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)

GLCTA Control SystemN.Terunuma1,A), H.HayanoA), T.HigoA), T.SaekiA), T.SueharaB) K.WatanabeC)
A)
High Energy Accelerator Research Organization
1-1 Oho, Tsukuba, Ibaraki, 305-0081
B)
University of Tokyo
7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo 113-0033
C)
Tohoku Gakuin University
1-13-1 Chuo, Tagajo, Miyagi, 985-8537
Abstract
Research and development for the high power X-band RF technologies have been performed on the GLC Test
Accelerator, GLCTA, since fall of 2003. The control system of this facility is based on the PC-Linux servers that
handle the CAMAC, VME and PLC modules. Automated RF processing and data accumulation of the RF breakdown
have been performed.

GLCTA計 算 機 制 御 シ ス テ ム
１．はじめに

2.1 RFシステム制御機器

KEKではアッセンブリホールにGLC試験加速器施設（GLCTA）[1]を建設し、昨年秋から開発運転を始めた。
この施設は、KEKで開発中のX-bandRFシステム用の総合試験設備であり、安定な高電界加速場の実現のための技術開発が目的である。そのために加速管を含めたRFシステムでの放電現象の解析を行い、新たな設計に反映させることが必須である。また、次々と改良され製造されてくるクライストロンや加速管などのRFユニットを効率よく立ち上げ試験することが必要であり[2]、その支援環境の構築もGLCTA制御システムに求められていることである。
システムの構築に当たってはコストパフォーマン
スの点からPC-Linuxを採用することを基本とした。
作業は試験加速器(ATF)のメンバーが運転と平行して進めることになる。従って、ATFでのソフトウェ
アー資産を最大限に利用して効率を上げることになる。さらに、既存の機器資産の有効利用とそれに関わる豊富な経験を踏まえてCAMACシステムを基幹に使用することで初期システムの構築を迅速に行うことになった。
本発表ではGLCTA制御システムの概要を報告する。

２．機器の構成
GLCTAのRF システムは使用目的で大きく２系統に分けられる。一つは昨年秋から運転されているもので、加速 管の高電 界試験用の システム (Station1&2)であり [3]、ソレノイド型クライストロンを２台使用し、それらの出力を合成し加速管へ供給している。もう一つはPPM型クライストロンなど開発中の装置の試験に使用されるシステム(Station 3&4)であり[4]、本年４月より立ち上げ運転を始めた[5]。
1高電界試験用のシステムは、数年間AR南実験室でX-band RF 源の開発で使用されたものを移設したものであり、２つのクライストロンを共通のDC 電源に繋がったそれぞれのモジュレーターが駆動する形式になっている。モジュレータ、クライストロンおよび真空 度などシス テムに必要 なものは全 てCAMAC機器を通して計算機制御される。クライス
トロンRF出力および波形モニター用のオシロスコー
プのトリガーはCAMACのパルスゲートモジュール(CSY)を通して計算機で管理され、必要な波形を確実に記録できるように組み込まれている[6]。
もう一方のPPM型クライストロンに使用されているシステムは、昨年度製造されたものでありKEK-B入射器のものと同様にPLCがモジュレータを制御し、上位計算機はPLCと直接通信を行う形式である。クライ ス ト ロン の 制 御 は高 電 界 試 験用 と 同 様 でCAMAC機器を通して行っている。
2.1 計算機ネットワーク
計算機群の構成を図１に示す。場所の離れた３系統のCAMAC を制御するために、それぞれの場所にラックマウント型のPC (Celeron 1.4 GHz)を配置している。これらはアセンブリホールの環境に耐えられるように空 冷機能を強 化したもの を採用した 。
CAMACインターフェイスは東陽テクニカ製cc7700およびCC/NET[7]を使用している。
制御システムの中心にはPCサーバー(Zeon dual 2.8GHz)を置き、前述のCAMAC サーバー３台と制御端末(Pentium 2.8 GHz) ４台をSwitching hubで接続している。さらに、４台のオシロスコープ、 PLCおよびVME controllerがイーサネットで接続されている。

E-mail: nobuhiro.terunuma@kek.jp302

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)図１：GLCTA制御機器の構成

３．ソフトウェアー構成
計算機のOS はLinuxである。CC/NETおよびVMEコントローラーにもLinuxを採用し、システム全体に渡り共通した柔軟なプログラム開発環境を実現している。
CAMACを制御する３台のサーバー計算機は基本的に独立してそれぞれの装置、つまりRF システム(station 1&2, 3&4)そしてRF breakdown検出システムの制御が可能である。従って、ハードウェアーまたはソフトウェアーの変更作業は他の制御系に干渉なく行うことができる。もちろん 将来的に要求されるであろうGLCTAシステム全体の統括的制御も可能である。
3.1 RFシステム制御
計算機内での基本的なプロセス構成をRF Station
1&2を例にして図２に示す（Station 3&4についてはCAMACをPLC にし、その通信をTCP/IP 経由に読み替えればよい）。機器のMonitorとControl のプロセスは独立である。これによりRF up/downの様に比較的ハードウェアーの動作時間が必要な処理をしている間でも、モニタープロセスが高速にデータを収集し、ユーザー側に転送することができる。Logging
プロセスは収集されたデータを一定時間（現在の設定は一秒）ごとにsamplingしてハードディスクに記録する。この際、約３時間分の履歴データをメモリー上に保持することで記録したデータの再読込を少なくし、それを表示するユーザーインターフェイスの待ち時間を短縮化した。これらのプロセスはLinuxのshared memoryをデーターベース的に使用することで制御データを共有している。また、命令の受け渡しは同じくLinuxのmessage queueサービスを使用することで要求応答の同期を保証している。
3.2 RF Processing
GLCTAでの試験を効率良く行うためには自動化されたRF Processingが必須である。基本の動作ロジッ
クは簡単で、「RFが落ちたら然るべき復帰処理を行い、真空度を含め機器の状態をチェックし、その後徐々に目標値まで出力を上げ保持する」ことを繰り

