加速器控制系统及方法

本发明涉及加速器控制，特别涉及一种加速器控制系统及方法。

背景技术：

1、加速器作为一种动力驱动设备，在基础物理研究、工业生产、医疗健康、以及交通运输等众多领域内扮演者重要的角色。具体地，以粒子加速器为例，粒子加速器是一种使带电粒子增加动能的装置，可用于原子核实验、放射性医学、放射性化学、放射性同位素的制造、非破坏性探伤等，通常粒子增加的能量一般都在0.1兆电子伏以上。粒子加速器的种类很多，有回旋加速器、直线加速器、静电加速器、粒子加速器和倍压加速器等。

2、无论何种加速器，都是基于控制系统来控制加速器正常运行，一旦加速器控制系统出现硬件故障或者安全漏洞，一方面可能导致加速器设备整体停机，甚至会导致系统整体瘫痪，严重影响生产作业以及服务过程的持续性；另一方面，控制系统发生故障或操作失误，还会导致安全事故的发生，给人员以及设备造成不可挽回的损失，因此确保加速器运行的安全性以及持续性对于控制加速器工作至关重要。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的不足之处，本发明提供了一种加速器控制系统及方法，解决了现有技术中加速器控制系统安全性差，进而降低加速器工作的持续性的技术问题。

2、本发明一方面提供了一种加速器控制系统，包括云端服务器、边缘服务器、本地存储管理器、控制器和加速器；

3、所述控制器与所述加速器通信连接，所述控制器用于采集环境信息生成控制指令，并将所述控制指令发送至所述加速器，以使所述加速器基于所述控制指令运行，所述控制器还用于采集所述加速器的运行数据，其中，所述控制器包括至少两个并行运行的处理器；

4、所述边缘服务器与所述控制器通信连接，所述边缘服务器用于获取所述控制器内的所述控制指令和所述运行数据，并对所述运行数据进行建模分析得到分析结果，基于所述分析结果调整所述控制指令，并将所述分析结果和调整后的所述控制指令发送至所述控制器；

5、所述边缘服务器还与所述云端服务器通信连接，所述云端服务器用于响应于用户发送的系统维护指令，获取所述系统维护指令携带的更新数据并将所述更新数据发送至所述边缘服务器，以通过所述边缘服务器对所述边缘服务器、所述控制器和所述加速器进行维护更新；

6、所述边缘服务器还与所述本地存储管理器通信连接，所述本地存储管理器获取所述边缘服务器内的所述运行数据、所述分析结果和调整后的所述控制指令，并进行存储。

7、可选地，所述控制器还包括传感器单元、决策单元、执行单元和至少两个控制单元，其中，至少两个所述控制单元并行运行，且每一所述控制单元包括一个所述处理器；

8、所述传感器单元分别与至少两个所述控制单元连接，所述传感器单元用于采集环境信息，并将所述环境信息转换为电信号后分别发送至至少两个所述控制单元中；

9、至少两个所述控制单元分别与所述决策单元连接，每一所述控制单元用于对所述电信号进行分析处理得到处理结果，并将所述处理结果发送至所述决策单元；

10、所述决策单元与所述执行单元连接，所述决策单元基于至少两个所述处理结果生成控制指令，并将所述控制指令发送至所述执行单元；

11、所述执行单元与所述加速器通信连接，所述执行单元用于将所述控制指令发送至所述加速器，以使所述加速器基于所述控制指令运行。

12、可选地，所述传感器单元包括至少一个传感器；

13、当所述传感器的数量为一个时，所述传感器分别与至少两个所述控制单元连接；

14、当所述传感器的数量为多个时，所述传感器的数量与所述控制单元的数量相等，且多个所述传感器与至少两个所述控制单元一一对应连接。

15、可选地，所述控制器还包括安全检测单元，所述安全检测单元分别与所述加速器和所述边缘服务器通信通信连接，所述安全检测单元用于检测所述加速器的运行状态，其中，所述运行状态包括硬件执行动作和软件执行逻辑；

16、当所述安全检测单元检测到所述加速器的运行状态异常时，所述安全检测单元生成报警信息，并将所述报警信息发送至所述边缘服务器。

17、可选地，所述本地存储管理器包括数据存储单元和数据分析单元；

18、所述数据存储单元与所述边缘服务器通信连接，所述数据存储单元用于获取所述边缘服务器内的所述运行数据、所述分析结果和调整后的所述控制指令，并进行存储，其中，所述数据存储单元内存储的数据以可视化的形式展示；

19、所述数据分析单元与所述数据存储单元连接，所述数据分析单元用于分别对所述运行数据、所述分析结果和调整后的所述控制指令进行分析，得到本地分析结果，所述本地分析结果以可视化的形式展示。

