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合肥光源正在新建的软X射线共振散射线站也称金华线站，光子能量覆盖240 eV ~ 700 eV，提供常规散射、共振散射和掠入射散射等多种实验方法。软X射线共振散射集成系统聚焦产业应用，建设先进的原位散射实验平台，促进我国在复杂软物质结构研究领域的发展，提高软物质生产和加工的工艺水平。金华线站建设面向软物质探测的软X射线共振散射集成系统，发展多模式散射实验方法，结合温度、力学和流体等多外场原位样品环境，有效表征产业应用中先进轻质材料在复杂加工和服役条件下的微观结构。
前端区是连接电子储存环和光束线实验站的通道，也是同步辐射装置的重要部件。从弯铁或插入件出射的同步辐射光会首先进入前端区，被前端区的固定光阑与可调光阑限制张角，吸收了部分热辐射功率，再被下游的光束线分光、聚焦、输送给最终端的实验站，从而满足各类实验站对光源的要求[1-4]。
当光束线及实验站某一位置出现真空事故时，真空事故检测对应点的真空闸板阀门需要及时落下，将储存环真空与光束线站真空隔离分开，从而确保储存环的超真空状态以维持其运行安全。同时还需要有效防止光束线站下游的仪器设备受到同步辐射光的照射而受损，保护光束线站设备的安全。因此，安全可靠的光束线站真空安全联锁系统是进行用光实验的重要基础条件[5-9]。
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新建的金华线为共用前端区的“一线三站”光束线，真空安全联锁系统逻辑框图如下图2所示。此次新建的金华线站的三个实验站采用分时用光设计。即每次只允许主线a站、支线b_xir站或支线b_rescan站其中的一个实验站用光，因此需要对三站共用的前端区挡光部件水冷光屏WM0的权限进行合理分配和限制。在确定某个实验站用光前，先选择需要用光的实验站，然后才能允许对WM0进行操控。
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合肥光源新建的金华线站安全联锁系统分联锁和解锁两种工作模式状态。系统上电默认在联锁模式工作。联锁模式下，真空安全联锁保护有效，首先选择需要进行供光的实验站，如选择主线a站供光，在满足所有供光条件后，最后才能开启水冷光屏WM0，进行用光实验。解锁模式，是一种维护模式，此时系统保护逻辑被旁路。在解锁模式下，所有阀门均可以自由开启关闭。系统如需要进入解锁模式，则需要本控的OPI界面登陆管理员账号，登陆成功后方可有解锁权限。解锁模式是一种非正常工作模式，一般是在线站维修改造或前期安装调试时用，需要线站负责人和技术人员在现场确认。
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（1）光束线前端区真空计G0、G1为金华主线a实验站、金华散射支线b_xir实验站和散射支线b_rescan实验站三个线站的共用真空检测点，G0与G1真空检测点的真空度都达到真空设定阈值要求，且金华线前端区的快阀FCV已开启，前端共用的超高真空阀门PV0才能允许打开。当G0或G1真空检测点检测到真空度差于设定阈值时，真空阀门PV0将无法开启，如果已开启则需要自动关闭；（2） 一旦检测到前端区的快阀FCV处于关闭状态，则需要联锁关闭共用的真空阀门PV0与水冷光屏WM0；（3）前端区真空阀门PV0、FCV都显示开且满足在主线a或支线b任意一个实验站的光通路上的所有真空阀门都处在开启状态，才能允许打开水冷光屏WM0，进行供光实验；（4）G1与G2真空检测点的真空度都满足真空要求，则允许主线a和支线b共用的真空阀门PV1打开；（5）同理G2与G3真空检测点的真空度满足真空要求，则允许共用真空阀门PV2打开；（6）G3与主线站G4a的真空检测点的真空度满足真空要求，则允许打开对应金华主线a站的阀门PV3a；（7）主线站a的G4a与G5a真空检测点的真空度达到要求，则允许打开对应主线a站真空阀门PV4a，PV5a打开同理；（8）支线b_xir站需要实验站接口允许信号导通，且线站最后一个真空监测点G7b满足要求，才能开启阀PV6b；（9）b_xir站其余真空阀门需要满足两端真空度好才能开启。b_rescan站同理。
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软IOC与光束线站被控对象的通信通过设备支持程序与设备驱动程序来实现。系统IOC软件平台是基于新的EPICS Base7.0.8版本，设备驱动程序采用的是基于Snap7开发的S7nodave。S7nodave用于EPICS系统与西门子1500 PLC直接通讯，可以直接通过EPICS记录读取和写入指定的PLC内存地址。S7nodave能够透明处理网络中断后重新建立连接问题，让应用开发者可以专注于应用逻辑开发而不必处理底层的通信细节。
首先为金华线站真空安全联锁系统建IOC应用程序，将S7nodave的安装路径配置到软IOC的目录configure/RELEASE下的文件中。
S7nodave=/hls/epics/modules/s7nodave
同时在软IOC目录APP/src下的makefile文件中添加如下内容：
my_DBD += s7nodave.dbd
my_LIBS += s7nodave
编写记录文件1500PLC.db，1500PLC.db是实时数据库文件，系统主要包含的记录类型有bi 、bo、 ai、 mbbi、 mbbo。下图3是bi类型的一个记录样式。
在该bi记录中使用了INP和OUT两个字段。在IOC的st.cmd文件中增加文件记录名、s7PLC的IP地址等，命令行如下：
dbLoadRecords("db/1500PLC.db","user=opi")
s7nodaveConfigureIsoTcpPort("s7plc","192.168.3.1",0,0,0)
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合肥光源新建金华线的真空安全联锁系统本控的人机交互采用威纶的CMT3169X 触摸屏HMI。它可以与S7-1500PLC直接通过以太网通讯。在上位机上通过HMI的应用软件EasyBuilder Pro进行界面开发。
集成在EPICS中，具有远程监控功能的OPI界面开发是基于Python脚本的自动化生成。OPI界面开发的工具是Phoebus软件，它的每个页面对应一个.bob文件。该文件本质上是一个XML（Extensible Markup Language）文件，其XML版本为1.0，数据编码格式是UTF-8。XML的特点是使用标签来描述数据，并具有可扩展性和可移植性。因此，XML文件通常被广泛用于数据交换和数据存储，也被用于作为应用程序的配置文件。XML元素（Elements）是XML文档的基本构建块。通过分析Phoebus的.bob文件，其根节点为<display>，各种显示组件被定义为<widiget>元素并作为根节点的子节点。<widiget>元素的属性之一“type”的值，确定了显示组件的类型，如标签、按钮、图片等。此外，各种组件的配置参数，例如名称、位置、尺寸、颜色等，则作为<widiget>元素的子节点进行分别定义。对于OPI页面的自动生成，重点是实现符合上述规范的XML文件生成。Python语言具有简洁、面向对象、可移植性等特点，非常适合应用于此项目。对于XML的生成与解析，Python具有xml.etree.ElementTree（简称ET）、lxml、xml.dom和minidom等多种库可以选择。由于ET库是Python标准库的一部分，无需额外安装即可提供轻量级的XML处理器，因此优先采用ET库进行OPI的页面文件生成。
