www.magyar-mernoki.com
06
'09
Written on Modified on
ARC INFORMATIQUE
A CERN az ARC Informatique PcVue felügyeleti szoftvercsomagját választja az LHC szellőztetésének és hűtésének üzemeltetéséhez
A CERN európai részecskefizikai kutatóközpontban 2008 végén üzembe helyezett LHC nagy hadronütköztető közel 27 kilométeres gyűrűjével jelenleg a világ legnagyobb részecskegyorsítója. Szellőztetőrendszere és az ehhez kapcsolódó 200 programozható vezérlő felügyeletére és kezelésére a CERN az ARC Informatique által kifejlesztett és a helyszínen az Assystem France által telepített PcVue felügyeleti szoftvert választotta. A PcVue különösen alkalmas az ilyen nagy méretű alkalmazásokhoz, miközben beruházási és üzemeltetési költség is kedvező.
Az LHC (Large Hadron Collider) a valaha épített legnagyobb teljesítményű részecskegyorsító. A 2008 októberében Genf közelében, a francia-svájci határon, a CERN kutatóintézetben üzembe helyezett nagy hadronütköztető 27 kilométeres gyűrűje egy alagútban fut átlagosan 100 méterrel a földfelszín alatt, a korábbi és most az LHC-vel kiváltott LEP (Large Electron Positron) nagy elektron-pozitron ütköztető helyén. A LEP-pel ellentétben, amelyben elektronokat és a pozitronokat gyorsítottak ütközések létrehozásához, az LHC a hadroncsaládba tartozó protonokat, illetve nehézionokat (például ólomionokat) gyorsít. A monumentális berendezés az egész világ fizikusai számára lehetővé teszi a legkisebb ismert részecskék tanulmányozását, hogy ezzel is közelebb juthassanak a világmindenség titkainak megfejtéséhez.
Ehhez a berendezésben két, a 27 kilométeres gyűrűben egymással szemben haladó hadron- vagy nehézionsugarat gyorsítanak közel fénysebességre és ezzel igen nagy energiaszintre. Amikor bekövetkezik a részecskék frontális ütközése, a felszabaduló energia lehetővé teszi például az olyan körülmények kísérleti reprodukálását, amelyek nagyban hasonlítanak az ősrobbanást követő állapothoz. Az ütközéskor keletkező részecskéket különleges detektorok elemzik, és az adatokat több mint száz ország kutatói értékelik.
Az LHC-ban folyó kísérletek lehetővé tételéhez egy gigantikus kriogenikus elosztórendszeren keresztül 10 080 tonna folyékony nitrogénnel és 130 tonna folyékony héliummal –271,3 °C (1,9 K) hőmérsékletre lehűtött 9300 mágnes szükséges. A megoldás olyan szellőztetőrendszert igényel, amely egyaránt megfelelő légköri körülményeket teremt az ott dolgozók és a kísérleti zónákba telepített berendezések számára. Az LHC szellőztetőrendszerének feladata a hideg gőz elszívása és a túlnyomás fenntartása a föld alatti tartózkodási zónákban. A szellőztetőrendszer kialakításakor a LEP meglévő szellőztetését alakították át és új berendezéseket telepítettek.
Az LHC szellőztető- és hűtőrendszerének üzemeltetésére a CERN-nek egy olyan felügyelő szoftvercsomagra volt szüksége, amely megfelel a több mint 200 automatizálási készüléket magában foglaló alkalmazás méretének, valamint beruházási költsége mérsékelt, és versenyképes az üzemeltetése során jelentkező összes költségek tekintetében. A javasolt megoldásnak meg kellett felelnie a CERN integrálhatósággal kapcsolatos követelményeinek is: a hálózatba kapcsolhatóság és a rendelkezésre állás feltételeinek. „A CERN architektúrájában az egy időben a rendszerre kapcsolódó kliensek száma megközelíti a harmincat (8 „kövér” kliens és 20 terminálszerver kliens), és ezeknek gyakorlatilag valós időben kell működniük. A rendelkezésre állási feltételek ezért rendkívül szigorúak. Következésképpen a rendszernek mindig elérhetőnek kell lennie. A követelmény teljesítésére redundáns elvet alkalmaztunk, azaz egy szerver átveszi egy másik működését az utóbbi kiesésekor” – magyarázza Lionel Diers, a projektfelelős szolgáltató Assystem France projektvezetője.
