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装置控制与数据获取
- 功发 刘 (高能所)
装置控制与数据获取
- 蓉 杜 (高能所)
定时与数据采集系统是SHINE装置实现高精度实验控制与高速数据获取的核心基础设施。该系统需支持超过24种设备类型，涵盖定时触发、泵浦-探测激光控制、光学诊断、实验站仪器控制等功能。核心目标包括：基于Bunch-ID实现最高100kHz的数据采集速率，集成加速器与环境数据，并提供用户友好的统一图形界面。
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上海光源(SSRF)作为高性能同步辐射光源装置，其控制系统是保障束流稳定、设备安全与高效供光的核心支撑。针对控制系统在长期运行中出现的硬件老化、通信瓶颈、操作系统停止服务及关键器件进口依赖等问题，展开了系统性升级改造与运维优化工作。通过将传统VME电源控制架构替换为SoftIOC及以太网分布式架构、升级插入件前馈控制系统、控制网络交换机升级改造、搭建高精度时标系统与历史数据平台、研制国产处理器IOC控制器并使用国产Linux操作系统，全面提升了系统稳定性与自主可控水平。对比2022年和2025年运行数据,控制系统年故障次数由29次降至8次，影响束流时间由4.29小时降至1小时，MTBF(平均无故障工作时间)由292小时提升至973小时，运行稳定性显著提升。该工程实践可为同步辐射光源及同类大科学装置控制系统的长期运维、技术升级与国产化替代提供参考。
随着合肥光源（HLS-II）重大维修改造的顺利完成，装置性能得到了极大提升，传统依赖人工控制的谱学实验方法已经无法满足装置连续实验的控制需求。同时，合肥光源光电子能谱实验站（BL10B）样品与光斑对齐依靠实验站科学家通过监控画面手动调节样品台完成，耗时较长且精度无法保证。为应对样品种类多、测试需求量大，以及人工操作复杂、经验依赖强、对齐精度和效率低等问题，本工作对HLS-II BL10B进行了自动化控制改造，开发了自动对光控制系统。
针对BL10B超高真空实验环境以及低照度图像的观测需求，工作提出一套面向光电子能谱实验的视觉识别与定位方法，实现了谱学表征位点的三维空间定位、基于实验序列的样品台移动路径规划及自动样品切换功能。该系统已投入正式使用，实际运行结果表明，实验的对光效率至少提升5倍、平均定位误差小于0.45...
目的：同步辐射光束线的性能对于实验的有效开展至关重要。合肥光源（Hefei Light Source，HLS）是一台专用真空紫外和软X射线同步辐射装置，共振软X射线散射线站（BL05U-B）为软物质材料的微观结构与成分表征提供重要的实验平台。由于光束线结构高度复杂，手动调优通常需要数小时甚至更长时间。智能调优方法能显著提高效率，但实际在线测试机会有限。因此，亟需开发虚拟光束线平台以开展智能调优的方法研究与验证。
方法：本研究基于实验物理与工业控制系统（Experimental Physics and Industrial Control System，EPICS）架构搭建虚拟光束线平台。利用XRayTracer（XRT）束线追迹软件构建BL05U-B的仿真模型，并生成虚拟光斑预测模型的数据集。为了充分利用这些数据，采用K折交叉验证方法训练基于神经网络（Neural...
本报告以SHINE加速器为背景，围绕其复杂运行环境下控制与数据管理的核心需求，构建了一套覆盖底层控制、平台支撑与智能分析的全栈式技术体系。在控制系统方面，基于硬件设施与虚拟化集群，实现了统一、高可用且弹性可扩展的控制平台。在数据层面，采用Archiver Appliance多节点集群化配置实现过程数据的高可靠记录，采用HDF5格式进行波形数据和图像数据的采集与管理，并基于Phoebus/alarms与MPS联锁信息构建综合报警系统。在此基础上，建立多模态分析平台以支持多样化统计与分析任务，并专门开发了定时系统分析诊断平台与联锁系统故障智能分析平台，分别用于运行异常的定期诊断与联锁事件的根因定位。进一步地，引入数字孪生技术实现装置状态的实时映射与预测分析，并对未来AI技术在智能决策、故障预测及运行优化等方面的应用进行了展望。
原子分子反应成像（AMO）实验站是上海硬 X 射线自由电子激光装置（SHINE）束线站总体首批规划建设的实验站之一， 可以实现在飞秒时间尺度和原子空间尺度上直接观察复杂原子分子反应过程。AMO实验站多功能成像系统的主要探测设备包括微通道板（MCP）、延迟线（Delay line）和时间数字转换器（TDC）。其中MCP和延迟线用于记录反应过程中产物粒子的飞行时间，后续从这些数据可以重建出这些粒子的三维动量；TDC的功能则是把MCP和延迟线的探测信号转换成时间信号输出来。AMO实验站数据采集软件的核心功能就是把TDC产生的数据读取出来保存到本地，同时还需要兼顾与控制系统、定时系统、在线分析系统、数据管理系统等软件的联动。本报告将介绍TDC数据采集软件的需求分析、架构设计、技术路线、测试结果以及与其它软件的联调测试结果。
STARLIGHT 为一款在研的主要面向 SHINE 高重频 XFEL 应用需求的大面阵、高帧频 X 射线像素探测器。该探测器预计产生的超高通量数据（STARLIGHT1-4M@10kHz，80GB/s）对读出电子学和数据获取系统均提出了巨大挑战。数据获取系统对接读出电子学，负责配置命令的下发和高通量数据的接收及处理等。本报告将主要介绍 STARLIGHT数据获取系统的软硬件研制进展，包括 STARLIGHT0 上位机软件的开发和应用情况，以及针对STARLIGHT1的近百 GB/s 超高通量数据获取的方案设计和实施进展。