金华线站真空安全联锁系统的OPI主要提供线站关键设备的状态监测，例如真空度、冷却水流量、实验站状态等。同时，OPI还提供人机操作接口，包括光闸和真空阀门的开启与关闭控制。OPI的自动化生成按照以下步骤：首先，将设备的名称、图标、参数的PV名、显示组件的类型及属性等信息，以列表的形式写入配置文件。配置文件可以采用文本文件或电子表格文件。接着，基于Python的OPI生成程序，根据读取的配置文件内容，创建XML的根节点和子节点。然后，程序创建XML树并写入到.bob文件中。利用Phoebus应用程序打开该文件，即可展示出可视化界面。自动生成的OPI界面，设备按照光束线方向简单排列，不同类型的PV分列排布。最后，通过简单调整后，即可直接使用自动生成的OPI界面。如图4所示为金华线站真空安全联锁系统通过Python脚本写XML文件自动生成的OPI界面。 OPI界面的自动化开发，能够缩短开发时间、减少重复工作。对于不同线站的联锁系统，只需要根据线站的设备布局修改配置文件，便能快速得到符合需求的OPI界面。如图5所示为合肥光源新建的金华线站在线运行现场照片。
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目前，新建线站金华线的“一线三站”的真空安全联锁系统已在合肥光源上在线试运行。采用基于软IOC和高性能的新型PLC技术进行系统的设计，一方面成熟的PLC技术确保了系统的高可靠性，新型模块化的PLC组态也提高了系统的可扩展性。另一方面系统IOC的集中管理，以及自动OPI开发技术，使得开发上层应用更加方便快捷，同时也提高了系统的开发效率。这些技术也为正在建设的合肥先进光源线站控制系统研制提供了实践经验和技术储备。
合肥光源光束线站新型真空安全联锁系统设计
The Novel Design of Vacuum Safety Interlock System for New Beamline at Hefei Light Source
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摘要: 光束线站真空安全联锁是保障同步辐射光源储存环的运行安全与线站关键设备安全的重要系统。文章阐述了合肥光源新建成的金华光束线站真空安全联锁系统的最新设计方法。基于新型的高性能可编程控制器PLC（Programmable Logic Controller）和开放的软件平台EPICS 7（Experimental Physics and Industrial Control System）分布式控制系统架构，同时采用虚拟化技术，开发了全新的光束线站真空安全联锁系统。在系统远控的OPI界面开发上，采用Python脚本一键自动生成，提高了系统开发效率。此次设计在确保系统安全性和可靠性的同时，系统的性能以及用户人机交互的体验都得以提升。这些设计方法为正在建设的合肥先进光源的光束线站控制提供了技术储备和实践经验。Abstract: The vacuum safety interlock system of the beamline station is an important basis for guaranteeing the safe operation of the storage ring and the safety of equipment on the beamline station. The latest design method of the vacuum safety interlock system for the beamline and its stations, which is being newly built at Hefei Light Source is introduced. Based on the latest programmable logic controller (PLC) and virtualization technologies under the architecture of the open software platform EPICS 7 (Experimental Physics and Industrial Control System), a new vacuum safety interlock system for the beamline and its stations has been developed. In the development of the operator interface (OPI) for remote control of the system, a Python script is used to automatically generate OPI with one click, which improves the efficiency of system development. Overall, this design improves the system performance and user experience of human-computer interaction while ensuring the safety and reliability of the system. These design methods provide technical reserves and practical experience for the control of the beamline at the Hefei Advanced Light Facility under construction.
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图 2 金华光束线站真空安全联锁逻辑框图
Figure 2. The logic block diagram of vacuum safety interlock system for Jinhua beamline and its stations
图 4 通过Python脚本写XML文件自动生成的OPI界面
Figure 4. OPI interface automatically generated by writing XML files through Python scripts
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图( 5)
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