Miután elemezték a piacon elérhető felügyeleti megoldásokat, hogy azok miként teljesítik a CERN előírásait, a választás az ARC Informatique által kifejlesztett PcVue csomagra esett. „Amellett, hogy a PcVue teljesíti a teljesítményre és az árra vonatkozó követelményeinket, a termék további előnye, hogy jól ismert a rendszerintegrátorok körében, akik gazdag tapasztalatokkal rendelkeznek az implementálásával kapcsolatban” – szögezi le Mario Batz, a CERN műszaki részlege hűtési és szellőzési csoportjának projektvezetője. A PcVue lehetővé teszi az automatizálási készülékek csatlakozását szabványos terepi buszrendszereken keresztül (például Profibus, ipari Ethernet vagy más rendszerek) a felügyelt folyamat megfigyelése és (vagy) vezérlése céljából. A felügyeleti rendszer feladata az adatok gyűjtése és továbbítása az elemzésüket végző informatikai rendszernek. Az adatok a PcVue rendszerben történő közvetlen feldolgozást követően megjeleníthetők animált nézetek (úgynevezett mimikus vagy színkódolt képernyők) formájában objektumoknak nevezett szimbólumok segítségével. A gyűjtött információkat a rendszer szabványos PcVue objektumokká alakítja (esemény- és riasztási objektumok a digitális adatok számára, grafikus analízis az analóg adatokhoz), majd adatbázisban helyezi el későbbi feldolgozáshoz például táblázatkezelő eszközökkel. A PcVue összességében 80 000 változót (ebből 66 000 archiváltat), 1200 mimikus képernyőt és 600 objektumot kezel.
A PcVue fontos innovációkat tartalmaz és csökkenti az ipari folyamatok felügyeleti rendszereinek telepítéséhez és üzembe helyezéséhez szükséges időt és költséget, elsősorban az olyan nagy méretű alkalmazásokban, mint például az összeszerelő létesítmények, a nukleáris erőművek, a vegyi, gyógyszeripari vagy élelmiszer-feldolgozó üzemek. „A PcVue sajátossága a piacon elérhető más eszközökkel összehasonlítva a faszerkezet. Ez megkönnyíti az objektumok specializálását, és ezzel fejlesztési munkát takarít meg. Így például a számos »változó sebességű hajtás» típusú egységre csak egyszer kell létrehozni egy »változó sebességű hajtás» objektumot, és ezt valamennyi változó sebességű hajtásra egyszerűen elő lehet hívni a folyamatban” – magyarázza Lionel Diers az Assystem France-tól.
A PcVue szoftver további figyelemre méltó eszközöket is tartalmaz, így például a HDS (Historical Data Server) historikus adatszervert az archiváláshoz, amely kezeli az interfészt a felügyeleti rendszer és az archiválási adatbázis között, vagy a terminálszervert, amely egy Windows-funkciónak köszönhetően több PcVue-felhasználást tesz lehetővé különböző állomásokon. Egy olyan környezetben, mint amelyet az LHC jelent, ennek a funkciónak különleges jelentősége van a kihasználási és az alkalmazási rugalmasság szempontjából, mivel a rendszer igen kiterjedt, és nagyszámú kliens (az alkalmazásra kapcsolódó felhasználó) fordul elő.
A folyamatfelügyeleti rendszerek alapkövetelményét, az egyszerű alkalmazhatóságot és az alacsony üzemeltetési költségeket szem előtt tartva a PcVue támogatja a Vmware virtuális környezetet is, amely lehetővé teszi több operációs rendszer egymástól független futtatását ugyanazon a gépen úgy, mintha azok különböző fizikai gépeken futnának. Ezzel a virtualizálási eljárással több olyan, a felügyelt környezetben működtetett valós gép kiváltható, amelyek általában nincsenek kihasználva, vagy hamar öregszenek. Helyettük egyetlen PC annyi virtuális gépet szimulál, amennyi csak szükséges úgy, hogy erőforrásainak meghatározott részét az egyes virtuális gépekhez rendeli. Egy további virtuális felügyelőállomás egy, a központi PC-n már meglévő virtuális gép egyszerű másolásával és beillesztésével létrehozható, és egy terminálon keresztül a felhasználó rendelkezésére áll. A folyamat módosításakor (például megváltozott sebesség, új igények felmerülése) egyszerűen a központi PC erőforrásait kell újra elosztani a változásban érintett virtuális gépek között. „Az LHC-s alkalmazás méretéből adódóan a virtuális infrastruktúra bevezetése drasztikusan csökkentette a fizikai gépek számát, ráadásul mérsékelte az energiafogyasztást, egyszerűsítette a használatot és javította az integrálhatóságot a CERN informatikai architektúrájába” – emeli ki Lionel Diers, az Assystem France munkatársa.
