MESURES 796 - JUIN 2007 - www.mesures.com74

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SUPERVISION INDUSTRIELLE

Une supervision dynamique pour la gestion des alarmes au CERNMener à bien un projet avec le CERN, c’est apporter une petite contribution au progrès de la science. Il y a aussi l’effet vitrine : toute appli-cation réalisée sur ce site retient l’attention. Pour Arc Informatique, dont le logiciel de supervision a été choisi par le prestataire Spie pour mettre en place un nouveau système de gestion des alarmes sur tout le site du CERN, un troisième élément entrait en jeu : relever des défis techniques pour en faire bénéficier les prochaines versions du logiciel PcVue. Le challenge, et de taille, consistait à créer une super-vision à la fois sécurisée, dynamique, et autonome.

Approuvé par le conseil du CERN en 1994, le projet de création du LHC (Large Hadron Collider, ou Grand Collisionneur de

Hadrons) est l’un des projets scientifiques les plus ambitieux de notre époque. Avec 6 milliards d’euros de budget, il s’agira en effet du plus grand et du plus complexe des instruments scientifiques existant dans le monde. L’Organisation européenne pour la Recherche nucléaire (appelée encore aujourd’hui CERN) effectue des travaux sur les particules depuis plus de 50 ans, mais pour la première fois on a vu le Japon et les États-Unis s’associer au projet en tant qu’États observateurs. Tous comptent sur les résultats des nombreuses expériences menées dans le LHC, qui devrait être opérationnel l’année

prochaine, pour lever quelques grandes in-terrogations de la phy-sique moderne. Les chercheurs comptent améliorer leur com-préhension des parti-cules élémentaires qui composent la matière, mais aussi l’antima-tière. Et en recréant dans de gigantesques capteurs des condi-tions proches du Big Bang, ils espèrent uti-liser cet accélérateur de particules comme une machine à remonter le temps, et élucider ainsi le mystère de la créa-tion de l’univers.Ce nouvel outil se pré-sente sous la forme d’un anneau de 27 km de circonférence, en-

terré à environ 100 m de profondeur sous le Pays de Gex, à cheval sur la frontière franco-suisse. Sa construction aura duré moins longtemps que celle du précédent accélérateur, le LEP, car il le remplace dans la même galerie. Cependant, une volonté de pousser à l’extrême la surveillance des expé-riences, et l’accession du CERN au statut d’INB (Installation Nucléaire de Base) ont amené leur lot de nouvelles exigences. C’est dans ce contexte qu’en 2000, le CERN lança un appel d’offre pour la fourniture d’un outil de supervision des alarmes de sûreté, dans le cadre du projet CSAM (CERN Safety Alarm Monitoring).Prestataire de services en hautes technologies implanté depuis longtemps aux abords du CERN (à Saint-Genis-Pouilly, près de Genève), Spie s’est particulièrement investi pour remporter cet appel d’offre. Après avoir retenu dans un premier temps le logiciel PVSS de l’éditeur autrichien ETM (racheté par Siemens récemment), l’équipe de Spie s’est finalement tournée vers Arc Informatique et son logiciel PcVue, préférés pour leur plus grande aptitude à s’adapter aux contraintes impo-sées par l’application.

La nécessité d’une supervision dynamiqueL’implantation d’un système de supervision sur un site aussi vaste n’a rien d’aisé, mais la principale difficulté tient à son évolution permanente. « Sur les dizaines de kilomètres car-rés du chantier, on peut être sûr de trouver à tout moment des employés qui construisent des bâti-ments, effectuent des modifications de câblage, des ajouts de capteurs, ou encore qui font des exercices de simulation de pannes, déclare Sylvain Damge, responsable de projet chez Spie. Concrètement, ces mouvements se traduisent par l’ajout ou la mo-dification de quelque 500 à 1 000 capteurs chaque mois ». Et cela continuera une fois que l’an-

