Sistema para el Control de Experimentos de un Acelerador Tipo PeletrnPor: Ing. Rafael Macas Prez Institucin: Instituto de Fsica, Universidad Nacional Autnoma de Mxico (IFUNAM) Productos utilizados: - LabVIEW FDS. - Tarjeta Multi-I/O PCI-6024E. - FieldPoint: FP-1000, FP-AI-110, FP-AO-200, FP-DI-301, FP-DO-401, FP-RLY420. - Tarjeta interfaz serial AT-232/2. El reto: Ampliar las posibilidades de control del acelerador peletrn con vistas a mejorar su operacin y funcionamiento, automatizar las nuevas lneas experimentales, poner en prctica una amplia gama de proyectos de investigacin y permitir el intercambio de datos experimentales a travs de Internet. La solucin: Desarrollar aplicaciones en LabVIEW que permiten el acceso al sistema de control original del acelerador, el control de su funcionamiento y la realizacin de diversos experimentos, adicionar nuevos elementos controlables al sistema mediante el uso de mdulos FieldPoint y utilizar componentes ya instalados como elementos de control conectados a una computadora personal a travs de tarjetas DAQ, interfaz serial y circuitos complementarios desarrollados en nuestra institucin. Introduccin: En el Instituto de Fsica de la UNAM se encuentra operando desde 1995 un acelerador de partculas del tipo Peletrn de 3MV. Este acelerador contaba inicialmente con dos lneas experimentales dedicadas a la implantacin de iones y al anlisis elemental. Posteriormente se le adicionaron dos nuevas lneas: la lnea de PIXE y el Separador Isotpico, dedicado al estudio de reacciones nucleares. El sistema de control original est programado en Visual Basic para DOS y permite al operador establecer los parmetros para el funcionamiento del acelerador y obtener un haz de partculas de caractersticas especficas. Este sistema funciona de modo manual y no admite comunicacin con elementos externos, ni la realizacin de otras tareas excepto para las que fue diseado. Es por ello que resulta imposible controlar el funcionamiento de las nuevas lneas experimentales de manera automatizada y realizar experimentos que involucren dos o ms elementos de los ya instalados. Ante esta situacin se hizo indispensable la realizacin de modificaciones al sistema de control original del acelerador. Inicialmente se plantearon dos alternativas: 1) disear un nuevo sistema de

control y 2) actualizar el sistema de control original. La primera opcin requiere un mayor tiempo de planeacin y recursos, as como un conocimiento detallado de las particularidades de los sistemas electrnicos de control asociados al acelerador. La segunda opcin result ms acertada en las condiciones actuales. Su realizacin, como primera etapa, comprende la utilizacin de elementos que se encuentran en funcionamiento actualmente y la incorporacin de herramientas desarrolladas por National Instruments para una transformacin ms rpida y eficiente. Descripcin del sistema desarrollado: 1. Para la actualizacin del sistema de control del acelerador se llevaron a cabo diferentes acciones: a) Se realizaron modificaciones al software de control para el acceso a su base de datos de manera externa. b) Se instal una tarjeta de red en la computadora original. c) Se coloc una computadora auxiliar, conectada en red con la computadora original, en la que se desarrollaron aplicaciones en LabVIEW 5.1 para Windows que permiten el acceso total a la base de datos a travs de Ethernet (ver Fig.1 y 2). El uso de LabVIEW como lenguaje de programacin facilit la implementacin de diferentes algoritmos para la interpretacin y modificacin de los parmetros del acelerador desde la computadora auxiliar, aprovechando todos los elementos controlables del mismo. Las bondades de LabVIEW se hicieron evidentes: el manejo de archivos, el procesamiento de la informacin y la graficacin de los resultados permiti de manera intuitiva la ejecucin de variados experimentos que antes resultaban difciles o imposibles de realizar; por ejemplo: el barrido del imn inyector para lograr las condiciones ptimas de obtencin de un haz de iones especfico. Esto permiti la utilizacin de haces de iones que no haban podido obtenerse hasta el momento con la configuracin original del sistema. Fue posible adems, monitorear los parmetros del acelerador desde computadoras ubicadas fuera del laboratorio mediante el uso de datasocket y LabVIEW y desarrollar aplicaciones para la medicin de los campos magnticos de diferentes imanes utilizando medidores conectados al puerto serial de la computadora auxiliar en estrecha relacin con los parmetros ledos desde la computadora de control original. Para esta ltima aplicacin se utiliz la tarjeta de interfaz serial AT-232/2 que adiciona dos puertos seriales a la computadora. 