P-F Isoz avril 2004 Informatique industrielle de TCV 1 Visite du Tokamak TCV Centre de Recherches en...
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P-F Isoz avril 2004Informatique industrielle de TCV 1
Visite du Tokamak TCVCentre de Recherches en Physique des Plasmas (CRPP)
P-F Isoz avril 2004Informatique industrielle de TCV 2
Déroulement de la visite
• En salle de cours– aspects de l ’informatique industrielle
• Déplacement au CRPP
• Exposé sur le plasma et le tokamak
• Visite en 3 groupes– alimentations et puissance– tour du tokamak et de ses systèmes– salle de commande et pilotage
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• Plasma et tokamak• Systèmes liés au tokamak
– acquisition des signaux
– contrôle du plasma (forme et stabilité)
– contrôle
• système SCADA
• données
• déroulement de la journée
• réseau de terrain
• Automate programmable• Conclusion
Plan de la présentation
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• Plasma et tokamak• Systèmes liés au tokamak
– acquisition des signaux
– contrôle du plasma (forme et stabilité)
– contrôle
• système SCADA
• données
• déroulement de la journée
• réseau de terrain
• Automate programmable• Conclusion
Plan de la présentation
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Plasma et énergieSolide Liquide
Gaz Plasma
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Principe du tokamak
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Différentes formes du plasma
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• Plasma et tokamak• Systèmes liés au tokamak
– acquisition des signaux
– contrôle du plasma (forme et stabilité)
– contrôle
• système SCADA
• données
• déroulement de la journée
• réseau de terrain
• Automate programmable• Conclusion
Plan de la présentation
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Site du tokamak
• 2 bâtiments• environ 40 m de côté• plusieurs niveaux
• Complexité• équipements distribués• Câblage
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Équipements liés au tokamak
Chauffagechambre
Refroidissementbobines
Gyrotrons
Tur
bo a
lter
nate
ur
Red
ress
eurs
Injectiongaz
Diagnostiquesobservation du plasma
Pompesà vide
Con
trôl
e du
pla
sma
Acquisition
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• Plasma et tokamak
• Systèmes liés au tokamak– acquisition des signaux– contrôle du plasma (forme et stabilité)
– contrôle
• système SCADA
• données
• déroulement de la journée
• réseau de terrain
• Automate programmable• Conclusion
Plan de la présentation
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Acquisition (1)
Systèmes CAMAC Systèmes PC industriels
• Convertisseur analogique - digital 12 à 14 bits• Fréquence d ’acquisitions quelques KHz à 1 MHz• Mémoire suffisante pour 2 secondes• Fenêtre de temps avec run et trigger
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Acquisition (2)
1 tir plasma ( 2 secondes):• 80 M bytes de données• 2500 signaux
Depuis 1992,environ 26’500 tirs
tir
Arbre modèleArbre tir nº
MDSplus: Model Driven System
Base de données
SCOPE pour visualisation
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• Plasma et tokamak
• Systèmes liés au tokamak– acquisition des signaux
– contrôle du plasma (forme et stabilité)– contrôle
• système SCADA
• données
• déroulement de la journée
• réseau de terrain
• Automate programmable• Conclusion
Plan de la présentation
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Système de contrôle du plasma (1)
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Système de contrôle du plasma (2)
Mesures sondes magnétiques
Calcul matriciel et PID
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• Plasma et tokamak
• Systèmes liés au tokamak– acquisition des signaux
– contrôle du plasma (forme et stabilité)
– contrôle des systèmes• système SCADA• données• déroulement de la journée• réseau de terrain
• Automate programmable• Conclusion
Plan de la présentation
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Logiciel SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)
VTREND VDRAW
Executing PUSH | type = NUMERIC | data = 1.000000Executing PUSH | type = NUMERIC | data = 1.000000Executing EQ | result = -1.000000
Executing BRANCHF | data = 116Executing FETCH | index = 27 | data = OFFExecuting PUSH | type = STRING | data = ONExecuting NE | result = -1.000000
Executing BRANCHF | data
VSCRIPT
Basede
données
VGENVALARM
Aut
res
appl
icat
ions
VIO
ContrôleurÉquipements
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Données pour le contrôle (1)
• Quantité d ’information– 375 lectures par poller– 10000 variables d ’entrées– 3000 variables de sorties
• Informations binaires– commande par des relais, machines d ’états– sécurité et contrôle d ’accès– ...
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Données pour le contrôle (2)• Informations analogiques
– températures– débits, pressions– courant, tension– consignes courant, position– ...
