Upgrade of Console System at the KEK injector Linac
Shiro Kusano #,A), Takuya KudouA), Kazuro FurukawaB), Masanori Satoh B)
A)
Mitsubishi Electric System & Service Co., Ltd.
2-8-8 Umezono, Tsukuba, Ibaraki, 305-0045
B)High Energy Accelerator Research Organization (KEK)
1-1 Oho, Tsukuba, Ibaraki, 305-0801
Abstract
In the KEK linac control room, many PCs and monitors are utilized for displaying many beam parameters anddevice statuses. A first operator console system has been used in this three decades. In March 2011, the catastrophic
earthquake made many PCs and monitors to be collapsed and damaged. From this experience, the quakeproof isrequired for the linac console system. Towards SuperKEKB project, we are planning to expand the linac control
system and control room. From these reasons, the console system of KEK linac was renovated in the last summer. In
this paper, we report the upgrade of console system at the KEK injector linac in detail.

KEK 入射器におけるコンソールシステムの更新
1.

はじめに

現在、KEK 入射器（以下、入射器）では PF リン
グおよび PF-AR リングへビームを供給しつつ、SuperKEKB 計画にむけた制御システムの更新および増強をおこなっている。特に、PF リングへのビーム供給においては、トップアップ入射をおこなっているため、高いビーム安定性が要求される。
しかしながら、気温などの環境変化に起因したビームパラメーターの変動が見受けられるため、ビーム状態の常時監視や変動を補正するためのビーム調整が不可欠となっている[1]。入射器では、監視および調整のための様々なオペレータインターフェース（OPI）が開発され、重要な運転情報は、コンソールシステムのモニター上に常時表示されている。
入射器のコンソールシステムで使用している PC
およびモニターなどの制御機器類は、建設当初から2011 年 8 月まで専用制御卓およびラックに設置していた。2011 年 3 月の東日本大震災により、制御卓上部に設置していた数台のモニターが落下し、破損する被害があった。また、SuperKEKB に向けた制御機器の更新および増強を進めていることから、2011 年 8 月に加速器運転コンソールシステムの大規模な更新をおこなった。本稿では、新コンソールシステムについて詳しく報告する。

2.

入射器制御システム概要

現在、入射器の制御システムは、複数のUnix/Linux 計算機（HP Tru64 Unix, CentOS5 Linux）によるサーバー部、多様なフロントエンド（VME17 台、PLC 約 200 台など）による機器制御部、および OPI 部の 3 階層の構成になっている。OPI 部であるコンソールシステムは、Windows PC およびLinux PC を混在して使用している。入射器制御シス
テムでは、制御機器毎に多階層クライアント/サーバープログラムが用意されている。クライアントおよ び サ ー バ ー 間 の デ ー タ 通 信 に は 、 Remote
Procedure Call を基盤とした 、独自開発のソフトウェアが使用されている。これと同時に、近年、加速器制御分野にて広く利用されている EPICS によるデータ通信も可能となっている。次章に、コンソー
ルシステムを中心とした入射器制御システムの変遷をまとめる。

3.

コンソールおよび制御基幹システムの変遷

3.1

第一世代（1980 年代）

入射器建設当初の制御システムには、サーバー部として 8 台のミニコンピュータ（三菱 MELCOM70/30）、機器制御部として約 300 台のマイクロプロセッサーが使用されていた。ミニコンピュータ間のデータ通信には、Loop-1 と呼ばれる専用の光ファイバーネットワークが使用されていた。
コンソールシステムは、監視表示盤、表示モニター、機器操作パネル、および安全系パネルから構成され、システムで使用する PC およびモニターなどの制御機器類は、専用制御卓およびラックに設置されていた。監視表示盤は、加速器全体の運転状態を監視するため、制御室の壁一面に設置したリレー回路および電球を用いて構築された。また、表示用モニターおよび機器操作パネルとして、PC（富士通 FM-R）を採用した。PC のモニターに表示する
OPI は、F-BASIC 言語（富士通社製）を用いて開発された。機器操作パネルにより、クライストロンのモジュレーター電圧、RF 位相、および電磁石励磁電流値などの設定値変更が可能である。本機器制御
パネルは、タッチパネルおよびダイアルノブを用いて開発された。タッチパネルシステムは、ミニコンピュータ（富士通 F11 OS-9）および CAMAC 専用モジュールから構成される。安全系パネルは、制御- 731 -卓中央にビーム ON/OFF スイッチを設置し、リレー回路を用いて各制御機器とハードワイヤ接続されたものである。

