AIA Banc turbomoteur

Contrôle/commande d’un banc d’essais turbomoteur de l’Atelier Industriel de l’Aéronautique

Thierry PUGLIESI, NERYS

L'objectif
Rénover intégralement un banc d'essais pour turbomoteurs avec la mise au point d'un système permettant de configurer un essai, de l'éxécuter tout en assurant la sécurité de l'installation.

 

La solution
Utiliser la plate-forme PXI avec un contrôleur temps-réel, un PC de configuration et un PC de supervision, avec la mise en oeuvre de la suite logicielle VASCO standard et le développement de modules spécifiques.

Le banc à rénover est destiné aux essais de turbomoteurs et de groupes auxiliaires de puissance.

Le synoptique montre la répartition des tâches entre le contrôleur PXI, le PC de développement et le PC de supervision.

Le PC de supervision offre aux opérateurs de nombreuses IHM pour gérer efficacement la conduite des essais.

« Cette architecture (à base de FPGA) permet d’atteindre un fort niveau de sécurité. »

Le banc d’essai numéro 4 de l’Atelier Industriel de l’Aéronautique (AIA)de Bordeaux permet de réaliser des essais sur des turbomoteurs, ainsi que sur un groupe auxiliaire de puissance. Le banc ayant une quinzaine d’années, l’AIA a souhaité rénover le système d’acquisition de données, de contrôle/commande et de supervision, et y intégrer de nouvelles fonctionnalités. Il a, pour cela, fait appel aux services d’ingénierie de la sociéte Nérys.

Un aspect du projet qui ne sera pas développé dans cet article consistait en la réalisation et la supervision des travaux mécanique et électrotechnique : pupitre, armoire électrique, baie de mesure. Ce projet représente au total environ 4000 heures de travail.

Une multitude d’entrées et de sorties à gérer

Côté acquisition, le système comprend 50 entrées analogiques (à 10 et 100Hz), 60 entrées TOR, 5 entrées de comptage,  et une voie numérique pour une communication série RS232. Côté génération, il y a 10 sorties analogiques et 45 sorties TOR. 115 voies calculées et 75 voies opérateur sont également utilisées.

Concernant l’architecture matérielle mise en œuvre, l’essai est piloté par un contrôleur PXI temps réel et un PC de supervision sous Windows. Une carte FPGA assure les fonctions de sécurité de l’installation et de régulation du frein. Les données sont exportées du PC de supervision sur le serveur général de l’AIA. Un PC de développement transfère des informations de configuration vers le PC de supervision et le serveur où les données sont sauvegardées.

Au total, trois PC sont utilisés : un de pilotage (pour l’opérateur), un tactile de pilotage (pour le metteur au point) et un pour la surveillance. Les fonctions remplies par ces 3 équipements sont développées ci-après.

Un système PXI temps réel pour le contrôle/commande

Basé sur le châssi NI- 1042, le système PXI temps réel présente les avantages  d’être autonome (le programme démarre automatiquement à la mise sous tension), de bénéficier du déterminisme d’un système temps réel, et de répartir la charge du programme sur deux systèmes (le frontal et le PC de supervision). Il intègre également une carte FPGA (PXI-7831R) pour gérer la régulation du frein et les sécurités de l’installation. De cette manière ces fonctions sont assurées indépendamment du fonctionnement du contrôleur temps réel et du PC de supervision. Cette architecture permet d’atteindre un fort niveau de sécurité. De plus, les tâches d’acquisition, de génération, de régulation et de sécurité sont ininterrompues en cas de perte de communication avec le PC de supervision.

Le logiciel du système PXI est composé de plusieurs fonctions principales : acquisition et génération de signaux (entrées et sorties analogiques et logiques, traitement des calculs), communication bidirectionnelle avec le PC de supervision (via le protocole Ethernet TCP), gestion de la régulation du frein et de la sécurité de l’installation (principalement via la carte FPGA). De plus, en cas de rupture de communication avec le PC, le frontal tente automatiquement de se reconnecter à chaud.

Un PC de développement pour la configuration

Le poste de développement permet de configurer intégralement l’environnement des essais, via le module VASCO Configuration. Tout ou partie des fichiers correspondants peuvent ensuite être transférés au poste de supervision, pour éviter les modifications non autorisées.

