PROFIBUS à deux degrés Kelvin…

Le Deutscher Elektronen-synchrotron (DESY) mise sur PROFIBUS DP et PROFIBUS PA depuis de nombreuses années pour contrôler et surveiller ses dispositifs techniques et son instrumentation. Le défi technologique évoqué ici expose les outils utilisés pour contrôle des systèmes cryogéniques situés au centre de recherche. L’hélium superfluide est générée sur place et refroidit les cavités supraconductrices (cavités résonnantes) et les aimants de l’accélérateur jusqu’à la température de deux degrés Kelvin (soit près de -271,15°C).

Pour le nouvel accélérateur linéaire de particules, European XFEL construit actuellement un centre de recherche d’envergure au DESY. Il va générer des impulsions laser ultra-brèves dans le domaine des rayons X, dont la lumière aura une énergie plus élevée d’un facteur de plusieurs milliards par rapport aux sources de rayons X conventionnelles. Pour la première fois, il sera par exemple possible d’observer des événements nanocosmique en temps réel. Le système cryogénique du centre est donc actuellement en cours de conversion pour le nouvel accélérateur ainsi que l’installation du dispositif d’essai requis (AMTF).

Deux systèmes, deux solutions :

Le système cryogénique du projet European XFEL fonctionnera 24 Heures sur 24 et 7 jours sur 7 et sera contrôlé par le système de contrôle EPICS (Experimental Physics and Industrial Control System). Les cartes redondantes d’Entrées/Sorties du système EPICS communiquent avec les composants d’E/S via le PROFIBUS DP. Les électrovannes, les transmetteurs de pression et de débit sont également mis en réseau via la technologie PROFIBUS PA. Les appareils de terrain sont reliés par des protecteurs de segment, ce qui empêche la perturbation de la transmission des données et permet l’intervention sur les appareils de terrain en cours de fonctionnement. Tous les éléments du système sont connectés au système de commande via le réseau de contrôle Ethernet. Tous les composants importants tels que l’alimentation et le coupleur de segment (SK3 fourni par Pepperl+Fuchs), le module de liaison optique et la fibre optique (en double anneau) sont redondants. La couche physique est également auto-surveillée.
Pour la réfrigération de l’installation d’essai AMTF, du fait que le fonctionnement continu n’est pas nécessaire, les composants redondants et les protecteurs de segment pourront être évités. Pour ce faire, un coupleur de segment compact (SK3 fourni par Pepperl+Fuchs) et une structure de bus appareil-appareil ont été adoptés.

Résumé :
L’utilisation de PROFIBUS DP et PROFIBUS PA pour la surveillance et le contrôle des systèmes de réfrigération au DESY a été décisive sur de nombreux points : la planification du système est simple, sans l’utilisation d’outils spéciaux, la documentation est simple (par exemple avec Excel ou Visio), l’installation est aisée et la mise en service facile. L’autre avantage réside dans l’excellente capacité du système de diagnostic prévu par le protocole du bus de terrain : il participe au diagnostic précoce des défaillances du système et assure une disponibilité maximale du système grâce à la maintenance préventive.

 
Fig. 1 : Salle de contrôle : le système cryogénique fonctionne 7 jours sur 7, 24 heures sur 24. Pour les expériences, le système cryogénique a fonctionné jusqu’à maintenant avec une disponibilité dépassant les 99%.
 

Fig. 2 : Compresseurs d’hélium

Fig. 3 : Vannes PROFIBUS PA sur une enceinte réfrigérée. La liaison s’effectue vers le bus de terrain avec une protection contre les courts-circuits via des protecteurs de segment.
 

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