L acquisition et le traitement de données

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1 Mesures pour la fusion contrôlée et le projet ITER L acquisition et le traitement de données Avec la participation de : Didier Elbèze, CEA / Cadarache S. Balme, Y. Buravand, B. Guillerminet, S. Hacquin, T. Hoang, T. Hutter, F. Leroux, R. Masset, F. Saint-Laurent, J.M. Theis (CEA / Cadarache) J. Lister (ITER / Cadarache) 1

2 Que veut-on mesurer? Les performances Connaître la qualité de la réaction de fusion Le contrôle et la protection de la machine Réaliser la décharge souhaitée en toute sécurité La compréhension de la physique Indispensable pour optimiser les performances du futur réacteur 2

3 Les diagnostics sur Tore Supra 3

4 Les diagnostics sur JET 4

5 Les diagnostics sur ITER 5

6 Problématique 1/2 De nombreux diagnostics (30 40) et de très nombreux signaux Phénomènes physiques à étudier, à contrôler, etc qu il faut acquérir : Plasma MHD Confinement énergie Diffusion du courant seconde Thermique Disruption Carbone Refroidissement. Thermalisation totale Particules Confinement particules Inventaire mur Érosion t 6

7 Problématique 2/2 Expériences pulsées! Durée de la décharge : quelque ms Pionniers quelques minutes Tore Supra Plusieurs dizaines de minutes ITER LH Power (MW) Transformer flux (Wb) T e (0) = 4.8 kev Line density (x10 19 m -2 ) T i (0) =1.6 kev Neutron (x10 10 /s) Z eff ~2 7

8 Acquisition / Traitement Tore Supra Utilisateurs Diagnostics Traitement Supervision Unités d acquisition Paramétrage Stockage Calcul Dépouillement 8

9 Architecture du système d acquisitiond Tore Supra Utilisateurs Diagnostics Traitement Supervision Asservissements Chronologie Unités d acquisition Paramétrage Stockage Calcul Dépouillement 9

10 Unités s d Acquisitiond Tore Supra Diagnostics Unités d acquisition 10

11 Unités s d Acquisitiond 1/4 Différents types de signaux Digital, Analogique, Vidéo Différentes cadences : 1 s 1 ns (1 Hz 1 GHz) 11

12 Unités s d Acquisitiond 2/4 Fenêtres d acquisition Durant toute la décharge, Sur événements, Calorimétrie, acquisition continue En continu Temps (heures) 12

13 Unités s d Acquisitiond 3/4 Différents châssis contenant les calculateurs et les cartes E/S : Multibus I CAMAC VME PCI PXI 13

14 Unités s d Acquisitiond 4/4 Fonctions réalisr alisées par une Unité d Acquisition Paramétrage Gestion des cartes d entrd entrées/sortiees/sortie Pilotage spécifique du diagnostic Communication avec la supervision des expériences Gestion des événements de la chronologie Transformation des données, remontée e dans la base de données Calculs (traitement local) 14

15 Paramétrage / Stockage Tore Supra Diagnostics Unités d acquisition Paramétrage Stockage 15

16 Paramétrage / Stockage Paramétrage des acquisitions centralisé Sauvegarde des paramètres pour chaque expérience Stockage des données centralisé 400 Mo / expérience Base de données d une capacité de 8 To (extensible à 64) Unité de sauvegarde Accessibilité de l ensemble l des données et et paramètres pour toute les expériences réalisées 16

17 Supervision Tore Supra Diagnostics Supervision Unités d acquisition Paramétrage Stockage 17

18 Supervision Chef d orchestre de l acquisition Synchronisation des systèmes durant une expérience Pont entre les unités d acquisition et les systèmes de stockage (paramètres + données) Surveillance des équipements et analyse des défauts 18

19 Chronologie Tore Supra Diagnostics Supervision Chronologie Unités d acquisition Paramétrage Stockage 19

20 Chronologie Gestion et transmission des événements Signale aux unités d acquisition les différents événements survenant au cours des expériences Temps de référence absolu unique pour tous les systèmes d acquisition Les données acquises sont datées avec la même référence pour toutes les unités d acquisition. Comparaison et utilisation des mesures entre différents diagnostics 20

21 Asservissements Tore Supra Diagnostics Supervision Asservissements Chronologie Unités d acquisition Paramétrage Stockage 21

22 Asservissements 1/2 Contrôle du plasma Position et forme du plasma, Densité, Courant total dans le plasma, Contrôle des chauffages additionnels Sécurité de la machine Surveillance de la première paroi interne et de certains paramètres critiques Procédures de mise en sécurité rapide pour éviter un endommagement de la machine 22

23 Asservissements 2/2 Principe : Mesures physiques Mesures de sécurité Comparaison avec des consignes Action sur les systèmes contrôlant la décharge Informations partagées grâce à un un réseau local entre systèmes d acquisition et et d asservissement 23

24 Traitements Tore Supra Diagnostics Traitement Supervision Asservissements Chronologie Unités d acquisition Paramétrage Stockage 24

25 Traitements 1/3 Transformation des données acquises en en mesures physiques exploitables Traitement Données brutes Données traitées Différents types de traitements Autonomes ou multiples diagnostics Traitements locaux ou différés 25

26 Traitements 2/3 Traitement local Exécuté en temps réel sur les unités d acquisition ou des calculateurs spécialisés Utilisé pour les asservissements ou pour réduire le volume de données 26

27 Traitements 3/3 Traitement différé Réalisé après la décharge Automatique (séquenceur) ou manuel 27

28 Calcul / DépouillementD Tore Supra Diagnostics Traitement Supervision Asservissements Chronologie Unités d acquisition Paramétrage Stockage Calcul Dépouillement 28

29 Calcul / DépouillementD Moyens informatiques Serveurs multi-cpu Clusters de calculateurs Unités de stockage Unités de sauvegarde Fonctions d accès et d exploitation des données Bibliothèques standards Outils de calcul Matlab, Scilab, Fortran, C 29

30 Utilisateurs Tore Supra Utilisateurs Diagnostics Traitement Supervision Asservissements Chronologie Unités d acquisition Paramétrage Stockage Calcul Dépouillement 30

31 Utilisateurs 1/2 Moyens informatiques Stations de travail PC Accès distants Participation à distance 31

32 Utilisateurs 2/2 Développement et maintenance des diagnostics Pilotage des expériences Pilotage des diagnostics Vérification des données Certification des mesures Modélisation Codes de simulation 32

33 Perspectives pour ITER 1/2 Le plus grand tokamak en cours de construction! Système d acquisition pas plus complexe que celui des machines actuelles Point clef : la disponibilité (limite de décharges) Redondance de tous les systèmes Profiter des progrès industriels a = 2 m V = 850 m 3 33

34 Perspectives pour ITER 2/2 Nombre important de signaux Asservissements moins exigeants pour le temps réel les instabilités varient plus lentement sur ITER Décharges de voire s! Volume de données accru : 2 à 5 Go par seconde hors vidéo 2 à 5 To par décharge 1 à 5 Po par an Pilotage décisionnel de la machine Traitements temps réel Exploitation de la machine et des données à distance 34

35 Conclusion De nombreux diagnostics (30 à 40) Grande variété de signaux à acquérir : analogiques, numériques, vidéo cadences d acquisition de 1 ns à 1 s pulsé, continu sur la décharge ou en permanence Synchronisation des acquisitions Centralisation des paramétrages et des données Asservissements pour le contrôle et la sécurité : Traitements temps réel Réseau local dédié Actions en temps réel Traitements, modélisation et codes de simulation Certification, Validation 35

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