Proceedings of the 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 29th Linear Accelerator Meeting in Japan (August 4 - 6, 2004, Funabashi Japan)

Status of the JAERI ERL-FEL Control System Development
N.Kikuzawa1,A)
A)
Free Electron Laser Laboratory, Advanced Photon Research Center, Japan Atomic Energy Research Institute
2-4 Shirakata-Shirane, Tokai, Ibaraki, 319-1195
Abstract
In order to improve the reliability and the safety of a control system, we have upgraded the JAERI ERL-FEL control
system using ITRON-based CAMAC controllers. When the controller was installed, new control programs weredeveloped by using open source software that had high compatibility for many platforms so that replacement ofcomputers for consoles might become easy. Status of the JAERI ERL-FEL control system development is presented.

原研ERL-FEL制御系の現状
１．はじめに
２．新制御系のハードウェア構成

原 研 ERL-FEL 制 御 系 に は CAMAC を イ ン タ ーフェースとしたPCベースのネットワーク分散型制
CAMACとのインターフェースとして、産業用途御系を自主開発し、運用してきた。制御用計算機にとして多くの実績を持つμITRONをOSとして採用
NEC PC-9801を採用し、OSとしてWindows95を使用したコントローラ(ニチゾウ電子制御 ND-MCU)をしていた。しかしながら、PCやOSのサポートが終ローカルコントローラとして採用した[2]。ローカル了し、今後の機能の維持や拡張が困難となったため、 コントローラはCPUに日立製RISCプロセッサである
平成15年度末までに制御系の更新を行った[1]。
SH4、動作クロック200MHzを採用しており、拡張スロットとして3基のPCIスロットを装備している。
今回の更新で考慮した点として、更新作業の期間リアルタイムOSであるμITRONは高い信頼性が要や費用を最小限にするために、これまでのCAMAC求される産業機器や家電などの組込みシステムに広システムはできるだけ現状のまま使用することにしく用いられている実績があり、長期間にわたって安た。また、PCは高性能の機種を安価に入手できる定して動作することが期待できる。また、HDDなどという利点を持つため、計算機には市販のPCを利の駆動部品を用いていないために障害の発生する可用 す る こ と と し た 。 し か し な が ら 、 PCの ハ ー ド
能性が低く、特別なシャットダウン操作無しに電源ウェアやソフトウェアの機能の向上や仕様の変化がをOFFできる。μITRONはアップデートやバージョ
急で、同一仕様の機種を継続的に入手することが困
ンアップなどが必要になることはほとんど無く、難であり、特にOSのバージョンアップ時にドライOSとしてWindowsなどを使ったPCと比べて管理コバソフトの入手などに苦慮した経験から、インターストを大幅に軽減できる。
フェースボードなどのハードウェアに依存した機能
ローカルコントローラには3基のPCIスロットがあをPCから分離することにした。このため、ハードるため、CAMACクレートコントローラ(東陽テクニ
ウェアに依存した部分を受け持つローカルコント
カCC/7700)用のPCIインターフェースボード(東陽テローラを開発し、ネットワーク経由でPCからコマクニカCC/PCI)をPCIスロットに挿し、パラレルケーンドを送信して制御を行う方式とした。
ブルでクレートコントローラと接続してCAMACを制御用プログラムの開発には、なるべく特定の制御する。このためにμITRON上で動作するドライメーカやベンダに依存しない環境を構築することをバを開発した。また、CAMACモジュールの設定値目的とし、オープンソースソフトウェア(OSS)を中をバッテリバックアップされたメモリ上に保存する心に選択した。OSSはウェブサーバなどのサーバ用機能を設け、ローカルコントローラの起動時に設定途で利用が拡大しており、ライセンス料の削減や特値を自動的に復元できるような機能を持たせた。こ定のベンダに依存しない環境が構築できるなどの利の機能により、制御用PCが停止している状態でも点がある。OSSはインターフェースやフォーマットローカルコントローラの起動時に設定値を自動的になどの技術仕様などが公開されているため、多数の復元することが可能であり、停電の前後などで再設選択肢の中からコストパフォーマンスに優れた環境定の手間を軽減できる。
を選択でき、将来にわたって継続的に互換性を維持
新しい制御系のハードウェアの構成を図1に示す。
することができると期待される。
これまで計算機制御を行っていたのは主に電磁石電新しい制御系のハードウェア構成を2章で、ソフ源や電子銃などであり、使用していたCAMACクトウェア構成を3章で述べる。
レートの傍にローカルコントローラも設置された。
1

