Dynamisches Alarmmanagement am CERN

Und schon wieder ist ein Monat vergangen… Höchste Zeit für ein weiteres Kapitel der PcVue Saga! Viele neue Aussichten haben sich in den letzten vier Wochen ergeben, sowohl für uns, als auch für unsere Kunden. So ist es, unter anderem, durch unsere Zusammenarbeit mit der Hilscher GmbH, für unsere Kunden ab sofort möglich für PcVue lizensierte Netlink Geräte direkt über uns zu beziehen. Dies erlaubt eine Anbindung des nativen Netlink Treibers von PcVue an Profibus und MPI. Bisher ist diese kombinierte Bestellung leider nur über die französischen Niederlassungen von Hilscher und ARC Informatique möglich gewesen.

Nachdem wir in den letzten Ausgaben der Saga über die Erweiterung unserer Produktpalette berichtet haben, möchten wir in der vorliegenden Juniausgabe einmal ein Beispiel aus der Praxis erläutern. Wir werden oft gefragt, was wir mit der „Skalierbarkeit“ unserer SCADA Software meinen. Für uns und unsere Kunden bedeutet das, dass unser Lizenzmodell es uns erlaubt unseren Kunden sowohl bei kleinen Projekten, als auch bei mittleren und großen Unternehmungen einen fairen Preis zu bieten und dass die Software unabhängig von der Projektgröße hohe Performance liefert. Und das bis hinauf zu Projekten mit mehreren hunderttausend Datenpunkten. Eines dieser Projekte wird deshalb im Folgenden beschrieben: das Alarmmanagement mit PcVue am Partikelbeschleuniger des CERN.

Dynamisches Alarmmanagement am CERN
Wie PcVue einen kleinen Beitrag zum wissenschaftlichen Fortschritt leistet.

Das CERN
CERN, die Europäische Organisation für Kernforschung, ist eines der größten und respektabelsten Zentren für wissenschaftliche Forschung weltweit. Ihre Aufgabe beschäftigt sich mit Grundlagenphysik, herauszufinden aus was das Universum besteht und wie es funktioniert. Im CERN werden die größten und komplexesten wissenschaftlichen Instrumente der Welt benutzt, um die grundlegenden Bestandteile der Materie, die Elementarteilchen, zu untersuchen. Durch die Beobachtung dessen, was passiert, wenn die Partikel kollidieren, lernen die Physiker die Naturgesetze besser zu verstehen.
Die Instrumente, die am CERN benutzt werden, sind Teilchenbeschleuniger und -detektoren. Beschleuniger bringen Teilchenstrahlen in hohe Energiezustände bevor sie untereinander oder mit stationären Zielen zur Kollision gebracht werden. Die Detektoren überwachen diese Kollisionen und protokollieren die Ergebnisse. Das 1954 gegründete CERN Labor liegt entlang der Französisch-Schweizerischen Grenze in der Nähe von Genf. Es war eines der ersten gesamteuropäischen Joint Ventures und wird mittlerweile von 20 Europäischen Staaten mitgetragen.

Das Projekt
1994 genehmigte das CERN für rund 7 Milliarden Euro eines der ambitioniertesten wissenschaftlichen Projekte unserer Zeit, den Bau des größten und komplexesten Teilchenbeschleunigers der Welt, des Large Hadron Colliders (LHC).
Mit diesem Werkzeug wollen die Forscher die Elementarteilchen, aus denen sich Materie und Antimaterie zusammensetzen, untersuchen, indem sie die ursprünglichen Bedingungen des Urknalls wiederherstellen, um die Mysterien rund um die Entstehung des Universums besser verstehen zu können.
Der Teilchenbeschleuniger besteht aus einem Ring mit einem Umfang von 27 Kilometern und liegt 100 Meter unterhalb der Französisch-Schweizerischen Grenze. Im Jahr 2000 startete das CERN die Ausschreibung für die Lieferung eines hochperformanten Sicherheitssysstems für den Beschleuniger. Schließlich machte SPIE, ein interdisziplinärer Servicedienstleister, spezialisiert auf Bauingenieurwesen in Infrastruktur und Tiefbau, das Rennen und wählte die PcVue genannte SCADA Software von ARC Informatique aufgrund ihrer Flexibilität als die passende für die speziellen Anforderungen am CERN aus.

