Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixeldetektor-Kontrollsystems

1. Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixeldetektor-Kontrollsystems Diplomvortrag von Tobias Henß

2. Inhalt • Einleitung: LHC, ATLAS, Pixeldet., DCS • Teil 1: Systemintegration • Teil 2: Automatisierung • Teil 3: Graphische Darstellung der Messwerte Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

3. Der LHC am CERN • ~27 km Umfang • ~100 m unter der Erde • 4 Großexperimente • 7 TeV Proton-Strahlen • 14 TeV Schwerpunktsenergie • Kollisionen alle 25 ns Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

4. Die physikalische Motivation Standardmodell: • Die Suche nach dem Higgs-Teilchen • Präzisionsmessungen der Eigenschaften bekannter Teilchen (Top-Masse, W-Masse,…) Über das Standardmodell hinaus: • Super-Symmetrie • Extradimensionen Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

5. Das ATLAS-Experiment Magnetsystem Hadronisches Kalorimeter Myonkammern • 44 m lang • 22 m hoch • 7000 t schwer Innerer Detektor (TRT, SCT, Pixel) Elektromagnetisches Kalorimeter Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

6. Der Pixeldetektor • ~1,3 m lang (mit „Discs“) • 25 cm Durchmesser (ohne Supportstruktur) • 3 Zylinderlagen, 6 Discs • ~2 m2 Sensorfläche • 1744 Module à 46080 Pixel ~ 80 Millonen Pixel • Pixelgröße 50 mm mal 400 mm Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

7. Versorgungs- und Kontrollkanäle Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

8. DCS:Detector Control System • Aufgabe: Überwachung und Kontrolle der gesamten für den Betrieb des Detektors notwendigen Hardware • Über eine Entfernung von mehr als 100 m • Zugang während des Betriebes nicht möglich • Schäden an der Hardware müssen verhindert werden (Temperatur, zu hohe Leistung) • Software: PVSS II der Firma ETM dient als Programmierumgebung (ATLAS-weit) • Pixel-DCS: Einteilung in mehrere Software-Projekte Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

9. Terminologie • Funktional: • Gliederung folgt der Zugehörigkeit zu bestimmten Gerätetypen • Beispiel 1: Eine Spannungsversorgung gehört zur Gruppe der Hochspannungsversorgungen • Zugriff über: „IsegHV18.Channel3“ • Geographisch: • Gliederung folgt der Detektorstruktur • Beispiel: Ein Modul besitzt eine Hochspannungsversorgung • Zugriff über: „Module4.HV“ Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

10. FIT:Front-End Installation Tool • Kommunikation mit der eingesetzten Hardware über verschiedene Schnittstellen • Bereitstellung von virtuellen Geräten für die anderen Subprojekte des Pixel-DCS (ELMB, Iseg HV, …) • Möglichkeit der funktionalen Überwachung und Kontrolle (Experten) Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

11. SIT:System Integration Tool • Integration der vom FIT bereitgestellten Hardware in die geographische Struktur • Verantwortlich für die Filterung und Archivierung der Daten in den Archiven • Bereitstellung von benutzerfreundlichen geographischen Fenstern (Panels) für Überwachung und Steuerung der eingebundenen Hardware (z.B.: Modul-HV statt Iseg-HV) Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

12. Teil 1: DCS und Systemverwaltung • Der Pixeldetektor wird von zahlreichen Versorgungseinheiten gespeist • Diese müssen in DCS eingebunden und von DCS überwacht und gesteuert werden • Dabei müssen die in der Realität vorgenommenen Verkabelungen innerhalb der Rechner bekannt sein • Eine für die Systemtests bisher unnötige Automatisierung der Konfiguration muss vorbereitet werden • Dem Nutzer muss die Möglichkeit gegeben werden, bei der Vielzahl der Kanäle den Überblick zu behalten Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

