The 14th Symposium on Accelerator Science and Technology, Tsukuba, Japan, November 2003

EPICS を用いた理研加速器研究施設制御系の現状
込山美咲 A)、横山一郎 A)、藤巻正樹 A)、小田切淳一 B) 、長瀬誠 A)、
田辺敏也 A)、加瀬昌之 A)
A)
B)

理化学研究所 〒351-0198 埼玉県和光市広沢 2-1

高エネルギー加速器研究機構 〒305-0801 茨城県つくば市大穂 1-1
テムを用いて 2003 年度前期まで順調に運転を進めてきている。後述のこの夏に拡張した部分を含めた現状での制御システム構成図を図 1 に示す。1999 年にスタートした開発段階より HP-UX10.20 を搭載した計算機をシステムのサーバ ー 計 算 機 と し て きた が 、 2001 年 秋 に そ れに か え て
HP-UX11.0 を搭載したサーバー用の安定した計算機を導入し、システムの安定化を図っている。HP-UX サーバー計算機システムで制御を行っているデバイスの一覧を表 1 に示す。EPICS においてサーバー計算機はマンマシンインターフェース部分及び加速器の運転データ管理を担当している。サーバー計算機の下位には I/O コントロールの計算機としてリニアック及びそのビームラインの制御用に 2 台、リングサイクロトロン及び AVF サイクロトロンとユーザーシステムを含むそれらのビームラインの制御用に 3 台のVME コンピューターを設置して、各制御対象機器の制御を行っている。VME コンピューターより下位のデバイス
インターフェースの詳細に関しては参考文献[1]を参照されたい。

概要
EPICS1 を用いた理研加速器研究施設の制御系は 2002 年夏に完成し、現在まで順調に運転を続けてきている。今年の夏の新しい制御デバイス（N-DIM）の導入にあわせ、アップグレードバージョンの EPICS を載せた計算機を従来の EPICS 制御システムに新規に導入してシステムの拡張を行った。その運転状況とあわせて制御系の現状を報告する。

1

HP-UX サーバー計算機のシステム

1.1

2003 年度夏までのシステム

理研リングサイクロトロンとその前段加速器としての役割も果たす AVF サイクロトロンとリニアック、及びそれらのビームラインとユーザーシステムを含む理研加速器
研究施設は、EPICS Base R3.13.1 をベースとした制御シス

D a ta b a s e
S e rv e r( O r a c le 8 i)

E P IC S S e rv e r(R .3 .1 3 .8 )H P -U X

V M E

C A M A C ループ（リングサイクロトロン、A V F サイクロトロン、ユーザーシステム、ビームライン）

V M E

N I O 電源（リングサイクロトロンビームライン）

V M E

ユーザー用プログラム

V M E

C A M A C

V M E

N I O 電源（リニアックビームライン）、P L C 、N - D I M

1 1 .0リニアックビームライン）

G P - I B 電源

C lie n t

E P IC S S e rv e r(R .3 .1 4 .1 )P L C

N -D IMR e d h a t 8

図 1：理研加速器研究施設制御系構成図

1.2 EPICS Base R3.13.8 へのアップグレード
HP-UX サーバー計算機システムにおけるプログラム開発がひととおり終了し、安定に加速器を制御できている状
況を踏まえて、今年の夏にサーバー計算機上の EPICS ベー
スプログラムを R3.13.1 から R3.13.8 にアップグレードする作業を行った。これに伴いアプリケーションプログラムの一部も新しいバージョンのものに更新している。実際の運転において R3.13.1 バージョンで特に不具合が発生していた訳ではないが、R3.13.8 は EPICS ベース 3.13 シリーズにおいてかなりバグがフィックスされたバージョンである
ため、今後のより安定した加速器の運転の為に夏の加速器停止期間中に作業を行ったものである。
この新しい EPICS バージョンで 9 月より運転を再開しているが、極めて安定して順調にシステムは動作している。

The 14th Symposium on Accelerator Science and Technology, Tsukuba, Japan, November 2003

表 1：VME とその制御対象
CPU メモリ
VME 名称
レコード数
制御対象
(MB)
電磁石/高周波電源（CAMAC-CIM/DIM, 700 台）
vxTarget1
128> 30000
ビーム診断機器（CAMAC-CIM/DIM, 100 台）
電磁石電源（CAMAC-CIM/DIM, 15 台）
vxTarget2
1286950
ビーム診断機器（CAMAC/CIM/DIM, 20 台）
電磁石/高周波電源（GP-IB, 60 台）
vxTarget3

64

10vxTarget5642552

vxTarget6643502

信をアスキーコードで行う。このモジュールは昨年秋にプロトタイプが納入され、現在試験運用段階であるが、将来的には RIBF のビーム診断系、各種駆動系及び真空系の制御を担当し、また既存加速器研究施設に導入することにより N-DIM による CAMAC-CIM/DIM システムの置き換えが可能となると考えている。
表 2：N-DIM 仕様

