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CONSERVATOIRE NATIONAL DES ARTS ET M FR9601310 CENTRE REGIONAL ASSOCIE D'AIX EN

CONSERVATOIRE NATIONAL DES ARTS ET M FR9601310 CENTRE REGIONAL ASSOCIE D'AIX EN PROVENCE f^CtA^H- Sol MEMOIRE présenté en vue d'obtenir le DIPLOME D'INGENIEUR C.N.A.M en AUTOMATISME par Pierre LEVEQUE REMPLACEMENT DU SYSTEME DE CONTROLE COMMANDE DE TORE SUPRA soutenu le 2°>/t JURY Président du jury : Sylvain THELLIEZ Professeur principal : Chantai ALENDA Examinateurs : François HENNION : André HUGUES : Jean Yves JOURNEAUX : Michel PESQUIER Pierre LEVEQUE. REMPLACEMENT DU SYSTEME DE CONTROLE COMMANDE DE TORE SUPRA MEMOIRE D'INGENIEUR C.N.A.M. Aix en Provence 1994 Le système de contrôle commande de Tore Supra, machine expérimentale de grande taille, est un système complexe et étendu dont le fonctionnement ne peut être interrompu sans conséquence significative pour l'exploitation de la machine. Ce système apparaît aujourd'hui perfectible, pour suivre l'évolution des besoins de la recherche, et compte tenu de ses limites de performance, d'ouverture et des problèmes de maintenance. De plus, l'évolution technologique a entrainé l'apparition de matériels plus performants dont les qualités intéressent l'exploitation de Tore Supra. Le remplacement du système actuel ne peut pas être réalisé de manière totale sans une immobilisation et un coût élevés. De ce fait, des changements partiels ont été décidés. Ils nécessitent l'ouverture du système actuel aux nouvelles normes de communication des matériels modernes et leur intégration dans l'architecture existante. La complexité et les différences notables entre les deux types de matériels, excluent un remplacement élément par élément et même fonction par fonction du système de contrôle commande. Dans l'étude présentée, une analyse détaillée de l'organisation et du fonctionnement du système à remplacer est d'abord réalisée avec une attention particulière prêtée aux défauts et aux manques que l'expérience acquise a pu faire apparaître, rrva+s- également aux points forts du système qu'il ne faut pas amoindrir. Une analyse des possibilités offertes par les nouveaux matériels est ensuite conduite. La synthèse d'une organisation sur le nouveau système est effectuée à partir de ces deux analyses. Les traits principaux de cette organisation sont d'une part d'être bâtie sur un découpage rigoureux en fonctions définies de manière précise, assemblées par des liens également définis, et d'autre part d'être décrite de manière exhaustive. Le remplacement effectif d'une partie du système par de nouveaux matériels, avec une nouvelle organisation, demande une méthode que nous avons éprouvée pour lui conférer une valeur certaine. Elle permet la vérification des moyens à mettre en oeuvre pour chaque remplacement et la mise en place d'un canevas applicable sans surprise de coût, délais, performance ou qualité. Mots clés : contrôle commande, choix d'un système, remplacement de système, pilotage de processus, conduite de processus, automate programmable industriel ( A.P.I.). Key words : command control, system choice, system replacement, process control, process drive, programmable logic controller ( P.L.C.). CONSERVATOIRE NATIONAL DES ARTS ET METIERS CENTRE REGIONAL ASSOCIE D'AIX EN PROVENCE MEMOIRE présenté en vue d'obtenir le DIPLOME D'INGENIEUR C.N.A.M. en AUTOMATISME par Pierre LEVEQUE REMPLACEMENT DU SYSTEME DE CONTROLE COMMANDE DE TORE SUPRA Les travaux relatifs au présent mémoire ont été effectués pour le Commissariat à l'Energie Atomique au Centre d'Etudes Nucléaires de Cadarache dans le Département de Recherche sur la Fusion Contrôlée SOMMAIRE 1. INTRODUCTION. 