CERN выбирает для диспетчерского управления системами вентиляции и охлаждения Большого адронного коллайдера пакет программного обеспечения PcVue разработки компании ARC Informatique

Рассматриваемый БАК является самым мощным ускорителем элементарных частиц, из числа построенных в мире на данный момент. БАК был торжественно открыт CERN в октябре 2008 года. Он находится на франко-швейцарской границе неподалеку от Женевы и смонтирован в кольцевом туннеле, окружность которого составляет 27 километров и который находится на средней глубине 100 метров. До этого там располагался Большой электронно-позитронный коллайдер (БЭПК), на смену которому пришел БАК. В отличие от БЭПК, в котором разгонялись электроны и позитроны и происходили их соударения, БАК разгоняет протоны класса адронов (сильновзаимодействующие элементарные частицы) и тяжелые ионы – такие, как ионы свинца. Это грандиозное сооружение позволит физикам разных стран изучать самые мелкие из известных элементарных частиц в интересах раскрытия тайн Вселенной.

С этой целью в 27-километровом кольце коллайдера навстречу друг другу запускаются потоки адронов или тяжелых ионов. Они разгоняются до скорости, приближающейся к скорости света, выходя при этом на очень высокие энергетические уровни. Когда эти частицы сталкиваются “лоб в лоб”, возникают удары, которые делают возможным воспроизвести экспериментально условия, близкие к тем, которые имели место сразу же после Большого взрыва. Элементарные частицы, возникающие в результате таких соударений, анализируются специальными детекторами, которые формируют данные, интерпретируемые работающими в CERN исследователями из более чем 100 стран мира.

Чтобы создать условия необходимые для проведения таких экспериментов, БАК должен иметь не менее 9 300 магнитов, охлаждаемых до температуры -271,3 °C (1,9 K). Для этого используется гигантская криогенная распределительная система, в которой циркулируют 10 080 тонн жидкого азота и 130 тонн жидкого гелия. Подобного рода сооружение требует также развертывания системы вентиляции, мощность которой должна обеспечивать создание среды необходимой для нормальной работы как находящихся там людей, так и оборудования, установленного в экспериментальных зонах. Вентиляционная система БАК обеспечивает также удаление дыма и создание подпорного давления в подземных отсеках, предназначенных для пребывания людей. Система вентиляции БАК представляет собой модернизированный вариант существовавшей системы вентиляции БЭПК и отличается от последней некоторыми изменениями в структуре и применением нового оборудования.

Для того, чтобы решить задачу управления системами вентиляции и охлаждения БАК, CERN был необходим пакет программного обеспечения с функциями диспетчерского управления. При этом “мощность” такого пакета должна соответствовать масштабам объекта, на котором имеется свыше 200 единиц средств автоматизации. Далее, пакет должен иметь привлекательную цену и характеризоваться конкурентной полной стоимостью владения. Предлагаемое решение должно также отвечать сформулированным CERN требованиям по интеграции: прежде всего это, конечно, требования, связанные с ограничениями со стороны сети, а также ограничения, проистекающие из высоких требований к коэффициенту готовности системы. Руководитель проекта от компании Assystem France (которая предоставляет услуги по инсталляции и обслуживанию системы) Лайонел Дирс поясняет: “В архитектуре, приятой CERN к реализации, количество клиентов, которые одновременно могут подключаться к системе приближается к 30 (из них 8 клиентов относятся к категории мощных (т. н. “толстые” клиенты) и 20 являются клиентами типа терминальных серверов). Это означает, что система должна работать практически в режиме реального времени. А отсюда следует, что коэффициент е готовности должен быть чрезвычайно высоким – т. е. система должна быть работоспособной фактически в любой момент времени. Поэтому мы должны были реализовать принцип резервирования, позволяющий тому или иному серверу брать функции на себя в случае выхода из строя некоторого другого сервера”.

