[论文解读] A Control System of the Joint-Project Accelerator Complex

J. Chiba, Hirofumi Fujii+6 more|ArXiv.org|Nov 28, 2001

Particle accelerators and beam dynamics参考文献 2被引用 4

一句话总结

本文介绍了基于以太网/IP的JAERI-KEK联合项目加速器综合体控制系统的架构与实现，采用EPICS作为中间件框架。该系统在所有控制器（包括定制PLC、WE7000站和通用以太网板）中全面采用以太网通信，取代传统现场总线，已成功开发出工作原型驱动程序，实现了对KEK 60-MeV直线加速器离子源的控制。

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.

研究动机与目标

• 为JAERI-KEK联合项目加速器综合体开发一个可扩展、高速的控制系统。
• 将遗留的现场总线架构替换为所有控制组件统一的以太网/IP网络。
• 采用EPICS作为核心控制系统框架，以实现互操作性与实时性能。
• 设计并测试新型控制器（PLC、WE7000站、以太网板），以实现终端设备的集成。
• 通过原型驱动程序控制KEK 60-MeV直线加速器的离子源，对系统进行验证。

提出的方法

• 采用实验物理与工业控制系统（EPICS）作为分布式控制的软件基础。
• 在所有系统层级（包括终端控制器）中实施以太网/IP作为主要通信协议。
• 设计并开发三种新型硬件组件：PLC、WE7000站和通用以太网接口板。
• 开发PLC的原型EPICS驱动程序，以实现对加速器子系统的实时控制。
• 将控制系统与KEK现有的60-MeV直线加速器集成，用于研发与验证。
• 利用原型驱动程序控制KEK直线加速器的离子源，作为概念验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何利用现代网络技术为大规模加速器综合体设计高性能、可扩展的控制系统？
• RQ2 在控制器层面将现场总线替换为全以太网/IP通信面临哪些技术挑战，又有哪些解决方案？
• RQ3 EPICS能否有效管理包含定制硬件和实时约束的异构控制环境？
• RQ4 在真实加速器环境中，PLC的原型EPICS驱动程序可实现怎样的性能与可靠性？
• RQ5 如何通过在独立研发设施（如KEK 60-MeV直线加速器）中使用原型来验证统一控制系统？

主要发现

• 基于EPICS的控制系统成功实现了所有控制层级（包括终端设备）的全以太网/IP通信。
• 已实现PLC的原型EPICS驱动程序，并在KEK 60-MeV直线加速器离子源控制中表现出稳定运行。
• 该系统设计通过标准化网络，支持未来可扩展性及多样化硬件组件的集成。
• 从现场总线向以太网/IP的过渡在技术上是可行的，并提升了系统可维护性与数据吞吐量。
• 采用EPICS作为中间件框架，为加速器控制提供了稳健且可扩展的平台。
• 在KEK的原型验证结果证实了该控制架构在全规模JAERI-KEK联合项目中的可行性。