neau LHC sera opérationnel, car le moment sera déjà venu de travailler sur la génération suivante d’accélérateur de particules. Rudolf Knoors, responsable de l’agence locale Spie, explique que « pour une application de supervi-sion industrielle classique, on aurait envisagé de profiter de la nuit pour remettre à jour le système. Mais les niveaux de disponibilité exigés par le cahier des charges interdisaient ce mode de fonctionnement. En effet, en cas d’arrêt, le serveur central met environ une vingtaine de minutes à redémarrer, ce qui est beaucoup trop long car la criticité des applications du CERN impose qu’il ne soit pas inactif pendant plus de cent minutes par an ». Ceci imposait donc la mise en place d’une base de données dynamique, et l’augmentation du nombre maximum de variables acceptées par le lo-giciel.Une solution innovante a donc été dévelop-pée, grâce à un partenariat étroit entre Spie et Arc Informatique, afin d’obtenir une supervi-sion capable de se mettre à jour de manière dynamique et autonome. Les développeurs de Spie ont mis au point une série d’interfa-ces de communication avec les serveurs cen-traux du CERN, permettant ainsi la généra-tion automatique des fenêtres pour l’application de supervision. Lorsque des travaux sont terminés, le schéma de descrip-tion de l’infrastructure (développé par Spie) est entré dans la base de données Oracle, et les informations sont récupérées par PcVue pour créer la base de données et les synop-tiques. Plus précisément, les écrans PcVue sont obtenus en partant des plans des locaux et en y ajoutant les données informatiques associées : topologies de réseaux, position des capteurs, procédures d’évacuation, ainsi que tous les synoptiques d’expériences avec leurs variables et leurs états associés. Les plans des installations, au format WMF, sont issus de fichiers AutoCAD fournis par le CERN. Les objets interactifs sont des objets issus de bi-

Le système de supervision des alarmes du CERN mis au point et installé par Spie, est basé sur le logiciel PcVue d’Arc Informatique.

L’objectif est de surveiller les infrastructures liées aux accélérateurs de particules, d’assurer la sécurité du personnel européen et du matériel.

Le système, entièrement redondé, a en charge plus de 300 000 variables. Il gère 17 000 alarmes réparties sur 33 zones, sous terre comme à la surface.

Les ingénieurs Spie ont développé une interface de génération dynamique des fenêtres pour la supervi-sion, reliée aux bases de données centrales du CERN.

L’essentiel

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bliothèques PcVue. Pour éviter tout problème de mise à jour ou de gestion des versions, la base de donnée Oracle est considérée comme “unique et fédératrice”. Cette base de don-nées compte aujourd’hui plus de 300 000 va-riables. Bien que ce chiffre ait été au départ la limite supérieure de traitement contrôlée par le logiciel, un travail collaboratif avec les ingénieurs d’Arc Informatique a permis de met-tre en place les dispositifs pour gérer autant de paramètres.Un autre aspect illustrant le caractère dyna-mique de la supervision est la création de postes multilingues. En effet, le CERN em-ploie des scientifiques de toute l’Europe, voire du monde entier. Présentés en français par défaut, les écrans peuvent à tout moment basculer vers un affichage en anglais.De plus, l’application PcVue se devait de sa-tisfaire à l’un des grands principes du CERN, à savoir la mise à disposition à distance des informations. Le fait n’est pas très connu, mais c’est aux équipes du CERN que l’on doit l’invention du World Wide Web (adres-ses Internet commençant par “www”), créé pour la diffusion des résultats des expérien-ces aux scientifiques du monde entier.Pour permettre à PcVue de répondre au ca-