После изучения имеющихся на рынке решений по пакетам программного обеспечения, которые реализуют функции диспетчерского управления и отвечают вышеизложенным требованиям, CERN остановилась на пакете PcVue, разработанном компанией ARC Informatique. “Не считая того факта, что пакет PcVue удовлетворяет наши требования по техническим характеристиками и цене, он также имеет то преимущество, что с ним хорошо знакомы системные интеграторы, которые накопили большой опыт его внедрения на различных объектах”, - утверждает Марио Батц, руководитель проекта, представляющий группу вентиляции и охлаждения технического департамента CERN. Пакет PcVue позволяет – в целях контроля и / или управления объектом - подсоединяться к установленным на нем средствам автоматизации при помощи стандартных полевых сетей типа Profibus, Industrial Ethernet и многих других. Задача системы диспетчерского управления состоит в сборе данных и передаче их в информационную систему, в рамках которой они подлежат анализу. Эти данные обрабатываются непосредственно в пакете PcVue, что позволяет отображать их в режиме анимации на средствах визуального отображения (именуемых мнемосхемными дисплеями). При отображении используются символы, которые могут представляться конкретизированными экземплярами (именуемыми объектами). Собранная с управляемого процесса технологическая информация транслируется в стандартные объекты по правилам пакета PcVue (это объекты, представляющие события, объекты, представляющие нештатные, подлежащие сигнализации, ситуации по дискретным переменным, объекты, представляющие результаты анализа трендов изменения аналоговых переменных). Затем информация по объектам архивируется в базе данных с целью их последующего анализа встроенными в пакет средствами типа электронной таблицы и другими средствами. В рамках данного проекта пакет PcVue манипулирует 80 000 переменных (из которых 66 000 архивируются), 1200 мнемосхемами и 600 объектами.

В пакете PcVue реализованы крупные инновационные решения, направленные на сокращение стоимости, трудоемкости и сроков реализации проектов систем диспетчерского управления технологическими процессами – в особенности крупномасштабными – на таких объектах, как сборочные заводы, атомные электростанции, химические, фармацевтические, пищевые и др. предприятия. “Важной особенностью пакета PcVue по сравнению с другими средствами аналогичного назначения из числа имеющихся на рынке, является последовательное проведение в нем принципа древовидной структуры. В данном случае речь идет об упрощении решения задачи создания экземпляров объектов и, следовательно, сведение к минимуму объема работ по разработке пакета для конкретного объекта. Поэтому, если речь идет, например, о нескольких единицах оборудования типа “приводной электродвигатель с регулируемой частотой вращения”, то вы можете просто создать одноименный объект и генерировать его экземпляры для каждого физического привода, имеющегося в автоматизированной системе вентиляции”, - объясняет уже упоминавшийся выше г-н Дирс из компании Assystem France.

В составе программного пакета PcVue имеются также и другие представляющие особый интерес средства. Это например, инструмент для архивирования данных, получивший название HDS (Historical Data Server – “сервер исторических данных”), который поддерживает интерфейс между системой диспетчерского управления и архивной базой данных, и инструмент, именуемый Terminal Server (“сервер терминалов”), который благодаря исполнению одной из функций операционной системы Windows позволяет проводить на любой из рабочих станций системы несколько сеансов работы с PcVue. В условиях, подобных тем, что характерны для БАК, данная функция особенно привлекательна с точки зрения гибкости развертывания и эксплуатации пакета, поскольку управляемый объект имеет огромную площадь и там должны функционировать очень много “клиентов” (пользователей, подключающихся к данному приложению-пакету).

