CERN kiest voor de PcVue supervision software van ARC Informatique voor de regeling van de ventilatie en koeling van de LHC

De LHC (Large Hadron Collider) is de krachtigste deeltjesversneller die tot nu toe is gebouwd. Hij is in oktober 2008 bij CERN, nabij Geneve in het grensgebied tussen Frankrijk en Zwitserland, in gebruik genomen, en is ingebouwd in een cirkelvormige tunnel met een omtrek van 27 kilometer, die gemiddeld 100 meter onder de grond is ingegraven, op de plek waar voorheen de LEP (Large Electron Positron) collider zich bevond, die hij vervangt. In tegenstelling tot de LEP waarin elektronen en positronen werden versneld teneinde botsingen te produceren, worden in de LHC protonen van de hadron familie versneld, naast zware ionen zoals lood. Deze monumentale installatie stelt fysici wereldwijd in staat om de kleinst bekende deeltjes te bestuderen om zo te geheimen van ons universum te ontrafelen. Om dit te realiseren, worden twee in tegengestelde richting roterende banen hadrons of zware ionen versneld in een 27 kilometer ring om een snelheid te bereiken in de buurt van de lichtsnelheid bij zeer hoge energieniveaus. Als deze deeltjes frontaal met elkaar botsen, maakt de zo ontstane schok het mogelijk om, bijvoorbeeld, experimenteel de omstandigheden te reproduceren die net na de Big Bang voorkwamen. De deeltjes die door deze botsingen worden gecreëerd worden geanalyseerd door middel van speciale detectoren die data leveren die door onderzoekers uit meer dan 100 landen worden geïnterpreteerd.

Om deze experimenten mogelijk te maken, moet de LHC met niet minder dan 9.300 magneten worden uitgerust die tot -271.3 °C (1.9 K) afgekoeld moeten worden met 10.080 ton vloeibare stikstof en 130 ton vloeibare helium, via een gigantisch cryogeen distributiesysteem. Zo’n installatie vereist tevens een ventilatiesysteem van zodanige afmetingen dat het zorgt voor een atmosfeer die geschikt is voor zowel de mensen die er in werken als voor de in de experimenteerruimtes geïnstalleerde apparatuur. De ventilatie van de LHC zorgt bovendien voor de extractie van ‘cold smoke’ en voor het onder druk houden van de ondergrondse overlevingszones.

Het ontwerp van het ventilatiesysteem omvat, behalve nieuwe apparatuur, modificaties aan het bestaande ventilatieproces (renovatie van de LEP ventilatie). Voor de regeling van de ventilatie- en koelsystemen van de LHC, had CERN een supervision softwarepakket nodig, dat ten eerste was afgestemd op de afmetingen van deze applicatie, die meer dan 200 stuks geautomatiseerde apparatuur omvat, en dat bovendien gunstig geprijsd was en vooral een concurrerende Total Cost of Ownership te bieden had. De voorgestelde oplossing moest voorts voldoen aan de integratie-eisen van CERN: uiteraard network constraints, alsmede availability constraints.
“In de door CERN toegepaste architectuur, ligt het aantal clients dat simultaan in het systeem kan inloggen tegen de 30 (8 fat clients, 20 terminal server clients), hetgeen betekent dat het praktisch in real-time moet werken. De availability constraint is daardoor zeer hoog. Als gevolg hiervan moet het systeem altijd toegankelijk zijn. We hebben daarom het redundantie-principe toegepast waardoor de ene server het kan overnemen van een andere server, als die niet langer beschikbaar is,” legt Lionel Diers, Project Leader at Assystem France, service provider voor het project, uit.

Nadat CERN op basis van deze specificaties de op de markt beschikbare supervision oplossingen had bestudeerd, koos het voor het PcVue pakket, ontwikkeld door de firma ARC Informatique.
“Afgezien van het feit dat de PcVue oplossing voldoet aan onze eisen qua performance en prijs, heeft dit systeem het voordeel dat het goed bekend is onder system integrators die veel ervaring hebben met de implementatie ervan,” verklaart Mario Batz, Project Leader van de koeling- en ventilatiegroep van het Engineering Department van CERN.

Met PcVue is het mogelijk een verbinding te maken met de automatiseringsapparatuur door middel van standaard veldbusnetwerken zoals Profibus, Industrial Ethernet en vele andere, teneinde het proces te monitoren en/of te regelen. De taak van de supervisor bestaat uit het verzamelen van data en het doorzenden daarvan naar een Information System waar ze worden geanalyseerd. Deze data worden direct door PcVue geanalyseerd zodat ze kunnen worden gevisualiseerd in de vorm van animated views (mimic displays genoemd) door middel van symbolen die geïnstantieerd kunnen worden (objects genoemd). De verzamelde informatie wordt vertaald in standaard PcVue objects (event objects en alarm objects voor de ‘on/off’ data, analyse van de grafieken voor de analoge data) en vervolgens gearchiveerd in databanken met de mogelijkheid om ze op een later tijdstip te analyseren in spreadsheet-achtige tools, etc. In dit geval, controleert PcVue 80.000 variabelen (waarvan er 66.000 worden gearchiveerd), 1.200 mimic displays en 600 objects.

