Proceedings of the 25th Linear Accelerator Meeting in Japan (July 12-14, 2000, Himeji, Japan)[12P-44]

IMPROVEMENT AND EXTENTION OF THE COMPUTER CONTROLSYSTEM FOR THE ISIR-FEL AT OSAKA UNIVERSITY
T. Igo*), R. Kato and G. Isoyama
Institute of Scientific and Industrial Research, Osaka University
8-1 Mihogaoka, Ibaraki, Osaka 567-0047 JAPAN
Abstract
We have upgraded the control system using personal computers (PCs) developed for the FEL beam line at ISIR,
Osaka University. Response of the control system was slow and it turned out that it was limited by the access speed ofthe database used for interface between the control panel program and the device control program. The structure of thedatabase was changed, so that the access time of 0.6 s in the old system was made ten times shorter, 0.06 s, and theresponse time of the control system has become as short as 0.1 s. A new function to use previous operation data has
been added to the control program in order to tune the FEL beam line quickly.

阪大産研 FEL 用計算機制御システムの改良と機能拡張
者にユーザーインターフェイスを提供する。また制

1. はじめにパーソナルコンピューター (PC)を用いた計算機制御用プログラムは PC に装備された入出力ボードを御システムを L バンドライナックの FEL ビームライ用いて、制御対象となっている機器の制御と監視を

1)

ンに昨年度導入した。 しかしソフトウェアの動作速行う。操作用プログラムと制御用プログラムの間の度が遅く、快適な操作環境を実現するためには動作情報のやりとりはデータベースを介して行われる。の高速化が必要であった。また当初、このソフトウ

このデータベースは Microsoft Access で作られたもェアは機器を制御する機能しか持たなかった。そこのである。またプログラムは Microsoft Visual Basic

でビーム調整の効率化を図るため、ソフトウェアにを用いて作られている。データベースは Windows ワ

高速化のための改造を施し、また運転情報履歴の利ークグループ内で共有され、操作用プログラムから用機能などを追加した。これらの改善により、このの遠隔操作を可能にしている。またこのデータベー

制御系は PC が数台〜10 台程度からなる小規模シススは複数のテーブル（表）を持っている。このうちテムで、かつリアルタイム性が要求されない応答時

Config と History は設定や履歴の保存に使われ、Set間が 0.1 sec〜1 sec 程度の制御系として、汎用的に用Value と Get Value は制御時の情報の中継用に用いらいることができると考えている。

れる。

ここでは制御ソフトウェアに対して行った改善や機能追加について報告する。

Control Panel Program(LAN)

2. ソフトウェアの構成
図 1 に示すように、この制御ソフトウェアは 3 層

Configの階層構造になっている。操作用プログラムは運転

Set Value

History

Device Control Program
QM*)

