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CERN, LHC 환기 및 냉각 장치를 관리하기 위해 ARC Informatique의 PcVue 채택

지난 2008년 말, CERN이 준공한 LHC는 전세계에서 가장 큰 입자 가속기(Particle Accelerator)로 원주가 약 27킬로미터에 이른다. 이 장치의 환기시스템 및 200개에 이르는 관련 프로그래머블 컨트롤러를 제어하고 모니터하기 위해 CERN은 ARC Informatique가 개발한 PcVue 감시 소프트웨어를 선택했으며, 프랑스의 Assystem이 현장 설치를 담당했다. PcVue는 이러한 규모의 애플리케이션 타입에 가장 적합한 최적의 제품으로 경쟁력있는 설비를 구축하고 운영비용을 절감하는데 유용하다.

LHC(Large Hadron Collider)는 전례없이 가장 강력한 성능을 구현한 입자 가속기이다. CERN이 지난 2008년 10월에 스위치 국경, 제네바 근교에 준공한 이 입자 가속기는 평균 100미터 깊이에 원주 27킬로미터에 매립된 원형 터널로 만들어져 있으며, 기존의 LEP(Large Electron Positron) 입자 가속기를 대체한 것이다. 충돌을 가속화하기 위해 전자와 양전자를 사용한 LEP와 달리, LHC는 납과 같은 중이온(Heavy Ions)과 하드론(Hadrons)으로부터 양자를 가속화시킨다. 이러한 획기적인 장치를 이용해 전세계의 물리학자들은 우주의 비밀을 밝혀낼 수 있는 가장 작은 입자를 연구할 수 있을 것이다.

이를 실현하기 위해, 서로 상반된 위치에서 순환하는 2개의 하드론 빔 혹은 중이온을 27킬로미터 링 안에서 매우 높은 에너지 레벨로 광속에 가까운 속도로 가속화시켰다. 이러한 입자들이 정면으로 충돌할 때 발생하는 충격으로 구현되는 것으로, 이는 빅뱅 이후에 일어나는 상황과 비슷한 상태를 실험적으로 재현하는 것과 같다. 이러한 충돌을 통해 생성된 입자들은 특수한 검출기를 통해 분석되어 데이터가 제공되며, 100여개국 이상의 연구원들을 통해 해석된다.

이러한 실험을 수행하기 위해서 LHC는 강력한 극저온 공급 시스템을 통해 10,080톤의 액체 질소와 130톤의 액체 헬륨으로 -271.3°C(1.9K)로 냉각시킨 9,300에 이르는 마그넷이 필요하다. 또한 설치를 위해서는 내부에서 사람들이 작업하고 실험구역 내에 장비를 설치하기에 적합한 환경을 구축할 수 있는 크기의 환기 시스템이 필요하다. LHC의 환기장치는 지하의 생존 구역에서 냉연 추출 및 여압 기능을 제공한다. 이러한 환기 시스템 설계는 새로운 장비와 함께 기존의 환기 프로세스(LEP 환기장치 개조)를 수정한 것을 통합했다.

200개 이상의 자동화 장비 탑재

LHC의 환기장치와 냉각 시스템을 관리하기 위해 CERN은 200개 이상의 자동화 장비를 탑재하고 있는 이러한 애플리케이션 규모에 적합하고, 저렴한 가격과 무엇보다도 경쟁력있는 TCO(Total Cost of Ownership)를 제공하는 감시 소프트웨어 패키지가 필요했다. 또한 요구되는 솔루션은 CERN의 통합 요건에 부합하는 것은 물론 네트워크 제한조건과 유효한 제약조건을 만족해야만 했다. 프로젝트를 책임지고 있는 서비스 공급업체인 프랑스 Assystem의 라이오넬 디에르(Lionel Diers) 프로젝트 리더는 “CERN이 채택한 아키텍처는 30개에 가까운(8개의 펫 클라이언트, 20개의 터미널 서버 클라이언트) 수많은 클라이언트들이 동시에 시스템과 연결할 수 있는 구조로 되어 있으며, 이로 인해 가상의 실시간 동작이 반드시 필요했다.