13. Von DCS zu verwaltende Verbindungen Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

14. Modularitäten der Hardware Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

15. Der geographische Ansatz PCC Half-Stave Module Channel Layer Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

16. Arbeitsteilung FIT/SIT SIT FIT Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

17. SIT-Detector Konfiguration Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

18. Das Konfigurationsprinzip Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

19. SIT-Detector graphische Ansicht Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

20. SIT-Detector tabellarische Ansicht Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

21. Export/Import von Konfigurationen Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

22. Zusammenfassung Teil 1: • Geographischer Ansatz: virtuelles Abbild des Detektors innerhalb von PVSS • Konfiguration entspricht der Verkabelung • Konf. durch eigene Panels, als auch durch Import von Konfigurationsdateien • Tabellarische und graphische Kontroll- und Überwachungsansicht • Nutzer muss funktionale Struktur nicht mehr kennen, um das System zu steuern Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

23. Teil 2: DCS und Automatisierung • Expertenkenntnisse für Betrieb des Kühlsystems in Marseille notwendig • Wunsch nach Automatisierung • Erweiterung und Nutzung des bestehenden DCS • Erstellung von sehr einfach zu bedienenden Kontrollpanels • Automatische Überwachung des Taupunktes Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

24. Evaporative Kühlung in ATLAS Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

25. Das Marseiller Kühlsystem P SYMBOLS R = regulator (dome loaded) BPR = back-pressure regulator (dome loaded) V = valve (hand operated) Vp = valve (pneumatically operated) MFM = mass-flow meter (Vapor only) V3 = 3 way (by-pass) valve (water only) MFM BPR V P V V V Specialist by-pass Buffer V P View glass P Vp Vp Pixel bistave Vp Vp V V Vp Filters/ dryers Bistave capillary Vp Pix flow Compressor R Vp Precooling capillary PC flow R P P V V Vacuum port V V P Condenser b V3 V V Line precooling a Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

26. DCS-Kühlsystempanel Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

27. Zusammenfassung Teil 2 • Mit Hilfe einer FSM ist die Bedienung während des Betriebes durch Nicht-Experten möglich und wird genutzt • Durch die Implementation eines PID-Reglers im Kühlkreislauf kann die Temperatur automatisch geregelt werden • Ein einfaches Alarmsystem warnt vor Unterschreiten des Taupunktes Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

28. Teil 3: Graphische Darstellung der Messwerte • Darstellungsfähigkeiten von PVSS stark eingeschränkt • Nutzung einer unabhängigen und leistungsfähigen Software zur grafischen „Online“-Darstellung der Messwerte: ROOT • Implementation einer Schnittstelle zwischen PVSS und ROOT • Erstellung eines einfach zu handhabenden Benutzerpanels auf ROOT-Basis Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

29. Terminologie • Graph: „Wert gegen Zeit“ (statisch) • Trend: „Wert gegen Zeit“ (dynamisch) • Histogramm: „Häufigkeit gegen Wert“ • Relationsplot: „Wert gegen Wert“ Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

30. Die Problemstellung • Nutzung eines geeigneten Protokolls für die Datenübertragung • Extraktion und Umwandlung der Daten aus den PVSS-Archiven • Im Falle eines Trends kontinuierliche Extraktion und Darstellung • Erstellen der Graphen, Histogramme oder Relationsplots • Unabhängigkeit des ROOT-Panels von PVSS (Remoteüberwachung) • Verzicht auf ROOT-Makros zugunsten eines einfach zu bedienenden Front-Panels Nutzung/Erweiterung des bereits bestehenden Interfaces von Viatcheslav Filimonov (ATLAS-DCS, CERN) Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

31. Das ROOT-PVSS-Interface Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

32. Die ROOT-Klassen Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

33. Client-Server-Prinzip Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

34. Das ROOT-Panel (oder Client) Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

35. Histogramme Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß

36. Zusammenfassung Teil 3 • Durch Verwendung von TCP/IP und ROOT ist das System ohne PVSS-Installation auf „nicht-DCS-Rechnern“ verwendbar • Das Kommunikationsprotokoll erlaubt nun eine ausreichende Datentransferrate • Trends, Graphen, Histogramme und Relationsplots sind nun möglich Benutzerschnittstellen des ATLAS-Pixel-DCS Tobias Henß