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

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

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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

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Plasma et énergie
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Principe du tokamak
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Différentes formes du plasma
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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

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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
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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

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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

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Acquisition (2)
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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

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Système de contrôle du plasma (1)
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Système de contrôle du plasma (2)
Calcul matriciel et PID
Mesures sondes magnétiques
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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

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Logiciel SCADA (Supervisory Control And Data
Acquisition)
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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
100000000 ºC
Tensions
10 mV
100000 V
Courants
10 µA
1000000 A
Pressions
1.5 e-8 mbar
20 bars
Puissance
10 mW
200 MW
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Déroulement d une journée
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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

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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

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Réseau de terrain bitbus

• Développé par Intel dans les années 1984
• RS485, 300 mètres et 28 nuds par segment
• Maximum 250 nuds
• 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
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Système de timing
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Communication horizontale entre PLCs

• Besoin de communication rapide (quelques µs)
  entre PLCs pour
• sécurité  abort 
• information courant plasma gt 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
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Principe de câblage et hiérarchie
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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

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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

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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
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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 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