p-f isoz avril 2004 informatique industrielle de tcv 1 visite du tokamak tcv centre de recherches en...

P-F Isoz avril 2004Informatique industrielle de TCV 1

Visite du Tokamak TCVCentre de Recherches en Physique des Plasmas (CRPP)


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


• 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





– contrôle

• système SCADA

• données






Plasma et énergieSolide Liquide

Gaz Plasma


Principe du tokamak


Différentes formes du plasma





– contrôle

• système SCADA

• données






Site du tokamak

• 2 bâtiments• environ 40 m de côté• plusieurs niveaux

• Complexité• équipements distribués• Câblage


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


• Plasma et tokamak

• Systèmes liés au tokamak– acquisition des signaux– contrôle du plasma (forme et stabilité)

– contrôle

• système SCADA

• données






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


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



• Systèmes liés au tokamak– acquisition des signaux

– contrôle du plasma (forme et stabilité)– contrôle

• système SCADA

• données






Système de contrôle du plasma (1)


Système de contrôle du plasma (2)

Mesures sondes magnétiques

Calcul matriciel et PID



• Systèmes liés au tokamak– acquisition des signaux


– contrôle des systèmes• système SCADA• données• déroulement de la journée• réseau de terrain




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– ...


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– ...


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


Déroulement d ’une journée

Préparation Tir Acquisition Analyse

13 sec 5 à 8 min5 min 1 à 30 min


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





– contrôle

• système SCADA

• données


• réseau de terrain• Automate programmable• Conclusion



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


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


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


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


Principe de câblage et hiérarchieMaître

ethernet

Segment principal

Répéteurs

Max 28 répéteurs

Max 28 PLCpar segments

Segments secondaires

Timingbitbus





– contrôle

• système SCADA

• données






Automate programmable « esclave »

• Développement « maison »• Plus de 20 cartes• Système très modulaire• Environ 300 appareils

backplane

Câblage dédicacé

CPU

TIMERRS232 ADC

CPLD


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


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

• ...


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

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