Dynamische Überwachung
Die Implementierung eines Überwachungssystems über so eine große Anlage hinweg geht bei weitem nicht ohne Anstrengung von Statten und der Schwierigkeitsgrad erhöhte sich durch die Notwendigkeit anhaltender Weiterentwicklungen. Dies benötigt eine dynamische Datenbank, die im Stande sein muss, eine wachsende Anzahl an Datenpunkten zu verwalten. Es ist der guten Zusammenarbeit zwischen ARC Informatique und SPIE zu verdanken, dass eine innovative Lösung entwickelt werden konnte, die es dem System erlaubt, sowohl dynamisch als auch unabhängig aktualisiert zu werden. Die Entwicklung einer speziellen Datenbankapplikation ermöglicht die dynamische Generierung aller notwendigen Daten, inklusive der grafischen Oberfläche von PcVue. Die Anwendung extrahiert die benötigten Informationen aus einer Oracle Datenbank mit rund 300.000 Variablen.
Ein weiterer Aspekt, der die dynamische Natur des Überwachungssystems illustriert, ist die Möglichkeit, alle Stationen mehrsprachig zu betreiben, weil die die Forscher, die am CERN arbeiten, aus allen Teilen der Welt kommen. Einige andere Features wurden integriert, um PcVue an die notwendigen Spezifikationen, die für das Safety Integrity Level 2 (SIL2) des IEC 61508 Standards für sicheren Betrieb nötig sind, anzupassen.

Verwaltung der Alarme
Das LHC Projekt erforderte den Bau eines zentralen Leitstands, in dem die Informationen aller Terminals der drei Teilchenbeschleuniger des CERN zentralisiert überwacht werden und um alle sicherheitsrelevanten Alarme kontrollieren zu können. Die Alarmdaten, die von zwei Prozessservern verwaltet werden, sind in vier Prioritätsstufen unterteilt. Insgesamt gibt es rund 21.000 Alarme die im Kontrollzentrum auflaufen können. Die Behandlung der Alarme ist besonders wichtig hinsichtlich des Aufbaus und der Dimensionen der kompletten Installation, so dass es als lebenswichtig erachtet wird, das möglichst effizienteste Überwachungssystem zu implementieren. Das PcVue SCADA System ist ein fundamentales Element des Projekts, aber der komplexeste Teil daran ist die Inbetriebnahme eines redundanten Netzwerks für das Alarmmanagement. Dieses redundante TCP/IP Netzwerk verbindet die verschiedenen LSAC (Local Safety Alarm Controller), die für die automatische Anzeige der Alarme in den 33 verschiedenen Sicherheitszonen zuständig sind und die SAMC (Safety Alarm Monitoring Center) mit den Prozessservern für die Datenerfassung.

Jede dieser Sicherheitszonen verfügt über zwei redundante Steuerungen für die Erfassung der Alarmdaten. Diese wurden zusammen mit Touchscreen Panel PCs installiert, die als PcVue Clients fungieren und dieselbe Funktionalität wie die zentralen Stationen umfassen. Das System zur Alarmverwaltung war bereits betriebsbereit, bevor das LHC System aktiviert wurde. Alle Messdaten werden erfasst, dargestellt und archiviert, von den Gasdetektoren in den Gebäuden bis hin zu Übermittlungszeiten der Alarme. Die Kritizität des Systems verlangt weiterhin, dass 100 Minuten Downtime pro Jahr nicht überschritten werden. Betrachtet man die enorme Wichtigkeit der Applikation, so wird deutlich, dass alles fehlerlos unter Kontrolle gehalten werden muss.

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