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

摘要

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 gigabaj-tach 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.rnArtykuł 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 (Expe-rimental 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.%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.