CERN ha scelto il pacchetto software di supervisione PcVue di ARC Informatique per gestire il sistema di ventilazione e raffreddamento dell’LHC

LHC (Large Hadron Collider) è il più potente acceleratore di particelle mai costruito fino ad ora. Inaugurato a Ottobre 2008 presso il CERN, vicino a Ginevra, al confine Franco-Svizzero, è ospitato in un tunnel circolare con una circonferenza di 27 chilometri, interrato a una profondità media di 100 metri, sul lato che fisicamente ospita il collidore LEP (Large Electron Positron), che è stato sostituito. A differenza del LEP nel quale gli elettroni e i positroni erano accelerati per produrre collisioni, l’LHC accelera i protoni dagli adroni, e gli ioni pesanti. Questo monumentale apparato permette ai fisici di tutto il mondo di studiare le più piccole particelle conosciute, in modo da svelare i segreti del nostro universo.

Per raggiungere questo scopo, due fasci di adroni o ioni pesanti che circolano in direzioni opposte sono stati accelerati in un anello di 27 chilometri per raggiungere una velocità simile alla velocità della luce, a livelli energetici molto alti. Quando queste particelle entrano in collisione frontalmente, lo shock generato permette, per esempio, sperimentazioni tali da riprodurre condizioni simili a quelle che si sono verificate appena dopo il Big Ben. Le particelle create da queste collisioni vengono analizzate per mezzo di speciali detector che registrano i dati che vengono poi studiati dai ricercatori di oltre un centinaio di paesi.

Per rendere possibile la realizzazione di questi esperimenti, LHC richiede non meno di 9.300 magneti raffreddati a 271.3°C (1.9K) grazie a 10.080 tonnellate di elio liquido, attraverso un gigantesco sistema di distribuzione criogenico. Un’installazione di questo tipo richiede un sistema di ventilazione tarato per stabilire un’atmosfera che sia idonea sia alle persone che vi lavorano che alla strumentazione installata nelle zone della sperimentazione. La ventilazione dell’LHC provvede anche all’estrazione dei fumi freddi e alle funzioni di pressurizzazione nelle zone di sopravvivenza sotterranee. Il design del sistema di ventilazione incorpora modifiche all’attuale processo di ventilazione (rinnovo del ventilatore LEP) unitamente all’introduzione di nuove attrezzature.

Per permettergli di gestire i sistemi di ventilazione e di raffreddamento dell’LHC, il CERN necessitava di un pacchetto software di supervisione tarato sulla taglia di questa applicazione, che ospita più di 200 pezzi di attrezzature automatiche, a un prezzo conveniente e soprattutto che offrisse un TCO (Total Cost of Ownership) competitivo. La soluzione proposta doveva anche soddisfare le richieste di integrazione del CERN: restrizioni di rete e anche restrizioni sulla disponibilità. “Nell’architettura adottata dal CERN, il numero di utenti che possono connettersi simultaneamente al sistema è vicino a 30 (8 grossi utenti, 20 utenti Terminal Server), il che significa che deve operare virtualmente in tempo reale. Le restrizioni sulla disponibilità sono dunque estremamente alte. Di conseguenza, il sistema deve essere sempre accessibile. Abbiamo quindi applicato il principio della ridondanza per autorizzare un server a subentrare se un altro server non è più disponibile,” spiega Lionel Diers, Project Leader in Assystem France, il service provider incaricato del progetto.

Dopo aver studiato le soluzioni di supervisione disponibili sul mercato, per soddisfare queste esigenze il CERN ha scelto il pacchetto PcVue sviluppato dalla ARC Informatique. “Oltre al fatto che la soluzione PcVue incontra le nostre esigenze di performance e di prezzo, questo prodotto ha anche il vantaggio di essere ben conosciuta da parte degli integratori di sistema che hanno una grande esperienza con questa implementazione,” dichiara Mario Batz, Project Leader del Dipartimento Ingegneria gruppo ventilazione e raffreddamento del CERN. PcVue può collegarsi con la strumentazione automatica per mezzo di reti di comunicazione di campo standard come Profibus, Industrial Ethernet e molti altri in modo da monitorare e/o controllare il processo da supervisionare. Il compito di supervisione consiste nel raccogliere i dati e inviarli a un Sistema Informativo dove vengono analizzati. Questi dati sono processati direttamente da PcVue in modo che possano essere visualizzati in viste animate (chiamati display mimici) per mezzo di simboli che possono essere raffigurati (chiamati oggetti). Le informazioni raccolte vengono trasformate in oggetti standard di PcVue (oggetti evento e oggetti allarme per i dati “On/Off”, analisi dei grafici per i dati analogici) e poi è possibile archiviarli in database con vista per analizzarli in un momento successivo, strumenti tipo spreadsheet, ecc. In questo caso, PcVue gestisce 80.000 variabili (66.000 dei quali sono archiviati), 1.200 display mimici e 600 oggetti.

