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Das Forschungszentrum CERN in Genf setzt fürs Datenmanagement auf die Software versiondog : Ausgabe 09/2017, 23.05.2017

Auf den Spuren des Urknalls

Im riesigen Teilchenbeschleuniger am CERN, dem Large Hadron Collider (LHC), vertraut man zur Sicherung und Überwachung der industriellen Steuerungen auf das Datenmanagementsystem versiondog. Insgesamt werden in der Europäischen Organisation für Kernforschung auf diese Weise rund 500 Komponenten überwacht, sodass das System zwischenzeitlich zu den technologischen Standards des CERN gehört.

Autor: Silke Glasstetter, AUVESY GmbH & Co KG

Bilder: CERN

Mit Hilfe grosser Teilchenbeschleuniger kann man im Bereich der Lichtgeschwindigkeit forschen. Der Large Hadron Collider (LHC) am CERN in Genf ist der grösste seiner Art. Man muss 100 m in die Tiefe fahren, um ihn zu erreichen. Und dann benötigt man ein Fahrrad, um der Röhre zu folgen. Sie verläuft ringförmig und ist 27 km lang. Einige tausend Magnete, teilweise gross wie Container, Unmengen von Kabeln, gigantische Detektoren und Computer gehören zur Einrichtung. Geforscht wird mit dem Teilchenbeschleuniger letztlich nach den kleinsten Teilchen der Materie. Zum Beispiel, um die Frage, warum im Universum wesentlich mehr Materie als Antimaterie vorhanden ist, zu beantworten. Dazu werden mit Hilfe von Magneten Elementarteilchen auf dieser 27 km langen Rennstrecke nahezu auf Lichtgeschwindigkeit, d. h. ca. 300 000 km/s, beschleunigt. In bestimmten Zonen prallen sie aufeinander und zerplatzen. Mit Hilfe riesig dimensionierter Detektoren versucht man nun, die Spuren, die die Partikel hinterlassen haben, zu finden und zu analysieren. Um die gewaltigen Datenmengen zu sichten und auswerten zu können, wurde das Worldwide LHC Computing Grid (WLCG), ein weltweit verteiltes Rechen- und Speichernetzwerk, entwickelt. Es erlaubt die Verarbeitung der enormen Datenmenge von 30 PByte – dies sind 1015 Byte.

Prozesse und technische Einrichtungen homogenisieren

Seit einem Jahr ist versiondog von Auvesy am CERN im Einsatz. So gibt es nun ein zentrales Projektarchiv (centralized repository), um die verbauten Steuerungssysteme von Siemens (SIMATIC S7, TIA Portal, WinCC flexible) und Schneider Electric (Unity Pro) unter Kontrolle zu haben. «Wir wollen die Prozesse zur Steuerung der Anlage und der sie umgebenden technischen Einrichtungen homogenisieren», sagt Jerónimo Ortolá Vidal, Automation Engineer der Industrial Controls und Safety Systems Group des CERN. «Ziel ist es, jederzeit einen Überblick über alle SPSen, HMIs und Änderungen, die an den Steuerungssystemen gemacht werden, zu haben. Wir möchten die unterschiedlichen Programmversionen einheitlich verwalten und vor allem zentral sichern können. Dabei unterstützt uns versiondog.»

«Wir haben deutlich an Sicherheit und Qualität gewonnen, was die Datenverfügbarkeit unserer Applikationen mit vielen speicherprogrammierbaren Steuerungen des CERN anbelangt. Wir sind durch die Software auf eine neue, qualitativ höhere Ebene gestiegen», sagt Vidal. Die Grossforschungseinrichtung CERN nahm 2008 den LHC in Betrieb, um die Spitzenforschung im Bereich der Teilchenphysik voranzutreiben. Das Datenmanagementsystem ist eine herstellerübergreifende Software zur Sicherung, Versionsverwaltung und Dokumentation von Projektdaten industrieller Steuerungssysteme. Damit liefert das System eine standardisierte Lösung zur einheitlichen, zentralen Datenablage, für automatische Backups, eine übersichtliche Dokumentation des gesamten Entwicklungsprozesses, Vergleiche mit detaillierter Unterschiedsdarstellung in der jeweiligen Editorsprache (Smart Compare) sowie zur Dokumentationsunterstützung für Audit Trails nach ISO 900x, VDA 6.x, FDA 21 CFR 11, GAMP und GMP.

