Surveiller Les Signaux Du Lhc Avec Une Matrice De Commutation Au Format Lxi

Le 01/11/2013 à 14:00  

L'essentiel

Le Cern a choisi une nouvelle matrice de commutationau format LXI pour monitorer les signaux de son collisionneur de haute énergie (LHC).

La solution de commutation développée par Pickering Interfaces, grâce à son format PXI, est adaptée à ce genre de systèmes complexes avec des exigences de performances élevées et un besoin de contrôle à distance.

Cette matrice de commutation constitue également une solution adaptée à de nombreuses autres applications.

Près de Genève, le Cern gère le Grand collisionneur d'hadrons (LHC), situé à une centaine de mètres sous terre, pour des recherches expérimentales dans le domaine de la physique des hautes énergies. Le collisionneur opère sur une paire d'anneaux d'accélérateurs de particules qui possèdent des intersections sur quatre sites d'expérimentation. Les particules entrent ainsi en collision dans des directions opposées l'une de l'autre et créent des signatures qui indiquent la présence de particules de durées de vie courtes. Pour collecter ces signatures et ainsi prouver la présence de ces particules, les données générées doivent être enregistrées de façon fiable. La surveillance du fonctionnement correct du LHC est accomplie par le système d'informations de signal analogique ouvert, appelé OASIS (pour Open Analogue Signal Information System ). Il capte des signaux de contrôle pertinents provenant de divers endroits pour s'assurer que le système fonctionne comme prévu.

Le système OASIS utilise une série de numériseurs pour acquérir les signaux et les envoyer aux utilisateurs via Ethernet. Ces appareils étant particulièrement coûteux, il ne peut y avoir un numériseur distinct pour chaque signal à surveiller. Un système de commutation est donc utilisé pour permettre à OASIS de sélectionner les signaux à afficher parmi la grande variété de signaux disponibles. Historiquement, ce système de commutation était basé sur le formatVXI et, plus récemment, sur des systèmes en CompactPCI (cPCI).

Un Nouveau Système De Commutation Pour OASIS

Dans le cadre de la mise à niveau biennale du système, le Cern a fermé le collisionneur à partir de février 2013 pour mettre à niveau tous les systèmes, y compris OASIS. Dans chacun des quatre sites d'expérimentations du LHC, jusqu'à 16 signaux sélectionnés parmi 104 capteurs doivent être mis à disposition pour la numérisation. Les signaux analogiques ont un contenufré-quentiel de plusieurs mégahertz et il est fort probable qu'il y ait des différences considérables de niveau dans les différentes positions de surveillance. Cela ajoute des contraintes importantes sur la bande passante requise et la diaphonie admissible entre canaux. Si des signaux provenant de sources de haut niveau et de faible niveau sont requis en même temps sur différents canaux, les signaux de haut niveau pourraient perturber les signaux de faible niveau. Le contrôle à distance est une autre condition essentielle pour le système de commutation.

Cette matrice de commutation est basée sur un châssis qui dispose d'un système de bus analogique dédié. Le dispositif est entièrement configurable, les modules peuvent être installés et désinstallés arbitrairement. Le firmware du contrôleur LXI reconnaîtra la configuration et modifiera la taille de la matrice disponible pour la faire correspondre au nombre de modules installés.

Une matrice de commutation avec une taille de 104x16 était donc nécessaire et devait fournir une excellente diaphonie et proposer une bande passante de plusieurs dizaines de mégahertz. La taille de la matrice n'aurait pu être implémentée à l'aide de produits standard conventionnels. Qui plus est, le coût de la nouvelle matrice devait être largement inférieur à celui d'une solution dans laquelle un numériseur serait placé sur chaque signal analogique. De fait, il est rapidement apparu que la structure modulaire fixe du PCI ne se prêtait pas en elle-même à ce genre de système de commutation.Le même constat fut observé pour les standards cPCI et PXI.

Le LXI Comme Bus Fond De Panier De La Plate-forme

Pour s'adapter aux exigences de cette application complexe, Pickering Interfaces a donc conçu une solution basée sur le LXI. Pour implémenter une matrice de haute performance de ce type, il fallait d'abord déterminer le facteur de forme du système de commutation final. Rapidement, il a été démontré qu'aucun des produits existant ne satisferait aux exigences de taille et de coût qui doivent rester raisonnables. Une approche modulaire était nécessaire pour que la taille du système de la matrice soit évolutive car, en divers endroits, différentes tailles de matrice étaient requises: un site nécessitait par exemple une matrice de 64x16, alors qu'un autre exigeait un format 104x16. Il ne faut pas omettre non plus que les systèmes puissent un jour aussi avoir leurs exigences modifiées si le nombre de capteurs venait à changer à l'ave-nir,avec pour conséquence une modification du nombre de canaux.Tous ces éléments mis bout à bout suggéraient qu'une approche modulaire, évolutive et propriétaire serait nécessaire pour s'adapter facilement à la taille de la matrice. C'est précisément cela qui a porté le choix sur la plate-forme LXI car elle procure un large degré de liberté quant au dimensionnement de cette matrice. Le contrôle par LXI signifie également que les utilisateurs peuvent avoir accès à l'état de la matrice sur leur réseau sans avoir recours à un quelconque contrôleur intermédiaire pour accéder au serveur web du produit LXI –et ce, de la même manière que les utilisateurs internet accèdent à des sites web. Sachant qu'un autotest sur les systèmes PXI et LXI (appelés BIRST) avait été mis en place, le Cern a demandé ce genre de test automatique pour le nouveau système de commutation. Idéalement, le test devait être capable de fonctionner avec les entrées et les sorties connectées à une source/charge non ali-mentée. En outre, le Cern souhaitait pouvoir démarrer et exécuter l'autotest à distance.

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