Suivi et contrôle de l'hélium liquide à l'institut Deutsches Elektronen-Synchrotron

L'institut Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) est l'un des plus grands laboratoires d'accélération de particules au monde et, avec l'accélérateur linéaire XFEL à sa disposition, il offre des capacités de recherche inégalées. Dans cette usine, des rayons X lumineux sont générés, ce qui permet d'observer des processus dans le nano cosmos en temps réel. Ces rayons de lumière sont un milliard de fois plus riches en énergie que les sources de rayons X classiques et sont générés à l'aide d'aimants supraconducteurs. Les températures très basses nécessaires au fonctionnement de ces aimants sont obtenues à l'aide d'hélium liquide. Les propriétés de débit particulières de l'hélium superfluide fournissent la capacité de refroidissement nécessaire à l'accélérateur de particules XFEL pour obtenir des performances optimales. Cet état d'agrégation se produit à une température de 2 Kelvin. Afin de produire de l'hélium superfluide en quantité suffisante, les opérateurs du centre de recherche DESY devaient augmenter les performances de l'usine cryogénique.

L'usine cryogénique du XFEL européen fonctionne en continu, 24 heures sur 24 et 365 jours par an. En augmentant les performances du système de refroidissement, le niveau de disponibilité de plus de 99 % obtenu par le passé devait être maintenu, car toute coupure accidentelle entraînerait un arrêt de l'accélérateur de particules pendant plusieurs heures. En raison du niveau élevé d'utilisation, la reprogrammation d'une expérience scientifique peut prendre plusieurs mois. Les conséquences de cette situation seraient désastreuses, à la fois pour les scientifiques et pour les recherches effectuées sur le site en Allemagne. Une évaluation des statistiques de défaillance générées à partir de plusieurs années d'exploitation a révélé que l'amélioration de la disponibilité du système de commande des processus aurait un impact positif sur la disponibilité globale de l'usine.

L'instrumentation de processus est connectée au système de commande industriel et physique expérimental (EPICS) via la technologie bus de terrain. L'opérateur reçoit les messages de fonctionnement et les mises à jour de l'état du système via EPICS. Le coupleur de segment 3 (SK3) intègre des vannes, des transmetteurs de pression et des transmetteurs de débit, tous équipés de la technologie PROFIBUS PA, dans le contrôleur d'E/S (IOC) pour former un réseau. Tous les composants nécessaires à l'automatisation, à savoir l'IOC, l'alimentation, le SK3 et le câble à fibre optique sous la forme d'une double bague, sont redondants dans leur conception. L'installation du bus de terrain PROFIBUS PA lui-même est contrôlée en continu par le module de diagnostic avancé (ADM) FieldConnex®.

La topologie dite du tronc et des branches est utilisée pour les applications PROFIBUS PA : Avec cette topologie, les appareils de terrain sont connectés aux protecteurs de segment installés sur le terrain via des branches courtes. La protection intégrée contre les courts-circuits protège la communication pendant le fonctionnement normal. Les alarmes et les messages de diagnostic détaillés sont transmis à un système distinct via une connexion maître PROFIBUS de classe II. Les diagnostics dans l'instrumentation et la couche physique elle-même permettent au personnel de maintenance de contrôler l'usine et d'effectuer la maintenance à la demande. Cela garantit le niveau très élevé de disponibilité du système de refroidissement. Le paramétrage à distance de tous les instruments et les travaux de mise en service se sont révélés particulièrement efficaces, avec un coût et un personnel réduits, et avec une pression considérable en termes de temps.

Par le passé, l'utilisation de la technologie PROFIBUS DP pour contrôler l'usine cryogénique de l'institut DESY a prouvé son efficacité à plusieurs reprises. Le processus de documentation est très simple, utilisant par exemple Excel ou Visio. La mise à niveau de l'usine avec la technologie PROFIBUS PA permet désormais de gérer l'instrumentation de processus aussi facilement que les commandes et les compresseurs du moteur. La possibilité de configurer tous les instruments à distance permet au personnel de gagner un temps et des efforts considérables lors de l'installation et de la mise en service de l'instrumentation. Une vérification de l'ADM montre également que le système est robuste et fonctionne sans défaut. Bien sûr, l'institut DESY apprécie les excellentes capacités de diagnostic du protocole de bus de terrain. Ces capacités de diagnostic permettent de suivre rapidement les erreurs du système et d'assurer une disponibilité maximale de l'usine en adoptant une approche prédictive de la maintenance. Mais le plus grand avantage pour l'institut de recherche est sans aucun doute la fiabilité de PROFIBUS.

• L'institut Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) s'appuie sur les technologies PROFIBUS DP et PA
• Les systèmes PROFIBUS PA avec composants d'infrastructure FieldConnex® proposent une facilité d'utilisation et une fiabilité impressionnantes
• Les capacités de diagnostic du protocole de bus de terrain garantissent une disponibilité maximale de l'usine