实验物理和工业控制系统(EPICS)与LabVIEW接口的应用研究

　　1　EPICS控制系统简介

　　EPICS(Experimental Physics and Indus-trial Control System)是大型实验物理和加速器控制系统组态软件工具,已在国外各大实验室的各种加速器装置上得到广泛应用,BEPCII控制系统也是在EPICS框架上进行开发的。EPICS系统在3.14版本以前,前端机IOC一般是在基于VME总线的实时操作系统Vx-Works平台上运行的。EPICS发展到3.14版本以后添加了一些功能,可以在Windows平台上运行EPICS IOC。这一新功能可以使在Windows平台下的I/O设备直接被EPICS系统所访问,无需重新开发EPICS环境下的设备驱动程序,大大节省了软件的研发时间。

　　EPICS由三部分组成,包括运行在客户端的操作员接口模块OPI(Operator Interface)、运行在服务器端的输入输出控制模块IOC(In-put Output Controller)和网络通讯模块CA(Channel Access)。它们以客户/服务器模式工作在网络环境中,客户端通常运行在UNIX/Windows NT系统环境中,服务器端通常运行在VxWork操作系统平台上。EPICS控制系统结构如图1所示。

　　2　LabVIEW和EPICS的接口

　　通常,前端设备的控制采用各种总线形式。目前,美国NI公司的LabVIEW语言常用于在Windows环境下开发I/O设备驱动程序。LabVIEW语言是一种带有扩展库函数的通用程序开发系统,提供许多库函数,包括数据采集、GPIB和串口仪器控制,数据显示、分析和存储等。开发者可以利用LabVIEW提供的库函数,轻松完成设备驱动程序的开发。对于常用的前端设备来说,设备生产厂家会提供Lab-VIEW的驱动程序,这样可以减少软件开发人员的工作量,缩短程序开发周期。在Lab-VIEW环境下开发的程序称为虚拟仪器VI(Virtual Instruments),虚拟仪器技术是当前测控领域的技术热点,目前已经广泛应用于产品性能测试、设备故障诊断、生产过程控制等领域。采用虚拟仪器技术构建测试程序,开发效率高,可维护性强,测试精度、稳定性和可靠性能够得到充分保证,便于设备更新和功能转换与扩充。

　　由美国散裂中子源(SNS)开发的共享内存(Shared Memory),提供了LabVIEW与EP-ICS IOC的接口,它可以将LabVIEW中的变量同Win32平台上EPICS IOC中的过程变量PV对应起来。在LabVIEW下采集的数据,可以通过前端的Windows IOC与基于EPICS的控制系统相联系。LabVIEW和Windows IOC之间可以发送中断信号,相互通知数据可用信息。共享内存与EPICS数据库的关系,如图2所示。

　　美国散裂中子源开发的共享内存,支持包括数组在内的多种数据类型,支持EPICS的ai, ao, longin, longout, bi, bo, waveform(inand out)等记录类型;支持数据时间标志;根据来自EPICS IOC数据库的信息可以创建和配置共享内存;可对PVs进行I/O操作。调用共享内存接口可完成如下功能:创建、查找和删除变量(即EPICS PV);对变量进行读或写操作;通过设置中断完成设定和接收事件触发;获取变量的信息。