따라서 유효한 제약조건의 수준은 매우 높았다. 동시에 이 시스템은 항상 액세스가 가능해야만 했기 때문에, 우리는 만약 한 서버가 더 이상 동작하지 않을 경우 다른 서버가 이를 대체할 수 있는 리던던시 방식을 적용했다.”고 설명했다.

현재 마켓에 공급되고 있는 감시 솔루션들을 분석한 후, CERN은 이러한 요건에 부응하기 위해 ARC informatique가 개발한 PcVue 패키지로 결정했다. CERN 엔지니어링 부문의 냉각 및 환기장치 그룹에서 프로젝트를 총괄하고 있는 마리오 베츠(Mario Batz)는 “PcVue 솔루션이 우리가 요구하는 성능과 가격 요건에 부합한다는 사실 외에도 이 제품이 시스템 통합 분야에서 탁월한 구현 경험을 가지고 있는 전문가들에게 이미 잘 알려져 있다는 점에서도 매력적이었다.”고 피력했다. PcVue는 감독해야 하는 프로세스의 제어 및 모니터링을 위해 Profibus 및 산업용 이더넷, 기타 다른 표준 필드 네트워크를 통해 자동화 장비들과 연결할 수 있다. 감시 프로그램의 역할은 데이터를 수집하고, 이를 분석하는 정보 시스템으로 전송하는 것이다.

이러한 데이터는 PcVue를 통해 직접 처리되며, 인스턴스화될 수 있는 심볼(객체라 불림)을 통해 애니메이션 화면으로 디스플레이(미믹 디스플레이라고 불림)가 가능하다. 수집된 정보는 표준 PcVue 객체(아날로그 데이터를 위한 그래프 분석, 온/오프 데이터를 위한 이벤트 객체 및 경고 객체)로 변환되며, 그런 다음 부속요소, 스프레드시트 타입 툴 등에 나중에 분석한 것을 볼 수 있도록 데이터베이스에 보관한다. 이러한 경우 PcVue는 80,000개의 변수(보관은 66,000)와 1,200개의 미믹 디스플레이(Mimic Display), 600개의 객체를 관리한다.

대형의 산업용 프로세스 감시 프로젝트 수행

PcVue는 특히 조립공장이나 원자력 발전소, 화학, 제약 혹은 식품 처리 시설 등과 같은 대형 애플리케이션의 산업용 프로세스 감시 프로젝트의 비용을 절감하고 추가적인 배치 및 운영시간을 줄일 수 있는 혁신적인 솔루션을 제공한다. 프랑스 Assystem의 라이오넬 디에르(Lionel Diers)는 “마켓에 공급되고 있는 다른 툴과 대비되는 PcVue 만의 특징은 트리 구조 개념을 가지고 있다는 점이다. 여기에서 문제는 객체의 인스턴스화를 용이하게 할 수 있느냐로, 결국 개발작업에 제한이 따른다. 따라서 몇몇 ‘변속 드라이브’ 타입의 장비 아이템을 위해, 프로세스에서 이미 존재하고 있는 장비의 구성요소를 각 시간 마다 인스턴스화고 변속 드라이브 객체를 생성해야만 한다.”고 설명했다.

또한 HDS(Historical Data Server) 파일 보관 등과 같이 PcVue에는 상당히 흥미로운 툴이 있는데, 이는 감시 시스템과 보관된 데이터베이스 혹은 ‘터미널 서버’ 간의 인터페이스를 관리하며, 윈도우 기능을 통해 모든 해당 스테이션 상에서 여러 PcVue 세션을 사용하는 것이 가능하다. LHC와 같은 환경에서 이러한 기능은 현장 자체가 매우 광대하고, 수많은 클라이언트(사용자들이 애플리케이션과 접속하는)들이 존재하기 때문에 유연한 활용 및 배치 관점에서 특히 매력적인 요소이다.