• Appareils RS232 et GPIB– alimentations– générateurs de forme d ’ondes– ...
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Données pour le contrôle (3)
Températures -260 ºC 100’000’000 ºC
Tensions 10 mV 100’000 V
Courants 10 µA 1’000’000 A
Pressions 1.5 e-8 mbar 20 bars
Puissance 10 mW 200 MW
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Déroulement d ’une journée
Préparation Tir Acquisition Analyse
13 sec 5 à 8 min5 min 1 à 30 min
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Rôle des opérateursPhysicien du jour - pilote - diagnosticien du jour
• Préparation– paramètres du tir et recette
– surveillance et interventions le plus vite possible
• Tir– attendre, pas possible d ’agir assez vite
• Acquisition et Analyse– conditionnement de la chambre à vide (glow)
– accès aux zones sécurisées
– modification des paramètres pour tir suivant
– surveillance et interventions le plus vite possible
P-F Isoz avril 2004Informatique industrielle de TCV 24
• Plasma et tokamak• Systèmes liés au tokamak
– acquisition des signaux
– contrôle du plasma (forme et stabilité)
– contrôle
• système SCADA
• données
• déroulement de la journée
• réseau de terrain• Automate programmable• Conclusion
Plan de la présentation
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Réseau de terrain bitbus
• Développé par Intel dans les années 1984
• RS485, 300 mètres et 28 nœuds par segment
• Maximum 250 nœuds
• Détection d ’erreurs et retransmission des trames
• 375 kbits/sec, vitesse effective 100 kbits/sec • Protocole maître - esclave
• Couche application comportant 20 commandes de base incorporée dans le firmware (RAC)
Le tout incorporé dans un microcontrôleurde la famille 8051
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Système de timing
Signal de type« trigger »
Signal de type« on-off»
3’750 x 2 ms7.5 s
60’000 x 50 µs3 s
1’250 x 2 ms2.5 s
Horloge de synchronisation « horloge mère »
Horloge de synchronisation 1 MHz
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Communication horizontale entre PLCs
• Besoin de communication rapide (quelques µs) entre PLCs pour:– sécurité : « abort »– information : courant plasma > 200 kA
• Pas possible avec protocole maître-esclaves• Ajout de lignes de communications
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Information distribuée par le réseau(câble 25 pôles)
• Réseau de terrain bitbus
• Horloge mère et horloge 1MHz
• Signaux binaires pourinformation horizontale
• Alimentation 24V
2
2
6
1
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Principe de câblage et hiérarchieMaître
ethernet
Segment principal
Répéteurs
Max 28 répéteurs
Max 28 PLCpar segments
Segments secondaires
Timingbitbus
P-F Isoz avril 2004Informatique industrielle de TCV 30
• Plasma et tokamak• Systèmes liés au tokamak
– acquisition des signaux
– contrôle du plasma (forme et stabilité)
– contrôle
• système SCADA
• données
• déroulement de la journée
• réseau de terrain
• Automate programmable• Conclusion
Plan de la présentation
P-F Isoz avril 2004Informatique industrielle de TCV 31
Automate programmable « esclave »
• Développement « maison »• Plus de 20 cartes• Système très modulaire• Environ 300 appareils
backplane
Câblage dédicacé
CPU
TIMERRS232 ADC
CPLD
P-F Isoz avril 2004Informatique industrielle de TCV 32
ApplicationréseauRAC
Programmation des automates
CPU8044
Noyautemps réel
Cartesdédicacées
Programmation très rigide:EPROM et circuits programmables CPLD
Partie software Partie hardware
Applicationrésidente en
EPROM
Outils dedéveloppement
Langage Cet assembleur
Hardware
Machinesd’états
Logiciel dedéveloppement
CPLD
P-F Isoz avril 2004Informatique industrielle de TCV 33
Conclusion
• Décisions prises en 1988 toujours actuelles ?
• Doit encore fonctionner 10 ans ?
• Ajout régulier de nouveaux systèmes
• Automates programmables industriels
• Contrôle du plasma digital avec DSP
• Informatique à moderniser
• ...
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Centre de Recherches en Physique des Plasmas Association Suisse-Euratom
ITER: Le projet mondial
ITER (International Experimental Reactor)Partenaires:- Europe (Association Suisse-Euratom)- Japon- La Fédération de Russie- USA- Chine- Corée du SudIntérêts:, Inde, Brésil...
Sites proposés:- Japon: Rokkasho- France: CEA (Cadarache)
Décision du site prévu en 2004Construction 10 à 12 ans, coût: env. 4MEurosExploitation 15 à 20 ans, coût: env.20 Meuros