CERN использует LabVIEW и PXI

В Европейском центре ядерных исследований (CERN) использует LabVIEW и PXI для управления самым большим ускорителем элементарных частиц.

На самом мощном в мире ускорителе элементарных частиц (Большом адронном коллайдере) для поглощения элементарных частиц с высокой энергией необходимы точные измерения и надежное позиционирование большого количества компонентов в реальном времени.

Для разработки системы управления, способной отделять ложные или нестабильные пучки элементарных частиц, использовались программные средства LabVIEW, модули LabVIEW Real-Time, LabVIEW FPGA и NI SoftMotion и модули реконфигурируемого ввода-вывода R серии.

В Европейском центре ядерных исследований (CERN) создают ускорители, в которых пучки ионов или протонов сталкиваются друг с другом или с другими мишенями. При этом освобождается огромное количество энергии - достаточное, чтобы воссоздать условия, которые существовали во время образования Вселенной. Данные, получаемые при столкновении частиц в коллайдере, могут содержать беспрецедентную информацию о рождении Вселенной, о том, почему элементарные частицы обладают массой, о природе темной материи.

Коллайдер находится на глубине 150 м под землей и представляет собой кольцо длиной 27 км, в котором элементарные частицы несутся навстречу друг другу со скоростью, близкой к скорости света. Управляют траекторией движения пучков сверхпроводниковые магниты, охлаждаемые сверхтекучим гелием до температуры 1,9 ?К. Полная энергия в каждом пучке может достигать 350 МДж, что эквивалентно энергии 400-тонного поезда, который движется со скоростью 150 км/ ч, этого достаточно, чтобы расплавить 500 кг меди.

Коллайдер находится на глубине 150 м под землей и представляет собой кольцо длиной 27 км, в котором сталкиваются пучки элементарных частиц, летящие со скоростью, близкой к скорости света.	Сверхпроводниковые магниты используются для управления траекторией движения пучков, энергии которых достаточно, чтобы расплавить 500 кг меди.

Пучок такой высокой энергии, отклонившийся от курса, может привести к катастрофическим разрушениям коллайдера. Для предотвращения катастрофы используются коллиматоры, содержащие графитовые блоки, способные поглощать энергетические частицы. Каждый коллиматор управляется модулями реконфигурируемого ввода/вывода производства NI, установленными в шасси PXI; всего в резервированной системе используется 120 шасси PXI.

В стандартной конфигурации одно шасси PXI управляет 3-мя коллиматорами с помощью 15-ти шаговых двигателей. Требуемые синхронность и точность позиционирования графитовых блоков осуществляется с дискретностью в 20’. Второе шасси PXI в режиме реального времени контролирует положение коллиматора, управляемого первым шасси PXI. В последующем планируется дополнительно установить еще около 60-ти коллиматоров, так что общее количество PXI систем может составить 200.

Контроллеры PXI работают под управлением системы LabVIEW Real-Time, а управление реконфигурируемыми каналами ввода-вывода реализовано с помощью LabVIEW FPGA. Все это, а также инструментарий NI SoftMotion позволили быстро разработать специализированный комплекс, управляющий примерно 600 шаговыми двигателями, которые синхронизируются с миллисекундной точностью по всей длине коллайдера (27 км).

Требования к точности синхронизации, качеству управления и надежности удалось выполнить в сжатые сроки, благодаря технологии реконфигурируемого ввода-вывода и выбранным средствам проектирования, которые избавили от необходимости создания собственных программных драйверов.

О сотрудничестве CERN и NI в развитии стандарта 64-х битных операционных систем на базе Linux, встраиваемых распределённых систем управления и мониторинга и увеличении производительности вычислительных систем см. также здесь.