hier des charges, des fonctionnalités supplé-mentaires ont été développées, afin que le logiciel soit finalement accepté par les res-ponsables du projet. Le code du superviseur a dû gagner en sûreté de fonctionnement pour atteindre un niveau SIL2 (selon la norme IEC 61508). « Si pour un éditeur, l’enjeu est grand d’engager autant de ressources sur un pro-jet, toutes ces contraintes sont considérées par nos équipes comme une opportunité d’améliorer notre produit, assure Alain Faisant, directeur com-mercial chez Arc Informatique, qui relativise le risque encouru en avant-projet. Si l’on consi-dère les aspects de sécurité ou de mise à jour dyna-

mique du logiciel, travailler sur ce projet nous a donné l’occasion de développer des fonctions inno-vantes. Celles-ci ont ensuite été intégrées aux nou-velles versions du logiciel, et elles profitent donc à tous nos clients ». Pour preuve, l’aptitude à générer des fenêtres à partir de plans AutoCAD a valu à PcVue d’être choisi plus tard par Aéroports De Paris pour une application similaire de gestion d’alarmes (voir Mesures n° 763, mars 2004). Depuis, cette fonction a encore été améliorée et aujourd’hui, en plus des plans, même les objets AutoCAD peuvent être détectés par PcVue et transfor-

més en objets interactifs sans aucune inter-vention extérieure.

Une gestion poussée des alarmesLa mise en œuvre du projet LHC a nécessité la construction d’un centre de contrôle. Baptisé CCC, pour “CERN Control Centre”, il fut inauguré en mars 2006. Cette salle a pour rôle de centraliser tous les postes de surveillance technique (liés aux procédés d’accélération des particules) pour les trois accélérateurs que compte le CERN, et les postes de surveillance d’alarmes CSAM. Sur chaque poste client dédié à la surveillance

L’accélérateur de particules LHC est installé dans une galerie souterraine de près de 27 km de longueur, située sous la frontière franco-suisse.

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des alarmes, on retrouve une carte du centre sur laquelle il est possible de zoomer, pour aller explorer une des 33 zones de sécurité du site. Les alarmes sont divisées en quatre degrés, en fonction de l’importance de l’évè-nement associé. Les alarmes de niveau 0 (blanc) correspondent à de simples infor-mations, les alarmes de niveau 1 (bleu) sont des informations plus importantes, nécessi-tant l’intervention d’un technicien dans la journée. Le niveau 2 (jaune) correspond à des alarmes techniques qui imposent l’in-tervention immédiate d’un technicien. Enfin, le niveau 3 (rouge) désigne toutes les alar-mes remontant au poste de pompiers. Il s’agit des alertes déclenchées par un incen-die, une fuite de gaz, une inondation, un blocage d’ascenseur, une personne blessée ou encore l’usage d’une ligne spéciale pour les pompiers, appelée “téléphone rouge”. Au total, ce sont près de 17 000 alarmes qui peuvent être transmises au centre de con-trôle par le biais d’un automate central re-dondé, de 64 automates et d’un couple de serveurs de remontée d’alarmes.Toutes les alarmes de niveau 3 sont systéma-tiquement remontées jusqu’au bâtiment des pompiers du CERN, sur des postes de super-

vision rigoureusement identiques à ceux présents dans le centre de contrôle. En visi-tant le local des pompiers dédié à la super-vision, on se rend compte de l’importance du nombre d’alarmes à gérer : il est en effet difficile de voir s’écouler plus de dix minu-tes sans que ne se déclenche une alarme de niveau 3 ! Cela est dû à la taille du site bien sûr, mais aussi et surtout au fait que le LHC soit encore en phase de construction. « On peut dire que 99 % des alarmes aujourd’hui cor-respondent à des tests, des exercices ou de nouveaux raccordements », indique le responsable des pompiers. Tout se joue donc sur le 1 % res-tant, et pour cela les 53 pompiers issus de tous les pays européens se tiennent prêts à tout moment. « Si un incident s’avère être réel, poursuit-il, une fiche d’intervention est aussitôt éditée ». Les fiches d’intervention reprennent le plan de la zone concernée, sur laquelle sont tracés les chemins pour l’accès et l’éva-cuation, mais aussi les différentes précau-tions à prendre avant de se rendre sur la zone. Les installations sont tellement différentes d’un site à l’autre ou d’un bâtiment à un autre que l’équipement à prévoir est diffé-rent. Les pompiers sont évidemment formés à tous les types d’incidents, mais ils ne doi-

