Proceedings of the 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (August 6-8, 2008, Higashihiroshima, Japan)

APPLICATION OF F3RP61-2L WITH EMBEDDED EPICS FOR BEAM
DIAGNOSTIC DEVICE CONTROL AT RIKEN LINEAR ACCELERATOR
Misaki Komiyama1,A)

A)

B), Masaki Fujimaki , Akito Uchiyama ,Hiromoto Yamauchi
A)

Nobuhisa Fuunishi

A)

B), Jun-ichi Odagiri

C),

RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science
2-1 Hirosawa, Wako, Saitama, 351-0198
B)C)

SHI Accelerator Service, Ltd.
1-17-6 Osaki, Shinagawa-ku, Tokyo, 141-0032
High Energy Accelerator Research Organization (KEK)
1-1 Oho, Tsukuba, Ibaraki, 305-0801

Abstract
F3RP61-2L is a CPU module for the FA-M3 Programmable Logic Controller (PLC) system. Its advantage is that it
has Linux OS on it. We succeeded to develop an embedded EPICS system on it. We started to apply a FA-M3 systemwith F3RP61-2L to the control system for Faraday-cups in the beam line of RIKEN Linear Accelerator that are now
controlled by a stand-alone system.

理研リニアックにおけるビーム診断機器制御への組込みEPICS搭載F3RP61-2Lの応用
したがって、現状では、それらのコントローラはイーサネットを介してEPICSのInput/Output Controller
理研仁科加速器研究センターのRIビームファクト(IOC) と呼ばれるフロントエンド・コントローラをリー（RIBF）では、ビームプロファイルモニター経由して、GUIなどの上位プログラムから制御されやファラデイカップなどのビーム診断機器はその大ている。RIBFでは、IOCのOSにLinuxを搭載した組部 分 を Device Interface Module (DIM) や Network
込み用途の小型のシングルボードコンピュータを採Device Interface Module (N-DIM) という理研が独自用し [1] 、サーバ計算機から複数ある各IOCに、それに 開 発 し た コ ン ト ロ ー ラ 、 も し く は Programmable
ぞれの制御対象物に応じて必要とするEPICSのプロ
Logic Controller (PLC) に接続して制御している。
グラム及びデータベースをNFSマウントして運用しRIBFではイオン源やRF制御などの独立した制御シている [2]。現状のEPICSを用いたRIBF制御系構成図
ステムを持つ一部のシステムを除き、Experimentalを図1に示す。
Physics and Industrial Control System (EPICS)を用いてところが最近になり、横河電機によって、従来加速器制御系を構築している。現在使用している
vxWorks 等 を OS と し て 搭 載 し て い た x86 ベ ー ス のEPICSのベースプログラムのバージョンはLinuxを始CPU ユ ニ ッ ト シ リ ー ズ に 、 新 た に ソ フ ト タ イ ムめ、Windowsなど多くのOS上で運用することが可能
Linuxを OSと し て 搭 載 し た CPU モ ジ ュ ー ル で あ るとなっている。したがって、各コントローラ上でF3RP61-2Lが開発された。F3RP61-2Lは従来の同社EPICSを走らせ、イーサネットを通じて上位プログ
製 PLCで あ る FA-M3シ リ ー ズ の シ ー ケ ン ス CPUのラムから制御するというのが最も簡単な運用方法でベースモジュール、電源モジュール、I/Oモジューある。しかし、DIMはCAMACモジュールとセット
ル と 組 み 合 わ せ て 使 用 す る こ と が 可 能 な CPU モにして使用することを前提としているコントローラ
ジュールである。筆者らはEPICSのベースプログラでありOS及びイーサネット用のポートを持たないム（IOCコアプログラム）のF3RP61-2L上での動作ために、DIM上でEPICSを走らせることはできない。 を確認し、運用することに成功した [3]。したがって、
ま た 、 N-DIM は OS と し て iTRON を 持 っ て お り 、
目 的 に応じて、従来IOCを経由して制御していたイーサネットに対応したモジュールであるが、FA-M3のシーケンスCPUの代わりにF3RP61-2Lを用
iTRONはEPICSがまだカバーしていないOSであるたいることにより、IOCを別途設置する必要なしに直めに、やはりN-DIM上でEPICSを走らせることは困接 F3RP61-2L 上 で EPICS を 運 用 す る こ と が 可 能 と難である。また、PLCのシーケンスCPUも同じく、なった。これは画期的なことであり、これにより非ラダー言語でプログラムを作成するシステムである
常にメンテナンス性の良いシンプルな制御システム
ために、EPICSをその上で走らせることはできない。

１．はじめに1

E-mail: misaki@riken.jp-376-Proceedings of the 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (August 6-8, 2008, Higashihiroshima, Japan)の構築が可能となる。
Linac bldg.

Nishina bldg.

RIBF bldg.

Operation
Logging (Zlog)
DNS
Application Server
EPICS R3.14.7 on Linux

VME (Motorola)
CAMAC (CC/NET)
EPICS R3.14.4 on DebianFile Server (HA)
(N-DIM, PLC, CC/NET, GP-IB)
EPICS R3.14.7 on SL4.3
NIO

PS

DIM

PS
FC/PF/etc.

GP-IB

PS

N-DIM

FC
VAC

N-DIM

PF

File Server (HA)(NIO)
EPICS R3.14.7 on Linux

VME (Motorola)
CAMAC (CC/NET)
EPICS R3.14.4 on Debian

NIO

PS

DIM

PS
FC/PF/RP/etc.