2. La incorporacin de nuevas lneas experimentales se vio muy favorecida con lo anteriormente expuesto y con la acertada utilizacin de FieldPoint como herramienta de control. En el diseo e implementacin de la lnea del Separador Isotpico se utilizaron los siguientes mdulos FieldPoint: FP-1000, FP-AI-110, FP-AO-200, FP-DO-401, FP-DI-301 y FP-RLY-420 (ver Fig.3). El mdulo de comunicacin serial FP-1000 se conect a la computadora auxiliar a travs de la tarjeta AT-232/2 y de un convertidor serial-fibra ptica. Mediante los mdulos mencionados se controlan diversos dispositivos electromagnticos como vlvulas, doblete cuadrupolar, caja de Faraday, imn selector, filtro de velocidades y sistema de vaco que, de esta forma, quedan incorporados al sistema de control del acelerador. El uso de FieldPoint en esta tarea permiti

manejar una gran variedad de elementos a travs de una interfaz comn, controlada de manera eficiente mediante LabVIEW. 3. El acelerador cuenta con cinco monitores del perfil del haz BPM-80 ubicados en diferentes puntos de la instalacin. Estos monitores permiten evaluar la posicin y calidad del haz a lo largo de su trayecto mediante la visualizacin alternada de los perfiles en un osciloscopio. Se dise un circuito acondicionador que permiti introducir a la computadora auxiliar las seales producidas por dos de estos de estos monitores. Este circuito acondicionador es controlado mediante la tarjeta de adquisicin PCI-6024E. Los canales de entrada de esta tarjeta se configuran en modo diferencial para la adquisicin de los perfiles de haz y sus respectivas marcas. Para el disparo de la adquisicin se utilizan las entradas PFI0 y PFI1, activadas por el propio circuito acondicionador. Los dos contadores de la PCI-6024E se utilizan para medir la frecuencia de giro de los motores de los monitores y las salidas analgicas para la compensacin del voltaje de offset. Dos de las salidas digitales de la tarjeta se utilizan para conmutar las ganancias de los amplificadores de los monitores. Todo esto permite observar en la computadora auxiliar los dos perfiles simultneamente y ajustar los parmetros del acelerador con vistas a obtener un haz con las caractersticas deseadas (ver Fig.4). La tarjeta PCI-6024E ofrece una gran versatilidad a un bajo costo y en esta tarea se aprovechan al mximo todas sus posibilidades: entradas y salidas analgicas y digitales, disparo digital y contadores. Conclusiones: Los desarrollos antes expuestos confirman la factibilidad de incorporar nuevas lneas experimentales al acelerador utilizando la experiencia adquirida en el desarrollo de la lnea del Separador Isotpico, con un costo y tiempo reducidos. Se hace evidente la posibilidad de realizar de manera automatizada experimentos de diversa ndole, as como de controlar el funcionamiento del propio acelerador. La utilizacin en conjunto de diferentes herramientas desarrolladas por National Instruments (tarjeta DAQ, interfaz serial, FieldPoint y LabVIEW), ha sido decisiva para el buen desenvolvimiento de esta tarea. La facilidad de integracin de estas componentes permite al desarrollador concentrarse en las particularidades del experimento y lograr un ambiente nico de desarrollo. Se prev prximamente iniciar el diseo de un nuevo sistema de control que sustituir al original e incluir las nuevas lneas experimentales, as como el monitoreo e intercambio de datos a travs de Internet utilizando las ltimas tecnologas ofrecidas por National Instruments en sus productos. Ing. Rafael Macas Prez, Instituto de Fsica UNAM, Electrnica macias@fisica.unam.mx