Végeredményben az LHC szellőztetésének felügyelete mindössze két fizikai gépet igényel, egyenként 12 GB RAM memóriával és hat 250 GB-os merevlemezzel. A felügyeleti munka jelentette terhelés megoszlik a két redundáns fizikai szerver között (Windows 2003 szerverek), miközben az első szerver tölti be az 1-es számú PcVue adatgyűjtő szerver feladatát, valamint ez a webszerver (felhasználók csatlakozása az interneten keresztül) és az adatbázisszerver (adatok archiválása), a második szerver pedig a 2-es számú PcVue adatgyűjtő szervert és a terminálszervert valósítja meg.
A berendezésben elosztott adatgyűjtő állomásokat – összesen nyolc darab, kísérleti területenként egy – érintőképernyős szerverállomásokként alakítják ki, amelyek lehetővé teszik a helyi karbantartó személyzet beavatkozását. Mivel az egyes területek megközelítően 2 kilométer távolságban vannak egymástól, ezek az állomások igen fontosak, és akkor is lehetővé teszik a szellőztetőrendszer vezérlését, ha a két központi szerver egyikénél probléma lépne fel.
Nem ez volt az első alkalom, hogy az ARC Informatique, az Assystem France és a CERN közös projektben vett részt. Ezt megelőzően már két másik projektben működtek együtt: a CSAM (CERN Safety Alarm Management) projektben, azaz a CERN műszaki riasztásainak, tűzjelzőinek és gázérzékelőinek felügyeleti megoldásában, valamint a RAMSES (Radiation and Monitoring System for the Environment and Safety) projektben, amely a CERN kísérleti létesítményei ionizáló sugárzást ellenőrző rendszerének szervizelésében és karbantartásában játszik alapvető szerepet. „Az ARC Informatique és az Assystem France páros erőssége mindenek előtt abban rejlik, hogy csapataik optimálisan együttműködnek, gyorsan és nagy szaktudással nyújtják a műszaki támogatást, valamint hogy a felhasználó igényeit állítják mindenkor a középpontba” – magyarázza Mario Batz a CERN részéről. A PcVue továbbfejlesztésében és javításában az ARC Informatique több mint 38 000 installált licencének tapasztalataira alapozhat.
Képaláírás CERN-LHC-N°1.jpg: Az LHC átlagosan 100 méter mélyen futó alagútja közel 27 kilométer kerületű.
Képaláírás CERN-LHC-N°2.jpg: Az LHC egy szellőztetőegysége.
Képaláírás CERN-LHC-N°3.jpg: Egy kísérleti zóna és szellőztetőegységének ábrázolása PcVue szoftverrel.
Ehhez a berendezésben két, a 27 kilométeres gyűrűben egymással szemben haladó hadron- vagy nehézionsugarat gyorsítanak közel fénysebességre és ezzel igen nagy energiaszintre. Amikor bekövetkezik a részecskék frontális ütközése, a felszabaduló energia lehetővé teszi például az olyan körülmények kísérleti reprodukálását, amelyek nagyban hasonlítanak az ősrobbanást követő állapothoz. Az ütközéskor keletkező részecskéket különleges detektorok elemzik, és az adatokat több mint száz ország kutatói értékelik.
Az LHC-ban folyó kísérletek lehetővé tételéhez egy gigantikus kriogenikus elosztórendszeren keresztül 10 080 tonna folyékony nitrogénnel és 130 tonna folyékony héliummal –271,3 °C (1,9 K) hőmérsékletre lehűtött 9300 mágnes szükséges. A megoldás olyan szellőztetőrendszert igényel, amely egyaránt megfelelő légköri körülményeket teremt az ott dolgozók és a kísérleti zónákba telepített berendezések számára. Az LHC szellőztetőrendszerének feladata a hideg gőz elszívása és a túlnyomás fenntartása a föld alatti tartózkodási zónákban. A szellőztetőrendszer kialakításakor a LEP meglévő szellőztetését alakították át és új berendezéseket telepítettek.
