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School of Engineering

Forschungskooperation mit der European Spallation Source (ESS)

Im Rahmen einer mehrjährigen Forschungskooperation (In-Kind-Partner) mit der European Spallation Source (ESS) in Lund, Schweden, werden folgende Themen verfolgt:

Fast Beam Interlock System

Darstellung der FBIS Komponenten entlang dem 600m langen ESS Linearbeschleuniger.

Das Fast Beam Interlock System (FBIS) evaluiert Abschaltanfoderungen von Sensor Systemen und bringt die Anlage innerhalb von mikro-Sekunden in einen sicheren Zustand wenn dies gefordert ist. Das FBIS überwacht den sicheren Zustand und aktiviert zusätzliche Abschaltsysteme sofern notwendig. Damit ist das FBIS das zentrale Bindeglied innerhalb des Machine Protection Systems-of-Systems. Die ZHAW hat vom Konzept über die Entwicklung (Elektronik, Software, Mechanik) bis hin zur Validierung und Inbetriebnahme sämtliche Phasen des FBIS geleitet und als Hauptumsetzungspartner realisiert. 

Die "Signal Conversion Unit" bildet die Schnittstelle zu ESS Sensor- und Aktuator-Systemen, aggregiert deren Signale und führt eine erste Signalverarbeitung durch. Die Hardware wurde gemäss den Schnittstellenanforderungen spezifisch für die ESS entwickelt. Ebenso die Software und Firmware welche auf den zwei redundanten "Serializern" läuft. Das Modulare System verfügt über eine Backplane mit einer dual-star Architektur was eine vollständige Redundanz ermöglicht.
Die "Decision Logic Nodes" realisieren die FBIS Logik und fordern und überwachen den Sicheren Zustand. Die Hardware ist "commercial of the shelf" und kommt aus dem Telekombetrieb. Software und Firmware wurden spezifisch für die ESS implementiert.
FBIS Installation im sogenannten "Front-end Building". Das Bild wurde während der Inbetriebnahme aufgenommen. Einige Sensor Systeme sind bereits angeschlossen, diverse Module und Schnittstellen sind jedoch noch nicht installiert. Ebenfalls fehlen noch die optischen Kabel sowie die Netzwerkanbindung.
Eine Collage von Bildern die während der Projektlaufzeit entstanden sind.

Den aktuellen Status des FBIS an der ESS kann über den Public Operations Screen verfolgt werden.

Hardware-in-the-Loop Testsystem

Um die Machine Protection Systems-of-Systems effizient entwickeln und testen zu können wurde an der ZHAW ein Hardware-in-the-Loop Testsystem entwickelt. Das modulare System basiert auf Hardware und Software von National Instruments und erlaubt es Unit- Integrations- und Systemtests durchzuführen. Um auch im Kontext des Fast Beam Interlock Systems verwendet werden zu können, ist eine Messgenauigkeit bis 10ns möglich. Das Testsystem System erlaubt es vordefinierte Testfälle durchzuspielen, bietet aber auch die Möglichkeit die ESS Aktuator-Schnittstellen in Echtzeit zu emulieren.

Das Testsystem basiert auf der National Instruments Software VeriStand welche dank seiner vorgefertigen Architektur eine effiziente Erstellung von Echtzeit-Prüfanwendungen (Multicore-fähige Echtzeit-Engine) mithilfe einer konfigurationsbasierten Entwicklungsumgebung ermöglicht. Diverse physikalische Arten von Hardware Ein- und Ausgänge wurden eingebunden und die Funktionalität des Testsystems durch zusätzliche benutzerdefinierte "Custom Devices" und "FPGA Personalities" welche in LabView und VHDL implementiert wurden, ergänzt. 

Vom Testsystem bestehen zwei identische Kopien: Eine befindet sich an der ZHAW, die andere an der ESS.