FLASH Operator Training 2017. „Warum habe ich keinen Strahl in FLASH?“
Oder:
Funktionsweise des MPS und Fehlerdiagnose
Christian Grün
03.03.2017
Christian Grün | FLASH Operator Training 2017 | 03.03.2017 | Seite 2
Agenda
I. Warum habe ich in FLASH keinen Strahl mehr?
I. Einleitung
II. Funktionsweise des Machine Protection Systems
I. Beam Interlock System BIS
II. Beam Interlock Concentrator BIC
III. µTCA based MPS
III. Limitierung des bunch patterns durch das MPS
I. Verknüpfung mit Timing und Laser
IV. Operating
I. Alarmhandling
II. Special Issues
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EINLEITUNG
Warum habe ich in FLASH keinen Strahl mehr?
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Warum habe ich (plötzlich) keinen Strahl mehr in FLASH?
> Ursache (meistens):
Fehlfunktion einer Komponente oder Meldung eines strahlinduzierten Alarms
Schutz der Maschine vor Beschädigung durch Strahlverluste, Aktivierung, o.ä.
> Wirkung
Machine-Protection-System blockiert die Erzeugung des Strahls
> Darstellung
Kein Strahl am Toroiden 3GUN
Laser-Shutter ist geblockt und kann nicht geöffnet werden
GUN RF ist aus
Bunchzug wird gekürzt (cutting)
Transmissionsverschlechterung ist nicht MPS-induziert!
> Möglichkeit
MPS als Diagnosemittel zur Detektion von Fehlern
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MACHINE
PROTECTION
SYSTEM
Funktionsweise
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Das Machine Protection System (MPS)
> Schützt den Beschleuniger vor Beschädigungen
> Sammelt Statusinformationen/Alarme diverser Komponenten
> Dezentrales System „gewachsen“ aus verschiedenen Ansätzen
MPS Master MPS Master MPS Slave MPS Slave
MPS Slave MPS Slave
BIS SPS
& BIC
BIS SPS
& BIC
MPS Slave MPS Slave
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Beam Inhibit System BIS
> Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS)
> Zuständig: Injektor und FLASH1
> Sammelt alle „statischen“ Alarmsignale
Schirme, Ventile, Wasserschalter, Magnet PS, …
> Logikverknüpfung innerhalb der SPS
> Erzeugung von Beam Modes:
Single Pulse Mode (2 Bunches)
Short Pulse Mode (30 Bunches)
Long Pulse Mode (∞ Bunches)
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Beam Interlock Concentrator BIC
> Zuständig für schnelle Signale
BLMs (nur FLASH1)
Noch: Toroid-Protection-System (FL1 und FL2)
> Übermittelt Sammelmeldungen (or gate)
Alarmdaten an µTCA based MPS
Zur Visualisierung an BIS SPS
Es gibt BIC 1 – 10
> Keine interne Logikverknüpfungen
Außer Verknüpfung zur Sammelmeldung
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µTCA based MPS (DAMC2 FPGA Board und MPS-RTM)
> Sammelt (fast) alle FLASH2 Alarm-Signale
„langsame“ und „schnelle“ Signale
> Erhält und verarbeitet Inputsignale der BIS-
SPS und dem BIC
> Ist der Master für FLASH und für die Korrektur
des bunch trains verantwortlich
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LIMITIERUNG DES
BUNCH PATTERN
MPS > Timing > Laser
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Timing System - Bunch Pattern Word
> 32 bit Register definiert eindeutig jeden Bunch
> Eingabe durch Operateur im Timing Master
Ladungsbereich
Laser
Beamline
Special Modes
0
31
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Timing Slaves Timing Slaves Timing Slaves Timing Slaves
MPS Slave MPS Slave MPS Slave MPS Slave
Limitierung des Bunch Patterns
> Limitierung im Timing Master durch Beam-Mode und Section Pattern
MPS Master MPS Master
MPS Slaves MPS Slaves
BIS SPS
BIC
BIS SPS
BIC
Operateur Operateur Timing Master Timing Master
Wunsch
Pattern
Beam-Mode Vektor
Section-Pattern Vektor
Timing Slaves Timing Slaves
korrigiertes
Pattern
> Aktualisierung der Tabelle mit 10 Hz
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Verbindung Laser – MPS - Timing
> Timing sendet gewünschtes Bunch Pattern
Laser und Beamline Information
> MPS sendet Fast Inhibit Signale
Signale sind Beamline zugeordnet
Latenz: max. 4,5 µs (abhängig von Anzahl der MPS slave Module)
Pcell Inhibit
Shutter Inhibit
Timing Slave Timing Slave
MPS Master MPS Master
Laser Pulse-
Controller
Laser Pulse-
Controller
Korrigiertes Pattern
Fast Alarm Signals
PCell PCell Beamline- und Laser-bit
FLASH1, FLASH2 und FLASH3
Shutter Shutter
> Laser Pulse Steuerung
Pockels-Zelle (fast)
Shutter (slow)
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Wichtigste Fakten zur Limitierung des Bunchmusters
> MPS blockiert den Strahl um Schäden der Maschine bei Fehlfunktionen
von Komponenten oder durch schlechter Strahlkontrolle zu verhindern
> MPS setzt Limitierung pro Beamline (FL1, FL2 und Injektor)
MPS Master sammelt Signale von Slave Modulen, BIS und BIC
Langsame Limitierung (10Hz): Korrektur des Bunchmusters im Timing-Master
Produziert durch „quasi statische“ Alarme wie Ventile, Magnet PS, …
Redundanz durch schließen des Lasershutters (shutter Inhibit)
Schnelle Limitierung (intra bunch train): Korrektur durch Inhibit-Signale an den Laser
Wird erzeugt durch schnelle Alarme wie TPS, BLMs, …
Wirkt direkt auf Laser Pockels-Zelle
> Laser produziert korrigiertes Bunchpattern
Steuerung des Pulszuges durch Pockels-Zelle
> MPS Alarme können durch Operateur nicht übergangen werden!