1 2. PRESENTATION DE TORE SUPRA. 2 2.1. Les recherches sur la production d'énergie nucléaire. 2 2.2. Historique des Recherches sur la Fusion Contrôlée au Commissariat à l'Energie Atomique. 4 2.3. Description des expériences de fusion contrôlée. 5 2.3.1. La fusion contrôlée. 5 2.3.2. Le plasma. 5 2.3.3. Le Tokamak. 6 2.4. Tore Supra. 8 2.4.1. Origine de tore Supra. 8 2.4.2. Structure de Tore Supra. 8 3. INFORMATIQUE ET FONCTIONNEMENT DE TORE SUPRA. 11 3.1. Les systèmes informatiques de Tore Supra. 11 3.1.1. Le système d'acquisition de données. 12 3.1.3. Le système de chronologie. 1 2 3.1.2. Le système de contrôle commande : Architecture 7. 12 3.1.2.1. La structure du système de contrôle commande. 13 3.1.2.2. Architecture du système de contrôle commande. 1 5 3.2. Le fonctionnement de Tore Supra. 16 4. INTERVENANTS SUR LE SYSTEME DE CONTROLE COMMANDE. 17 4.1. Les opérateurs pilotes. 17 4.2. Les spécialistes de la partie operative du processus. 17 4.3. Les spécialistes du système de contrôle commande. 18 4.4. Les électriciens. 18 5. LIMITES DU SYSTEME DE CONTROLE COMMANDE ACTUEL ET BESOINS DES UTILISATEURS. 19 5.1. Limites du système actuel. 19 5.1.1. Limites de performances d'Architecture 7. 20 5.1.2. Limites de communication du système. 20 5.1.3. Difficulté de maintenance matérielle et logicielle. 20 5.1.4. Limites de la fiabilité logicielle. 21 5.1.5. Dégradation de la fiabilité matérielle. 21 5.1.6. Limites des fonctionnalités matérielles du système. 22 5.1.7. Limites des fonctionnalités logicielles du système. 22 5.1.8. Limites d'Exploitation du système. 23 Remplacement du système de contrôle commande de Tore Supra II 5.2. Besoins des utilisateurs du système de contrôle commande. 23 5.2.1. Perfectionnement du système de contrôle commande. 24 5.2.1.1. Améliorations à apporter au système. 24 5.2.1.2. Ajout de fonctions. 24 5.2.1.3. Préservation des points forts du système. 25 5.2.2. Organisation du système. 26 6. PROJET DE REMPLACEMENT DU SYSTEME DE CONTROLE COMMANDE. 27 6.1. Contexte du projet d'évolution. 27 6.2. Définition détaillée du projet de mémoire. 28 7. ELEMENTS PREALABLES AU PROJET DE REMPLACEMENT. 30 7.1. Choix préalables au projet de remplacement. 30 7.2. Réalisations préalables au projet de remplacement. 30 8. LES DIFFERENTES PHASES DU PROJET. 32 8.1. Phase analyse de l'existant. 32 8.2. Développement d'une liaison de communication. 32 8.3. Phase d'analyse des possibilités nouvelles. 32 8.4. Choix d'un unique constructeur d'automates programmables. 33 8.5. Organisation du nouveau système. 33 8.6. Mise en place de méthodes de réalisation. 33 9. ETUDE ET DEVELOPPEMENT DU NOUVEAU SYSTEME DE CONTROLE COMMANDE. 34 9.1. Analyse du système actuel. 34 9.1.1. Organisation du système actuel. 34 9.1.1.1. Structure des moyens de pilotage. . 34 9.1.1.2. Chaîne de pilotage. 36 9.1.1.3. Structure des applications de conduite. 37 9.1.1.4. Structure de réalisation des programmes d'automatismes 38 9.1.1.5. Programmes d'automatisme. 39 9.1.2. Répartition des applications de contrôle commande. 40 9.1.3. Composants matériels et logiciels du système Architectures 7. 41 9.1.3.1. Composants matériels. 41 9.1.3.2. Composants logiciels. 42 9.1.3.3. Eléments de programmation : partie pilotage. 