[論文レビュー] Implementation of the Epics Device Support for Network-Based Controllers

K. Furukawa, J. Chiba+2 more|ArXiv.org|Nov 26, 2001

Particle Accelerators and Free-Electron Lasers参考文献 5被引用数 8

ひとこと要約

本論文では、JAERI-KEK高強度陽子加速器施設における、ネットワークベースのコントローラー（特にPLC、測定ステーション、カスタムネットワークコントローラーボード）向けのEPICSデバイスサポートの実装を提示している。IPベースの通信、EPICSチャネルアクセスによるOPI、PLC向けに独自プロトコルを採用し、加速器の試験スタンドで成功裏に検証された。今後、広範な展開が予定されている。

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.

研究の動機と目的

• PLC や測定ステーションなどの標準化されたネットワークベースのコントローラーを用いて、加速器システムの信頼性の高いスケーラブルな制御を可能にする。
• 既存のソフトウェアおよびハードウェアインfra構造への影響を最小限に抑えながら、これらのコントローラーをEPICS制御フレームワークに統合する。
• 管理ステーションによる集中診断を可能にする標準化された通信プロトコルおよび管理規則を通じて、堅牢性と管理可能性を確保する。
• サードパーティ製機器向けのデバイスサポートソフトウェアの外部開発を可能にする仕組みを提供し、将来的な制御システムの拡張を支援する。
• ネットワークコントローラーの誤設定を防ぎ、システム安定性を確保するためのセキュリティおよび構成ルールを確立する。

提案手法

• VxWorksおよびWindowsの両方でクロスプラットフォーム互換性を実現するため、一般化されたIP通信パッケージを用いてEPICSデバイスサポートソフトウェアを開発した。
• PLCとEPICS IOCs間の独自通信プロトコルを実装し、ポーリングに加え、オプションで緊急イベント報告を可能とした。
• IPアドレスおよびレジスタアドレスを直接I/Oアクセス可能にするために、EPICSレコードタイプ（例：INP/OUTフィールド）を標準的に使用した。
• 公開された技術仕様を基に、ヨコガワ WE7000 測定ステーション用のデバイスサポートを設計・統合した。
• 高電力電磁石電源用に、組み込みプロセッサを搭載したプラグインネットワークコントローラーボードを設計し、IPベースのコマンドおよびテレメトリをサポートした。
• 固有のID割り当て、クロックカウンターモニタリング、重要レジスタへの書き込みアクセス制限を含む、ネットワーク管理の実践的ルールを確立した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PLC や測定ステーションなどのネットワークベースのコントローラーを、EPICS制御フレームワークに効果的に統合するにはどうすればよいか？
• RQ2 IPネットワーク経由での信頼性の高い堅牢な制御を実現するには、どのような通信プロトコルとソフトウェア抽象化が必要か？
• RQ3 ヨコガワ WE7000 ステーションなどのサードパーティ製ネットワーク機器向けに、デバイスサポートソフトウェアをどのように開発・保守できるか？
• RQ4 大規模なネットワーク制御環境において、構成の安全性と運用安定性を確保するには、どのようなシステムレベルのルールと実践が必要か？
• RQ5 既存のEPICSツールおよびチャネルアクセスプロトコルは、EPICSネイティブでないネットワークコントローラーをサポートするために、どの程度拡張可能か？

主な発見

• PLC向けEPICSデバイスサポートソフトウェアは、加速器試験スタンドで成功裏に実装・検証され、基本的機能が確認された。
• 標準EPICSレコードフィールドを用いてIPアドレスおよびレジスタアドレスを直接アクセス可能にし、MEDMパネルとのシームレス統合を実現した。
• 管理ステーションはEPICS環境に依存せずに、PLCのラダー論理の診断および更新が可能となり、システムの保守性が向上した。
• 公開された仕様を基に外部委託により開発されたヨコガワ WE7000 測定ステーション用デバイスサポートは、成功裏に実装された。
• 高電力電磁石電源用に設計されたプラグインネットワークコントローラーボードは、組み込みプロセッサとIP通信を備えており、PLC実装とソフトウェアアーキテクチャが互換性を有していた。
• 固有のID割り当て、クロックカウンターモニタリング、重要レジスタへの書き込みアクセス制限を含む、システム全体のルールを確立し、構成の安全性と運用の堅牢性が向上した。