20、可选地，所述边缘服务器包括数据采集单元、模型分析单元和状态调整单元。

21、所述数据采集单元分别与所述控制器和所述模型分析单元通信连接，所述数据采集单元用于采集所述控制器内的所述控制指令和所述运行数据；

22、所述模型分析单元与所述状态调整单元通信连接，所述模型分析单元用于对所述运行数据进行建模分析得到分析结果，并将所述分析结果和所述控制指令发送至所述状态调整单元；

23、所述状态调整单元与所述控制器通信连接，所述状态调整单元基于所述分析结果调整所述控制指令，并将所述分析结果和调整后的所述控制指令发送至所述控制器。

24、可选地，所述边缘服务器还包括通信模块和开发支持模块；

25、所述边缘服务器通过所述通信模块分别与所述云端服务器、所述本地存储管理器和所述控制器通信连接，其中，所述通信模块支持多种通信协议；

26、所述开发支持模块支持以容器技术或虚拟机技术对所述边缘服务器进行应用开发。

27、可选地，所述云端服务器对应连接有多个所述边缘服务器，所述云端服务器包括算法优化单元；

28、所述算法优化单元用于接收用户发送的系统维护指令，获取所述系统维护指令携带的更新数据并对所述更新数据进行优化与验证，将验证后的所述更新数据发送至多个所述边缘服务器，以通过所述边缘服务器对所述边缘服务器、所述控制器和所述加速器进行维护更新。

29、本发明提供的加速器控制系统，引入了云端服务器、边缘服务器和本地存储管理器，实现了将计算和数据处理任务在不同层级之间分布的架构，可以充分利用边缘计算的优势，减少数据传输的延迟和网络带宽的消耗；利用控制器与加速器的通信连接，通过控制指令控制加速器工作，提高系统的响应速度和精确度，并且控制器内设置有多个并行运行的处理器，即通过构成冗余的结构来提高系统的可靠性和安全性，减少故障的发生，降低系统失效的风险，提高加速器控制系统的安全性，当其中部分处理器发生故障时，其余处理器仍能持续工作，保证了加速器工作的持续性；边缘服务器将采集到的控制指令和运行数据进行建模分析，并且基于分析结果对控制指令进行调整，进一步优化加速器的运行效果，提高系统的自适应能力和性能优化能力；云端服务器响应用户发送的系统维护指令，对系统进行升级和维护，确保系统的稳定性和可靠性。

30、本发明另一方面提供了一种加速器控制方法，应用于上述任一项所述的加速器控制系统中，所述方法包括：

31、所述控制器采集环境信息生成控制指令，并将所述控制指令发送至所述加速器，以使所述加速器基于所述控制指令运行；

32、所述控制器采集处于运行状态下的所述加速器的运行数据，并将所述运行数据和所述控制指令发送至所述边缘服务器；

33、所述边缘服务器对所述运行数据进行建模分析得到分析结果，基于所述分析结果调整所述控制指令，并将所述分析结果和调整后的所述控制指令发送至所述控制器；

34、所述控制器基于所述控制指令调整所述加速器的运行状态。

35、可选地，所述方法还包括：

36、响应于用户发送的系统维护指令，获取所述系统维护指令携带的更新数据，将所述更新数据发送至所述云端服务器；

37、所述云端服务器对所述更新数据进行优化与验证，将验证后的所述更新数据发送至多个所述边缘服务器，以通过所述边缘服务器对所述边缘服务器、所述控制器和所述加速器进行维护更新；

38、所述边缘服务器将所述边缘服务器内的所述运行数据、所述分析结果和调整后的所述控制指令发送至所述本地存储单元进行存储。

39、本发明提供的加速器控制方法通过控制器采集环境信息，并基于环境信息生成相应的控制指令，然后将控制指令发送至加速器以指导其运行，实现对加速器运行状态的实时调控和控制策略的灵活调整；控制器采集运行状态下的加速器的运行数据，并将运行数据和控制指令发送至边缘服务器，实现对加速器运行状态的实时监测和数据的实时传输，为后续建模分析提供准确和及时的数据源；边缘服务器接收控制器发送的运行数据和控制指令后，对运行数据进行建模分析得到分析结果，并且基于分析结果调整控制指令，并将分析结果和调整后的控制指令发送至控制器，通过建模分析和控制调整机制可以提供对加速器运行状态的深入理解和精确控制，实现系统性能的优化和调节；控制器对加速器进行实时调控和自适应性控制，为系统的稳定性和性能提供保障；同时，控制器内设置有多个并行运行的处理器，即通过构成冗余的结构来提高系统的可靠性和安全性，减少故障的发生，降低系统失效的风险。

40、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

41、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。