CERN používá pro řízení ventilace a chlazení urychlovače LHC monitorovací softwarový paket od ARC Informatique

LHC (Large Hadron Collider) je dosud světově nejvýkonnější urychlovač částic. Urychlovač, který byl slavnostně uvedený do provozu v říjnu 2008 v CERNu poblíž Ženevy na francouzsko-švýcarských hranicích je umístěný v kruhovém tunelu o obvodu 27 kilometrů v průměrné hloubce 100 metrů na místě, kde se původně nacházel urychlovač LEP (Large Electron Positron), který LHC nahradil. Na rozdíl od LEP, ve kterém byly elektrony a pozitrony urychleny pro vyvolání srážky, LHC urychluje protony skupiny hadronů a těžké ionty, jako je olovo. Tento skutečně monumentální přístroj umožňuje fyzikům studovat nejmenší známé částice s cílem odhalit některá tajemství vesmíru.

K tomu je zapotřebí ve 27kilometrovém prstenci urychlit dva paprsky hadronů nebo těžkých iontů proudící proti sobě tak, aby dosáhly rychlosti blížící se rychlosti světla při velkých energetických hladinách. Při srážce těchto částic vznikne exploze, která například umožňuje experimentální simulaci podmínek, které jsou blízké podmínkám panujícím po velkém třesku. Částice vytvořené v důsledku těchto srážek se analyzují pomocí speciálních detektorů a poskytují data, které potom studují vědci z více než 100 zemí.

K provádění těchto experimentů LHC potřebuje nejméně 9 300 magnetů ochlazených na teplotu -271,3°C (1,9K). Pro chlazení se používá gigantická kryogenní soustava pro rozvod 10 080 tun tekutého dusíku a 130 tun tekutého helia. Takováto instalace rovněž potřebuje ventilační systém pro vytvoření prostředí vhodného jak pro pracovníky obsluhy, tak i vybavení nainstalované v experimentálních zónách. Ventilační systém v LHC rovněž zabezpečuje odsávání studeného kouře a tlakové funkce v podzemních nouzových prostorách. Struktura ventilačního systému zahrnuje úpravy stávajícího ventilačního procesu (rekonstrukce LEP ventilace) v kombinaci s novým vybavením.

Pro řízení ventilačního a chladícího systému v LHC potřeboval CERN zajistit monitorovací softwarový paket vhodný pro rozměr této aplikace, která obnáší více než 200 položek automatizovaných zařízení, který by byl za výhodnou cenu a, především, nabízel celkově výhodné provozní náklady. Navržené řešení muselo rovněž splňovat požadavky CERNU na integraci: síťová omezení a rovněž omezení dostupnosti. „V architektuře používané v CERNU je počet klientů, kteří se mohou současně připojit k systému, téměř 30 (8 tlustých „fat“ klientů a 20 terminálových serverů), což znamená, že provoz musí probíhat skutečně v reálném čase. Takže faktor omezeni dostupnosti je vysoce důležitý. Systém tudíž musí být vždy dostupný.

„Z tohoto důvodu jsme použili princip redundance, který umožňuje jednomu serveru převzít funkci druhého nedostupného serveru“ vysvětluje Lionel Diers, projektový vedoucí ve společnosti Assystem France, která je odpovědná za celý projekt.

Po studiu dostupných řešení monitoringu, která by splňovala tyto specifikace, se CERN rozhodnul pro paket PcVue vyvinutý společností ARC Informatique. „Kromě skutečnosti, že řešení PcVue splňuje požadavky na funkci a cenu, tento produkt má rovněž výhodu spočívající v tom, že byl vytvořený vysoce uznávanými systémovými integrátory, kteří mají rozsáhlé zkušenosti s tímto typem realizace“ říká Mario Batz, projektový vedoucí skupiny pro chlazení a ventilaci technického oddělení CERNU. PcVue umožňuje připojení automatizovaného zařízení pomocí standardních průmyslových sítí jako je Profibus, Industrial Ethernet a mnoho dalších pro monitorování a/nebo řízení kontrolovaného procesu. Úkolem supervize je sběr dat a jejich odeslání do informačního systému k provedení analýzy. Tato data se zpracovávají přímo v PcVue s výstupem v animovaných zobrazeních (nazývaných také mimická zobrazení) pomocí konkrétizovaných symbolů (které se nazývají objekty). Shromážděné informace se převádějí na standardní PcVue objekty (objekty událostí a objekty alarmů pro „On/Off“ data, analýzy grafů pro analogická data) a následně se archivují v databázích s cílem jejich pozdější analýzy pomocí tabulkových nástrojů, apod. V tomto případě PcVue řídí 80 000 proměnných (z čehož se 66 000 archivuje), 1 200 mimických zobrazení a 600 objektů.