이와 함께 프로세스 감시 시스템의 운영비용을 절감하고 배치를 용이하게 하기 위해 PcVue는 Vmware 가상화 환경을 지원하고 있으며, 이를 통해 여러 운영 시스템을 단일 머신 상에서 마치 실제 머신들이 별개로 동작하는 것처럼 서로 독립적으로 구동할 수 있다. 따라서 이러한 가상화 프로세스를 통해 감시가 필요한 현장 주변에 분산된 실제 여러 머신들을 대체할 수 있으며, 일반적으로 이러한 머신들은 리소스 부품을 각각의 가상 머신에 할당하는데 필요한 만큼의 많은 가상 머신들을 시뮬레이션하는 단일 PC 보다 이용도가 낮고 빠르게 노후화된다. 추가적인 가상 감시 스테이션은 기존의 가상 머신을 중앙 PC에 복사/붙이기를 통해 간단하게 추가할 수 있으며, 사용자에게 터미널을 제공한다. 프로세스가 수정(속도변경, 새로운 요구사항 등)되는 경우에는 이러한 변경사항이 고려되어야 하는 가상 머신에 할당된 리소스를 중앙 PC에서 조정하기만 하면 된다.

프랑스 Assystem의 라이오넬 디에르(Lionel Diers)는 “LHC 애플리케이션의 규모로 인해 가상 인프라 구현은 수많은 물리적 머신 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있었다. 더불어 저저력 소모 및 탁월한 사용 편리성, 그리고 CERN의 IT 아키텍처의 뛰어난 통합성 등의 추가적인 혜택도 얻을 수 있었다.”고 언급했다.

이를 통해 LHC 환기장치 감시를 위해 각각 12Gbit RAM과 6개의 250Gbit 하드 드라이브를 갖춘 2개의 물리적 머신 만이 필요했다. 감시 작업부하는 이러한 2개의 리던던트 물리적 서버를 통해 상호 공유되며, 첫 번째 서버는 PcVue 취득 서버 No.1과 웹서버(인터넷을 통한 사용자), 그리고 데이터베이스 서버(데이터 보관용) 기능을 담당하며, 두 번째는 PcVue 취득 서버 No. 2와 터미널 서버의 기능을 수행한다.

현장의 취득 스테이션(전체 중 8개- 실험구역 당 1개)은 터치 스크린 서버 스테이션으로 로컬 유지관리 운영자가 사용할 수 있도록 되어 있다. 이러한 필수 스테이션으로부터 중재구역이 대략 2km 정도 떨어져 있어, 2개의 중앙 서버 중 하나가 문제가 발생하면 환기장치의 설치를 제어할 수 있다.

3만8천개 이상의 라이센스 확보

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ARC Informatique와 Assystem 프랑스, CERN이 프로젝트에서 상호 협력한 것은 이번이 처음이 아니다. 이 3개 업체들은 이미 다른 2개의 프로젝트에서 공동작업을 수행한 경험을 가지고 있다. 하나는 CERN의 기술상의 경보 및 화재 감지기, 가스감지기의 감시장치를 위한 CSAM(CERN Safety Alarm Management)이고, 다른 하나는 CERN 실험설비의 이온 방사 제어 시스템 관리 및 서비스를 위한 RAMSES(Radiation and Monitoring System for the Environment and Safety)이다.

CERN의 마리오 베츠(Mario Batz)는 “ARC Informatique/Assystem 프랑스의 강점은 무엇보다도 팀들간의 상호 보완성과 그들이 제공하고 있는 기술적인 지원 능력 및 서비스 대응력, 그리고 실제 사용자의 요구에 주력하고 있다는 점”이라고 설명했다. ARC Informatique 팀은 이미 설치되어 있는 총 38,000개 이상의 라이센스에서 확보한 경험을 토대로 PcVue를 지속적으로 향상시키고 개발하는데 주력하고 있다.

아이씨엔 매거진 2009년 12월호

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