筑波大学技術報告
26: 94-97 , 2006

パーソナルコンピュータによるガンマ 10 データ収集系の更新
杉山昭彦
筑波大学研究事業部研究事業課 プラズマ研究センター〒305-8577 茨城県つくば市天王台 1-1-1

概要ようにした。

筑波大学プラズマ研究センターに設置されている核融合実験装置ガンマ 10 に付随する CAMAC*デー
タ収集系の新システムへの更新作業を行った。また、立型電動発電機制御系機能の中の一部である加熱系波形データ収集機能のシステム移行作業も併せて行ったので報告する。

２．ガンマ 10 コンピュータシステム

１．はじめに筑波大学プラズマ研究センターにて長くデータ処
理用コンピュータとして使われてきたミニコンピュ
ータ TOSBAC 7/70E を主体とした旧 CAMAC データ収集システムから、パーソナルコンピュータを採用した新 CAMAC データ収集システムへのシステム更新作業を 2001 年度に開始し、初年度はその一部のクレートを新 CAMAC データ収集システムへ移行させた。今年度は、残ったクレートのすべてを新 CAMAC収集システムへ移行し、システム全体の更新作業を完了させた。また同様に旧処理系で行っていた、既設ガンマ 10 用立型電動発電機制御システムが処理した、発電機出力データ及び加熱系波形データの、データサーバ格納も新データ収集システム側で行える

当センターの核融合実験装置ガンマ 10 に付随するコンピュータシステムは、ガンマ 10 プラズマ実験に於いて各プラズマ計測装置の波形出力データを収集・処理しデータサーバへ格納する CAMAC データ収集系と、ガンマ 10 実験装置本体磁場コイルへの電力供給やプラズマ加熱用の電力を担う立型電動発電機の運転制御及び発電機の稼動状態監視全般を担当する立型電動発電機設備制御系を有する。

2.1 立型電動発電機設備制御システム
当センターに設置されている立型電動発電機は、重さ約 300 トンのフライホイールを約 450rpm で回転させ、その回転エネルギーを電気エネルギーに変換して、ガンマ 10 本体磁場コイルに流す電流やプラズマ加熱用の電力を供給している。この発電機の制御全般を担うのが立型電動発電機設備制御システムであり、実験棟運転室及び発電機棟制御室の 2 箇所に配置され、互いに発電機制御システム専用 LAN によって接続された PLC (Programable Logic Controller)を用いることにより集中管理している。

データサーバ（Unix Work Station)

学内ＬＡＮ

Ｇａmma－ｎｅｔ

ローカルルータ

ローカルルータ

Unix Work Station
GP-IB

スイッチングハブ

CAMAC
クレート１

スイッチングハブ

収集PC １

管理PC

・・・
CAMAC
クレート4

監視ＰＣ
(運転室)

運転PC
(運転室)

DL

統轄制御 発電機制
PLC
御PLC（運転室） (制御室)

立型電動発電機制御システム系 LANTOSBAC7/70E

CAMAC
クレート１

・・・
CAMAC

収集PC ４
注) ＤＬ＝データロガー

CAMACデータ収集系 LAN

図１ ガンマ 10 コンピュータシステム接続図(更新前)

クレート５

TOSBAC データ収集系

PLC は、稼動中の立型電動発電機の回転数や出力電流の制御、冷却水系動作制御や水温監視、発電機出力をガンマ 10 本体磁場コイルやプラズマ加熱装置に供給するためのトランスや整流器及び真空遮断器等の状態変化を監視・管理する発電機制御機能、総合実験に於いてオペレーターが統轄用 PC から入力したコイル通電電流値及びショット間隔時間を設定し、総合実験時の統轄運転シーケンス制御を行う発電機運転条件設定機能、ガンマ 10 本体磁場コイルへ通電した電流値の時間変化を収集する発電機出力波形データ収集機能、データロガーを介して各プラズマ加熱系からの出力データを取込むプラズマ加熱系波形データ収集機能などを有する｡
また PLC は総合実験ショット進行中において、新CAMAC データ収集システムの主体である CAMAC
管理 PC に、発電機制御システム専用 LAN を介して同期タイミング信号（実験準備、3 分前、2 分前、1分前、10 秒前、発電、通電、フラットトップ、実験終了）及びショット終了後のショット番号を配している。