E-mail: kikuzawa@popsvr.tokai.jaeri.go.jp504Proceedings of the 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 29th Linear Accelerator Meeting in Japan (August 4 - 6, 2004, Funabashi Japan)

また、今回の更新にあわせて、RFローレベル制御装置も改良し、リモートで計算機制御できるように
変 更 を 行 っ た [3] 。 こ れ ら の 制 御 の た め に 4 台 のCAMACクレートが使われており、開発用の1台を含めて5台のローカルコントローラを導入した。
コンソール

データベースサーバ

Webサーバ

個別の電源の操作画面などの表示にはCosylab社 4の製作したAccelerator Beans (Abeans)を利用した。
Abeansは加速器の制御用にJava言語を用いて開発された部品化されたプログラムであり、複数の開発者の間でプログラムの共有やコードの再利用が容易になるため、制御プログラムの開発効率が向上する。
ドイツのANKA放射光施設や理化学研究所のRIビームファクトリー（RIBF）などでも加速器制御プログラムに使われている[4]。
3.2 データベースサーバ

CORBA

CAMAC クレート
ローカルコントローラ

電磁石電源

電磁石電源RF制御装置

電子銃

TCP/IP

図１：ハードウェア構成

これまでは、それぞれのPCで計測したデータなどはそれぞれのHDDにファイルとして保存し、ファイルをネットワークで共有して参照していた。しかし、データ容量が大きくなるにつれて効率的なデータ検索が困難になっていったため、効率的なデータの参照のためにデータベースシステムを導入した。
将来のデータベースシステムの更新なども考慮し、ソースコードなどが公開されていて様々な処理系で動作するMySQL Database Server5を採用した。
データベースシステムの全体構成を図2に示す。
データベースには、運転操作ログ、設定値ログ、計測データなどを保存している。運転操作ログは、ラッパリングソフトからデータベースに保存しているため、どのコンソールから操作してもデータベースに保存されるようになっている。設定値ログは、オペレータが設定値パラメータの組み合わせを保存しておきたいときに、オペレータの操作によってすべての設定値パラメータがデータベースに保存される。計測データは、超伝導加速器の温度や冷凍機の冷却能力などを1分ごとに計測し、常時保存している。
Webクライアント

３．ソフトウェア構成3.1 操作用プログラム

操作用プログラム
GUI画面

Webサーバ
データ検索

操作用プログラム
GUI画面

操作用プログラムの開発には、将来の計算機の更新を考慮して制御プログラムが様々な処理系で動作することを重視し、開発言語としてJava言語2を選択した。Java言語はオブジェクト指向言語の一つで、機種依存性の非常に少ない言語であり、多くの処理系に対応したプログラムを開発できる。制御コマン
ドの通信には分散オブジェクト技術であるCommon
Object Request Broker Architecture(CORBA)3を利用した。しかし、μITRONで動作するローカルコント
ローラはCORBAプロトコルによる通信ができないため、制御用プログラムからCORBAプロトコルで送られた制御コマンドをTCP/IPに変換する必要があり、そのためのラッパリングソフトを開発した。コンソールの制御用プログラムから送られたコマンドはラッパリングソフトによってCORBAプロトコルからTCP/IPのコマンドに変換され、ローカルコント
ローラに送られる。