PcVue přináší zásadní inovace s cílem dalšího snížení nasazení a operačních časů a nákladů projektů supervize průmyslových procesů, zejména v případě rozsáhlých aplikací, jako jsou montážní provozy, jaderné elektrárny, či chemické, farmaceutické a potravinářské závody, atd. „V porovnání s ostatními dostupnými nástroji má PcVue specifickou vlastnost v podobě stromové struktury. V tomto případě se jedná o usnadnění konkretizace objektů a tudíž omezení rozsahu vývojových prací. Takže například pro několik položek zařízení s jednotkami s proměnnou rychlostí musíte pouze vytvořit objekt typu jednotky s proměnnou rychlostí a tento konkretizovat pokaždé, když se v procesu objeví zařízení takovéhoto typu“ vysvětluje Lionel Diers ze společnosti Assystem France.

Software PcVue obsahuje i další velmi zajímavé nástroje, jako je HDS (server historických dat) archivace, který řídí rozhraní mezi systémem supervize a archivační databází nebo „terminálový server“, který díky funkci Windows umožňuje na používat jakékoliv stanici několik relací PcVue. V prostředí jako je LHC tato funkce představuje obzvláště užitečný nástroj pro flexibilní využívání a rozmístění, protože celé zařízení je obrovské s velkým počtem „klientů“ (uživatelů připojujících se k aplikaci).

V kontextu usnadnění rozmístění a snížení provozních nákladů systémů supervize procesů PcVue rovněž podporuje virtuální prostředí Vmware umožňující oddělené spuštění několika operačních systémů na jednom stroji, jako kdyby běžely na fyzicky odlišných strojích. Tento proces virtualizace tudíž umožňuje nahradit několik skutečných strojů v rozmístěných v místě procesu určeného pro supervizi, které jsou obecně nevyužité a rychle zastarávají, jedním počítačem, který simuluje potřebný počet virtuálních strojů tím, že přiděluje část svých zdrojů pro každý z nich. Další virtuální stanici supervize lze jednoduše přidat zkopírováním/vložením stávajícího virtuálního stroje do centrálního počítače a přidělením uživatelského terminálu. V případě modifikace procesu (změna poměru, nové požadavky, atd.) se pouze provede úprava nastavení zdrojů přidělených centrálním PC pro virtuální stroj, kterého se takováto modifikace dotýká. „Z hlediska velikosti aplikace LHC přinesla implementace virtuální infrastruktury zásadní snížení počtu používaných fyzických strojů a, jako bonus, snížení spotřeby energie, značné usnadnění používání a dokonalou integraci do IT architektury CERNU“ uvedl Lionel Diers z Assystem France.

To znamená, že pro supervizi ventilačního systému LHC jsou zapotřebí pouze dva fyzické stroje, každý s 12 Gb RAM a šesti 250 Gb pevnými disky. Pracovní zátěže supervize se sdílí mezi dvěma redundantními fyzickými servery (servery Windows 2003), přičemž první z nich zajišťuje funkce akvizičního serveru PcVue č. 1, webového serveru (uživatelé přes Internet) a databázového serveru a druhý poskytuje funkce akvizičního serveru PcVue č. 2 a terminálového serveru.

Místní akviziční stanice, kterých je celkem devět (jedna v každé experimentální oblasti), jsou serverové stanice s dotykovými monitory využívané místními operátory údržby. Protože zásahové oblasti jsou od sebe vzdálené přibližně 2 km, mají tyto stanice zásadní funkci a rovněž umožňují převzít kontrolu nad ventilačními instalacemi, pokud by se na jednom ze dvou centrálních serverů vyskytnul problém.

Tato aplikace však není první projekt, na kterém spolupracovali ARC Informatique, Assystem France a CERN. Tyto tři entity už společně pracovaly na dalších dvou projektech: CSAM (CERN Safety Alarm Management – řízení bezpečnostních alarmů v CERNU) pro supervizi technických alarmů CERNU zahrnujících požární hlásiče a detektory plynu, a RAMSES (Radiation and Monitoring System for the Environment and Safety – systém monitorování radiace pro životní prostředí a bezpečnost), jehož cílem bylo spuštění a provoz systému kontroly ionizujícího záření v experimentálních prostorách CERNU. „Silné stránky nabídky společností ARC Informatique/Assystem France spočívají především v komplementaritě jejich týmů, rychlé servisní odezvě a kvalifikované technické podpoře v kombinaci se zaměřením na potřeby uživatelů" uvádí Mario Batz z CERNU. Při vývoji a dalším zdokonalování PcVue vychází týmy ARC Informatique ze zkušeností nabytých během více než 38 000 nainstalovaných licencí.

Snímek CERN-LHC-N°1.jpg : LHC tunel s průměrnou hloubkou 100 metrů má obvod téměř 27 kilometrů.
Snímek CERN-LHC-N°2.jpg : Jedna z ventilačních jednotek LHC.
Snímek CERN-LHC-N°3.jpg : Zobrazení experimentální zóny a jejích ventilačních jednotek pomocí softwaru PcVue.