Visite du Tokamak TCV Centre de Recherches en Physique des Plasmas (CRPP) Informatique industrielle de TCV P-F Isoz avril 2004

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 Informatique industrielle de TCV P-F Isoz avril 2004

Plan de la présentation 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 Informatique industrielle de TCV P-F Isoz avril 2004

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Plasma et énergie Informatique industrielle de TCV P-F Isoz avril 2004

Principe du tokamak Informatique industrielle de TCV P-F Isoz avril 2004

Différentes formes du plasma Informatique industrielle de TCV P-F Isoz avril 2004

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Site du tokamak 2 bâtiments environ 40 m de côté plusieurs niveaux Complexité équipements distribués Câblage Informatique industrielle de TCV P-F Isoz avril 2004

Équipements liés au tokamak Diagnostiques observation du plasma Acquisition Injection gaz Turbo alternateur Redresseurs Pompes à vide Contrôle du plasma Gyrotrons Chauffage chambre Refroidissement bobines Informatique industrielle de TCV P-F Isoz avril 2004

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Acquisition (1) Systèmes PC industriels Systèmes CAMAC 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 Informatique industrielle de TCV P-F Isoz avril 2004

Acquisition (2) SCOPE pour visualisation 1 tir plasma ( 2 secondes): 80 M bytes de données 2500 signaux Depuis 1992, environ 26’500 tirs tir Arbre modèle Arbre tir nº MDSplus: Model Driven System Base de données Informatique industrielle de TCV P-F Isoz avril 2004

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Système de contrôle du plasma (1) Informatique industrielle de TCV P-F Isoz avril 2004

Système de contrôle du plasma (2) Calcul matriciel et PID Mesures sondes magnétiques Informatique industrielle de TCV P-F Isoz avril 2004

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Logiciel SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) VTREND VDRAW Base de données VGEN VALARM Executing PUSH | type = NUMERIC | data = 1.000000 Executing PUSH | type = NUMERIC | data = 1.00 0000 Executing EQ | result = -1.000000 Executing BRANCHF | data = 116 Executing FETCH | index = 27 | data = OFF Executing PUSH | type = STRING | data = ON Executing NE | result = -1.000000 Executing BRANCHF | data VSCRIPT VIO Contrôleur Équipements applications Autres Informatique industrielle de TCV P-F Isoz avril 2004

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 ... Informatique industrielle de TCV P-F Isoz avril 2004

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 Informatique industrielle de TCV P-F Isoz avril 2004

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 Informatique industrielle de TCV P-F Isoz avril 2004

Déroulement d ’une journée Préparation Tir Acquisition Analyse 13 sec 5 à 8 min 5 min 1 à 30 min Informatique industrielle de TCV P-F Isoz avril 2004

Rôle des opérateurs Physicien 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 Informatique industrielle de TCV P-F Isoz avril 2004

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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 microcontrôleur de la famille 8051 Informatique industrielle de TCV P-F Isoz avril 2004

Système de timing 3’750 x 2 ms 7.5 s 60’000 x 50 µs 3 s 1’250 x 2 ms Horloge de synchronisation « horloge mère » Horloge de synchronisation 1 MHz Signal de type « trigger » « on-off» Informatique industrielle de TCV P-F Isoz avril 2004

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 Informatique industrielle de TCV P-F Isoz avril 2004

Information distribuée par le réseau (câble 25 pôles) Réseau de terrain bitbus Horloge mère et horloge 1MHz Signaux binaires pour information horizontale Alimentation 24V 2 2 6 1 Informatique industrielle de TCV P-F Isoz avril 2004

Principe de câblage et hiérarchie Maître ethernet Timing bitbus Segment principal Répéteurs Max 28 répéteurs Max 28 PLC par segments Segments secondaires Informatique industrielle de TCV P-F Isoz avril 2004

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Automate programmable « esclave » backplane CPU ADC RS232 TIMER CPLD Câblage dédicacé Développement « maison » Plus de 20 cartes Système très modulaire Environ 300 appareils Informatique industrielle de TCV P-F Isoz avril 2004

Programmation des automates Partie software Partie hardware Machines d’états Logiciel de développement CPLD Application résidente en EPROM Outils de développement Langage C et assembleur Application réseau RAC Noyau temps réel Hardware CPU 8044 Cartes dédicacées Programmation très rigide: EPROM et circuits programmables CPLD Informatique industrielle de TCV P-F Isoz avril 2004

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 ... Informatique industrielle de TCV P-F Isoz avril 2004

ITER: Le projet mondial 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 Sud Intérêts:, Inde, Brésil... Sites proposés: - Japon: Rokkasho France: CEA (Cadarache) Décision du site prévu en 2004 Construction 10 à 12 ans, coût: env. 4MEuros Exploitation 15 à 20 ans, coût: env.20 Meuros Informatique industrielle de TCV P-F Isoz avril 2004