[论文解读] 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 8

一句话总结

本文介绍了在JAERI-KEK高强质子加速器设施中，为基于网络的控制器（特别是PLC、测量站和定制网络控制器板）实现EPICS设备支持的实施，实现了在IP网络上稳定、标准化的控制。该系统采用IP通信、EPICS通道访问用于OPI，以及PLC的专有协议，已在加速器测试台上成功验证，并计划进一步推广部署。

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.

研究动机与目标

• 通过使用PLC和测量站等标准化网络控制器，实现加速器系统的可靠、可扩展控制。
• 在不破坏现有软硬件基础设施的前提下，将这些控制器集成到EPICS控制框架中。
• 通过标准化通信协议和通过管理站实现的集中诊断，确保系统的鲁棒性和可管理性。
• 通过支持第三方设备的设备支持软件外包开发，为控制系统的未来扩展提供支持。
• 为联网控制器建立安全和配置规则，防止误配置并确保系统稳定性。

提出的方法

• 使用通用的IP通信包开发EPICS设备支持软件，实现在VxWorks和Windows平台上的跨平台兼容性。
• 在PLC与EPICS IOCs之间实现专有通信协议，采用轮询机制，并可选支持紧急事件报告。
• 使用标准EPICS记录类型（例如INP/OUT字段）映射IP地址和寄存器地址，实现对I/O的直接访问。
• 基于公开的技术规格，设计并集成了Yokogawa WE7000测量站的设备支持。
• 开发了带有嵌入式处理器的插件式网络控制器板，用于大功率磁铁电源，支持基于IP的命令和遥测。
• 建立了网络管理实践，包括唯一ID分配、时钟计数器监控，以及对关键寄存器的写访问限制。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何有效将PLC和测量站等基于网络的控制器集成到EPICS控制框架中？
• RQ2 需要哪些通信协议和软件抽象，才能通过IP网络实现可靠且稳健的控制？
• RQ3 如何为第三方联网设备（如Yokogawa WE7000站）开发和维护设备支持软件？
• RQ4 在大规模、联网的控制环境中，需要哪些系统级规则和实践，以确保配置安全和运行稳定性？
• RQ5 现有EPICS工具和通道访问协议在多大程度上可扩展以支持非原生EPICS的联网控制器？

主要发现

• PLC的EPICS设备支持软件已在加速器测试台上成功实现并测试，确认了基本功能。
• 该软件通过标准EPICS记录字段（IP地址和寄存器地址）支持直接寄存器访问，可与MEDM面板无缝集成。
• 管理站可独立于EPICS环境对PLC梯形逻辑进行诊断和更新，提升了系统的可维护性。
• 通过外包开发，基于公开披露的规格，成功实现了Yokogawa WE7000测量站的设备支持。
• 为磁铁电源设计的插件式网络控制器板采用嵌入式处理器和IP通信，其软件架构与PLC实现兼容。
• 建立了系统级规则（如唯一ID分配、时钟计数器监控、关键寄存器写访问受限等），以增强配置安全性和运行鲁棒性。