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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


EINLEITUNG

Warum habe ich in FLASH keinen Strahl mehr?


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


MACHINE

PROTECTION

SYSTEM

Funktionsweise


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


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)


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


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


LIMITIERUNG DES

BUNCH PATTERN

MPS > Timing > Laser


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


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


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)


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!


OPERATING

Vorgehensweise


Main Taskbar

> Öffnen der MPS-Panels und Maschinen-Mode Übersicht

> Nächste Folien: Überschrift entspricht den Button-Beschriftungen


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


BIS Alarm details (MainTaskbar > MPS)

> Übersicht BIS Signale Details


MPS Status (MainTaskbar > MPS)

> Alarm in FLASH1: „No mode => no beam“

> FLASH1 Strahl ist geblockt

> FLASH2 ist hier nicht betroffen


BIS Alarm details (MainTaskbar > MPS)

> Ausfall Magnet PS Q10SMATCH führt zum Verlust des Beam-Modes


Laser2 (MainTaskbar > Injector)

> Laser Shutter lässt sich nicht öffnen

> Laser zeigt 0 trigger => 0.00 nC

> MPS Beam Mode Warnung (Anzeige der Laser Inputs)


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)


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


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

…


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)


FLASH2 Limmiting elements (MainTaskbar > MPS) NEU!


FLASH2 Limmiting elements (MainTaskbar > MPS)

> „short pulse mode“ ausgewählt (in BIS SPS): Limit = 30 b



> Limit = 2 b durch OTR Seed4, 30 b durch BIS und BLM Alarm in Seed



> 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)



> Kein Beam Mode: OTR Seed4 in undefinierter Position


MPS Details Panel (Expert View)

> Öffnet sich durch Klicken auf die jeweilige Sektionen im Panel FLASH2 Limiting Elemets


MTCA Laser (MainTaksbar > Injector)

> Anzeige aller Lasercontroller Statussignale in der Übersicht


(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


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:


Ende.

> Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit.

> Fragen?

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