P.Rommeluère Journées du Réseau des Technologies du Vide - 01/10/10 - IEMN 1/18

Architecture de la sécurité et du pilotage du vide au synchrotron SOLEIL

P.RommeluèreGroupe Ultra-vide / Division technique

En collaboration avec les groupes ICA & ECA A.Buteau, P.Betinelli

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Sommaire

1. Design matériel du contrôle/commande du vide

2. Stratégie de pilotage et intégration dans le système informatique général

3. Performances & Fiabilité

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Design matériel du contrôle/commande du vide

Equipements NombreVanne Electropneumatique 138Pompe ionique 489Jauge Penning 131Jauge Pirani 165Jauge Bayard Alpert 82RGA 42Debimetre d'eau 160Thermocouple 657Sublimateur de Titane 128Groupe de pompage mobile 24Baie d'étuvage mobile 10

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Règles de base pour le design matériel

• Pas d’électronique dans les environnements àrayons ionisants

• Regrouper les contrôleurs d’équipements par zones fonctionnelles– Les contrôleurs relatifs à des équipements du vide situés

entre deux vannes sont placés dans une même baie.

• Minimiser le nombre de modèles d’équipements

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250 l/s

120 l/s

120 l/s

250 l/s

400 l/s

120 l/s

BA PI

T°DEB

DEB

Ion pump

Titanium sublimator

Water flow meter

Electropneumatic valve

Pirani Gauge

ThermocoupleT°

DEB

BA

PI

Hot cathode Gauge

DEB

DEB

Vacuum Controllers

19" rack

Technical gallery

Ring tunnel

•Equipements dans le tunnel de l’anneau

•Contrôleurs dans des baies 19” de la galerie technique

•Connections réalisées par des câbles appropriés à travers le mur du tunnel

Design matériel: Méthode de regroupement des contrôleurs d’équipements

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Liens entre les contrôleurs et le réseau de pilotage

Réseau de pilotage (Ethernet)

ProfibusPLC

Baie 19’’

RGA

Contrôleurs d’équipements du vide

~80% des équipements du vide sont compatibles

Profibus

Analogique: mA/ mV ou 0-10V

Numérique:0/24V DC

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VARIAN

Contrôleur pompe Turbo

Navigator /HT /ICE

OerlikonContrôleur

1 jauge IM540

VARIAN

Contrôleur pompe ioniqueDUAL

Adixen

Contrôleur 6 jauges

ACM1000

SEIKO/SEIKI pour Edwards

Contrôleur pompe turbo

STPxxx / SCU

PfeifferContrôleur 4 jauges

TPG300A

Adixen

Marque

Contrôleur pompe turbo

ACTxx

Modèle

MKSContrôleur 5 jauges

HPS937A

MarqueModèle

Equipements compatibles Profibus utilisés à SOLEIL

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Intégration en baieAutomate programmable (PLC)•Compact

•Modulaire

•Dédié

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Intégration en baie

Avantages des bus de terrain•Réduction du câblage

•Rapides (Profibus=12Mbs)

•Robustes et extensibles

•Signaux et données disponibles sous forme numérique

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Stratégie de pilotage et intégration dans TANGO

Des niveaux de contrôle différents pour:

1. Assurer la sécurité du vide

2. Permettre une ouverture vers des équipements autres que ceux du vide

3. Permettre un pilotage facile pour les opérateurs et utilisateurs avec leur propres applications

Pr io

r ité

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Assurer la sécurité du vide : Principe

Profibus

Echange de données continu

1)Les données des équipements sont lues via Profibus ou via des cartes d’acquisition dédiées

2)Traitement local des données par le programme interne au PLC. Prises de décisions si nécessaire

3)Commandes envoyées aux équipements

PLC

Réseau de pilotage EthernetLe même

programme est continuellement

exécuté par le PLC et prend de manière

autonome les décisions pour

assurer la sécuritédu vide

• Profibus est rapide et robuste.

•Temps de cycle moyen du PLC <50ms

• Possibilité d’utiliser des ‘interruptions’ sur des E/S numériques pour diminuer le temps de réponse.