PcVue fornisce importanti innovazioni con una vista per ridurre ulteriormente i tempi operativi e di sviluppo e i costi della supervisione del processo industriale, in particolare in applicazioni di larga-scala come le aziende di assemblaggio, centrali nucleari, impianti chimici, farmaceutici e di food-processing, ecc. “La funzione specifica di PcVue rispetto agli altri tool disponibili sul mercato è il concetto di struttura ad albero. Qui la questione è facilitare la raffigurazione degli oggetti e poi di limitare il lavoro di sviluppo. Così, per parecchie voci come ad esempio attrezzatura tipo ‘azionamento a velocità variabile’, si tratta solo di creare un oggetto ‘azionamento a velocità variabile’ e raffigurarlo ogni volta che una parte di strumentazione è presente nel processo,” spiega Lionel Diers di Assystem France.

Nel software PcVue ci sono anche altri strumenti particolarmente interessanti come l’archiviazione HDS (Historical Data Server), che gestisce l’interfaccia tra il sistema di supervisione e i database di archivio, oppure “Terminal Server”, che grazie a una funzione Windows, rende possibile l’utilizzo di differenti sessioni di PcVue su qualsiasi stazione. In un ambiente come quello dell’LHC, questa funzione è particolarmente allettante in termini di utilizzo e flessibilità perché il sito è vasto e c’è un gran numero di “clienti” (utenti connessi all’applicazione).

Ancora con l’intento di facilitare lo sviluppo e ridurre i costi operativi dei sistemi di supervisione del processo, PcVue supporta anche l’ambiente virtuale Vmware che rende possibile far girare diversi sistemi operativi in modo separato l’uno dall’altro su una singola macchina come se stessero girando in macchine fisicamente distinte. Questo processo di virtualizzazione rende così possibile sostituire diverse macchine dislocate nel sito per essere supervisionate, le quali sono generalmente sottoutilizzate e diventano rapidamente obsolete se comparate con un singolo PC che simula come molteplici macchine virtuali, destinando parte delle sue risorse a ciascuno di essi. Una stazione di supervisione aggiuntiva può essere aggiunta semplicemente ‘copiando/incollando’ una macchina virtuale esistente sul PC centrale e dotando l’utente di un terminale. Nei casi in cui il processo viene modificato (cambio di rapporti, nuove necessità, ecc…), si tratta solo di tarare le risorse stanziate attraverso il PC centrale alla macchina virtuale interessata dal cambio. “Data la scala all’applicazione LHC, l’implementazione di un’infrastruttura virtuale ha condotto a una drastica riduzione del numero di macchine fisiche coinvolte, come bonus, bassi consumi energetici, grande facilità d’uso e eccellente integrazione nell’architettura del CERN” sottolinea Lionel Diers di Assystem France.

Questo significa che la supervisione della ventilazione dell’LHC richiede solo due macchine fisiche, ciascuna con 12 Gb di RAM e sei hard disk da 250 Gb. I carichi di lavoro della supervisione sono condivisi tra questi due server ridondanti (Windows 2003 server), con il primo che si occupa delle funzioni del server di acquisizione di PcVue No.1, Web Server (utenti via Internet) e database server (per l’archiviazione dei dati), e il secondo che completa le funzioni del server di acquisizione di PcVue No.2 e Terminal Server.

Le stazioni di acquisizione on-site – otto in tutto (una per area di sperimentazione) – sono stazioni server touch-screen destinate ad essere usate dagli operatori per la manutenzione locale. Poiché le aree di intervento sono distanti circa 2 km, queste stazioni sono essenziali e possono anche prendere il controllo delle installazioni di ventilazione nel caso uno dei due server vada incontro a un problema.

Non è la prima volta che ARC Informatique, Assystem France and CERN hanno collaborato insieme su un progetto. Le tre realtà hanno già lavorato insieme su altri due progetti: CSAM (CERN Safety Alarm Management) per la supervisione degli allarmi tecnici del CERN, gli allarmi antincendio e i rilevatori del gas, e RAMSES (Radiation and Monitoring System for the Environment and Safety) per la messa in servizio e la manutenzione di un sistema di controllo di radiazioni ionizzanti nelle strutture sperimentali del CERN. “I punti di forza dell’offerta ARC Informatique/Assystem France risiedono soprattutto nella complementarietà dei loro team, nella reattività del servizio e nella competenza del supporto tecnico che possono fornire, oltre al fatto che sono focalizzati sulle necessità degli utilizzatori,” spiega Mario Batz del CERN. Per sviluppare e continuare a migliorare PcVue, i team di ARC Informatique possono contare sull’esperienza che hanno accumulato grazie a oltre 38.000 licenze installate.

Didascalia CERN-LHC-N°1.jpg : Posizionato a una profondità media di 100 metri, il tunnel LHC ha una circonferenza di circa 27 chilometri.
Didascalia CERN-LHC-N°2.jpg : Una delle unità di ventilazione dell’LHC.
Didascalia CERN-LHC-N°3.jpg : La rappresentazione in PcVue di una zona di sperimentazione e delle relative unità di ventilazione.