CERN 的 Roberto Losito
針對世界第一大的粒子加速器：大型強子對撞機 (LHC)，進行大量元件的精確即時量測與控制作業，以高穩定性與準確度，從額定光束 (Nominal beam) 核心吸收高能粒子 (Energetic particle)。
使用 LabVIEW、LabVIEW Real-Time Module、LabVIEW FPGA Module 與 NI SoftMotion 軟體，並搭配 PXI 介面的 NI 可重設 I/O 硬體，以開發 FPGA 架構的運動控制系統，並用以攔截失控或不穩定的粒子束。
CERN 的 Roberto Losito
CERN 的 Alessandro Masi
歐洲核子研究組織，即大家所熟知的 CERN，為世界最大的微粒物理實驗室。CERN 創立於 1954 年，座落於法國與瑞士的交界處，為集結眾多科學家研究「構成之最小單位 (the building blocks of matter)」的研究組織。
CERN 使用稱為粒子加速器的機器，進行離子束或質子束的相互碰撞，或碰撞其他目標。這些碰撞作用將釋放出巨大能量，足以重新建立宇宙形成期間的高能量狀態。從 LHC 所蒐集到的粒子碰撞資料，將提供從未有過的宇宙生成相關資訊，並將解答粒子具有質量的原因，與暗物質 (Dark matter) 的起源。
LHC 的周長達 27 公里，並位於地下 150 公尺處，可將粒子束加速至近乎光速之後直接對撞。為了產生此種撞擊作用，LHC 將送出 2 組質子束，並沿著圓形通道的相反方向送出正電荷的重離子 (Heavy ion)。超導體磁場將灌注僅 1.9 K (即攝氏 -271 ºC 或華氏 -456 ºF) 的低溫液態氦，以控制 LHC 的軌道。軌道全功率的總能量可達 350 MJ，約為 400 噸火車以 150 km/h 時速行進的能量，或可熔化 500 公斤的銅。
由於軌道束的能量極高，因此系統的穩定性更為重要。只要有一個粒子出脫軌道之外，對撞機就會產生無法彌補的損失。為了避免粒子離開應行進的路徑，我們安裝了超過 100 組的雷射準直儀 (Collimator)。雷射準直儀將使用石墨進行作業，避免其他重金屬將高能粒子吸引離開額定光束的核心。每組雷射準直儀由 NI 可重設 I/O 模組進行控制，各模組均固定於獨立的 NI PXI 機箱；並共有 120 組 PXI 系統做為後援系統。在標準設定中，1 組機箱可透過 20 分鐘的運動設定資料，控制固定於 3 組不同雷射準直儀的最多 15 組步進馬達，以精確並同步調校石墨塊；而另 1 組機箱負責檢驗相同雷射準直儀的即時定位。在專案的第二階段中，我們計劃新增約 60 組以上的雷射準直儀與 60 組 PXI 系統，以達共約 200 組 PXI 系統。
在現有的雷射準直儀中，PXI 機箱將同時於控制器中執行 LabVIEW Real-Time 以達穩定性，並於週邊插槽的可重設 I/O 介面卡中執行 LabVIEW FPGA，以控制雷射準直儀。針對 27 公里長的 LHC，將近 600 組步進馬達與毫秒精確單位的同步化作業，我們使用 NI SoftMotion 開發模組與 NI 可重設模組，以迅速建立客制化的運動控制器。這些裝置上的現場可重設閘陣列 (FPGA) 確實提供了所需的控制效能。相較於傳統 VME 與可程式化邏輯控制器架構模型，我們著眼於體積精巧、堅固耐用、節省成本等優點，因此選用 LabVIEW 與 PXI 系統做為部署平台的解決方案。
為了符合時序、準確度與穩定性的嚴格需求，我們選擇以可重設 I/O 與 LabVIEW FPGA 為架構的運動控制與反饋系統。我們所選擇的設計平台可完全符合我們所需的功能，且不需其他無謂的成本；同時不需另外建立軟體驅動程式，更大幅降低建置系統所需的人力。
LHC 已於 2008 年 9 月 10 日開始作業，當中加速的質子束進入 LHC 17 英里長的地下通道，並且在通過通道內間隔設置的每一個粒子偵測器後，於 1 小時內順利跑完一整圈。全球的科學家與研究人員為此相當興奮，期待能揭開宇宙構成物質的謎團。
Roberto Losito
CERN
電話：41-22-767-6263
roberto.losito@cern.ch