Az LHC szellőztető- és hűtőrendszerének üzemeltetésére a CERN-nek egy olyan felügyelő szoftvercsomagra volt szüksége, amely megfelel a több mint 200 automatizálási készüléket magában foglaló alkalmazás méretének, valamint beruházási költsége mérsékelt, és versenyképes az üzemeltetése során jelentkező összes költségek tekintetében. A javasolt megoldásnak meg kellett felelnie a CERN integrálhatósággal kapcsolatos követelményeinek is: a hálózatba kapcsolhatóság és a rendelkezésre állás feltételeinek. „A CERN architektúrájában az egy időben a rendszerre kapcsolódó kliensek száma megközelíti a harmincat (8 „kövér” kliens és 20 terminálszerver kliens), és ezeknek gyakorlatilag valós időben kell működniük. A rendelkezésre állási feltételek ezért rendkívül szigorúak. Következésképpen a rendszernek mindig elérhetőnek kell lennie. A követelmény teljesítésére redundáns elvet alkalmaztunk, azaz egy szerver átveszi egy másik működését az utóbbi kiesésekor” – magyarázza Lionel Diers, a projektfelelős szolgáltató Assystem France projektvezetője.
Miután elemezték a piacon elérhető felügyeleti megoldásokat, hogy azok miként teljesítik a CERN előírásait, a választás az ARC Informatique által kifejlesztett PcVue csomagra esett. „Amellett, hogy a PcVue teljesíti a teljesítményre és az árra vonatkozó követelményeinket, a termék további előnye, hogy jól ismert a rendszerintegrátorok körében, akik gazdag tapasztalatokkal rendelkeznek az implementálásával kapcsolatban” – szögezi le Mario Batz, a CERN műszaki részlege hűtési és szellőzési csoportjának projektvezetője. A PcVue lehetővé teszi az automatizálási készülékek csatlakozását szabványos terepi buszrendszereken keresztül (például Profibus, ipari Ethernet vagy más rendszerek) a felügyelt folyamat megfigyelése és (vagy) vezérlése céljából. A felügyeleti rendszer feladata az adatok gyűjtése és továbbítása az elemzésüket végző informatikai rendszernek. Az adatok a PcVue rendszerben történő közvetlen feldolgozást követően megjeleníthetők animált nézetek (úgynevezett mimikus vagy színkódolt képernyők) formájában objektumoknak nevezett szimbólumok segítségével. A gyűjtött információkat a rendszer szabványos PcVue objektumokká alakítja (esemény- és riasztási objektumok a digitális adatok számára, grafikus analízis az analóg adatokhoz), majd adatbázisban helyezi el későbbi feldolgozáshoz például táblázatkezelő eszközökkel. A PcVue összességében 80 000 változót (ebből 66 000 archiváltat), 1200 mimikus képernyőt és 600 objektumot kezel.
A PcVue fontos innovációkat tartalmaz és csökkenti az ipari folyamatok felügyeleti rendszereinek telepítéséhez és üzembe helyezéséhez szükséges időt és költséget, elsősorban az olyan nagy méretű alkalmazásokban, mint például az összeszerelő létesítmények, a nukleáris erőművek, a vegyi, gyógyszeripari vagy élelmiszer-feldolgozó üzemek. „A PcVue sajátossága a piacon elérhető más eszközökkel összehasonlítva a faszerkezet. Ez megkönnyíti az objektumok specializálását, és ezzel fejlesztési munkát takarít meg. Így például a számos »változó sebességű hajtás» típusú egységre csak egyszer kell létrehozni egy »változó sebességű hajtás» objektumot, és ezt valamennyi változó sebességű hajtásra egyszerűen elő lehet hívni a folyamatban” – magyarázza Lionel Diers az Assystem France-tól.
A PcVue szoftver további figyelemre méltó eszközöket is tartalmaz, így például a HDS (Historical Data Server) historikus adatszervert az archiváláshoz, amely kezeli az interfészt a felügyeleti rendszer és az archiválási adatbázis között, vagy a terminálszervert, amely egy Windows-funkciónak köszönhetően több PcVue-felhasználást tesz lehetővé különböző állomásokon. Egy olyan környezetben, mint amelyet az LHC jelent, ennek a funkciónak különleges jelentősége van a kihasználási és az alkalmazási rugalmasság szempontjából, mivel a rendszer igen kiterjedt, és nagyszámú kliens (az alkalmazásra kapcsolódó felhasználó) fordul elő.
