Titulo Estágio
Sistema de Controlo em Tempo Real para Variáveis Lentas na Experiência de Procura Directa de Matéria Escura - Xenon1T
Área Tecnológica
Informática Industrial
Local do Estágio
Centro de Instrumentação Universidade de Coimbra
Enquadramento
A experiência de astrofísica de procura de matéria escura (Dark Matter) denominada XENON (Dark Matter Direct Search Experiment), visa a construção, no Laboratorio del Gran Sasso, em Itália, de um detector para detecção de potenciais partículas, denominadas WIMPs (Weakly Interactive Massive Particles)(1). Os modelos actuais, prevêm a existência de taxas de interacção muito baixas (1 evento/tonelada de Xenon/ano) pelo que é necessário recorrer a grandes volumes de detecção e reduzir os níveis de ruído de fundo para valores residuais. Nesta experiência, actualmente na sua terceira fase de instalação e denominada Xenon1T, será usado um detector de cintilação do tipo TPC (Time Projection Chamber de dupla fase, líquida e gasosa) que visa multiplicar o volume sensível por um factor de 20 face à versão actual (Xenon100).
O Centro de Instrumentação da Universidade de Coimbra é um parceiro activo na colaboração internacional XENON desde 2005 e tem vindo a desenvolver diversas actividades de investigação, desenvolvimento e engenharia no âmbito do seu programa de trabalhos geral (2). Muitos destes desenvolvimentos passam pela construção de protótipos experimentais de soluções para aspectos funcionais da experiência central do XENON, nomeadamente de novas soluções de detecção e de purificação do elemento sensor (xenon) em estado gasoso e liquido.
(1) http://www.lngs.infn.it/lngs_infn/index.htm?mainRecord=http://www.lngs.infn.it/lngs_infn/contents/lngs_en/research/experiments_scientific_info/
(2) http://http://xenon.fis.uc.pt/
Objetivo
Uma das tarefas do Centro de Instrumentação no âmbito da colaboração XENON (na fase Xenon1T) consiste no desenvolvimento de plataformas de leitura e controlo de sensores e instrumentos associados a variáveis lentas (Slow Control) dos diversos sub-sistemas que compõem a experiência central. Assim, neste contexto, pretende-se com o presente trabalho de Mestrado, fazer o desenvolvimento de uma plataforma centralizada de controlo, em tempo real, de variáveis lentas (sensores, instrumentos e actuadores) para o caso particular do protótipo em desenvolvimento no Centro de Instrumentação. Esta plataforma deve ser capaz de fazer o registo permanente de sensores (pressão, temperatura, nivel) e instrumentos (controladaores de fluxo, temperatura e pressão), accionar alarmes locais e remotos de segurança (email e SMS), elaborar um registo histórico e permitir a visualização gráfica do histórico recente. Pretende-se ter uma solução independente da plataforma de hardware pelo que sugere fortemente o uso da solução de Java para este fase do projecto.
No que diz respeito à experiência central do Xenon1T, as plataformas de monitorização devem ser uniformes na sua arquitectura e baseadas num standard industrial por razões óbvias de rentabilidade do trabalho desenvolvido e de escalabilidade. As conclusões a retirar do sistema usado no protótipo local permitirão dimensionar correctamente a solução standard para sub-sistemas da experiência. A solução preferencial a adoptar consiste num sistema industrial de supervisão de control e aquisição de dados (SCADA) da General Electric, iFix (3). Deste modo torna-se necessário versar a funcionalidade do sistema de slow control atrás descrito, para esta plataforma industrial. Esta tarefa consiste no desenvolvimento dos blocos de código (C/C++) para os controladores PLCs (Programmable Logic Controllers) que realizam a interface aos dispositivos de leitura da experiência (sensores, dispositivos séria, actuadores), realizar a programação das ferramentas de leitura e controlo das PLCs (4) e construir a interface com utilizador no nível de controlo (HMI) do sistema SCADA.
Do ponto de vista das valências adquiridas pelo aluno, pretende-se que este ganhe competências na criação de sistemas abertos, independentes da plataforma de hardware para controlo de variáveis lentas em tempo real. Complementarmente, pretende-se que adquira experiência no planeamente e desenvolvimento de um sistema de controlo baseado numa arquitectura SCADA, com uma solução industrial, desde o interface ao instrumento até à interface humana (HMI).
(3) http://www.ge-ip.com/products/proficy-hmi-scada-ifix-5-5/p3311
(4) http://www.ge-ip.com/products/pac-programmable-controllers/c547
Plano de Trabalhos - Semestre 1
Desenvolvimento de Slow Control para protótipo experimental (plataforma Java)
- Instalação e configuração da plataforma de hardware para leitura centralizada
- Desenvolvimento dos módulos (classes) de leitura e comunicação com sensores e dispositivos série (rs232, rs485 e USB)
- Desenvolvimento do cliente de visualização em tempo real (local ou remoto) com histórico recente.
- Desenho e instalação de base de dados (mySQL ou equivalente com ligação JDBC) com registo de variáveis (com timestamps).
- Desenvolvimento do módulo (local e remoto) de alarmes de variáveis críticas para a segurança e eficiência funcional do protótipo experimental.
Plano de Trabalhos - Semestre 2
Desenvolvimento de Slow Control para sub-sistemas da experiência central do Xenon1T (sistema SCADA)
- Familiarização com IDE para PLCs Machine Edition 7.5. Configuração, comunicações e I/O Drivers
- Desenvolvimento de blocos de código (C/C++) para comunicação com instrumentos série (rs232, rs485 e usb).
- Programação de bloco de controlo PID para controlo de variáveis de teste (fluxo e pressão de xenon em confinamento)
- Desenvolvimento do interface HMI na camada SCADA. Visualização de processos
- Introdução ao processo de configuração de alarmes e do histórico das variáveis críticas do processo (pressão, fluxo e temperatura)
Acresce ao plano de trabalhos a documentação do trabalho desenvolvido, desde a planificação até às directivas básicas para o guia do utilizador final.
Elaboração do relatório final do trabalho desenvolvido.
Condições
Do ponto de vista do aluno considera-se fundamental o conhecimento profundo de linguagem Java, C/C++ e conhecimentos de Bases de Dados relacionais (mySQL ou equivalente).
Observações
Do ponto de vista do Centro de Instrumentação são fornecidas todos os equipamentos de hardware, licenças de software e logistica de apoio ao correcto desenvolvimento do programa de trabalhos proposto.
Orientador
João Manuel Rendeiro Cardoso
cardoso@lei.fis.uc.pt 📩