ユーザー機器
電磁石電源（NIO, 49台）
電磁石電源（NIO, 7台）

今後の EPICS 制御系の検討

2.1 RIBF 制御系への拡張
理研では現在、既存の加速器研究施設を更に拡張するものとして、リングサイクロトロンを入射器とした 3 台のサイクロトロンの増設を含む理研 RI ビームファクトリー計画（RIBF）が進行中である[2] 。RIBF の制御系をどのように構築するかを検討する際に、RIBF がサイクロトロンの施設だということを念頭に置いて、一番安易に考えられる解は既存制御システムの拡張であり、その解の実現の可能性を検討してみる。表 1 に示したとおり、既存加速器研究施設の電磁石電源、高周波電源及びビーム診断機器の多くは CAMAC-CIM/DIM システムという CAMAC ループを用いた理研独自のシステムで制御が行われており、システムを拡張する為には単純に CAMAC クレートを増設してCIM/DIM の数も増設すれば良いと考えられる。しかし、時代の移り変わりから CAMAC の光モジュールに使用されている部品及び DIM に使用している部品の将来にわたる保守が難しいという現状に直面しており、CAMAC 及びCIM/DIM の拡張は得策ではない。そこでその状況を打破する為に、理研では RIBF 制御系を見据え、2001 年から
CAMAC-CIM/DIM に変わるものとしてネットワーク DIM（N-DIM）の開発を進めてきた。

2.2 N-DIM の開発
N-DIM のハード的な特徴を表 2 に示す。制御の立場から見た場合の N-DIM の一番の特長はこれがネットワークに直接繋がるモジュールであるということであり、1 台のN-DIM がひとつの IP アドレスを所有して各機器の制御にあたることが挙げられる。N-DIM はその機能によってサーバーにもクライアントにも成り得るが、上位サーバー計算機と N-DIM 間の通信は Ethernet を通して行われ、全ての通CPU

SH4 (HITACHI)

メモリ

6MB (S-RAM), 1MB (EP-ROM)OS

μITRON 2.0

プロトコル

TCP/IP, UDP/IP

サービス

FTP, Telnet

通信ポート

10/100Base-T, RS-232C

電源

5V/1.5A, 24V/1A (for I/O)

外観320(W) x 210(D) x 30(H) 以下

制御点数

DI : 32 点 (Isolated)
DO : 32 点 (Isolated)
AI : 16 点
その他の DI : 8 点 (Isolated)

2.3

N-DIM 及び各種 PLC 制御ソフトの開発

N-DIM は表 2 に示したとおり内部に CPU を持ち、そこにデバイス制御に必要となる制御コマンド及びその処理プログラムを持っている。従って、N-DIM の上位に位置する制御系としては、それらのコマンドを必要に応じて発行し、その結果として N-DIM から上げられるデータを収集して表示及び解析を行えば良い。つまり、先に記したように N-DIM は TCP/IP 及び UDP/IP 通信でアスキーコードを介して制御を行う為、既存の EPICS 制御システム内にこのソケット通信に関する部分を新たに構築すれば良いと考えられる。
一方、EPICS における N-DIM の制御方法の検討を進めていくうちに、現在の EPICS 制御系でカバーできていないデバイスである PLC で制御を行っているシステムについてもあわせて検討を進めるに至った。理由は、N-DIM もPLC もいずれもソケット通信で制御を行うデバイスであることに共通点があるからである。RIBF においてはかなりの数量の PLC がシステムに導入される予定であるが、既存加速器研究施設においても PLC は存在し、現在 EPICS制御系に入っていない既存の PLC 制御システムとして例
えばリニアックの高周波制御システムが挙げられる。これは PC から直接オムロンの PLC を制御しており、それ自身で独立したシステムとなっている。PC は同じ制御室内のコントロールデスクの上に置かれている為制御を行う上での利便性の問題点はないが、しかしシステムが独立しているが故にシステムに上がってくるステータス等のデータも PC 内部にしか保存されない。既存加速器研究施設の制御系の大部分を担う EPICS 制御系としては加速器に関する全てのデータを EPICS の中で保存することを目的としている為、既存の PLC に対する制御は従来どおり PC から行うにしても、これらのシステムからのデータは是非EPICS に取り込みたいと考えている。

The 14th Symposium on Accelerator Science and Technology, Tsukuba, Japan, November 2003

