Documentation utilisateur des boitiers de mesure de niveau
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Documentation utilisateur des boitiers de mesure de niveau d'Hélium 1 Sommaire 2 Introduction..................................................................................................................................... 2 3 Caractéristiques ............................................................................................................................... 2 4 Configuration réseau et mise en marche ........................................................................................ 3 4.1 Votre boitier mesure de niveau d'Hélium vu de l'extérieur .................................................... 3 4.1.1 Première solution ............................................................................................................ 3 4.1.2 Deuxième solution........................................................................................................... 4 4.1.3 Troisième solution ........................................................................................................... 6 4.2 Paramétrage du boitier, vu de l'intérieur ................................................................................ 7 4.2.1 Configuration du boitier de mesure de niveaux d'hélium: le fichier CHIP.INI ................ 8 4.2.2 Configuration du boitier de mesure de niveaux d'hélium: les fichiers personnal.txt et config.txt 9 5 Principe de mesure ........................................................................................................................ 12 5.1 5.1.1 Mode manuel: ............................................................................................................... 15 5.1.2 Mode automatique: ...................................................................................................... 15 5.2 6 7 8 9 Les différents modes de mesure ........................................................................................... 15 Les erreurs de mesure ........................................................................................................... 17 Connectique extérieure ................................................................................................................. 18 6.1 Face avant: ............................................................................................................................ 18 6.2 Face arrière:........................................................................................................................... 19 Interfaçage..................................................................................................................................... 20 7.1 L'affichage sur l'écran du boitier ........................................................................................... 20 7.2 L'affichage par navigateur web ............................................................................................. 21 7.3 L'affichage par driver LabVIEW™........................................................................................... 21 7.4 Le contrôle commande par UDP ........................................................................................... 21 Mémoire de configuration ............................................................................................................ 23 8.1 Installation de la mémoire .................................................................................................... 23 8.2 Programmation des paramètres dans la mémoire ............................................................... 25 Annexe ........................................................................................................................................... 28 9.1 Paramètres anciennes jauge du liquéfacteur ........................................................................ 28 9.2 Procédure pour la configuration d’une mémoire de vase cryogénique ............................... 28 1 Version 1.1 – Juillet 2012 2 Introduction Cet appareil mesure le niveau d’hélium liquide au moyen d’une sonde à fil supraconducteur. Un mode automatique avec mesure périodique du niveau et contacteur de siphonage pour assurer le remplissage automatique des vases est implémenté. Deux impulsions de courant avec des niveaux et des délais variables sont utilisables. Une conversion Hauteur/Volume restant à l’aide d’un polynôme 3rd(mémoire)/8ème ordre(fichier) est disponible. Les caractéristiques du capteur peuvent être stockées dans le crysotat/vase ou sur un fichier présent dans la mémoire flash du boitier. Le boitier peut effectuer des mesures en 2 ou 3 fils. Des niveaux d’alarmes haut et bas sont prévus. Dans le cas d’une utilisation à l’institut Neel un email d’avertissement en cas de niveau bas peut être envoyé. L’intervalle de mesure en mode automatique, le niveau et la durée des impulsions de courant, la durée maximale de commande siphonage peuvent être paramétrés. Dans le cas d’une utilisation sans mémoire de configuration, les paramètres du capteur sont entièrement configurables. 