データベースサーバへのアクセスは様々な処理系から可能であるが、処理系にあわせたプログラムが必要になり、使用できる処理系を制限してしまう

2

4

3

http://java.sun.com/
http://www.omg.org/

検索

ログ取得

CORBA
操作ログ保存

データベースサーバー

ログ収集

ラッパリングソフト

設定値ログ保存
計測データ保存

TCP/IP

計測プログラム
GPIB

ローカルコントローラ

レコーダー

CAMACクレートコントローラ

図２：データベースシステムの構成
4.2 Webデータベース

5505

http://www.cosylab.com/
http://www.mysql.com/

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Webデータベースの一例として、超伝導加速器冷却系のデータ表示の例を図3に示す。この図では、小型4K冷凍機のヘリウムガス流量と冷却能力、超伝導加速器のヘリウム槽内の圧力などの計測データの24時間分をグラフにして表示している。これにより、過去の冷却能力の変動などを確認でき、故障の原因の解明に役立つ。
表1に、今回の更新に使用したソフトウェアを示す。

５．まとめ

図3：Webデータベースの表示例
ことになる。このため、Web上からデータベースにアクセスできるようにシステムを構築した。Webブ
ラウザは現在ではほとんどの処理系で利用できるた
めWebクライアントの機種に依存せず、どのような処理系からでも計測データの表示が可能になった。
これらの処理はPHP(PHP: Hypertext Preprocessor)6によって開発した。PHPはスクリプト言語のひとつであり、データベースへのアクセスが容易であるという特徴がある。Webサーバ側で行う処理をスクリプトで記述したことにより、処理の修正や機能の追加も容易にできる。
表1：開発に使用したソフトウェア
ローカルコン OS
トローラ
プログラム言語OS
クライアントPC
プログラム言語
CORBA
OS
ラッパリングソフト
プログラム言語
CORBA
データベース OS
サーバ
データベースサーバ
OS
Webサーバ
httpdµITRON
C言語
WindowsXP
Java言語JacORB7
WindowsX
P
C++言語
TAO8
WindowsXP
MySQL
WindowsXP
Apache 9 、Perl、PHP

原研自由電子レーザー用制御系を更新するために
μITRONを組み込んだCAMACコントローラを開発し、原研ERL-FEL用制御・データベースシステムの運用を開始した。
ローカルコントローラで動作するµITRONは組み込みシステム用に開発されたリアルタイムOSであることから現在のPCよりも信頼性が向上し、リアルタイム制御性が向上した。
コンソール用PCとローカルコントローラを機能分離することができたため、コンソール用PCを高性能のPCに更新できた。計算機の性能が向上したため、制御用プログラムはOSSを中心に使用して新規に開発を行った。これにより、将来のPCの更新にも容易に対応できる。
計測データの効率的な管理のためにデータベースシステムを導入した。過去の計測データもウェブ上から検索でき、機器の故障診断が可能となった。

参考文献[1] N. Kikuzawa, “ 原 研 ERL-FEL の 制 御 系 更 新 計 画 ”,
Proceedings of the 28th Linear Accelerator Meeting inJapan, Tokai, Jul. 30- Aug. 1, 2003
[2] N. Kikuzawa, “μITRONを用いたJAERI ERL-FEL制御系の 開 発 ”, Proceedings of the 14th Symposium onAccelerator Science and Technology, Nov. 11-13, 2003.
[3] 永井良治、他、“原研ERL-FEL用RFローレベル制御装置の改良”、本論文集[4] T. Tanabe, et al., “Distributed-Object Based Design of RIBF
Control System Using Java/CORBA”, The 13th
Symposium on Accelerator Science and Technology,Osaka, Oct. 29-31, 2001.

7

http://www.jacorb.org/
http://www.cs.wustl.edu/~schmidt/TAO.html
9
http://www.apache.org/
8

6

http://www.php.net/506