[논문 리뷰] SNS Standard Power Supply Interface

S.Z. Peng, R. Lambiase외 2명|ArXiv.org|2001. 11. 16.

Power Systems and Technologies참고 문헌 2인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 스파라션 뉴트론 원천(SNS)을 위한 표준화된 VME 기반 전원 공급 장치 인터페이스 시스템을 제시한다. 이 시스템은 전원 공급 장치 컨트롤러(PSC)와 광섬유로 절연된 전원 공급 장치 인터페이스(PSI) 유닛을 통합하여 고속이고 동기화된 통신(최대 10 kHz)을 가능하게 하며, 16비트 아날로그 기준값 및 피드백, 디지털 명령, 상태 모니터링을 지원한다. 고장 분석을 위해 시간스탬프가 부여된 데이터 기록과 PSC 모듈의 시리얼 포트를 통한 현장 테스트를 통해 시스템의 신뢰성과 유지보수 효율성을 높인다.

ABSTRACT

The SNS has developed a standard power supply interface for the approximately 350 magnet power supplies in the SNS accumulator ring, Linac and transport lines. Power supply manufacturers are providing supplies compatible with the standard interface. The SNS standard consists of a VME based power supply controller module (PSC) and a power supply interface unit (PSI) that mounts on the power supply. Communication between the two is via a pair of multimode fibers. This PSI/PSC system supports one 16-bit analog reference, four 16-bit analog readbacks, fifteen digital commands and sixteen digital status bits in a single fiber-isolated module. The system can send commands to the supplies and read data from them synchronized to an external signal at up to a 10KHz rate. The PSC time stamps and stores this data in a circular buffer so historical data leading up to a fault event can be analyzed. The PSC contains a serial port so that local testing of hardware can be accomplished with a laptop. This paper concentrates on the software being provided to control the power supply. It includes the EPICS driver; software to test hardware and power supplies via the serial port and VME interface.

연구 동기 및 목표

• SNS 가속기 복합체의 누적 고리, 라인액, 운반선 등에 걸쳐 전원 공급 장치 인터페이스를 표준화하기 위해.
• 약 350개의 자석 전원 공급 장치의 상호운용성과 신뢰성을 확보하기 위해 공통 하드웨어 및 통신 인터페이스를 정의하기 위해.
• 고도로 정밀한 데이터 무결성과 고장 분석 능력을 갖춘 실시간 동기 제어 및 모니터링을 가능하게 하기 위해.
• PSC 모듈의 시리얼 포트 인터페이스를 통해 시스템 전체 영향 없이 현장에서 하드웨어 테스트 및 진단을 지원하기 위해.
• EPICS 기반 제어 및 시스템 통합을 위한 재사용 가능한 소프트웨어 프레임워크 제공하기 위해.

제안 방법

• 통신 및 데이터 기록을 관리하기 위한 VME 기반 전원 공급 장치 컨트롤러(PSC) 모듈 설계.
• 각 전원 공급 장치에 직접 장착되는 광섬유 절연 전원 공급 장치 인터페이스(PSI) 유닛 개발.
• PSC와 PSI 간의 전기적 절연 및 고속 통신을 위해 이중 다중모드 광섬유 사용.
• 각 인터페이스당 16비트 아날로그 기준값 및 피드백 채널, 15개의 디지털 명령, 16비트 디지털 상태 비트 구현.
• 외부 트리거 신호에 동기화하여 최대 10 kHz에서 데이터 수집 및 명령 전송 수행.
• 사고 발생 이전 데이터까지 포함한 사후 분석을 위해 PSC에 원형 버퍼를 통합하여 시간스탬프가 부여된 데이터 저장.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 수백 개의 전원 공급 장치를 보유한 대규모 가속기 시설에서 표준화되고 확장 가능하며 신뢰할 수 있는 전원 공급 장치 인터페이스를 설계하는 방법은 무엇인가?
• RQ2 컨트롤러와 전원 공급 장치 간에 고속, 동기화, 전기적 절연이 보장된 데이터 교환을 위한 통신 아키텍처는 무엇인가?
• RQ3 시간스탬프가 부여된 사고 발생 이전 데이터 기록을 통해 고장 데이터를 효과적으로 보존하고 분석할 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ4 시스템 전체에 영향을 주지 않고 전원 공급 장치의 현장 테스트 및 진단을 가능하게 하는 하드웨어 및 소프트웨어 메커니즘은 무엇인가?
• RQ5 다양한 전원 공급 장치 제조사 및 모델 간 일관된 통합을 지원하기 위해 인터페이스는 어떻게 설계되어야 하는가?

주요 결과

• PSI/PSC 시스템은 SNS 가속기의 엄격한 시간 조건을 충족시키며 최대 10 kHz에서 실시간 동기 데이터 교환을 성공적으로 지원한다.
• 광섬유 절연으로 인해 고전압 환경에서 전자기 노이즈에 대한 뛰어난 내성을 확보하고 안전성이 보장된다.
• PSC의 시간스탬프가 부여된 원형 버퍼는 고장 발생 이전의 데이터 분석을 가능하게 하여 시스템 진단 능력을 향상시킨다.
• PSC에 내장된 시리얼 포트를 통해 랩탑을 이용해 전원 공급 장치 및 컨트롤러를 직접 현장에서 테스트할 수 있어 유지보수 효율성이 향상된다.
• 전원 공급 장치 제조사들이 이 인터페이스를 채택하여 SNS 시설 내에서 표준화되고 실질적으로 구현된 것을 확인할 수 있었다.
• EPICS 드라이버 및 테스트 유틸리티를 포함한 시스템 소프트웨어 스택은 SNS 제어 시스템에 원활하게 통합될 수 있도록 했다.