Az LHC (Large Hadron Collider) a valaha épített legnagyobb teljesítményű részecskegyorsító. A 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 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. A monumentális berendezés az egész világ fizikusai számára lehetővé teszi a legkisebb ismert részecskék tanulmányozását, hogy ezzel is közelebb juthassanak a világmindenség titkainak megfejtéséhez.
Különleges követelmények
Az LHC-ban folyó kísérletek lehetővé tételéhez egy gigantikus kriogenikus rendszeren 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 füst elszívása és a túlnyomás fenntartása a föld alatti tartózkodási zónákban.
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 rendelkezésreállási feltételek ezért rendkívül szigorúak, a rendszernek mindig elérhetőnek kell lennie. A követelmény teljesítésére redundáns elvet alkalmaztak, azaz egy szerver átveszi egy másik működését az utóbbi kiesésekor.
Az LHC-ban folyó kísérletek lehetővé tételéhez egy gigantikus kriogenikus rendszeren 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 füst elszívása és a túlnyomás fenntartása a föld alatti tartózkodási zónákban.
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 rendelkezésreállási feltételek ezért rendkívül szigorúak, a rendszernek mindig elérhetőnek kell lennie. A követelmény teljesítésére redundáns elvet alkalmaztak, azaz egy szerver átveszi egy másik működését az utóbbi kiesésekor.
Melyik a legmegfelelőbb?
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 követelményeket, a termék további előnye, hogy jól ismert a rendszerintegrátorok körében, akik gazdag tapasztalatokkal rendelkeznek az implementálásával kapcsolatban. 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.
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 követelményeket, a termék további előnye, hogy jól ismert a rendszerintegrátorok körében, akik gazdag tapasztalatokkal rendelkeznek az implementálásával kapcsolatban. 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 nagyméretű alkalmazásokban, mint például az összeszerelő létesítmények, a nukleáris erőművek, a vegyi, gyógyszeripari vagy élelmiszer-feldolgozó üzemek. A szoftver 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.
Kiterjedt rendszer virtuális megoldással
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. Ennek a funkciónak különleges jelentősége van a kihasználási és az alkalmazási rugalmasság szempontjából, mivel az adott 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 elavulnak. 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.
Fizikai megvalósítás
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, mert akkor is lehetővé teszik a szellőztetőrendszer vezérlését, ha a két központi szerver egyikénél probléma lépne fel.
Fabien Rigaud
f.rigaud@arcinfo.com
www.arcinfo.com
Kiterjedt rendszer virtuális megoldással
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. Ennek a funkciónak különleges jelentősége van a kihasználási és az alkalmazási rugalmasság szempontjából, mivel az adott 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 elavulnak. 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.
Fizikai megvalósítás
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, mert akkor is lehetővé teszik a szellőztetőrendszer vezérlését, ha a két központi szerver egyikénél probléma lépne fel.
Fabien Rigaud
f.rigaud@arcinfo.com
www.arcinfo.com