Änderungen sind nun für alle Mitarbeiter sichtbar

In den Hilfs- und Versorgungseinrichtungen des CERN (z. B. Kryotechnik, Kühlung, Klimatisierung, Gasversorgung, Elektrizität, Verriegelung etc.) werden permanent Anpassungen an den Steuerungssystemen vorgenommen. Der Bereich Kryotechnik spielt hierbei eine besonders wichtige Rolle, da die Magnete des Teilchenbeschleunigers LHC für den Betrieb konstant auf einer Temperatur von 1,9 K (–271 °C) gehalten werden müssen. Vor dem aktuellen Datenmanagement waren Programm- änderungen nicht für alle sichtbar bzw. erkennbar. Jetzt läuft es anders und besser: Egal wann und wo ein Mitarbeiter Änderungen vornimmt, werden diese zentral erfasst, dokumentiert und gespeichert. Jeder Verantwortliche kann die Daten nun abrufen und einsehen. D. h. es greifen nun alle Mitarbeiter auf den gleichen Softwarestand zu. Die letzte freigegebene Version ist zentral abgelegt und wird regelmässig gesichert und Änderungen von Kollegen können nicht mehr ungewollt überschrieben werden. Derzeit arbeiten bereits zehn Teams zur Verwaltung von rund 500 Steuerungssystemen mit versiondog. In naher Zukunft sollen bis zu 1500 im CERN verbaute Komponenten in versiondog integriert werden.

Koordiniertes Datenmanagement bringt Sicherheit

Die Verantwortung und Verwaltung der einzelnen Prozesse und Steuerungssysteme liegt in den Händen der jeweiligen Abteilungen. Ortolás Abteilung bietet hierbei einen Support Service an. Mit den abteilungsübergreifend homogenisierten Prozessen gewinnen die Verantwortlichen deutlich mehr Übersicht über Prozesse und aktuelle Zustände.

Bei Eingriffen in ein Programm sind die ­Änderungen für jeden nachvollziehbar und sichtbar. Diese können auch wieder rückgängig gemacht werden. Ein Backup aller Daten findet einmal pro Woche statt. «Die Fehler bei Programmanpassungen sind durch die Software auf ein absolutes Minimum reduziert worden», beschreibt Ortolá. «Die zentrale Datenablage garantiert, dass stets mit der aktuellsten und zuletzt freigegebenen Programmversion gearbeitet wird.» Kommt es tatsächlich einmal zu einem Systemausfall, ist die letzte Version sofort wieder abrufbar. Zudem ist jederzeit sichergestellt, dass die produktive Onlineversion, die in der Steuerung läuft, auch der Version entspricht, die zuletzt auf dem Server abgelegt wurde (Offlineversion).

Qualitative Verbesserung und Standardisierung der Arbeit

Vor dem Einsatz des systematischen Datenmanagements blieben Änderungen oft unbemerkt. Dies kann durch den regelmässigen Online-Offline-Abgleich nun nicht mehr passieren. Werden nicht übereinstimmende Versionen entdeckt, informiert das System den Administrator per E-Mail. Insgesamt konnte man eine qualitative Verbesserung und Standardisierung der Arbeit am CERN erreichen. Ortolá resümiert: «versiondog ermöglicht uns die zentrale Datensicherung und -verwaltung aller Steuerungssysteme am CERN. Dies ist ein wesentlicher Aspekt für die Organisation und macht die Software zu einem wertvollen Hilfsmittel.»

Hilfestellung und Beratung beim Datenmanagement ist garantiert

Die Forschungs- und Entwicklungsarbeit in einer Einrichtung wie dem CERN ist nie beendet. So arbeitet Ortolá stets daran, die Software dem aktuellen Bedarf anzupassen. Unterstützung findet er direkt beim Hersteller Auvesy, wo er die entsprechende Hilfestellung und Beratung bei notwendigen Systemanpassungen oder Konfigurationen erhält. 

Infoservice

AUVESY GmbH & Co KG
Fichtenstrasse 38 B, DE-76829 Landau
Tel. 0049 6341 6810 300
info@auvesy.de, www.auvesy.de



Der ATLAS-Detektor hat die Form eines Zylinders mit einer Länge von 46 m und einem Durchmesser von 25 m und ein Gewicht von 7000 t


Der Tunnel des Large Hadron Colliders hat einen Umfang von 27 km


In versiondog ist ein übersichtlicher Überblick über alle Komponenten mit einem Klick verfügbar

Grundlagenforschung in der Tiefe

Das CERN ist eine 1954 gegründete Grossforschungseinrichtung für physikalische Grundlagenforschung. Sein Standort befindet sich in Meyrin bei Genf. Getragen wird es von 22 Mitgliedsstaaten, die sich in dem Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire zusammengeschlossen haben. Mit einem Etat von über 1 Mrd. Euro arbeiten zurzeit weltweit rund 11 000 Wissenschaftler an verschiedenen Projekten. Forschungsschwerpunkt ist der Aufbau der Materie, d. h. die Elementarteilchen, aus denen das Universum besteht.