ルシステムを構築した。本システムは、Linux PC を基盤としたものであり、OPI 開発にはスクリプト言語である Tcl/Tk を用いた。

3.2

4.

第二世代（1990 年代以降）

新コンソールシステム

1993 年、第一世代制御システムの老朽化のため、新コンソールシステムでは、地震などによる機器新システムへの置き換えをおこなった。サーバー部の落下・転倒の防止や SuperKEKB に向けた表示情は、ミニコンから Unix 計算機へ、機器制御部はマ報量の拡充を目的として、多くのモニターを設置可イコンから VME 計算機に置き換えられ、TCP/IP に能かつ汎用製品であることから、モニターアームをよる安定性の高いネットワーク通信を実現した[2]。
採用した（図 3）。制御卓中央部分には、19 インチコンソールシステム（図 1）においても、90 年代モニターを 18 台、制御卓左右部分には、27 インチ
前半は DOS/V PC、後半は Windows PC を用いた表モニターを 4 台ずつ設置した。19 インチモニター
示パネルを採用した。タッチパネル（図 2）に関しを多数設置することにより、表示可能な OPI 数が増て は 、 CAMAC 専 用 モ ジ ュ ー ル か ら DOS/V PC
加した。
（NEC-PC98）によるシステムへ更新された[3]。OPIは、DOS/V PC 使用時には MS Basic、Windows PC
使用時には Visual Basic を用いてシステム開発をおこなった。安全系システムは、リレー回路から PLCに置き換えられ、それにともない制御室全面の監視表示盤も廃止された。

図 3：新コンソール
4.1

システム構成新コンソールシステムにおける監視および操作用モニターでは、Windows PC（Windows7, WindowsXP）および Linux PC（CentOS 5）を使用している。
Windows PC では、X サーバーソフトウェアを用いて OPI の表示をおこなっている。また、OPI 開発には、主に Python/Tkinter を用いている。
第一世代から使用していたタッチパネルは、ハードウェア保守が困難であるため、X Window 上で動作する仮想タッチパネルシステムに変更している[4]。
これまでのタッチパネルシステムでは、調整用ダイ
アルノブを用いた直感的操作が可能であった。安価な代替品が存在しなかったため、ダイアルノブは廃止し、キーボードの上下左右キーを利用したシステ
ムに変更した。表 1 に、これまでの制御システム、ネットワーク、フロントエンド、および OPI の変遷を示す。

図 1：1993 年以降の入射器制御室

表 1：コンソールシステム等の変遷
機器
主計算機

1980 年代
ミニコン

OS

図 2：タッチパネル
1999 年から KEKB の運転が開始され、入射器のビーム運転は KEKB 制御室においておこなうこととなった。そのため、KEKB 制御室に入射器コンソー- 732 -

リアルタイ
ム OS

1993 年～

現在

Unix 計算機

Linux 計算機

CentOS5
Tru64
UNIX

ネット
ワーク

専用光ファ
イバ
5 Mbps

応答速度

100 ms

フロントエンド

MELCOM
70/30
CAMAC
マイクロプ
ロセッサー

OPI

FM-R

Ethernet

光/Ethernet

10 Mbps(100 M -1Gbps)

1-10 ms実現するため、1 台のキーボード・マウスを用いて複数台の PC を操作可能な Synergy[5]と呼ばれる無償のソフトウェアを導入した。Synergy を用いることにより、キーボードおよびマウスの設置数を最小限に抑えることが可能となり、制御卓を有効に使用することができる。しかしながら、しばしばソフトウェアの動作が不安定となり、マウスポインタの表示が消失するあるいは他のモニターへ移動することができなくなるという障害が発生した。この現象については、詳しく調査をおこなっている。

