German Title: Implementierung eines umfangreichen Kontrollystems für den Siliziumstreifen-Tracker-Detektor des CMS Hochenergiephysik-Experimentes

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Abstract

Control systems for modern High-Energy Physics (HEP) detectors are large distributed software systems managing a signicant data volume and implementing complex operational procedures. The control software for the LHC experiments at CERN is built on top of a commercial software used in industrial automation. However, HEP specic requirements call for extended functionalities. This thesis focuses on the design and implementation of the control system for the CMS Silicon Strip Tracker but presents some general strategies that have been applied in other contexts. Specic design solutions are developed to ensure acceptable response times and to provide the operator with an effective summary of the status of the devices. Detector safety is guaranteed by proper conguration of independent hardware systems. A software protection mechanism is used to avoid the widespread intervention of the hardware safety and to inhibit dangerous commands. A wizard approach allows non expert operators to recover error situations and minimizes the downtime due to errors. Finally, the possibility of using a model-based methodology for prototyping 3D user interfaces for control systems is investigated. The presented software is in continuous operation for the control of the CMS tracker while some general solutions have been adopted in the control systems of other CMS sub-detectors.

Translation of abstract (German)

Kontrollsysteme für Teilchendetektoren moderner Hochenergiephysik-Experimente (HEP) bestehen aus einer Vielzahl von verteilten Softwaresystemen, die eine signikante Menge an Daten verarbeiten und komplexe Betriebsprozesse steuern. Bei den Experimenten des LHC am CERN wurden die Kontrollsysteme auf das kommerzielle Programmpaket PVSS von ETM aufgebaut, welches auch für die industrielle Automatisierung verwendet wird. Jedoch forderten die speziellen Anforderungen der HEP eine weitreichende Erweiterung der Funktionalität. Diese Arbeit konzentriert sich auf das Design und die Implementierung des Kontrollsystems für den CMS-Siliziumstreifen-Detektor, zeigt jedoch auch generelle Strategien auf, die in anderen Kontexten erarbeitet wurden. Es wurden spezische Lösungen entwickelt, die geringe Reaktionszeiten des Systems gewährleisten und dem Operator effektive Übersichten über den Status des Systems und dessen Bausteine bieten. Die Sicherheit des Detektors wird durch die Konguration unabhängiger Hardware- Systeme gewahrt. Ein zusätzlicher, softwarebasierter Schutzmechanismus wird genutzt, um den Eingriff des Hardware-Sicherheitssystems auf ein Minimum zu reduzieren, und um potenziell gefährliche Befehle der Operatoren zu unterdrücken. Des weiteren erlaubt ein Wizard auch Operatoren, die keine Experten sind, nach einer Störung wieder zum normalen Betrieb zurück zu gelangen, und somit die Ausfallzeiten zu minimieren. Zuletzt wird die Möglichkeit untersucht, eine modellbasierte Methodik zur Verwendung von dreidimensionalen Benutzeroberächen für das Kontrollsystem zu verwenden. Die derzeitige Software wird dauerhaft für die Kontrolle des CMSTrackers verwendet, wobei einige generelle Lösungsansätze auch für die Kontrolle von anderen CMS-Subdetektoren übernommen wurden.