2.2 CAMAC データ収集システム
CAMAC データ収集システムは、ガンマ 10 プラズ
マ実験に於いて各プラズマ計測装置の波形出力データを収集・処理しデータサーバへ格納するシステムである。
昨年度のデータ収集システムは、TOSBAC 7/70E系処理システムに 5 台の CAMAC クレートが、WindowsPC 系処理システムに 4 台の CAMAC クレートがそれぞれ接続され、各々データ収集を賄うという旧方式と新方式が混在したシステム運用形態になっていた。図 1 が更新作業前のコンピュータシステ
ムのネットワーク接続図である。その方式では、まず TOSBAC 7/70E システムがデータサーバ内に最新shot ディレクトリを作成し、引き続いて TOSBAC7/70E システムが収集した 5 台分の CAMAC クレートのデータと PLC からのプラズマ加熱系波形データと発電機出力波形データを gamma-net 経由でディレクトリ内に格納、同様に Windows 管理 PC は収集 PC が処 理 し た 4 台 分 の CAMAC ク レ ー ト デ ー タ をCAMAC データ収集系専用 LAN を経由してデータサーバ内最新 shot ディレクトリに転送し、双方のデータの書き込み完了で 1shot 分のデータとなる。
今年度は、旧データ収集システムの主体であるTOSBAC 7/70E を使用した収集系を完全に廃止する
為、これまで旧方式でデータ収集していた 5 台のCAMAC クレートへ Windows 収集 PC を接続し、さらに新規にもう 1 台を増設して合計 6 台の CAMACクレートを新 CAMAC 収集システムへと切り替えた。
これによって総合実験時に稼動させている 10 台すべての CAMAC クレートを WindowsPC 機による新データ収集系へと更新した。図 2 に更新作業を完了した
新データ収集系の全体図を示す。なお、管理 PC 及び収集 PC に組込んでいる収集制御ソフトウェアは（株）東芝製である。
加えて PLC で処理しているデータ中の、プラズマ加熱系波形データと発電機出力波形データに関しては、CAMAC データ収集システムで処理されたプラズマ計測系データと同一の shot ディレクトリ内に取り込み Unix データサーバへ格納する必要がある。これまではプラズマ加熱系波形データ・発電機出力波形データをデータサーバへ転送・格納する機能は、旧データ収集系側が有していた。今年度のシステムの更新作業では、これら PLC が収集したデータの転送・格納機能も新データ収集システム系側で処理できるようプログラム変更した。

３．追加プログラム
次に、新データ収集系への移行に伴い追加したプ
ログラムについて述べる。
今年度 WindowsPC（収集 PC）制御へ更新した 5
台の CAMAC クレートの中に、8212 CAMAC モジュールが組まれているクレートが存在する。8212 モジ
ュールは他の CAMAC モジュールと比べデータバス転送速度が遅く、その転送速度の違いから現行のWindowsPC 機を接続してデータ収集処理を行った場
学内ＬＡＮ

