MADOCA II-LabVIEWインターフェース
を用いたBPM読み出しシステムの作成
MOOS10古川 行人、〇松本 崇博、藤田 貴弘(公財)高輝度光科学研究センター
第１０回加速器学会年会 名古屋大学 2013年8月5日

内容• MADOCA II 制御フレームワーク• 可変長データへの対応• MADOCA II-LabVIEWインターフェース• SPring-8 蓄積リングビーム軌道監視システムへのMADOCA IIの応用

MADOCA II 制御フレームワーク• MADOCA 制御フレームワークを機能面で大幅に拡張• SAOTP4: “SPring-8における新しい制御フレームワーク MADOCA IIの開発”• ZeroMQでメッセージライブラリのコアを置き換えた• 可変長データへの対応• 波形、画像など多様なデータをメッセージングの枠組みで直接扱うことができる• Windows環境における制御• MADOCA II は Windowsもサポート (Visual C++)

 今回、BPM読みだしシステム高度化に MADOCA II を応用

SPring-8蓄積リングビーム軌道監視システムの現状• 測定器のVGA出力を中央制御室で出力

 オンライン取得したデータをデジタルデータとして活用できない• 15分おきに4HzデータをDBに纏めて書き込み

一方、同じモニター信号を、他の測定にも用いるが、それぞれ別々の計測器を用いている
用途

計測器

1Hz程度のゆっくりした軌道変動観測

デジタイザ•挿入光源IDギャップ駆動、地震時におけるドリフトなど

数Hz~数100Hzの速い軌道変動観測•(LPFで帯域制限)

FFTアナライザ

ビーム自身の揺れ、機器の振動など突発的な軌道変動(ミリ秒)の観測

デジタイザ•(ドライブレコーダー型の計測)

ビームアボート直前(1秒間)の様子を調べる

SPring-8中央制御室で表示されているビーム軌道監視のモニター
上: 水平成分、下:垂直成分

BPM読みだしシステムにおけるMADOCA IIの応用
MADOCA II で拡張された機能を応用してモニター系を更新• 可変長データへの対応• さまざまな波形データをオンラインで監視• 複数場所(C15、C27)でのBPM表示追加• 蓄積リングの位相が異なる２か所で測定を行うことで、軌道変動を確実に捕捉• FFT表示追加• Windows環境における制御• MADOCA IIからLabVIEW機器を直接制御• 広帯域の測定ができる PXI 5922を用いて複数のBPM測定を全て行う

NIと共同でMADOCA II-LabVIEWインターフェースを開発

今回のBPM読みだしシステム適用が最初のアプリケーション事例

MADOCA II における可変長データの扱い• ZeroMQではメッセージを複数に分けて送信可  可変長データも一緒に送信

主メッセージ

可変長データ• これらメッセージ用データはMessagePackを用いてバイナリ化させる

異なる計算機環境間におけるバイトオーダーの問題を解消• データをコンパクト化  高速伝送できる•• MessagePackを多様なデータフォーマットで利用するためのAPIを用意

配列型
 今回の波形データの利用で活用• 連想配列 / (key,value)型  画像データの利用で活用 (メタデータも付加)•

MADOCA II - LabVIEW インターフェース (1)• LabVIEWの制御系での利用はさまざまな利点がある• 多彩なハードウェアラインアップ• 視覚的なプログラミングにより制御プログラムの構築が容易

 MADOCA II- LabVIEWインターフェース を構築• 汎用のZeroMQ、MessagePack用VIを用いてMADOCA II用のVIを作成
MADOCA II-LabVIEWインターフェース構築の際は、日本ナショナルインスツルメンツの山縣氏に多くのご協力を頂きました. 深く感謝いたしますMADOCA II - LabVIEW インターフェース (2)• MADOCA II- LabVIEWの連携手法とそのメリット
1. MADOCA IIからLabVIEW機器を制御• 多くのLabVIEW資産を活用できる• MADOCA Ready Product2. LabVIEWから MADOCA II制御系の機器を制御• ビームラインにおける既存の LabVIEW GUIとMADOCA IIとの加速器制御系の連携

 どちらの手法も対応できるように設計した

新しく作成したBPM読み出しシステム (1)コントローラー(Windows)

NI PXI 5922 デジタイザ
50k samples/s, 24bit

5 KSPS
1kHz BW
50 KSPS
20kHz BW

500 SPS
200Hz BW
50 SPS
10Hz BW• 5k, 500, 50 samples/s のデータを生成• 1秒ごとにまとめた波形データを送信

BPM信号 X,Y @ C15,C27を入力• FFT処理はクライアント側で行う

新しく作成したBPM読み出しシステム (2)Client PC(Linux)

Client Programs

e-Waveform

Message
ServerSpectrum
DisplayFFTBPM読み出しPC(Windows)
LabVIEW Program
MADOCA IILabVIEW
InterfaceQUEUE

PXI 5922
Readout
Block

AnalogBlock

MADOCA II –LabVIEW Interface
Remote Client

BPM読み出しPC(Windows)

LabVIEW Program
Message

Reply

LabVIEW-zmq

Interpreter

UnpackMessagePackfor LabVIEW

Pack Reply Message

Execution

Execution

Execution

LabVIEW VI for MADOCA II
メッセージ解釈実行ブロック(SVOC)(データをキューから取得)

応答メッセージ構築(波形データを含む)

及び返信

BPM読み出しPC
LabVIEW• 現在の波形データをオンライン表示• X,Y data at

C15,C27• 各種診断系も整備されている• コマンドプロンプトでメッセージ
応答確認• エラー表示など

Full Open

Vertical (mm)Horizontal (mm)

挿入光源ID Full Close

Client PC(Linux)
GUI• X、Y、 およびFFTデータをオンライン表示• C15,C27の２箇所

Time (sec)• データ取得時間は~230msec/5000点• 全測定所要時間は1秒以下• 5000,500,50点をそれぞれTime (sec)

4channel 十分な速度応答• 数日間の運用ではデータの欠けもなく安定稼働が確認されたビーム調整中Vertical FFT (mm/sqrt(Hz))

まとめ• 新しい制御フレームワーク MADOCA II

を SPring-8制御系に応用• SPring-8 蓄積リングビーム軌道監視システムのモニター系更新• さまざまな波形データのオンライン監視が実現された• 5000、500、50点のデータ、4channel を 1秒以下で転送• 数日間の運用では問題なし. 長期安定性については試験中• LabVIEW 機器を MADOCA II制御フレームワークで直接制御• NIと共同でMADOCA II-LabVIEWインターフェースを開発

 秋からの運転において、ビーム診断に活用予定

MADOCA IIを用いて、より柔軟で高度な制御を実現

今後の予定• 突発的なビーム軌道変動の観測も NI PXI 5922による同一のMADOCA II制御システムに組み込む• クライアント側に5kHzデータのバッファーを設け、ビームアボート前1秒間のデータ 抽出により対応予定• データ蓄積をMADOCA IIを用いて拡張(前講演 MOOS09)• ビーム軌道の5Hzデータを1秒ごとに記録する* 現在のSybase RDBMSでは15分ごと• 突発的なビーム軌道変動の記録にも応用• MADOCA II-LabVIEWインターフェースの利用促進• より汎用的に利用できるように整備• 他のさまざまなLabVIEW計測システムとも連携

ご清聴ありがとうございました