie PXIe, opracowany w Katedrze Mikroelektroniki i Technik Informatycznych. System NFM będzie dostarczał najważniejsze informacje dla użytkowania plazmy w ośrodku ITER. HMI składa się z graficznego interfejsu użytkownika GUI (Graphical User Interface) oraz Systemu Zarządzania Alarmami, zbudowanego w oparciu o platformę EPICS (Experimental Physics and Industrial Control System). Interfejs HMI korzysta z narzędzi dostarczanych przez CSS (Control System Studio) oraz języka JavaScript, reguł i akcji, aby na bieżąco prezentować dane operatorom. W kwestii obsługi alarmów, zaproponowano schemat prezentacji właściwych informacji i metod obsługi, pozwalający w wydajny sposób zarządzać alarmami.

Słowa kluczowe

EN

control system studio; CSS; experimental physics and industrial control system; EPICS; Java; Javascript; human machine interface; HMI; graphical user interface; GUI; alarm

PL

interfejs człowiek-komputer; CSS; EPICS; Java; Javascript; HMI; graficzny interfejs użytkownika; GUI; system zarządzania alarmami; alarm

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 57, nr 12
• Strony: 14--21
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., il., wykr.

Twórcy

autor

Zelaya J.

• Technical University of Łódź, Department of Microelectronics and Computer Science

autor

Makowski D.

• Technical University of Łódź, Department of Microelectronics and Computer Science

autor

Perek P.

• Technical University of Łódź, Department of Microelectronics and Computer Science

autor

Napieralski A.

• Technical University of Łódź, Department of Microelectronics and Computer Science

Bibliografia

• [1] D. Makowski, A. Mielczarek, P. Perek, G. Jabłoński, A. Napieralski, M. Orlikowski, B. Sakowicz, P. Makijarvi, S. Simrock and V. Martin, 2014 "High-Performance Image Acquisition and Processing System with MicroTCA.4," 19th IEEE-NPSS Real Time Conference (RT), pp. 1–2, May.
• [2] J. Jugo, M. Eguiraun, I. Badillo, I. Arredondo and D. Piso, 2015. "Design and Performance Analysis of a Nonstandard EPICS Fast Controller," in IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 62, no. 3, pp. 889–896, June.
• [3] S. Simrock, M. Walsh, L. Bertalot, C. Hansalia, W. D. Klotz, P. Makijarvi, R. Reichle, V. Udintsev, G. Vayakis, A. Wallander, A. Winter, I. Yonekawa, A. Aallekar, M. Cheon, M. Park, G. Jabłoński, T. Kozak, A. Mielczarek, A. Napieralski, M. Orlikowski, P. Perek, S. Petrov, P. Prędki, Y. Kawano, T. Kondoh, D. Makowski, M. Annigeri, I. Semenov, D. Shelukhin, F. Tomi, S. Wu, Q. Yang, D. Joonekindt and K. Zagar, "Scientific Computing for Real Time Data Processing and Archiving for ITER Operation, 2012, " International Atomic Energy Agency (IAEA), Fusion Energy Conference.
• [4] S. Simrock, L. Abadie, R. Barnsley, B. Bauvir, L. Bertalot, P. Makijarvi, M. Park, R. Reichle, D. Stepanov, G. Vayakis, A. Wallander, M. Walsh, A. Winter, I. Yonekawa, Z. Li, T. Yamamoto, S. Varshney, J. Choi, E. Mironov, A. Neto, B. DeVan, E. Freer, P. Patil, M. Annigeri, G. Jabłoński, D. Makowski, A. Mielczarek, P. Perek, M. Orlikowski, M. Bercic, K. Zagar and V. Martin, Oct 2015. "Maturity assessment of ITER diagnostics plant instrumentation and control design," Fusion Engineering and Design, Vols. 96–97, pp. 952–956.
• [5] S. C. Schaller et al., 1997, "Completion of the LANSCE proton storage ring control system upgrade-a successful integration of EPICS into a running control system," Particle Accelerator Conference, 1997. Proceedings of the 1997, Vancouver, BC, pp. 2464–2466 vol.2.
• [6] M. T. Heron, M. G. Abbott, P. H. Amos, K. A. R. Baker, Y. Chernousko, T. M. Cobb, C. A. Colborne, P. N. Denison, I. J. Gillingham, A. Gonias, S. C. Hamadyk, P. andLay, M. A. Leech, P. J. Leicester, M. McClory, U. K. Pedersen, N. P. Rees, A. J. Rose, E. L. Rowland, J. Shepherd, S. J. Singleton, K. Vijayan, and I. S. Uzun, 2006. “The diamond light source control system,” in Proc. Eur. Particle Accelerator Conf. (EPAC06), Edinburgh, U.K.
• [7] T. Katoh et al., 2005, "Present Status of the J-PARC Control System," Proceedings of the 2005 Particle Accelerator Conference, pp. 302–304.
• [8] P. Perek et al., 2013, "Software components of MTCA-based image acquisition system," Mixed Design of Integrated Circuits and Systems (MIXDES), 2013 Proceedings of the 20th International Conference, Gdynia, pp. 143–148.
• [9] EPICS Main Page. [Online]. Available: http://www.aps.anl.gov/epics/
• [10] D. Sanz et al., 2013."Implementation of Intelligent Data Acquisition Systems for Fusion Experiments Using EPICS and FlexRIO Technology," in IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 60, no. 5, pp. 3446–3453, Oct.
• [11] P. Prędki et al., 2011, "EPICS-based visualisation and control in DAQ systems," Mixed Design of Integrated Circuits and Systems (MIXDES), 2011 Proceedings of the 18th International Conference, Gliwice, pp. 180–183.
• [12] P. Perek, J. Wychowaniak, D. Makowski, M. Orlikowski and A. Napieralski, 2012, "Image visualisation and processing in DOOCS and EPICS," Mixed Design of Integrated Circuits and Systems (MIXDES), 2012 Proceedings of the 19th International Conference, Warsaw, pp. 161–166.
• [13] Best OPI, Yet (BOY) . [Online]. Available: https://github.com//ControlSystemStudio/cs-studio/wiki/BOY
• [14] X. Chen and K. Kasemir, 2011. “Boy, a modern graphical operator interface editor and runtime,” in Particle Accelerator Conference, 2011. PAC11, in press.
• [15] Kay Kasemir, Xihui Chen and Ekaterina Danilova, 2009, "The Best Ever Alarm System Toolkit," in Proceedings of the International Conference on Accelerator and Large Experimantental Physics Control Systems. (ICALEPCS2009), Kobe, Japan, pp. 46–48.
• [16] D. Sanz et al., 2014, "Advanced Data Acquisition system implementation for the ITER neutron diagnostic use case using EPICS and FlexRIO technology on a PXIe platform," Real Time Conference (RT), 2014 19th IEEE-NPSS, Nara, pp. 1–2.
• [17] U tzel N., 2016 “HMI Style Guide and Toolkit,” version 3.5, [3XLESZ], Feb. Control System Studio Guide, for Installer and Maintainers of CS-Studio. [Online]. Available.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).