Ｇａｍｍａ－ｎｅｔ
Ethernet

遮蔽室

データ処理室

運転室

OpticalFiber

OpticalTransceiver

DATA

CAMAC
Crate

DATA
Server

Local
RouterMO
Jukebox
統轄PC

OpticalTransceiver

収集PC
Flat
Cable

Local
Router

Switching
Hub

監視PC
OpticalTransceiver

管理PC

PLC盤

ＤＬ

OpticalFiber

実験室
SwitchingHub

Switching
Hub

OpticalTransceiver

OpticalFiber

発電機棟制御室OpticalTransceiver

DATA

CAMAC
Crate

収集PC
FlatCable

PLC盤

図２ 新データ収集系全体図

合、8212 モジュールが有する全 32ch の入力 Port 毎に、32 個それぞれ単独の出力ファイルを作成をすることができなかった。その為 8212 モジュールについては、各 ch 入力を Port 毎にファイル出力せず、全 chの入力データを１つのファイルとしてまとめて取り込むマルチ収集方式で処理することとした。しかしマルチ収集形式のファイルは、前述した様に 32ch 分のデータが 1 つのファイルに収まった形式のデータであり、そのままでは Port 毎の波形データとして解析作業が行えない。従って一般ユーザーに開放する前に、これらのファイルを Port 毎データとして展開操作する必要があり、データサーバ上でマルチファイル展開プログラムを稼動させている。
ここで、今回追加した各収集プログラムの起動タイミングについて記す。
8212 モジュールのマルチファイル用展開プログラ
ムの起動タイミングは、管理 PC からデータサーバ上に最新の shot データをすべて転送し終えた後にスタ
計測系データ
統轄データートさせる必要がある。データ転送の終了を確認する方法として、shot_no という最新 shot 番号確認用ファイルを Unix データサーバ上に作成しておき、CAMAC 管理 PC が、まず最新収集データをサーバへ転送し、全ファイルの転送終了を確認後、今度はサーバ上の shot_no ファイルの中身を 1shot 前の番号から最新 shot 番号へと更新する。展開プログラムは常に shot_no ファイルの中身を確認し、ショット番号が更新されたらマルチ収集形式ファイルの展開操作を開始する。そして展開操作が完了したら次の shot 番号に更新されるまで待機状態を保つように動作する。
さらに展開プログラムと同様な起動方法で動作する
PLC データの取り込みプログラムも待機している。
これら一連の命令が完了した後、データサーバの格納領域を維持するため、サーバ上で最新のデータが収集される毎に最古データから順にファイルを削除するプログラムが起動する。このプログラムも展開プログラム同様に shot_no ファイルを常時確認し、管理ＰＣ

データサーバ

始収集待機

通電終了？
NOYES
計測系データ(収集ＰＣ)新ショット番号（統轄PLC）

計測系データをtemp領域へ取込

新ショット番号をtemp領域へ取込

新shot番号dirを作成 temp内データをこのdirへ移動

新shot番号dir内のデータをdirごとデータサーバへ転送

データファイル作成

shot_noファイルの中身を新ショット番号に書き換え

shot_noファイルが更新されたか

YES
加熱系波形データ（統轄PLC）

・マルチファイルの展開
・加熱系波形取込

最古データの削除

図３ 新データ収集システムフローチャートNOショット番号の更新が確認できるとサーバの CPU 負荷が軽減される時間帯まで wait を掛け、ファイル削除動作を開始する。図 3 に新データ収集システムのフローチャートを示す。
尚、新データ収集システムの CAMAC 管理 PC は、２つのローカルエリア接続機能（CAMAC データ収集系専用 LAN、発電機設備制御系専用 LAN）を有し、PLC が発した同期タイミング信号及び shot 番号を用いて CAMAC データ収集システムからのプラズマ計
測系データ及び立型電動発電機設備制御システムからの発電機出力波形データ・加熱系波形データの双方の処理を行っている。
最後に、一度 Unix データサーバ上に取り込まれたデータは削除プログラムの対象となる前に光磁気ディスクへとコピーされ、ディスクチェンジャー装置によって過去のデータがいつでも読み出しできるよう管理される｡

４．まとめ
前述したように昨年度までのデータ収集システム
は、旧方式と新方式が混在したシステム運用形態になっており、その中核が旧データ処理システムのTOSBAC 7/70E であった。新旧混在したシステム形態
時では、TOSBAC 7/70E がサーバ上にショットディレクトリを作成し、データを書き込むという形態だったため、その処理能力上、先に収集作業を終えている WindowsPC 側では、TOSBAC 7/70E がサーバ上に最新ショットディレクトリを作成するまでの間、データ転送の待機を強いられていた。今年度は、従来方式でデータ収集していた残りの CAMAC クレートをすべて新方式の Windows 収集 PC 機に切り替えたことによる処理速度の向上が認められ､さらにデータ転送時に無駄な待機時間ができてしまうことが無くなり全体のデータ収集時間を昨年度より 3 分の 2程度、それ以前の TOSBAC7/70E 収集システムを主とした時期と比べては 2 分の 1 以下に短縮することができた。また懸念であった、メーカー保守可能期間を過ぎてしまった TOSBAC 7/70E からの完全システム切り替え作業が完結できた。

謝辞
本データ収集システムの更新にあたっては、プログラム開発において当センター立松芳典先生を中心として、ハードウェア構築で当センター檜垣浩之先生ご指導のもと作業を進め､無事システム更新が終了できましたことを深く感謝いたします。

*CAMAC
Computer Aided Measurement And Control の略。コンピュータを用いて大量のディジタル情報を取扱う際の国際規格。

参考文献
杉山昭彦：パーソナルコンピュータによる CAMAC データ収集系
筑波大学技術報告 No.24 (2004) p137.