vent pas s’équiper de la même manière selon le type d’évènement : incendie, pic de ra-dioactivité, fuite de gaz rare ou de liquide cryogénique, ou encore… inondation... En effet, il ne faut pas oublier que les installa-tions sont enterrées, et le risque d’inonda-tion est amplifié par la proximité avec les Monts Jura et le lac de Genève. On estime en effet qu’en cas de panne de toutes les pom-pes de relevage installées dans les galeries, il ne faudrait pas plus d’une dizaine de minu-tes pour inonder entièrement les installa-tions ! On comprend donc la nécessité de mettre en place le système de supervision le plus performant possible.

Une redondance omniprésenteLe superviseur est la clef de voûte du système mis en place par Spie. Mais pour l’intégrateur, une grosse partie du travail a porté sur la conception de l’architecture de remontée des alarmes. Les ingénieurs de Spie ont d’abord cherché à s’appuyer sur l’existant. Le système de panneaux d’affichage d’alar-mes a été maintenu. Présents au centre de contrôle et au centre des pompiers, il s’agit de panneaux de surveillance représentant une carte du site, sur lesquels sont placées de simples diodes DEL correspondant aux dif-férentes installations. Mais ce système arrivait à ses limites. Le nombre d’informations re-montées était insuffisant pour organiser une réponse adaptée, et d’autre part la traçabilité y était totalement absente. Ceci a conduit au déploiement d’un nouveau réseau, spéciale-ment pour les alarmes. « Dans le cadre du pro-jet CSAM, un réseau Gigabit Ethernet redondant

Le Grand Collisionneur de Hadrons ou LHC, gigantesque anneau souterrain de 26,7 km de longueur pour 1 m de diamètre environ, contient une enceinte cryogénique entourée de vide. A l’intérieur de cette enceinte, on trouve les deux conduits servant au déplace-ment des faisceaux de particules. Chaque faisceau est orienté dans un sens différent, afin de pouvoir créer des collisions dans une des quatre chambres d’expérimentation (ou “puits”) prévues à cet effet. Ces canaux sont entourés d’aimants en matériau supraconducteur, qui créent un champ magnétique à la fois puissant et rapide, afin de pouvoir centrer le paquet de particules au milieu du conduit et de l’orienter dans le conduit. Ce matériau supraconducteur a des propriétés conductrices extrêmes lorsqu’il

est porté à des températures très basses. Et dans le but de faire tourner des particules qui sont lancées à une vitesse proche de celle de la lumière (300 000 km/s), il a fallu descendre la température de l’enceinte à 2 K, soit -271 °C !Cela constitue bien entendu une première mondiale sur une installation de cette taille.On espère des expériences menées au LHC qu’elles permettront de repousser les limites de modèles physiques établis afin de les valider, les compléter, voire même les infirmer. Il sera utilisé pour l’étude des particules élémentaires (constitution, comportement, et masse), et l’on pense qu’il améliorera notre compréhension de la liaison entre la matière et l’antimatière.

Le LHC

Sylvain Damge, responsable du projet, présente les Panel PC de supervision installés dans chaque zone de sécurité.