以上の現状をふまえ、昨年夏から EPICS 横断化グループ
今年の夏にリニアックに Redhat8 を OS とした Linux マシと共同で PLC の制御方法を検討してきた。検討段階のはじンを従来の EPICS 制御系に加えて新規に導入し、同じく夏に新しく導入された真空制御盤の制御を N-DIM で始めた。
めではお互いのニーズが PLC 制御で合致していた為それ9 台設置した N-DIM 全てに対し 0.1 秒間隔で全ての DI/AIを対象とした検討を進めてきたが、私達のシステムでポートのステータスを読み込むコマンドを発行してデー
N-DIM を開発しているのと同様に高エネルギー加速器研タを取り込んでいるが、現在通信に関する問題は発生して究機構においても同じくネットワークデバイスモジューいない。また、同じ Linux マシンから FA-M3 を使ったスイルの開発を進めている状況をお互いに知り、PLC を含むネッチボックスの制御も始めている。いずれも現状では順調
ットワークデバイス機器制御に共通のドライバソフトウに動作しているので、今後制御対象物の台数や種類を増やェアの開発を進めるに至った。
して、多くの状況でこの制御系の動作確認を行いたいと考
このネットワークデバイスの為のドライバソフトウェえている。また一方、先に述べた高周波系のオムロン PLCア（EPICS デバイスサポート）は以下の 2 層構造をコンセからのデータも EPICS に上げてこられることを確認してプトとして開発している。
いるので、今後既存のデータ管理システムを整理して、シ•デバイス依存層（デバイスと送受信するメッセージ部ステムにデータを取り込む予定である。
分）•
デバイス非依存層（メッセージを送受信する仕組み）
2.5 今後の展望
つまり、デバイスに依存する部分のみを各機種に対応して開発し、各機種で共通になる部分は共有することにより、基本的なコマンドの制御が実現できていることから、開発及びその後のソフトウェアのメンテナンスの効率をRIBF 制御系において N-DIM が制御を担当するデバイスに上げようという思想である。
関しては全て EPICS で制御を行うことが決定している。ま現在開発最終段階であり、基礎となるプログラムの基本た、既存加速器施設内においても、CAMAC-CIM/DIM シス的な動作確認はほぼ終了している。このソフトウェアを用テムから徐々に N-DIM に制御を置き換えていく予定であいて制御することができるネットワークデバイスは、現状り、それらに関しては EPICS で制御を行うことが決定してでも PLC が 3 機種（横河電機 FA-M3、三菱電機 MELSEC Qいる。ここでいう EPICS とは現在 Linux マシンをサーバー
シリーズ PLC、オムロン CS1）及び高エネルギー加速器研計算機とする EPICS Base R3.14.1 を想定しているが、Linux究機構で独自に開発された 2 機種のネットワークデバイス、は別にその保守が大変であるという問題点があり、また及び N-DIM の 6 機種にのぼっている。
Linux を搭載する計算機の安定性も十分検討していかなければならない。順調に動作している既存の HP-UX サーバ
2.4 EPICS Base R3.14.1 の導入
ー計算機の利用も十分に考慮しつつ、今後の制御方針を固上記のソフトウェアの優れた特長のひとつに、EPICSめていきたい。
Base R3.13 シリーズ上でも最新の EPICS Base R3.14 シリー
また、一方で CORBA システムを利用した RIBF 電源制
ズ上でも同じプログラムでデバイスの制御を行うことが御システムの検討も平行して進められており[3]、既存加速できるという点が挙げられる。EPICS は R.3.13 までは IOC器研究施設のデータは、拡張される RIBF 制御系のデータに VME コンピュータ（vxWorks）を必ず必要とするシステとあわせてこちらのデータベースサーバにおいて一括管ムであったが、R3.14 以降は vxWorks を使用しなければ理する方針と決まったので、CORBA システムと EPICS 制EPICS が使えないという IOC の束縛はなくなり、IOC を載御系とのインターフェース部分の構築に関しても今後検せることができる OS の自由度が拡がっている。これによ討を重ねる必要がある。
り VxWorks の優れたリアルタイム性をあまり必要としない時間の系で制御を行うようなシステムでは、維持費用の極めて高い vxWorks を EPICS から外すことも可能となった。 参考文献
RIBF を含む理研加速器研究施設のシステムはサイクロト[1] M. Komiyama, et al., Proceedings of the 13th Symposium
ロンのシステムである為、このケースにあたる。
EPICS Baseof Accelerator Science and Technology, Osaka, Oct. 29-31,
R3.14 シリーズとここでいっているのは具体的には Linux
2001.
上に IOC を持つバージョンを指している。これにより、オ[2] H. Okuno, et al., in this Proceedings.
ペレータインターフェースと IOC をあわせ持つ一台の[3] T. Tanabe, et al., in this Proceedings.
Linux マシンにネットワークデバイスのデバイスサポートをロードして、Linux マシン一台で直接それからそれぞれのネットワークデバイスの制御を行うことが可能となっ1
http://www.aps.anl.gov/epics/
た。
理研加速器研究施設では、開発したデバイスサポートをまず既存の EPICS 制御システムに組み込んで N-DIM の基本コマンドの制御及び上記 3 種類の PLC 制御が順調に行えることを確認した。これにより、既存 EPICS 制御系が RIBF制御系に拡張できることを示すことができた。その上で、別の観点から RIBF 制御系への既存 EPICS 制御系の拡張を見据え、R/D の目的も含めて Linux マシンを用いた N-DIM及び PLC の制御の検討を始めている。その第一段階として、