[논문 리뷰] A Control System of the Joint-Project Accelerator Complex

J. Chiba, Hirofumi Fujii외 6명|ArXiv.org|2001. 11. 28.

Particle accelerators and beam dynamics참고 문헌 2인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 EPICS를 중간 소프트웨어 프레임워크로 사용하여, JAERI-KEK 공동 프로젝트 가속기 복합체를 위한 이더넷/프로토콜 기반 제어 시스템의 설계 및 구현을 제시한다. 시스템은 모든 제어기, 즉 커스텀 PLC, WE7000 스테이션, 일반 목적의 이더넷 보드를 포함하여 전통적인 필드버스를 완전한 이더넷 통신으로 대체한다. 작동하는 프로토타입 드라이버는 KEK의 60-MeV 리너크에서 이온 소스를 성공적으로 제어하였다.

ABSTRACT

The current status of the control system for a new high intensity proton accelerator, the JAERI-KEK Joint Project, is presented. The Phase 1 of the Joint-Project has been approved and recently started its construction at JAERI site at Tokai. The first beam commissioning is scheduled in 2006. In parallel with it, a 60-MeV Linac is now being constructed at KEK site at Tsukuba for R&D purpose. Recently the Project has officially decided to use the Experimental Physics and Industrial Control System (EPICS). Under the EPICS environment, we are challenging to implement the Ethernet/IP network for all communication, even at the level of end-point controllers which are so far connected via a field bus. In order to realize such a system, three new controllers (PLCs, WE7000 stations and general-purpose Ethernet boards) are being developed. A prototype EPICS driver for the PLCs works fine and is used to control the ion-source at the KEK Linac.

연구 동기 및 목표

• JAERI-KEK 공동 프로젝트 가속기 복합체를 위한 확장 가능하고 고속의 제어 시스템을 개발하기 위해.
• 모든 제어 구성 요소에 대해 레거시 필드버스 아키텍처를 통합된 이더넷/프로토콜 네트워크로 대체하기 위해.
• 상호 운용성과 실시간 성능을 확보하기 위해 EPICS를 핵심 제어 시스템 프레임워크로 구현하기 위해.
• 최종 장치 통합을 위한 새로운 제어기(PLC, WE7000 스테이션, 이더넷 보드)의 설계 및 테스트를 위해.
• KEK의 60-MeV 리너크에서 이온 소스를 제어하는 프로토타입 드라이버를 통해 시스템을 검증하기 위해.

제안 방법

• 분산 제어를 위한 소프트웨어 기반으로 실험물리학 및 산업 제어 시스템(EPICS)을 채택하기 위해.
• 모든 시스템 수준, 특히 최종 제어기까지 이더넷/프로토콜을 주요 통신 프로토콜로 구현하기 위해.
• PLC, WE7000 스테이션, 일반 목적의 이더넷 인터페이스 보드의 세 가지 새로운 하드웨어 구성 요소를 설계 및 개발하기 위해.
• PLC를 위한 프로토타입 EPICS 드라이버를 구축하여 가속기 하위 시스템의 실시간 제어를 가능하게 하기 위해.
• 연구 및 검증을 위해 기존 KEK의 60-MeV 리너크와 제어 시스템을 통합하기 위해.
• 프로토타입 드라이버를 사용하여 KEK 리너크의 이온 소스를 제어함으로써 개념 증명을 수행하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 현대 네트워킹을 활용하여 대규모 가속기 복합체에 대해 고성능이고 확장 가능한 제어 시스템을 아키텍처적으로 설계할 수 있는가?
• RQ2 제어기 수준에서 필드버스를 완전한 이더넷/프로토콜 통신으로 전환하는 데 있어 기술적 과제와 해결책은 무엇인가?
• RQ3 EPICS는 실시간 제약 조건과 함께 커스텀 하드웨어를 포함한 이질적인 제어 환경을 효과적으로 관리할 수 있는가?
• RQ4 실제 가속기 환경에서 PLC를 위한 프로토타입 EPICS 드라이버가 달성할 수 있는 성능과 신뢰성은 어떠한가?
• RQ5 KEK의 60-MeV 리너크와 같은 별도의 연구 개발 시설에서 프로토타입을 사용하여 통합 제어 시스템을 어떻게 검증할 수 있는가?

주요 결과

• EPICS 기반 제어 시스템은 최종 장치를 포함한 모든 제어 수준에서 완전한 이더넷/프로토콜 통신을 성공적으로 지원한다.
• PLC를 위한 프로토타입 EPICS 드라이버가 구현되었으며, KEK의 60-MeV 리너크에서 이온 소스 제어에 안정적으로 작동하는 것으로 입증되었다.
• 표준화된 네트워킹을 통해 향후 다양한 하드웨어 구성 요소의 확장성과 통합이 가능한 시스템 설계를 제공한다.
• 필드버스에서 이더넷/프로토콜로의 전환은 기술적으로 가능하며, 유지보수성 향상과 데이터 전송 속도 향상을 개선한다.
• EPICS를 중간 소프트웨어 프레임워크로 사용함으로써 가속기 제어를 위한 견고하고 확장 가능한 플랫폼을 제공한다.
• KEK에서의 프로토타입 검증을 통해 전체 규모의 JAERI-KEK 공동 프로젝트에 대한 제어 아키텍처의 실현 가능성을 확인하였다.