N-DIM

FC
VAC

N-DIM

PF
RP(data taking)

PLC

RP(move)etc.

VME (Motorola)

NIO

PS

N-DIM

FC
VAC

N-DIM

PF
RP(data taking)

PLC

RP(move)
etc.

Linux IOC #L1

Linux IOC #L2

Linux IOC #N2

Linux IOC #L3

Linux IOC #R2Linux IOC #N3

Linux IOC #R3

Linux IOC #N4

Linux IOC #R4: subnet-1: subnet-2: subnet-3: subnet-4: improved

図１RIBF制御系構成図
RIBFにおいて、まずはリニアックコンソールにこのシステムを導入することとした。

２．理研リニアック制御系
RIBFの最上流に位置する加速器である理研リニ
アックは1980年に完成した加速器であり、長い歴史を持つ。その制御系は現在までに数回の更新を経ており、現在は電磁石電源制御、各種ビーム診断機器制御、真空制御盤の制御等多くの部分をEPICS制御系に取り込んでいる。しかし、一部未更新のまま現在も使用しているものがある。その例として、加速器の現場からリニアックコンソールまでメタルケーブルを配線して駆動制御を行っているファラデイ
カップが11台ある。具体的には、約50メートルの長さのメタルケーブルでビームライン上に取り付けられたファラデイカップとコンソールに設置されたコントローラを接続し、そのコントローラとコンソールに取り付けられた制御盤の間を配線して、盤上のハードボタンから直接ファラデイカップの駆動を行い、挿入状態をLEDで表示している。図2に現状を示す。このシステムは操作性において現状では全く問題はなく、むしろオペレータにとってはコンピュータ上のGUIとマウスで行う制御よりもハード的な制御のほうが操作性に優れているといえる。しかし、RIBFはリニアック制御に対応したリニアックコントロール室と、リングサイクロトロンから下流のサイクロトロン群を制御するコントロール室をそれぞれ別の建物に持っており、現状では、サイクロトロンの調整中に上流のリニアックの調整が必要になった場合に、サイクロトロンの制御室からこれらのリニアックのファラデイカップを駆動できないために再調整に時間がかかる、という問題点もある。
また、コントローラがネットワークに接続されていないために制御ログなどのデータを計算機に残すことができず、運転の解析を行う際にも問題がある。
現在使用しているコントローラはネットワーク対応のものではなく、既に導入からかなりの年数を経たものであるため、それに改造を加えてネットワークにつなぎこむことは現実的ではない。そこで、
F3RP61-2Lのシステムを適用するべく、現在詳細を設計中である。

３．F3RP61-2Lの導入の検討
その最初のステップとして、スイッチとタイマーリレー、LEDを取り付けたテスト盤を作成した。タイマーリレーはファラデイカップに見立てたものである。F3RP61-2Lは従来の横河電機社製FA-M3のI/Oモジュールと組み合わせて使うことができるため、DIモジュールにテスト盤上のファラデイカップの駆動 に 対 応 す る ボ タ ン か ら の 信 号 を つ な ぎ 、 DOモ
ジュールに上位からの命令及びファラデイカップの状態を示すステータス信号に対応するLEDをつないだ。リニアックのファラデイカップは、あるファラデイカップが挿入されると、それよりも上流に位置するファラデイカップで挿入状態にあるものはビームラインから引き抜くというロジックを持っており、それらは従来コントローラ上のプログラムで実現しているが、これをF3RP61-2L上で走っているEPICSのプログラムで実現した。

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Proceedings of the 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (August 6-8, 2008, Higashihiroshima, Japan)

図２

理研リニアックにおけるファラデイカップ制御の現状

４．今後の予定

参考文献

今回テスト盤上のボタンからF3RP61-2Lをコントローラとしてファラデイカップに見立てたタイマーリレーを駆動させ、その状態を盤上のLEDに表示することに成功した。ファラデイカップの駆動はビー
ム調整時や実験中にオペレータが行うだけではなく、ビームインターロックシステムにおいても必要になる。現状では、機器から異常信号が出力されると直ちにイオン源直後のビームチョッパーを駆動させてビームを遮断し、更にファラデイカップを挿入するというロジックを持つビームインターロックシステ
ムが存在する。このビームインターロックシステムは三菱電機社製のPLCを用いて構築している [4]。今後はこのシステムとF3RP61-2Lを用いたシステムとの連携も考えていきたい。

[1] A.Uchiyama, et al., “Development of Embedded Systemfor Running EPICS IOC by Using Linux and SingleBoard Computer”, Proceedings of the 2007 International
Conference on Accelerator and Large Experimental
Physics Control Systems (ICALEPCS2007), Knoxville,Tennessee, USA, Oct. 15-19, 2007
[2] M.Komiyama, et al., “Status of Control System for
RIKEN RI-Beam Factory”, Proceedings of the 2007
International Conference on Accelerator and Large
Experimental Physics Control Systems 8ICALEPCS2007),Knoxville, Tennessee, USA, Oct. 15-19, 2007[3] J.Odagiri, et al., “Development of Embedded EPICS on
F3RP61-2L”, in this meeting.
[4] M.Komiyama, et al., “Beam Interlock System at RIKEN
RI beam factory”, Proceedings of the 2nd Annual Meetingof Particle Accelerator Society of Japan and the 30th LinearAccelerator meeting in Japan, Tosu, Jul. 20-22, 2005-378-