Updating PROCOS at CERN

Abstract

PROCOS is a simulation tool developed in 2007 at CERN for simulating automation processes based on the IEC 61512 control standard. PROCOS mainly allows for testing new control systems of complex cryogenic processes, assistance in error detection within control programs before their deployment and allows for an easier and safer way for training new operators unfamiliar with the systems and processes at CERN.

PROCOS attempts to replace the process field layer of an automation process by simulating all field layer instruments using a mathematical model created with the EcosimPro software. The mathematical model is implemented into the CPS console application, which communicates all input and output data between the simulated field layer and the control layer using the OPC DA communication protocol.

In April 2014 Microsoft stopped providing support for Windows XP causing Windows XP to become deprecated and thus vulnerable to cyber-attacks. CERN is constantly under cyber-attacks and can not allow for any deprecated operating systems to exist within its infrastructure. Due to PROCOS being dependent on the Windows XP operating system, certain components of PROCOS became non-functional and needed to be updated with Windows 7 compatible software libraries.

This study is about the update of certain PROCOS components and also focuses on further improvements of the PROCOS architecture. The aim of the update was to improve the simulation accuracy, flexibility, setup procedure as well as the simulation speed. New simulation features have been implemented into the simulation tool e.g. multiple synchronized simulations, remote running capabilities and simplified setup procedures using Python scripts.

The result of the update gave rise to a simulation tool with a much higher degree of flexibility and a faster setup procedure. The average simulation speed decreased roughly by 10% but has a higher accuracy. It was decided that the loss of simulation speed is not an issue, since the new functionalities are of greater influence to the overall positive result of the PROCOS update.

PROCOS on vuona 2007 CERN:issä kehitetty simulointityökalu, jolla simuloidaan ohjaus-standardin IEC 61512 pohjautuvat automaatioprosessit. PROCOS pääsääntöisesti mahdollistaa uusien ohjausmenetelmien testaamisen monimutkaisissa kryogeenisissä prosesseissä, avustaa virheiden havaitsemisessa ohjausohjelmistoissa ennen niiden käyttöönottoa sekä helpottaa ja turvallistaa uusien operaattorien perehdyttämistä CERN:in eri järjestelmiin.

PROCOS pyrki korvaamaan koko automaatiojärjestelmän kenttätason simuloimalla kenttätason instrumentointia matemaatisilla algoritmeilla, jotka luodaan EcosimPro ohjelmistossa. Tämä matemaattinen malli implementoidaan CPS konsolisovellukseen, joka kommunikoi kaikki kenttätason IO:t ohjaustason ja simuloidun kenttätason välillä hyödyntäen OPC DA -kommunikaatioprotokollaa.

Huhtikuussa 2014 Microsoft lakkasi tarjoamasta tukea Windows XP:lle, jonka johdosta Windows XP on herkkä verkkohyökkäyksille. CERN altistuu jatkuvasti verkkohyökkäyksille ja tähän altistavia käyttökelvottomia käyttöjärjestelmiä ei voida täten käyttää CERN:in infrastruktuurissa. PROCOS:in riippuvuus Windows XP:stä on johtanut siihen, että tietyt komponentit eivät enää toimi ja tarvitsevat päivityksiä Windows 7:n kanssa yhteensopiviin ohjelmistokirjastoihin.

Tämän tutkimuksen aihe kertoo PROCOS:in päivityksestä ja keskittyy myös PROCOS:in arkkitehtuuriin lisättyihin parannuksiin. Päivitysten tavoite oli pararantaa simulaatioiden tarkkuutta, joustavuutta, asennusvaiheita sekä simulaatioiden nopeutta. Uusia ominaisuuksia on implementoitu simulointityökaluun, kuten esimerkiksi useita synkronoituja simulaatioita, kaukoajo-ominaisuuksia ja yksinkertaistettuja asennusprosesseja Python-skriptejä käyttäen.

Päivityksen tuloksena syntyi simulointityökalu, jolla on suurempi joustavuus ja nopeampi asennusprosessi. Keskimääräinen simulointinopeus laski noin 10%:lla, mutta sillä on suurempi tarkkuus. Lopputuloksena päätettiin, että simuloinnin nopeuden menetys ei ole ongelma, koska PROCOS:in uusilla toiminnoilla on suurempi vaikutus päivityksen kokonaistulokseen kuin menetetyllä nopeudella.