Un essai est principalement défini par une configuration moteur (type, numéro de série, type d’essai, modèle de procès verbal …), une configuration de voies de mesure et de pilotage, des paramètres opérateur, des voies calculées (avec une ou plusieurs voies physiques, opérateurs ou calculées en paramètres d’entrée). L’essai inclut également un scénario d’essai, constitué d’un enchaînement de procédures décrites séquentiellement. Elles sont  basées sur des fonctions VASCO Script. Les nombreuses fonctions permettent d’automatiser complètement un essai. Les scénarios créés (un par moteur) sont composés en moyenne de 2500 lignes d’instructions élémentaires.

Concernant les paramètres de sécurité (particulièrement pour le frein), les VIs correspondants peuvent être activés sur le FPGA, le contrôleur PXI temps réel ou le PC de supervision. Lorsque le FPGA ou le contrôleur temps réel déclenche une alarme, elle est envoyée au PC de supervision qui lance l’exécution d’une procédure spécifique, en fonction du niveau de l’alarme

Les modifications des VIs de calcul et de sécurité sont suivies par sauvegarde des versions antérieures et incrémentation d’un numéro d’ordre, en utilisant les fonctionnalités existantes de LabVIEW.

Un PC de supervision pour le contrôle des essais

L’essai est géré par les utilisateurs (le metteur au point et l’opérateur)  via le module VASCO Essai installé sur le PC de supervision. Les principales fonctionnalités sont l’établissement de la communication avec le contrôleur PXI temps réel, et le chargement du moteur d’exécution des procédures, du module d’enregistrement, des Interfaces Homme Machine (IHM) standards et spécifiques.

Les IHM standard permettant de visualiser les données sont le compte-tours, le bargraph, les graphiques temporels et XY, l’indicateur numérique et le tableau. Les autres IHM standard utilisées sont le journal de bord, le sélecteur de voies, le suivi des alarmes, l’enregistreur et l’indicateur d’informations générales. Des synoptiques spécifiques ont également été développés pour la conduite d’essais (un par moteur), pour les circuits d’eau, d’huile et de carburant, et pour la sélection et la lecture de points de fonctionnement. Concernant la gestion des IHM, tous les paramètres sont affichés sur le même top temps réel. Un menu permet de choisir parmi les différentes pages écran.

L’écran de conduite d’essais permet principalement de suivre le déroulement des procédures automatiques, de visualiser et commenter le journal de bord, de lancer des procédures, de prendre des points de mesure (qui seront utilisés lors de la synthèse des rapports d’essais) et de gérer les écrans de surveillance.

L’écran tactile de pilotage permet aisément aux deux utilisateurs d’utiliser simultanément deux pages de la même application, l’un via la souris, l’autre de manière tactile.

Pour les enregistrements, les différents fichiers de données enregistrées au cours de l’essai sont transférés et archivés sur le serveur général de l’AIA. Un enregistrement ante mortem peut être déclenché automatiquement en cas d’alarme.

A l’arrêt du module Essai, l’utilisateur a trois possibilités : édition PC (accès à l’interface d’édition des procès verbaux et génération des rapports), suspension de l’essai (arrêt du banc le soir et reprise de l’essai en l’état le lendemain matin par exemple) et fin de l’essai (impression des rapports d’essai et transfert des fichiers sur le serveur).

Trois fonctions connexes

Trois principales fonctions connexes à l’essai sont utilisées :

  • La gestion des niveaux de sécurité,
  • L’étalonnage
  • Le post-traitement des données

La gestion de différents niveaux de sécurité permet de restreindre l’accès à la modification de la configuration, des scénarios, des formules de calcul et de la sécurité dans le module Configuration et également dans le module Essai.

L’essai de type étalonnage est défini de manière similaire à un essai moteur mais est paramétré différemment (il est principalement lié à une IHM et un scénario particuliers). Cet essai permet d’étalonner des voies de mesure ou de déterminer les écarts sur les voies par rapport à un étalonnage précédent. A l’issue de l’étalonnage, le module VASCO Configuration est mis à jour et un procès verbal est généré.

Le post-traitement des données est réalisé à partir du module VASCO Exploitation. Ce module permet principalement d’éditer des documents de fin d’essai et de consulter les données enregistrées ainsi que le journal de bord.

Une application qui colle aux besoins

Le banc est aujourd’hui livré et utilisé dans le cadre d’une exploitation normale. Les échanges très réguliers avec l’équipe de l’AIA, leur implication dans le projet et la prise en compte de leurs remarques nous ont permis d’adapter l’application de manière à ce qu’elle réponde exactement à leurs besoins.

Liens internes

Article en anglais

 

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