[論文レビュー] SNS Standard Power Supply Interface

S.Z. Peng, R. Lambiase+2 more|ArXiv.org|Nov 16, 2001

Power Systems and Technologies参考文献 2被引用数 5

ひとこと要約

本論文では、散光中性子源（SNS）向けに標準化されたVMEベースの電源供給インターフェースシステムを提示する。このシステムは、電源制御装置（PSC）と光ファイバーで絶縁された電源インターフェース（PSI）ユニットを統合しており、最高10 kHzの高速で同期された通信を実現する。16ビットのアナログリファレンスとリadder、デジタルコマンド、ステータスモニタリングをサポートし、タイムスタンプ付きのデータログとシリアルポートを介したローカルテストにより、故障分析が可能である。

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.

研究の動機と目的

• SNS加速器複合施設（アキュムレータリング、リニアック、輸送ラインを含む）における電源インターフェースの標準化を図ること。
• 約350台の磁石電源の相互運用性と信頼性を確保するため、共通のハードウェアおよび通信インターフェースを定義すること。
• 高いデータ整合性と故障分析能力を備えた、リアルタイムで同期された電源の制御およびモニタリングを可能にすること。
• PSCモジュールに搭載されたシリアルポートインターフェースを通じて、システム全体の停止を伴わずに電源のローカルハードウェアテストと診断を可能にすること。
• EPICSベースの制御およびシステム統合を支援する再利用可能なソフトウェアフレームワークの提供

提案手法

• 通信とデータログ管理を担うVMEベースの電源制御装置（PSC）モジュールの設計。
• 各電源に直接取り付ける光絶縁型電源インターフェース（PSI）ユニットの開発。
• PSCとPSI間の電気的絶縁および高速通信を実現するための二重マルチモードファイバーの使用。
• 各インターフェースごとに16ビットのアナログリファレンスおよびリadder、15のデジタルコマンド、16のデジタルステータスビットを実装。
• 外部トリガーシグナルに同期し、最高10 kHzでデータ取得およびコマンド送信を実行。
• 故障発生前のデータを含む、事後分析に適したタイムスタンプ付きの円形バッファをPSCに統合

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 350台以上の電源を備えた大規模加速器施設において、標準化され、スケーラブルで信頼性の高い電源インターフェースをどのように設計できるか？
• RQ2 コントローラーと電源間で、高速かつ同期的で、電気的に絶縁されたデータ交換を保証する通信アーキテクチャは何か？
• RQ3 タイムスタンプ付きの事前故障データログを用いることで、故障データを効果的に保持・分析するにはどうすればよいか？
• RQ4 システム全体の停止を伴わずに、電源のローカルテストと診断を可能にするハードウェアおよびソフトウェア機構は何か？
• RQ5 異なる電源メーカーおよびモデルに対しても一貫した統合を実現するには、インターフェースはどのように設計すべきか？

主な発見

• PSI/PSCシステムは、SNS加速器の厳しいタイミング要件を満たす、最高10 kHzのリアルタイムで同期されたデータ交換を正常に実現した。
• 光ファイバーによる絶縁により、高電圧環境下でも電磁ノイズに対する高い耐性と安全性が確保された。
• PSCに搭載されたタイムスタンプ付き円形バッファにより、故障発生直前のデータを含む後続分析が可能となり、システム診断の精度が向上した。
• PSCに搭載されたシリアルポートにより、ラップトップを用いて電源およびコントローラーの直接的なローカルテストが可能になり、保守作業の効率が向上した。
• インターフェースは電源メーカーによって採用され、SNS施設内での標準化および実用的導入が確認された。
• EPICSドライバおよびテストユーティリティを含むソフトウェアスタックにより、SNS制御システムへのシームレスな統合が実現された。