0.1-数 ms
VME

マイクロプ
ロセッサー
DOS-PC

VME, VXI,CAMAC,PC, PLC,
FPGA

5.3

Windows PC

安全系パネルは、入射器建設当初から制御卓中央部分に設置されていた。新システム導入の際、安全系パネルの移設も検討されたが、配線が非常に複雑であり、断線などによる入射器ビーム運転への影響を考慮して、今回の移行は見送ることとした。本パネルの移設については、今後の検討課題である。

Linux PC
F-Basic 言語開発言語

5.

MS VisualBasic

安全系パネルの移動

Tcl/tkPython/tk,
MS Visal C#課題

5.4

Windows PC の不安定性

新コンソールシステムへの変更当初は、すべてのPC を Windows PC として動作させ、OPI は Windowsで動作可能な X サーバー上で実行していた。しかし
KEKB リングは、2010 年 6 月に運転停止し、2011 ながら、Windows 上の X サーバーがしばしば不安
年 3 月の震災以降は、震災復旧および SuperKEKB 定になるとともに、重要な OPI が操作不能となり、に向けた建設が始まっている。そのため、KEKB 制 ひいてはビーム運転が滞る事態が生じた。そのため、御室における入射器ビーム運転は不要となった。ま 一部の PC を Linux PC に置き換える対処をおこなった、KEKB 制御室のコンソールシステムの制御卓は、 た。現在は、入射器運転上とりわけ重要な OPI は、オフィスデスクにモニターを上下に設置したもので、 安定な Linux PC 上で動作させている。
上段のモニターについては設置台を高くしただけであった。そのため、震災時にはほぼ全てのモニター 6. まとめが倒壊した（図 4）。このようなことから、KEKB
2011 年 3 月の東日本大震災により、入射器制御制御室においても、入射器と同様な新コンソールシ卓上部に設定していた数台のモニターが落下し、破ステムの導入を検討中である。しかしながら、入射器に導入したシステムは高価であるため、より安価 損した。また、現在、SuperKEKB に向けた制御機器の更新および拡充を進めている。このため、2011かつ堅牢なものを検討している。
年 8 月に、入射器運転用コンソールシステムの大規模な更新をおこなった。新システムにおいては、モニターの追加設置などの拡張性が大幅に改善された。
今後は、SuperKEKB に向けたさらなる改善をおこない、入射器の安定したビーム運転に貢献していく予定である。
5.1

KEKB 制御室における入射器コンソールシス
テム

参考文献

図 4： 震災直後の KEKB 制御室
5.2

キーボードおよびマウスの設置

制御卓の広さには限りがあり、多くのキーボードやマウスを置くことが困難である。省スペース化を[1] K. Hanamura et al., “KEK 電子陽電子入射器における高 品 質 ビ ー ム 維 持 ”, Proceedings of the 29th Linear
Accelerator Meeting in Japan, Funabashi, Aug. 4-6, 2004
[2] N. Kamikubota et al., “KEK-Linac の新制御システム”,
Proceedings of the 18th Linear Accelerator Meeting inJapan, Tsukuba, Jul. 21-23, 1993
[3] N. Kamikubota et al., “PC as a touch-terminal controller”,
Proceedings of second workshop on PCs and Particle
Accelerator Control (PCaPAC’99), Tsukuba, Jan., 12-15,
1999[4] T. Kudou et al., “KEK 電子 LINAC における仮想タッチパネルシステムの開発”, Proceedings of the 29th Linear
Accelerator Meeting in Japan, Funabashi, Aug., 4-6, 2004
[5] http://synergy-foss.org/ja/- 733 -