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OPERATING
Vorgehensweise
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Main Taskbar
> Öffnen der MPS-Panels und Maschinen-Mode Übersicht
> Nächste Folien: Überschrift entspricht den Button-Beschriftungen
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MPS Status (MainTaskbar > MPS)
> Übersicht über die BIS Signale
> Alles Grün: in FLASH1 wird wahrscheinlich >1 Bunch möglich sein
Master bleibt aber immer noch das µTCA MPS
> FLASH2 BIS Signale werden hier auch dargestellt
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BIS Alarm details (MainTaskbar > MPS)
> Übersicht BIS Signale Details
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MPS Status (MainTaskbar > MPS)
> Alarm in FLASH1: „No mode => no beam“
> FLASH1 Strahl ist geblockt
> FLASH2 ist hier nicht betroffen
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BIS Alarm details (MainTaskbar > MPS)
> Ausfall Magnet PS Q10SMATCH führt zum Verlust des Beam-Modes
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Laser2 (MainTaskbar > Injector)
> Laser Shutter lässt sich nicht öffnen
> Laser zeigt 0 trigger => 0.00 nC
> MPS Beam Mode Warnung (Anzeige der Laser Inputs)
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BIC Alarm (Ansichten: BIS und Laser1)
> BIC Alarm (fast alarms) wirken auf Pockels-Zellen der Injektorlaser
> Angezeigt im Laser und BIS Panel (BLM Alarme auch im SASE Tuning)
> Führt zum „Schneiden“/„cuting“ des Pulszuges (max. Latenz 4,5µs)
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BIC (MainTaskbar > MPS)
> BIC 5 : BLM Alarme im FL1 Dump Bereich
> BIC 2 FLASH1: Sammelpunkt und Weiterleitung an MPS
> BIC 1 Injektor (Common): TPS Alarm FLASH2 (No Charge Alarm)
Kann durch kleine Ladungen (< ~100pC) produziert werden (Upgrade steht bevor)
> Historie und Beschriftung durch
Klicken auf Register
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Limiting Elements
> Einige Zustände/Alarme führen zu einer Limitierung der Bunchzuglänge
aufgeteilt auf die Bereiche Injektor, FLASH1 und FLASH2
> Operator kann aktiv zwischen short- und long-pulse-mode umschalten
Dabei wird das TPS der jeweiligen Beamline automatisch deaktiviert und aktiviert
> Folgende Komponenten führen zu einer Limitierung (30 / 2 Bunches)
Alle OTR – Schirmstationen (Bunchzahl abhängig von POS)
Bestimmte Vacuumkomponenten (z.Bsp. GUN Mode)
Deaktivierung des TPS
Falscher Strom SP der DUMP Rotatoren
Deakivierung der BLM slow-Protection
Magnete D9SMATCH und D11SMATCH (Killer Steerer)
Photonenbeamline FLASH2
…
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Limitting elements (MainTaskbar > MPS)
> Komponenten die die Bunchzuglänge limitieren werden gelb angezeigt
Hier: deaktiviertes TPS und falscher Strom RD13DUMP (Rotator FLASH1)
TPS wird automatisch aktiviert bei der Auswahl „long pulse mode“ (BIS Panel)
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FLASH2 Limmiting elements (MainTaskbar > MPS) NEU!
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FLASH2 Limmiting elements (MainTaskbar > MPS)
> „short pulse mode“ ausgewählt (in BIS SPS): Limit = 30 b
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FLASH2 Limmiting elements (MainTaskbar > MPS)
> Limit = 2 b durch OTR Seed4, 30 b durch BIS und BLM Alarm in Seed
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FLASH2 Limmiting elements (MainTaskbar > MPS)
> Neben Limitierungen werden auch schnelle Alarme (TPS und BLMs)
angezeigt:
Pfeile zeigen, dass der Alarm ständig toggelt (Alarm ist strahlinduziert)
schnelle Alarme werden künstlich verlängert um sichtbar zu sein
schnelle Alarme führen zum Schneiden des Pulszuges (Pockels-Zellen Alarm)
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FLASH2 Limmiting elements (MainTaskbar > MPS)
> Kein Beam Mode: OTR Seed4 in undefinierter Position
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MPS Details Panel (Expert View)
> Öffnet sich durch Klicken auf die jeweilige Sektionen im Panel FLASH2 Limiting Elemets
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MTCA Laser (MainTaksbar > Injector)
> Anzeige aller Lasercontroller Statussignale in der Übersicht
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(BIS-/FLASH2-) BLM protection (MainTaskbar > MPS)
> (fast) die gleichen Panels für FLASH1 und FLASH2
> Daueralarm (bis RST) wirkt auf BIS / MPS (FLASH1 / FLASH2)
> Deaktivierung möglich:
FLASH2: geöffneter Undulator
FLASH1: wire scanner
FL1 und FL2: manuell für 30min
Deaktivierung führt zu „single pulse
mode“
Automatische Reaktivierung nach
30min
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Short pulse mode und Anzahl der Bunche
> Short pulse mode im Injektor heißt MAX 30 bunche
Summe FLASH1 und FLASH2 = max. 30
Gezählt wird von Anfang des Pulszuges nach Hinten
Anzeige im Übersichtspanel:
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Ende.
> Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit.
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