3 Caractéristiques Source de courant 10mA-130mA précision: ±1% Compliance: 28V Résistance du fil de la sonde, longueur du capteur: aucune limitation tant que Rsonde x Isource < 28V Précision sur la lecture de tension : ≤0.5% Précision sur la valeur de R ≤ 1% testé entre 1-700 Ohms avec un courant de 30mA à 120mA Tension de sortie niveau: 0.5V à 9.3V pleine échelle Affichage des mesures: écran LCD2.4", site web, driver LabVIEW par UDP Consommation électrique: au repos: 4W pendant une mesure jusqu’à 8W Périodicité des mesures en mode auto : 1 à ∞ s. Limitation durée contact de remplissage: 1 à 59000 min. Caractéristiques contacteur de remplissage: 125Vac 60Vdc 1A max Entrée arrêt remplissage: repos état bas TTL inhibition état haut TTL 2 L'appareil est conçu pour effectuer des relevés de niveaux d'Hélium à partir de sondes supraconductrices. 4 Configuration réseau et mise en marche 4.1 Votre boitier mesure de niveau d'Hélium vu de l'extérieur L'appareil étant doté de capacité réseau, il peut bénéficier d'une adresse IP, ce qui le rend accessible avec un simple navigateur web, ou par un driver LabVIEW™ fourni. Pour ce faire il faut choisir le type d'adressage dont bénéficiera l'appareil. Les éléments de configuration ci-dessous présentent une solution simple d’interconnexion. Les utilisateurs familiarisés avec le protocole TCP/IP et l’administration réseau peuvent choisir une autre architecture et d’autres matériels. 4.1.1 Première solution Une adresse IP fournie automatiquement par le réseau où se trouve connecté le boitier. Pour ce faire vous devrez noter l'adresse "MAC" (une suite de caractères alphanumériques) qui se trouve collée le dos du boitier et vous rapprocher de votre administrateur réseau. Celui-ci rentrera l'adresse MAC du boitier dans la base de données qui permettra ensuite l'attribution automatique d'une adresse IP. Cette configuration permettra au boitier de se connecter partout dans le bâtiment du moment qu'il se trouve à proximité d'une prise réseau. Cette méthode permet une accessibilité plus grande mais permet aussi aux autres utilisateurs de voir votre boitier sur le réseau. Une fois l'adresse obtenue, il faut alimenter le boitier. Une solution simple consiste à intercaler un switch POE (TrendNet TPE-S44 ou NetGear FS108P) entre la prise réseau murale et le boitier de mesure. 3 4.1.2 Deuxième solution On utilise un routeur (Netgear RP614 par exemple). Le routeur est branché sur le réseau à la place de votre machine sur le port « connexion internet ». Le routeur prend la configuration de votre machine : adresse MAC et adresse IP (ou DHCP). Votre machine est reliée sur le routeur et l’accès internet est maintenu. Ainsi, cela ne change rien pour l'administrateur du réseau de votre bâtiment et ce système vous permet de créer un petit réseau indépendant qui ne perturbera pas le réseau d’origine sur lequel votre machine était reliée. Cette solution est déjà utilisée avec les boitiers de mesures iMACRT. Votre machine (PC / Mac) servant au contrôle du boitier de mesure de niveaux d'hélium est reliée sur le port 1 à 4 du routeur. Configurez la carte réseau de votre machine en mode DHCP, le routeur fixera ses paramètres automatiquement. Configuration : Lancer le navigateur sur l’adresse IP interne du routeur (marquée sous le boitier) : http://192.168.1.1 Utilisateur : admin Mot de passe : password Dans la zone Basic Settings configurer l’adresse MAC du routeur avec l’adresse MAC de votre ordinateur en sélectionnant Use Computer MAC Address puis en cliquant sur Apply…. Au bout de quelques instants l’adresse MAC de votre ordinateur apparaît dans la zone Use This MAC Address 4 Dans la zone LAN IP Setup sélectionner l’option Use Router as DHCP Server et fixer la plage d’adresse DHCP entre 192.168.1.100 et 192.168.1.254. Pour une configuration plus complète, consulter la documentation du routeur disponible sur le site de Netgear : http://www.netgear.com/Products/RoutersandGateways/WiredRouters/RP614.aspx 5 • Connexion du switch PoE (TrendNet TPE-S44 ou NetGear FS108P): Le switch PoE (power Over Ethernet) assure à la fois l’alimentation et l’interconnexion système. Il n’y a rien à configurer. Reliez simplement avec un câble Ethernet le routeur RP614 (port 4) et le switch sur un port non PoE (port 8) • Connexion des boitiers de mesure de niveau d'hélium : Branchez le boitier de mesure sur un port PoE du switch TPE-S44 ou FS108P. 4.1.3 Troisième solution Vous ne disposez ni d’un routeur, ni d’un switch et vous êtes fâchés avec votre administrateur réseau. Vous pouvez brancher directement une seconde carte réseau de votre ordinateur au LHLM. De cette manière, vous conservez l’accès au web et votre boitier se trouve sur un réseau interne. Pour ce faire vous devrez obligatoirement faire usage d’un cordon réseau croisé pour faire communiquer les 2 appareils. 6 Si vous ne disposez pas de switch POE pour l’alimentation, vous pouvez utiliser une alimentation du commerce avec une connectique jack 5.5*2.5mm. La référence farnell 1633342 convient parfaitement. 