A folyamatfelügyeleti rendszerek alapkövetelményét, az egyszerű alkalmazhatóságot és az alacsony üzemeltetési költségeket szem előtt tartva a PcVue támogatja a Vmware virtuális környezetet is, amely lehetővé teszi több operációs rendszer egymástól független futtatását ugyanazon a gépen úgy, mintha azok különböző fizikai gépeken futnának. Ezzel a virtualizálási eljárással több olyan, a felügyelt környezetben működtetett valós gép kiváltható, amelyek általában nincsenek kihasználva, vagy hamar öregszenek. Helyettük egyetlen PC annyi virtuális gépet szimulál, amennyi csak szükséges úgy, hogy erőforrásainak meghatározott részét az egyes virtuális gépekhez rendeli. Egy további virtuális felügyelőállomás egy, a központi PC-n már meglévő virtuális gép egyszerű másolásával és beillesztésével létrehozható, és egy terminálon keresztül a felhasználó rendelkezésére áll. A folyamat módosításakor (például megváltozott sebesség, új igények felmerülése) egyszerűen a központi PC erőforrásait kell újra elosztani a változásban érintett virtuális gépek között. „Az LHC-s alkalmazás méretéből adódóan a virtuális infrastruktúra bevezetése drasztikusan csökkentette a fizikai gépek számát, ráadásul mérsékelte az energiafogyasztást, egyszerűsítette a használatot és javította az integrálhatóságot a CERN informatikai architektúrájába” – emeli ki Lionel Diers, az Assystem France munkatársa.
Végeredményben az LHC szellőztetésének felügyelete mindössze két fizikai gépet igényel, egyenként 12 GB RAM memóriával és hat 250 GB-os merevlemezzel. A felügyeleti munka jelentette terhelés megoszlik a két redundáns fizikai szerver között (Windows 2003 szerverek), miközben az első szerver tölti be az 1-es számú PcVue adatgyűjtő szerver feladatát, valamint ez a webszerver (felhasználók csatlakozása az interneten keresztül) és az adatbázisszerver (adatok archiválása), a második szerver pedig a 2-es számú PcVue adatgyűjtő szervert és a terminálszervert valósítja meg.
A berendezésben elosztott adatgyűjtő állomásokat – összesen nyolc darab, kísérleti területenként egy – érintőképernyős szerverállomásokként alakítják ki, amelyek lehetővé teszik a helyi karbantartó személyzet beavatkozását. Mivel az egyes területek megközelítően 2 kilométer távolságban vannak egymástól, ezek az állomások igen fontosak, és akkor is lehetővé teszik a szellőztetőrendszer vezérlését, ha a két központi szerver egyikénél probléma lépne fel.
Nem ez volt az első alkalom, hogy az ARC Informatique, az Assystem France és a CERN közös projektben vett részt. Ezt megelőzően már két másik projektben működtek együtt: a CSAM (CERN Safety Alarm Management) projektben, azaz a CERN műszaki riasztásainak, tűzjelzőinek és gázérzékelőinek felügyeleti megoldásában, valamint a RAMSES (Radiation and Monitoring System for the Environment and Safety) projektben, amely a CERN kísérleti létesítményei ionizáló sugárzást ellenőrző rendszerének szervizelésében és karbantartásában játszik alapvető szerepet. „Az ARC Informatique és az Assystem France páros erőssége mindenek előtt abban rejlik, hogy csapataik optimálisan együttműködnek, gyorsan és nagy szaktudással nyújtják a műszaki támogatást, valamint hogy a felhasználó igényeit állítják mindenkor a középpontba” – magyarázza Mario Batz a CERN részéről. A PcVue továbbfejlesztésében és javításában az ARC Informatique több mint 38 000 installált licencének tapasztalataira alapozhat.
Képaláírás CERN-LHC-N°1.jpg: Az LHC átlagosan 100 méter mélyen futó alagútja közel 27 kilométer kerületű.
Képaláírás CERN-LHC-N°2.jpg: Az LHC egy szellőztetőegysége.
Képaláírás CERN-LHC-N°3.jpg: Egy kísérleti zóna és szellőztetőegységének ábrázolása PcVue szoftverrel.
További információkért kérem forduljon …