図２：RFシステム制御プロセス構成返す。RF Processingのプロセス自身は動作の高速性を考慮してC 言語で作成され、CAMACサーバー上でbackground jobとして起動されている。制御パネルのプロセスとは独立である。
制御パネルはユーザー端末用計算機上で起動される。CAMAC サーバー上には、これと対になるプロセスがあり、TCP/IP socketを利用して通信している。
運用上、多少問題はあるが、複数同時に別の場所で立ち上げモニターすることが可能である。プログラ
ム言語は、ユーザーの計算機環境の違いによる影響が少なくなること、簡単にGraphical Interfaceが作成できることを考慮してJavaを採用した。
また構成 上、仮に ユーザー 側の制御 パネル がdeadlockしてもCAMACサーバー上のRF processingプロセス本体に影響が出ることは無い。図３に RFstation 1&2用のProcessing制御パネルを示す。
3.3 RF breakdown検出システム
X-band RFシステムの開発で必要とされる重要なテーマの一つは「RF breakdownを検出して原因を調査し、安定なRFシステムの設計にフィードバックす303

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)

図３：RFProcessing制御パネルる」ことである。この機能の実現は様々なRF モニター信号波形を読み取り、異変を検出することから始まる。
Breakdown検出システムは現在のところ加速管の高電界試験(station 1&2)にのみ構築されている。現段階でのRFパルスの繰り返しは50 Hzであるが、近い将来に100 Hzでの運転に移行する。
Breakdownの 検出 は各 々の RF パ ルス ごと に 500
MHz FADC (CAMAC)で読み取った波形を計算機で解析することで行われる。同時に計算機は波形の異変を検出した際にオシロスコープとRF出力のトリガーをCAMACモジュールを通して即座に停止し、データの更新を確実に止める。FADCは4ch分用意されており、100 Hzでの異変検出は問題なく動作できる。オシロスコープはRing buffer memoryを持つもの（横河DL7420）を使用し、8chの信号を異変までの500パルス分記録する。計算機はトリガーを停止させた後にオシロスコープを含め関係する全てのデータを収集し、イベントことに整理保存する。
また、このBreakdown検出システムは前述したRFProcessingシステムと連携しており、お互いの同期をとりながら連続して運転とデータ収集を継続する。

４．今後の展望
GLCTA 制 御 シ ス テ ム の 重 要 な 役 割 で あ る
Breakdown検出システムをPPM 型クライストロン開発スタンドへ展開することは重要であるが、残念なことに500 MHz FADCは部品が製造中止であり予備もない。これは加速管開発で使用しているFADC が故障しても直せないことも意味している。そこで現在、検出の心臓部であるFADC に取って代わるものとしてCompact PCIベースの1 GHz sampling TransientRecorderを検討している。これによりRF station 3&4への拡張が可能となり、加えてCAMACでは不可能な繰り返し150 Hzに対応することができると期待している。
GLCTA制御システムは初期の要求を迅速に満たすべくLinuxとCAMACを中心に整備されてきた。今後は試験すべきX-bandデバイスの増加と共に測定数の増加と精度の向上を考慮し対応していくことになろう。また、将来ATFで生成した超低エミッタンスマ
ルチバンチビームを使ったX-bandシステムでの加速試験も検討されており、ATF制御システムとの接続を想定して作業していくことになる。

3.4 記録データの表示

参考文献

Loggingプロセスで保存された機器のデータおよびBreakdown検出システムで保存された波形データは、 [1][2]それぞれ履歴表示ツールを使用して内容の確認、ユーザーが自由に解析できるようにASCII形式で保[3]存することができる。表示ツールはユーザー環境での利便性を考慮しJavaで構築されている。このツー
ルとシステムで保存されたデータのコピーがあれば、 [4]GLCTA制御システムとは独立に、データの読み取り、[5]表示、ユーザーの使い慣れたアプリケーションでの解析ができる。

GLCTA, h ttp://lcdev.kek.jp
S.Fukuda, et al., “R&D Plan of RF Source in KEKGLCTA”, 本 年 会 ポ ス タ ー [19].
K.Watanabe, et al., “X-band Accelerating Structure High
Gredient Test at GLCTA”, 本 年 会 ポ ス タ ー [219].
T.Saeki, et al., “The PPM klystron operation in GLCTA”,
本 年 会 ポ ス タ ー [154].
M.Akemoto, et al., “Pulse modulator for X-band
Klystron at GLCTA”, 本 年 会 ポ ス タ ー [1].
[6] T.Suehara, et al., “Analysis on X-band structure
breakdown at GLCTA”, 本 年 会 ポ ス タ ー [172][7] CC/NET, http://www.toyo.co.jp/daq/304