75 / 100
GIUGNO 2015
AUTOMAZIONE OGGI 382
75
L’acceleratore di particelle Dafne
Dafne, (DAΦNE) acronimo di Double Annular Φ Factory for Nice Ex-
periment, è uno degli acceleratori di particelle al mondo dedicati
allo studio della fisica subnucleare e allo studio dei fenomeni che
hanno governato i primi istanti di vita del nostro universo. L’accele-
ratore è ospitato presso i Laboratori Nazionali di Frascati dell’Istituto
Nazionale di Fisica Nucleare (Infn), istituto nato agli
inizi degli anni ’50 per continuare le fondamentali ri-
cerche di Enrico Fermi e dei ragazzi di via Panisperna
che resero famosa l’Italia in questo campo a livello
mondiale. Dafne è una‘fabbrica’di particelle Φ, otte-
nute facendo collidere elettroni e positroni (l’antima-
teria degli elettroni) circolanti, in verso opposto, in
due anelli di 30 m di diametro con un’energia di 510
MeV. La particella Φ è instabile e decade in tempo
brevissimo, producendo altre particelle di massa
inferiore, fra cui i mesoni K che contengono al loro
interno uno dei mattoni fondamentali della natura,
il quark ‘S’ (strano) così denominato proprio per il
suo comportamento anomalo. Lo scopo principale
di Dafne è studiare questo decadimento, mediante il
rivelatore Kloe che consente di individuare e contare
le particelle prodotte nell’interazione, al fine di dimo-
strare, con alta precisione, la violazione del principio
di simmetria di carica e parità (CP-Violation). Tale
principio è legato alla trasformazione di energia inmateria e in anti-
materia e ha implicazioni sulle teorie relative all’origine dell’universo.
La sfida di Dafne è quella di permettere di studiare tale fenomeno,
raro, con elevatissima precisione. Dal punto di vista ingegneristico
questo comporta avere sistemi di altrettanta precisione e affidabilità
tali da poter funzionare per periodi molto lunghi (mesi o anni) inin-
terrottamente, per acquisire un numero utile di dati scientifici. Tale
complessità è frutto della sintesi di competenze relative, che com-
prendono oltre alla fisica degli acceleratori, l’ingegneria meccanica,
vuoto, radiofrequenza, magneti, elettronica di potenza, elettronica
di segnale, controlli, diagnostica, informatica, criogenia, impianti
elettrici emeccanici; ciascuna competenza si riflette concretamente
in un sottosistema funzionale agli altri.
La sfida dell’aggiornamento
degli impianti ausiliari
L’acceleratore, concepito all’inizio degli anni ’90 e in servizio dal ’99,
ha subito, negli anni, vari aggiornamenti, sia per migliorarne le pre-
stazioni in termini di fisica (numero di eventi acquisiti, utili per la
misura oggetto della ricerca) sia in termini di efficienza energetica.
Recentemente, per aumentare l’affidabilità di servizio complessiva si
è deciso di investire sul revamping dell’automazione degli impianti
ausiliari, i cui guasti, sempre più frequenti, rendevano difficile il fun-
zionamento prolungato dell’acceleratore. Su un sistema complesso
come Dafne, il non corretto funzionamento di un componente
porta non solo alla mancata ‘produzione’ scientifica, ma anche al
consumo di energia degli impianti che necessariamente rimangono
in servizio, dal momento che la sola riaccensione di tutto l’accelera-
tore comporta diversi giorni di lavoro. Problemi su alcuni impianti
critici possono comportare tempi di ripresa dell’attività anche di
alcune settimane. Inoltre alcune parti di ricambio relative a PLC e si-
stemi di regolazione iniziavano a essere fuori mercato, rendendone
critico il funzionamento per mancanza di dispositivi in sostituzione.
La sfida di rimettere le mani nel profondo degli impianti, con una
logica di ingegneria inversa, a quasi 20 anni dalla loro realizzazione,
ma con l’esperienza di esercizio delle persone che li hanno gestiti,
ha consentito sia di realizzare interventi mirati ed economici, sia
di trarne occasione per approfondire la conoscenza dei propri im-
pianti, che nella gestione ordinaria si perde di vista, coinvolgendo
nell’esperienza le nuove persone che negli anni si sono avvicendate.
Con questa attività si sono individuati e corretti problemi ripetitivi
che con la manutenzione ordinaria non si erano riusciti a eviden-
ziare e risolvere. Lo studio per la sostituzione dei PLC e del sistema
di supervisione di tutti gli impianti di Dafne è stato condotto dai ser-
vizi tecnici interni in collaborazione con system integrator del Lazio,
tra i quali Automate, realizzando un’analisi critica delle esigenze
dell’Istituto, per arrivare a una soluzione tecnica ragionevolmente
economica e comparabile con i costi necessari per il mantenimento
in sicurezza del sistema esistente. L’analisi preliminare ha permesso
di ottimizzare e di individuare l’hardware strettamente necessario
al corretto funzionamento degli impianti evitando una superflua e
costosa sovrabbondanza di dispositivi e apparati di automazione.
Affidando, su gara, il revamping sia software sia elettrico ad Auto-
mate, l’Infn ha permesso all’azienda romana di fornire un ulteriore
contributo all’ottimizzazione dell’hardware di automazione.
Il nuovo sistema è costituito da 10 PLC Schneider e 1 Siemens S7 in
rete Ethernet, che implementano la parte fondamentale dell’auto-
mazione a cui si affianca un server Scada sviluppato su piattaforma
Movicon 11 e 4 pannelli operatoreHMI (basati suMoviconCE) instal-
Dal sistema di supervisione, i ricercatori controllano
tutti i parametri dell’acceleratore di particelle Dafne,
come ad esempio la rappresentazione grafica del
sistema del vuoto del main ring
Un impianto importante e complesso come un
acceleratore di particelle deve disporre di un sistema
di supervisione veloce, preciso e affidabile. Per questo
è stato scelto Movicon