С тем же прицелом на упрощение развертывания и сокращения эксплуатационных расходов на системы диспетчерского управления технологическими процессами пакет PcVue поддерживает также виртуальную среду Vmware, которая позволяет на одном и том же компьютере исполнять отдельно друг от друга несколько операционных систем – так, как если бы они исполнялись на физически разных машинах. Подобный процесс виртуализации позволяет заменить несколько реальных компьютеров, разбросанных по управляемому объекту. Обычно такие компьютеры, как правило, работают не на полную мощность и быстро переходят в разряд морально устаревших. Такая структура с множеством компьютеров при данном подходе заменяется вариантом с одним единственным компьютером, который имитирует работу требуемого количества виртуальных машин, выделяя им соответствующие доли своих ресурсов. При таком решении в систему легко можно вводить дополнительные виртуальные рабочие станции – для этого достаточно выполнить на центральном персональном компьютере операцию копирования / вставки какой-либо ранее созданной виртуальной машины и предоставить пользователю соответствующий терминал. Если на управляемом объекте происходят те или иные изменения (например, меняется производительность, меняются потребности и т. п.), то вам достаточно будет только перераспределить ресурсы, выделенные центральным компьютером той виртуальной машине, которая затрагивается вышеупомянутыми изменениями. “При том масштабе, который имеет БАК, реализация виртуальной инфраструктуры ведет к резкому сокращению количества используемых физических компьютеров и к сопряженному с этим сокращению расхода электроэнергии, упрощению процедур эксплуатации и боле совершенной интеграции в IТ-архитектуру CERN”, - указывает Лайонел Дирс.

Реализация описанного подхода в приложении к системе диспетчерского управления вентиляцией БАК вылилась в то, что ее удалось построить всего на двух физических компьютерах, каждый из которых имеет ОЗУ емкостью 12 Гб и шесть жестких дисков емкостью 250 Гб каждый. Нагрузка по задачам диспетчеризации делится между этими двумя резервирующими друг друга физическими серверами (с операционными системами Windows 2003). При этом первый компьютер выполняет функции сервера № 1 сбора данных пакета PcVue, Web-сервера (пользователями которого являются люди, работающие через Internet) и сервера базы данных (для архивирования тнформаци), а второй выполняет функции сервера № 2 пакета PcVue и сервера терминалов.

Находящиеся на управляемом объекте станции сбора данных (их всего восемь – по одному на каждом из экспериментальных участков БАК) представляют собой станции-серверы с сенсорными дисплеями, предназначенные для работы операторов, входящих в местный обслуживающий персонал. Поскольку места, в которых возможно вмешательство операторов, находятся на расстояниях примерно 2 км друг от друга, эти станции играют очень важную роль и позволяют перевести управление вентиляционным оборудованием в ручной режим в случае возникновения проблем с одним или двумя центральными серверами.

Описанный пример сотрудничества компании ARC Informatique, компании Assystem France и CERN в реализации совместного проекта не является единичным. Они уже работали вместе над двумя другими проектами: это проект CSAM (CERN Safety Alarm Management – “Система аварийной сигнализации и защиты CERN”), реализующий функции аварийной технологической, пожарной и газовой сигнализации, и проект RAMSES (Radiation and Monitoring System for the Environment and Safety – “Система мониторинга радиационной обстановки в целях защиты окружающей среды и обеспечения безопасности”), предусматривающий эксплуатацию и техническое обслуживание системы контроля ионизирующего излучения на экспериментальных установках CERN. Упоминавшийся выше сотрудник CERN Марио Батц поясняет: “Сильной стороной альянса ARC Informatique и Assystem France является то, что они во всем дополняют друг друга – в профессиональном составе своих рабочих групп, в обеспечении оперативности обслуживания и в широте спектра предоставляемых ими услуг. Еще одним достоинством альянса является то, что он целиком и полностью ориентируется на потребности заказчиков”. В деле разработки и непрерывного совершенствования пакета PcVue рабочие группы компании ARC Informatique опираются на опыт, который они накопили в процессе инсталляции более чем 38 000 лицензионных копий ее программных продуктов.

Подпись к фотографии № 3 (файл CERN-LHC-N°3.jpg) : Экранная картинка, сформированная пакетом PcVue и отображающая информацию по одному из экспериментальных участков и по находящимся на нем вентиляционным установкам.