Proceedings of the 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
October 18 - 21, 2022, Online (Kyushu University)

PASJ2022 THP013

UVSOR アンジュレータ制御系の PLC 化
UNDULATOR CONTROL SYSTEM USING PLC AT UVSOR
林憲志#, A), 太田紘志 A), 山崎潤一郎 A) , 平義隆 A) , 加藤政博 A)B) , 仲谷光司 C)
Kenji Hayashi A), Hiroshi Ota A), Jun-ichiro Yamazaki A) Yoshitaka Taira A) Masahiro Katoh A, B) Koji Nakatani C)A)UVSOR, Institute for Molecular ScienceB)
HiSOR, Hiroshima UniversityC)
Hitachi Zosen Co.

Abstract
UVSOR synchrotron facility equips six undulators and each system has local feed-forward compensation systems fororbit and betatron tune. All undulators are operated in so-called independent tuning. This spring, at the renewal of U3
undulator control system, we adopted PLC as the controller instead of the previous maker-specific (custom) controller.
The new undulator control system was quickly applied for user operation after facility maintenance period and has beenstably operated.

1.

償利用に加え、企業等からの有償利用も行っている。60時間／週 で 年 36 週のユーザー利用を実施しており、年間 4,000 人・日以上のユーザーを受け入れている[1]。

概要

放射光施設 UVSOR-III では 6 台のアンジュレータが稼働しており、それぞれが独立した制御系を備えている。
UVSOR のアンジュレーター配備状況
これら制御系は、アンジュレータ本体に加え、アンジュ 3.
レータのビームへの影響を補正するための専用のステア
UVSOR-III では、利用可能な直線部すべてにアンリング電磁石や四極電磁石を制御している。放射光利用 ジュレーターが導入されており、真空封止型 3 台と実験中には、随時放射光ビームライン側から指令を受け Apple-II 3 台の合計 6 台から成る(Fig. 2)。
アンジュレータ磁石列のギャップや位相の変更を行いながら同時に上記の補正磁石によるフィードフォワード制御を行う。制御系について、これまでは日立造船社の固有のコントローラーである MCU とサーバーPC、通信プロトコルとしては CORBA を用いていたが、使用されるハードウエアや技術の持続性・汎用性を考え、一般的に入手可能であって安定性に優れる PLC による制御への変更を検討した。2022 年 3 月に最も老朽化の進んでいた U3アンジュレータ制御系を三菱電機製 PLC と SLMP プロトコルによるシステムに更新した。本発表では、新しい制御系の性能や稼働状況について報告する。
Figure 2: Distribution of undulators in UVSOR-III.
これらのアンジュレータは、ユーザー運転中に自由に磁極間隙と位相を変更できる、いわゆるフリーチューニン
グで運用している（U1 タンデムアンジュレーターは下流側のみ）（Table 1）。COD 補正は各アンジュレータ上下流に設置された専用ステアリング電磁石によりギャップ値に応じた励磁電流を印可するフィードフォワード制御で行う。
上下流にある四極電磁石に設けた補助コイルに補正電源より電流を流すことにより、ベータトロンチューン補正も行っている。ただし Apple-II 型では物理的に可能な最小ギャップまでは利用に供されておらず今後の課題である。

Figure 1: Overview of UVSOR-III storage ring.

2.

UVSOR 施設について

UVSOR-III は、大学共同利用機関分子科学研究所の放射光施設であり(Fig. 1)、大学や研究機関からの無___________________________________________# h-kenji@ims.ac.jp- 740 -Proceedings of the 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
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Table 1: Available Range of Gap and Phase for Each
Undulator

現場制御系には、 PLC(MELSECTM iQ-R)を採用した(Table 2)。CPU 以外に、ギャップや位相駆動のためのパルスモータードライバの制御、エンコーダーの読み取り、電流指示読み取り（アナログ）、ステータス（デジタル）などの信号処理を PLC モジュールで行う。PLC はタッチパネルを備えており、単体でも動作する。
Table 2: Specification of Undulator Control Rack

4.

アンジュレータ制御系の構成

UVSOR-III のすべてのアンジュレーター制御系は、安定した動作と長期的なサポートを期待できることから、外注としている。共通した構成は、・現場コントローラー（MCU※） ※日立造船（株）製
・＋サーバーPC
・＋クライアント PC（制御室、ビームライン）・通信仕様：ミドルウエア CORBA（＋JAVA)となっているが、現在では、上述の MCU は製造中止となっている。また、CORBA も、今後の PC 機種変更などの動作環境変化時に懸念がある.今年度、U3 アンジュ
レータの制御系の更新にあたり、UVSOR のアンジュレータ制御系として初めて PLC を採用することとした（Fig. 3）。
通信仕様も、PLC や FA 用途において広く使われているSLMP へ変更した。

5． ビームラインからの制御と SLMP 通信について制御には、TCP/IP 上での SLMP プロトコルを使用している(Fig. 4)。PLC 上の共有メモリを上位（コントロール室、ビームライン）やタッチパネルから読み書きすることで動作指示／ステータス読み取りを行う。

Figure 4: Flow of undulator control.

Figure 3: Schematic diagram of old/new undulator control
systems.

SLMP 通信パケットの構成を以下に示す(Fig. 5)。ヘッダやユニット番号等の情報に続いて、要求データの部分にコマンドが入る。

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く予定である。

参考文献

Figure 5: Composition of SLMP command packet.
通信のフローチャートを Fig. 6 に示す。ステータスの読み取りは、SLMP パケットの要求／応答で終わる。コマ
ンド送信の場合は、共有メモリへコマンドを書き込んだ後、STROBE ビットを書き込む。PLC が STROBE ビットが立ったことを検知すると、コマンドを読み取り、その後STROBE ビットを立ち下げる。それによりコマンド送信側はコマンドが受け付けられたことが分かる。
通信テストにおいて、通信サイクルは約７ミリ秒であった（コントロール室 PC とストレージリング室にあるアンジュ
レータ―PLC 間で測定、SLMP プロトコルにて U3 ギャッ
プ値を読み出し）。ギャップ変更など物理的な動きを伴うアンジュレータの動作は秒のスケールであることから、十分な通信速度であると考えられる。なお、ギャップ移動中のギャップ値に応じた補正電流（軌道補正、チューン補正）の変更は、PLC 上のファイル（テーブル）に応じてリアルタイムで PLC 自身が行うため、この通信サイクルには縛られない。
コントロール室またはBLユーザ[1] UVSOR Activity Report;

制御装置(PLC)

SLMP要求伝文

共有メモリの読み出し（状態取得）

SLMP応答伝文

共有メモリへ設定値書き込み

SLMP応答伝文

共有メモリへSTROBE書き込み(指令)SLMP応答伝文SLMP要求伝文SLMP要求伝文

共有メモリのSTROBE認識

No

Yes

操作権あり？

NoYes

設定値取出し、制御メモリへ転送
共有メモリのSTROBEのクリア

共有メモリのSTROBEのクリア

要求処理

Figure 6: Flowchart of command/response using SLMP
protocol.

6． まとめUVSOR での初めての PLC を用いたアンジュレータ制御系が 2022 年春の長期保守期間において導入された。
通信速度やシステム安定性などについて、これまでのところ問題無く使用できている。他の同様なアンジュレータ制御システムについても、今後の更新と長期間の保守の目途を立てることができた。アンジュレーター以外の制御系（入射系や RF 制御等）にも PLC の導入を検討してゆ- 742 -https://www.uvsor.ims.ac.jp/eng/activity/