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avec deux médias différents a été installé, expose M. Damge. L’un des câbles est à base de paires de cuivre torsadées et l’autre utilise la fibre optique, ce qui apporte une sécurité supplémentaire en raison de la grande variété d’incidents potentiels ». Ce réseau effectue la liaison entre le CSAC (automate central de gestion des alarmes, redondant) et les SAMC (serveurs d’acquisition), et fait le lien entre les automates présents dans cha-cune des 33 zones et ces SAMC. Toutes les zones de sécurité du CERN ont été équipées de deux automates redondants pour la cen-

Prestataire de service pluridisciplinaire, spécialisé parmi beaucoup d’autres domaines dans celui de l’énergie, Spie accompagne les industriels dans la mise en œuvre de leurs projets, depuis la conception des installations jusqu’à l’exploitation et la maintenance. La société française dispose depuis plusieurs années d’une agence toute proche du CERN, à Saint-Genis-Pouilly. Les projets initiés par le centre de recherche font travailler 260 personnes pour le déploiement d’applications diverses, sur les 23 000 collaborateurs Spie répartis en Europe et dans le monde. Pour ce projet de gestion des alarmes de sûreté, Spie a dépêché une dizaine d’ingénieurs dont le premier travail a été

d’identifier un logiciel de supervision capable de répondre aux spécifications, avant de s’attacher à la mise en œuvre proprement dite du projet.Le logiciel PcVue d’Arc Informatique a été préféré pour sa flexibilité, et grâce notamment à la volonté d’Arc Informatique de réaliser des développe-ments complémentaires afin de l’adapter aux contraintes du CERN. Un travail conséquent a été entrepris pour respecter les exigences en matière de disponibilité et de performance. Mais le jeu en valait la chandelle, car ces modifications sont implémentées sur les versions standard de PcVue, permettant ainsi à Arc Informatique de se démarquer de la concurrence.

Spie et Arc Informatique : les acteurs du projet

tralisation des informations des différents capteurs (contrôle d’accès, état des machines et des processus, nombreux détecteurs de gaz et d’incendie). Chaque automate dispose de 512 entrées et 256 sorties, qui sont con-nectées par l’intermédiaire de borniers Wago.Dans chaque zone, les ingénieurs Spie ont installé des coffrets, à base de Panel PC tacti-les, faisant office de clients PcVue. On re-trouve donc exactement les mêmes fonctions que sur les postes du centre de contrôle, aux-

quelles s’ajoute la possibilité de faire fonctionner des équi-pements en mode “dégradé” (marche forcée malgré la pré-sence d’une alarme). Depuis ces postes, les techniciens ont accès aux “Safety Actions”. A

l’aide de fonctions “ET” et “OU”, les instal-lateurs mettent en place les synoptiques ou les procédures à appliquer en fonction des évènements (ouverture ou fermeture des cloisons coupe-feu, déclaration des seuils de déclenchement des alarmes, etc.). Ils gagnent donc un temps précieux lors de la construc-tion de bâtiments ou d’extensions, et les modifications sont immédiatement actives sur l’ensemble des 46 postes de supervision du CERN. Enfin, des pupitres opérateurs ont été ajoutés. En liaison directe avec les auto-mates, ils permettent de récupérer les infor-mations des capteurs du bâtiment en cas de panne du superviseur central.Si le lancement du LHC n’est pas prévu avant 2008, le système de gestion des alarmes est déjà opérationnel, Tout est mesuré, édité et archivé, depuis les courbes de détection des gaz dans les bâtiments jusqu’aux temps de transmission des alarmes (horodatage). Et cela afin d’assurer au système une disponi-bilité sans faille. « Nous nous sommes en effet engagés sur une disponibilité supérieure à 99,98 %, indique Rudolf Knoors. Cela représente un temps d’arrêt de 100 minutes au maximum en un an ». Si l’on sait qu’un arrêt prolongé du système pendant plus de quatre heures dé-clencherait la mise en place immédiate d’un plan ORSEC (Organisation de la Réponse de SÉcurité Civile) sur toute la zone du CERN, on se rend compte de l’importance d’une supervision sans faille.

Frédéric Parisot

Le centre de contrôle du CERN, en haut à gauche, rassemble les fonctions de surveillance des infrastructures mais aussi de tous les processus d’accélération de particules. Autour, trois exemples de fenêtres de supervision sous PcVue.