Get Value

BMSTR

図 1. ソフトウェアの構成とデータの流れ

T. Igo, 06-6879-8486, igo25@sanken.osaka -u.ac.jp−258−

Old design
SetValue

3. 動作速度の高速化
設計時、操作用プログラム上で電流値を変更して11.0から、その変更が操作用プログラム上の現在値表示

21.0に反映されるまでの更新時間はおよそ 0.1 sec 以下

31.0であることを想定していた。これは各インターフェ…

…

イスボードのアクセス速度、及び LAN の通信速度

New design
SetValue

123…

1.01.01.0…

図 2. テーブル設計の変更からこの程度は実現可能であろうと予想された速度である。また、これは運転者がストレスを感じることなく操作を行える速度である。しかし実際のアクセス速度を測定すると、データベースの値の更新に0.5~1 sec かかっていた。データベースを中継せずに機器を制御するプログラムを用いた場合は 0.1 sec以下であったことから、これはプログラムからデータベースを使用した場合に生じる速度低下であると考えられる。そこでデータベースに対する数値の書き込みと読み出しにかかる時間を測定するプログラムを作成し、制御ソフトウェアのデータベースアクセス部分のパフォーマンスを測定した。この結果を
表 1 の Old 欄に示している。これによると、データベースのアクセス速度は 1 デバイス当り 0.6 sec と非常に遅いことがわかる。
これを改善するために、データベースの再設計を行った。具体的にはデータ中継用のテーブル、 SetValue と Get Value の 2 つに対して、図 2 に示すように行と列の入れ替えを行った。データベースのテーブルに対する読み書きはレコード（行）単位で行われる。図 3 に示すようにテーブルには仮想的なカーソルが存在し、そのカーソルが指し示すレコード（カレントレコード）に対してのみ読み書きが行われる。
そのため他のレコードに対して読み書きを行う時にはカーソルを目的のレコードへと移動させる必要がある。この動作はコンピューターに対して大きな負荷をかける。これはテーブル内のデータはレコードごとにメモリに格納されるため、そのレコードのデ表 1.データベースへのアクセス速度

Old

New

MS Access0.60 sec

0.06 sec

MS SQL Server

0.32 sec

0.06 sec

123…

123…
図 3.レコードとカーソルテーブルは仮想的なカーソルを持っている。例では 2 番目のレコードが カレントレコードである。

ータに対しては高速で読み書きを行えるが、他のレコードに対して読み書きを行う場合はメモリ内のデータをすべて書き換えなければならないためである。
図 2 に示すように、当初のテーブル構造では値の読み書きをするためには一つのデバイスごとにカーソルを移動させなければならなかった。そこでテーブルの行と列を入れ替え、カーソルを移動させずに全デバイスの値を読み書きできるようにした。この
結果、データベースへのアクセス速度は Table 1 に示すように約 10 倍速くなり、ほぼストレス無く操作を行えるようになった。

4. 履歴機能の追加
ビーム調整を効率的に行えるようにするため、運転状況の保存と呼び出しを行う履歴機能を操作用プ
ログラムに追加した。図 4 の左下のウィンドウが履歴の呼び出し画面である。ビーム輸送系の調整パラメーターはビームエネルギーに大きく依存する。よってエネルギーの近い過去のパラメーターをビーム調整時に使う事で、ビーム調整に要する時間を短縮することができる。またパラメーターの再現も簡単になる。現在、この機能を追加してから約 1 年分の運転パラメーターが蓄積され、用いられている。

5.

２つに分離した。次にデータベースへのアクセス速

ビーム輸送シミュレーション
もうひとつの追加機能として、リアルタイムのビ度を向上させるため、データ中継用テーブルの構造

ーム輸送シミュレーションの導入を進めている。計を変更した。これにより、データベースへのアクセ

算コードには TRANSPORT を使用する予定である。

ス速度は約 10 倍速くなった。 また、運転履歴を利必要なビームエネルギーやエミッタンス等の値は、用する機能をビーム調整の効率化のために追加した。

別に測定したものを入力して使用する。この機能の現在約 1 年分のデータが蓄積され、ビーム調整に利動作時には制御系の電流値を流用してシミュレーシ用されている。

ョンを行い、結果をグラフィック化し、リアルタイムで画面に表示する。

今後の予定としては、上記のビーム輸送シミュレーションの他に、速度の向上やソフトウェアの汎用

この機能を導入する目的は、ビーム状態を視覚的に表示し、また必要な電磁石等の電流を予想するこ化を目的とした改造や運転履歴の検索機能の追加などを検討している。とでビーム調整の効率化を図るためである。
参考文献
1) T. Igo, et al, Proceedings of the 24th Linear Accelerator

6. まとめ昨年度 FELビームラインに導入した計算機制御シ

Meeting in Japan, 1999, p89.

ステムのソフトウェアにいくつかの改善や機能追加を行った。まず、ソフトウェアの動作不良を改善するために、データベースのデータ中継用テーブルを図 4. 操作画面