PcVue biedt belangrijke innovaties wat betreft de verdere reductie van deployment- en operating-tijden en -kosten van industriële proces-supervisieprojecten, met name in grootschalige applicaties zoals constructiebedrijven, kernenergiecentrales, chemische, farmaceutische of voedselverwerkende fabrieken, etc.
“Het specifieke kenmerk van PcVue vergeleken met andere op de markt beschikbare tools, is het concept van de boomstructuur. Hier gaat het om de vraag van het faciliteren van de instantiatie van objects, en daarmee om het beperken van het ontwikkelwerk. Daardoor hoef je dus voor bijvoorbeeld verschillende typen ‘regelbare aandrijvingen’ alleen maar een ‘regelbare aandrijving’-object te creëren en te instantiëren, elke keer als dat soort apparaat voorkomt in het proces,” verklaart Lionel Diers van Assystem France.

De PcVue software bevat ook bijzonder interessante tools, zoals HDS (Historical Data Server) archivering dat de interface beheert tussen het supervision systeem en de archives database, of ‘Terminal Server’ die het dankzij een Windows functie, mogelijk maakt om verschillende PcVue sessies op elke willekeurig station te gebruiken. In een omgeving zoals die van de LHC is deze functie met name aantrekkelijk in termen van flexibiliteit wat betreft nuttig gebruik en deployment, omdat de site enorm is en er een groot aantal ‘clients’ (gebruikers die verbonden zijn met de applicatie) is.

Terugkomend op het faciliteren van deployment en de reductie van operatingkosten van proces-supervisiesystemen, ondersteunt PcVue eveneens de Vmware virtuele omgeving waardoor het mogelijk is meerdere operating systems apart van elkaar op een enkele machine te laten lopen, alsof deze lopen op fysiek verschillende machines. Dit proces van virtualisering maakt het mogelijk meerdere over een plant verdeelde en ‘supervised’ machines te vervangen, machines die doorgaans weinig gebruikt worden en snel overbodig worden vergeleken met een enkele PC die net zoveel virtuele machines simuleert als vereist is door een deel van zijn resources toe te wijzen aan elke afzonderlijke machine. Een extra virtueel supervision station kan eenvoudig worden toegevoegd door het copy/pasten van een bestaande virtuele machine op de centrale PC en de gebruiker te voorzien van een terminal. In het geval dat het proces wordt gemodificeerd (snelheidsverandering, nieuwe behoeften, etc) hoef je alleen de resources die door de centrale PC aan de virtuele machine zijn toegewezen, te veranderen naar gelang deze verandering.
“Uitgaande van de schaal van de LHC applicatie, heeft de implementatie van een virtuele infrastructuur geleid tot een drastische vermindering van het aantal gebruikte fysieke machines met als bonus, een lager energieverbruik, groot gebruikersgemak en uitstekende integratie in de IT-structuur van CERN,” aldus Lionel Diers van Assystem France. Dit betekent dat voor de supervisie van de LHC ventilatie nog maar twee fysieke machines nodig zijn, elk met 12 Gb RAM en zes 250 Gb hard drives. De supervisie workload wordt verdeeld over deze twee redundante fysieke servers (Windows 2003 servers), waarbij de eerste zorgt voor het goed functioneren van de PcVue acquisition server No 1, Web server (gebruikers via internet) en database server (voor het archiveren van data), en de tweede de functies van de PcVue server No 2 en de Terminal Server voor zijn rekening neemt.
De on-site acquisition stations – acht in totaal (één per experimenteergebied) – zijn touch-screen serverstations bedoeld om gebruikt te worden door locaal onderhoudspersoneel. Als de interventiegebieden ongeveer 2 km uit elkaar liggen, zijn deze stations essentieel en maken het bovendien mogelijk de controle over de ventilatie-installaties over te nemen als één van de twee centrale servers in de problemen komt.

Het is niet de eerste keer dat ARC Informatique, Assystem France en CERN hebben samengewerkt in een project. De drie hebben al eerder samengewerkt in twee andere projecten: CSAM (CERN Safety Alarm Management) voor de supervisie van CERN’s technische alarmsignalen, brand- en gasdetectoren, en RAMSES (Radiation and Monitoring System for the Environment and Safety) bij het in gebruik nemen en onderhouden van een regelsysteem voor ioniserende straling in CERN’s experimenteerlaboratoria.
“De sterke punten in de samenwerking tussen ARC Informatique en Assystem France liggen vooral in de elkaar aanvullende teams, de responsiviteit van de service en de competentie van de technische ondersteuning die zij leveren, alsmede in het feit dat ze focussen op de behoeften van de gebruiker,” licht Mario Batz van CERN toe. Bij het ontwikkelen en voortdurend verbeteren van PcVue vertrouwen de teams van ARC Informatique op de ervaring die ze hebben opgebouwd dankzij in totaal meer dan 38.000 geïnstalleerde licenties.

Bijschrift. CERN-LHC-N°1.jpg : Ingegraven op een gemiddelde diepte van 100 meter, meet de LHC tunnel een omtrek van ongeveer 27 kilometer.
Bijschrift: CERN-LHC-N°2.jpg : Een van de ventilatie-units van de LHC.
Bijschrift. CERN-LHC-N°3.jpg :PcVue weergave van een experimenteerzone en van de ventilatie-units.