43 9.1.3.4. Eléments de programmation : partie conduite. 44 9.1.4. Exploitation. 46 9.1.4.1. Opérations en situation normale. 46 9.1.4.2. Défaillances du système. 47 9.1.4.3. Situations ou modes de sûreté des systèmes. 49 Remplacement du système de contrôle commande de Tore Supra III 9.1.4.4. Opérations de diagnostic et maintenance. 51 9.2. Développement d'une liaison entre les systèmes. 54 9.2.1. Nécessité du développement d'une liaison numérique entre Architecture 7 et automates programmables. 54 9.2.2. Utilisations de la liaison numérique. 54 9.3. Possibilités des matériels choisis préalablement. 56 9.3.1. Matériels. 56 9.3.2. Logiciels systèmes. 56 9.3.3. Logiciels applications. 57 9.4. Choix du constructeur d'automates programmables. 58 9.4.1. Nécessité d'un partenariat avec un constructeur unique. 58 9.4.2. Procédure de choix du constructeur. 58 9.4.3. Choix du constructeur et conséquences. 60 9.5. Possibilités du nouveau système. 61 9.5.1. Performances. 61 9.5.2. Communication du système. 63 9.5.3. Maintenance matérielle et logicielle. 64 9.5.4. Fiabilité logicielle. 65 9.5.5. Fonctionnalités matérielles du système. 65 9.5.6. Fonctionnalités logicielles du système. 66 9.5.7. Exploitation du système. . 67 9.6. Synthèse des apports amenés par le nouveau système. 69 9.6.1. Perfectionnement du système de contrôle commande. 69 9.6.1.1. Améliorations apportées au système. 69 9.6.1.2. Fonctions nouvelles. 69 9.6.1.3. Points forts du système préservés. 70 9.6.2. Organisation du système. 71 9.6.2.1. Applications d'automatismes : découpage fonctionnel. 71 9.6.2.2. Echanges entre fonctions applicatives. 74 9.6.2.3. Organisation des fonctions purement applicatives. 74 9.7. Méthode de conduite d'un projet de remplacement mise au point pour le projet. 76 9.7.1. Portage matériel. 76 9.7.1.1. Choix de l'application portée. 77 9.7.1.2. Procédure de portage. 77 9.7.2. Portage logiciel. 81 9.7.2.1. Outils de développement des applications. 81 9.7.2.2. Choix des unités à remplacer. 82 Remplacement du système de contrôle commande de Tore Supra IV 9.7.2.3. Cycle de développement des applications. 82 9.7.3. Participation et formation des intervenants. 86 9.7.3.1. Participation des intervenants. 86 9.7.3.2. Formation des intervenants. 88 10. RESULTATS DU PROJET. 90 10.1. Connaissance et mise à jour des insuffisances du système actuel. 90 10.2. Résultats dus à la nouvelle organisation du système. 90 10.3. Réponse aux besoins pour la réalisation des expériences. 91 10.4. Résultats : méthodes de réalisations. 92 10.5. Résultats logiciels. 92 10.6. Apports personnels. 93 11. CONCLUSION. 95 ANNEXES. I A.1. Glossaire i A.2. Bibliographie ix A.3. Applications réalisées sur Automates Programmables. x A.4. Applications sur automates programmables en cours ou en projet. xiv A.5. Cycles de fonctionnement de Tore Supra. xv A.5.1. Cycle journalier. xv A.5.2. Cycle expérimental. xv A.5.3. Expérience de plasma de fusion. xvii A.6. Fiabilité des matériels. xviii A.7. Index des mots et expressions. xviii A.8. Index des figures. xx A.9. Index des photographies. xx Remplacement du système de contrôle commande de Tore Supra V Remerciements. Je veux exprimer mes remerciements à tous ceux qui ont contribué à la réussite de mon mémoire. Ils sont très nombreux car mon travail est de par sa nature le point de rencontre de beaucoup de métiers dont il a souvent fallu que j'apprenne le vocabulaire et la matière. Je veux uploads/Industriel/ memoire-d-x27-ingenieur.pdf