• Le programme fonctionne indépendamment de l’état du réseau de pilotage Ethernet

Cycle PLC:

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Assurer la sécurité du vide : Définition et programmation des règles

1) Rédaction des règles sous forme de logigramme

Exemples:–Fermeture des vannes amont et aval de la pompe ionique dont la pression dépasse un seuil d’alarme–Inhibition de la haute tension des pompes ioniques si les jauges Pirani mesurent une pression supérieure à 10-3 mbar

2) Programmation dans l’automate à l’aide du langage dédié

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Interlock de position du faisceau

(16 PLCs)

Dorsale du système interlock de la radiofréquence17 distribués autour du Booster et de l’anneau de

stockage équipés de processeurs booléens pour assurer une réaction rapide

Moniteur de courant(2 Racks)

Interlock du vide(60 PLCs)

Interlock d’instabilité(1 PLC)

Interlock de moniteur de rayonnement visible

(1 PLC)Signaux 0/24V DC

Ouverture vers d’autres équipements que ceux du vide

Coupure de la cavitéRF

Indication de l’état, de la position et de la priorité des interlocks via une application de

supervision dédiée

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Postes serveurs TANGO:•Hébergement des ‘Device Servers’•Hébergement des bases de données statiques et historiques

Valve DeviceServer

PumpDeviceServer

Contrôleur de jauge

Ethernet

Gauge DeviceServer 3

Profibus

Protocole SIEMENS S7

PLC

Intégration TANGO : Depuis les échanges de données bas niveau jusqu’à la supervision

Protocole TANGO

Postes clients

Outils TANGO génériques

Superviseur mono-device ATKPanel

Archiveur + extracteur MAMBO

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Pluralité des applications de supervision

GlobalScreen :Supervision du vide d’une cellule

Librairies TANGO sont disponibles pour différents environnements de développement (LabVIEW, GlobalScreen, MathLab, Python,…)

LabVIEW: Adapté au besoin de tracés synthétiques (Exemple, toutes les pompes

ioniques en un écran)

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Performance & Fiabilité

• Le dispositif fonctionne depuis 2006.

• Environ deux interlock par mois (Pression, surchauffe)

• Un seul faux positif

• Supervision toujours en développement

• Besoin de plus de commandes groupées

• Configuration ‘en un clic’

• Les outils d’archivage et de visualisation des données sont très utiles pour les diagnostics

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Fuite importante due à une déformation thermique d’une bride en cellule N°3

Pression d’alarme atteinte sur une pompe ionique de la cellule 3

-> Fermeture des vannes secteur des cellules 2, 3 et 4 (étanchéitéen 3 secondes max)

La pression continue de croitre dans la seconde partie de la cellule 3 (à cause de la fuite), mais décroit dans la première partie et dans la cellule 4

Presque aucune effet sur la cellule 2

Cell #2

Cell #3

Cell #4Position de la fuite

Performance & fiabilité: Exemple de la fuite du 6 O ctobre 2006

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Détail du mouvement d’une vanne secteur:

1. Mouvement des doigts RF: ~0.5s

2. Mouvement du corps de vanne:1.5 à 1.7s

3. Etanchéité assurée après 3s

-> Le faisceau est tué avant de frapper le corps de vanne

Performance & fiabilité: Exemple de la fuite du 6 O ctobre 2006

PLC du videPLC de la dorsale

du système interlock

Alimentation cavité RF

Indicateur de position de vanne secteur

Signal0/24V DC

Signal0/24V DC

FaisceauSignal0/24V DC

Signal HF

30 to 50ms 1ms 360µs<1msRF stopped by interlock system

Faisceau tué et perdu dans la chambre à vide

Signal somme (Proportionnel au courant stocké)

Position du faisceau (Mesuré par les BPM)

RF coupée par le système interlock

tours

Faisceau stocké dans l’anneau

Bruit sur les BPM en l’absence defaisceau

(mm)

Entre l’interlock RF et la perte faisceau, les électrons font environ 300 tours, ce qui correspond à 360µs