[논문 리뷰] Implementation of the Epics Device Support for Network-Based Controllers

K. Furukawa, J. Chiba외 2명|ArXiv.org|2001. 11. 26.

Particle Accelerators and Free-Electron Lasers참고 문헌 5인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 JAERI-KEK 고강도 양성자 가속기 시설에서 네트워크 기반 컨트롤러—특히 PLC, 측정 스테이션 및 맞춤형 네트워크 컨트롤러 보드—를 위한 EPICS 장치 지원의 구현을 제시한다. 이는 IP 기반 통신, EPICS 채널 액세스를 통한 OPI, 그리고 PLC에 대한 고유 프로토콜을 사용하여 안정적이고 표준화된 제어를 가능하게 한다. 시스템은 가속기 시험대에서 성공적으로 검증되었으며, 향후 광범위한 배포 계획이 수립되어 있다.

ABSTRACT

In the control system of the JAERI-KEK joint project (High Intensity Proton Accelerator Facility), it is planned to employ network-based controllers such as PLC's and measurement stations instead of using other field control networks, since the network hardware and software can be standardized and they have been successfully utilized in other accelerator control systems in KEK. EPICS software support for those controllers was designed paying special attention to robustness and has been implemented and applied for the accelerator test stand. Basic functionalities were confirmed and miscellaneous functions such as diagnosis of the software itself would be added. Since many kinds of network-based equipment such as oscilloscopes have become available recently, they are considered to be integrated as well. They may enable more manageable controllers.

연구 동기 및 목표

• PLC 및 측정 스테이션과 같은 표준화된 네트워크 기반 컨트롤러를 사용하여 가속기 시스템의 신뢰성 있고 확장 가능한 제어를 가능하게 하기 위해.
• 기존 소프트웨어 및 하드웨어 인fra구조에 최소한의 영향을 주면서 이러한 컨트롤러를 EPICS 제어 프레임워크에 통합하기 위해.
• 관리 스테이션을 통한 중심화된 진단을 통해 표준화된 통신 프로토콜과 함께 신뢰성과 관리 용이성을 확보하기 위해.
• 제3자 장비를 위한 장치 지원 소프트웨어의 외주 개발을 가능하게 하여 제어 시스템의 향후 확장성을 지원하기 위해.
• 네트워크 컨트롤러의 보안 및 구성 규칙을 수립하여 잘못된 설정을 방지하고 시스템 안정성을 확보하기 위해.

제안 방법

• VxWorks 및 Windows에서의 크로스플랫폼 호환성을 확보하기 위해 일반화된 IP 통신 패키지를 사용하여 EPICS 장치 지원 소프트웨어를 개발하였다.
• PLC와 EPICS IOCs 간의 고유 프로토콜 통신을 구현하였으며, 풀링 방식을 기본으로 하되, 선택적 급한 이벤트 보고 기능도 포함하였다.
• IP 주소 및 레지스터 주소를 직접 I/O 액세스하기 위해 표준 EPICS 레코드 유형(예: INP/OUT 필드)을 활용하였다.
• 공개된 기술 사양을 기반으로 Yokogawa WE7000 측정 스테이션의 장치 지원을 설계 및 통합하였다.
• 고전압 전자기석 공급 장치를 위한 임베디드 프로세서를 탑재한 플러그인 네트워크 컨트롤러 보드를 제작하였으며, IP 기반 명령어 및 텔레메트리 기능을 지원하였다.
• 고유 ID 할당, 클록 카운터 모니터링, 중요한 레지스터에 대한 왁은 쓰기 접근 제한 등의 네트워크 관리 관행을 수립하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 PLC 및 측정 스테이션과 같은 네트워크 기반 컨트롤러를 어떻게 EPICS 제어 프레임워크에 효과적으로 통합할 수 있는가?
• RQ2 IP 네트워크를 통한 신뢰성 있고 강력한 제어를 보장하기 위해 필요한 통신 프로토콜과 소프트웨어 추상화는 무엇인가?
• RQ3 Yokogawa WE7000 스테이션과 같은 제3자 네트워크 장비를 위한 장치 지원 소프트웨어는 어떻게 개발하고 유지보수할 수 있는가?
• RQ4 대규모 네트워크 기반 제어 환경에서 구성 안전성과 운영 안정성을 확보하기 위해 필요한 시스템 수준의 규칙과 관행는 무엇인가?
• RQ5 기존 EPICS 도구와 채널 액세스 프로토콜은 비-EPICS 네이티브 네트워크 컨트롤러를 지원하기 위해 어느 정도까지 확장될 수 있는가?

주요 결과

• PLC용 EPICS 장치 지원 소프트웨어는 가속기 시험대에서 성공적으로 구현 및 테스트되었으며, 기본 기능이 확인되었다.
• 표준 EPICS 레코드 필드를 사용하여 IP 주소 및 레지스터 주소를 직접 액세스할 수 있도록 하여 MEDM 패널과의 원활한 통합이 가능해졌다.
• 관리 스테이션은 EPICS 환경과 별개로 PLC 래더 로직을 진단하고 업데이트할 수 있어 시스템 유지보수성이 향상되었다.
• 공개된 사양을 기반으로 한 외주 개발을 통해 Yokogawa WE7000 측정 스테이션용 장치 지원 소프트웨어가 성공적으로 개발되었다.
• 임베디드 프로세서와 IP 통신을 탑재한 마그넷 전원 공급 장치용 플러그인 네트워크 컨트롤러 보드는 PLC의 구현 방식과 호환되는 소프트웨어 아키텍처를 갖추었다.
• 고유 ID 할당, 클록 카운터 모니터링, 중요한 레지스터에 대한 쓰기 접근 제한과 같은 시스템 전체 규칙이 수립되어 구성 안전성과 운영 강성 향상에 기여하였다.