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

1. Visite du Tokamak TCVCentre de Recherches en Physique des Plasmas (CRPP) Informatique 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 Informatique industrielle de TCV

3. 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

4. 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

5. Plasma et énergie Informatique industrielle de TCV

6. Principe du tokamak Informatique industrielle de TCV

7. Différentes formes du plasma Informatique industrielle de TCV

8. 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

9. Site du tokamak • 2 bâtiments • environ 40 m de côté • plusieurs niveaux • Complexité • équipements distribués • Câblage Informatique industrielle de TCV

10. Diagnostiquesobservation du plasma Acquisition Injectiongaz Pompesà vide Turbo alternateur Redresseurs Contrôle du plasma Refroidissement bobines Chauffage chambre Gyrotrons Équipements liés au tokamak Informatique industrielle de TCV

11. 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

12. 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

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

14. 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

15. Système de contrôle du plasma (1) Informatique industrielle de TCV

16. Système de contrôle du plasma (2) Calcul matriciel et PID Mesures sondes magnétiques Informatique industrielle de TCV

17. Plan de la présentation • 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 Informatique industrielle de TCV

18. VDRAW VTREND VGEN VALARM VSCRIPT Base de données 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 Équipements Autres applications Contrôleur VIO Logiciel SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition) Informatique industrielle de TCV

19. 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

20. 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

21. 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

22. Préparation Tir Acquisition Analyse 5 min 13 sec 5 à 8 min 1 à 30 min Déroulement d ’une journée Informatique industrielle de TCV

23. 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 Informatique industrielle de TCV

24. 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

25. 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

26. Horloge de synchronisation 1 MHz Horloge de synchronisation « horloge mère » 3’750 x 2 ms 7.5 s 60’000 x 50 µs 3 s 1’250 x 2 ms 2.5 s Signal de type « trigger » Signal de type « on-off» Système de timing Informatique industrielle de TCV

27. 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

28. 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 Informatique industrielle de TCV

29. Maître Timing bitbus ethernet Max 28 répéteurs Segment principal Répéteurs Segments secondaires Max 28 PLC par segments Principe de câblage et hiérarchie Informatique industrielle de TCV

30. 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

31. 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

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

34. Centre de Recherches en Physique des PlasmasAssociation 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