4.2 Paramétrage du boitier, vu de l'intérieur Les boitiers de mesure sont configurés par défaut en mode DHCP : leur configuration réseau est automatiquement envoyée par le routeur RP614 ou par l'administrateur réseau à chaque démarrage. Les boitiers sont équipés d’une petite mémoire flash. Cette mémoire contient le programme et les fichiers de configuration pour faire fonctionner le système. Services réseau disponibles: Le boîtier supporte par défaut les accès réseau Telnet, ftp, http et un port de configuration spéciale. Les services de contrôle/commande des modules sont définis par le programme niveaux.exe. Le port de connexion TCP/IP par lequel le boitier reçoit les commandes est dynamique, il dépend de l'adresse IP: 7 Service UDP TCP/IP Port 12000 + (dernier numéro de l’adresse IP) Le port de connexion par lequel le boitier émet les données est fixé à 12000, il faut donc écouter ce port côté PC. Exemple : le boitier a l’adresse IP 192.168.1.101, le port de communication pour les commandes UDP est 12101. Le boitier MACRT utilise un microprocesseur du fabricant Beck IPC. Les informations techniques concernant ce composant se trouvent sur le site du constructeur : http://www.beck-ipc.com/en/products/sc2x/sc23.asp Le fabricant fournit un logiciel permettant de scanner le réseau pour trouver et configurer les boitiers équipés de ces composants. Ce logiciel est disponible pour Windows à l’adresse suivante : http://www.beck-ipc.com/en/download/licence.asp?id=chiptool_install&l=1 Vous aurez besoin d'un client FTP pour accéder aux fichiers de paramétrage du boitier (filezilla par exemple). L'adresse de votre boitier étant connue vous pourrez accéder à sa mémoire flash. Voici l'image de la flash du composant avec sa configuration d'origine: 4.2.1 Configuration du boitier de mesure de niveaux d'hélium: le fichier CHIP.INI Le fichier chip.ini présent sur la mémoire flash du processeur des boitiers rassemble toutes les informations de configuration du système. Ce fichier peut être modifié à l'aide d'un éditeur texte (notepad) ou par le filemanager intégré au boitier de mesure accessible par navigateur web (voir section correspondante). Il est organisé en sections, voici sa composition initiale: [IP] DHCP=1 [STDIO] STDOUT=TELNET [BATCH] BATCHMODE=1 8 [DEVICE] NAME=LHLM NEEL [WEB] MAINPAGE=index.html POST_SIZE=8192 Dans le cas d'une utilisation normale seule la section [DEVICE] avec le champ NAME doit être modifiée. En effet ce nom va être un des paramètres de reconnaissance des boitiers sur le réseau en combinaison avec l'adresse IP. Il doit se composer des 4 premières lettres LHLM pour "Liquid Helium Level Meter" suivi d'une chaîne de caractères libres. Le nombre de caractères, LHLM+espaces+chaîne de caractère doit absolument être inférieur ou égal à 20. 4.2.2 Configuration du boitier de mesure de niveaux d'hélium: les fichiers personnal.txt et config.txt A ce stade le boitier est prêt à fonctionner de manière autonome, il faut néanmoins paramétrer le fichier décrivant les vases et le fichier décrivant la méthode de mesure. Ces paramètres peuvent être modifiés à l'aide d'un éditeur de texte (notepad) ou par le filemanager intégré au boitier de mesure accessible par navigateur web. Bien sûr, si une mémoire de configuration est utilisé pour décrire le vase, seul le fichier config.txt est à renseigner. 4.2.2.1 personnal.txt: Ce fichier est à paramétrer dans le cas où la mémoire de configuration n'est pas installée sur le vase/cryostat. Il permet de définir complètement la nature du capteur. Il est recommandé de remplir ce fichier même si une mémoire de configuration est utilisée. Dans le cas où un défaut apparaît sur la lecture de la mémoire, les mesures peuvent être effectuées quand même. Ce fichier se trouve dans le répertoire DEWARS. Voici sa description: SENSOR_RESISTANCE=184 SENSOR_LENGTH=1500 PRIMER_VALUE=22 MEAS_WIRE_CONFIG=3 PULSE1=LEVEL:50,DELAY:3000 PULSE2=LEVEL:0,DELAY:0 HIGH_LEVEL=700 LOW_LEVEL=1 -4.29 0.15527 0.00078603 9 6.0461e-06 -5.0483e-08 1.5719e-10 -2.5155e-13 2.0679e-16 -6.9785e-20 Bien respecter le format de chaque ligne, c’est à dire aucun espace, la ligne se finissant par un retour chariot sauf la dernière ligne. Voici un descriptif plus approfondi des différents éléments: SENSOR_RESISTANCE: c'est la résistance linéique du fil supraconducteur à froid (4K), attention cette valeur doit être ajustée en fonction de la température du fil dans les vapeurs, du montage de celui-ci dans une gaine, dans un tube de cuivre. Dans le cas du fil Supercon CuNi SW-18-8, la valeur de la résistance au mètre peut varier de 8% entre 300K et 4.2K. Ce doit être une valeur entière. SENSOR_LENGTH: C'est la longueur du capteur pouvant baigner dans le liquide en millimètre. C'est une valeur entière. PRIMER_VALUE: Si une résistance d'amorce/chauffage est présente, indiquer sa valeur ici. En cas de mesure 2 fils, cette valeur sera retranché à la mesure de résistance totale. C'est une valeur entière = − . Si il n'y a pas de résistance d'amorce mettre 0.(se référer au principe de mesure pour plus de détails) MEAS_WIRE_CONFIG : C'est le type de mesure utilisé, méthode 2 fils ou 3 fils (se référer au principe de mesure pour plus de détails). PULSE1=LEVEL:100,DELAY:1000: C'est le niveau de l'impulsion en mA pour LEVEL et sa durée en millisecondes pour DELAY. La source de courant ne peut fonctionner que dans la plage 10mA-130mA. Les niveaux LEVEL doivent être compris entre 10mA et 130mA. Il est possible de programmer 2 impulsions de courant qui seront générées successivement. Si la 2ème impulsion n'est pas utilisée, il faut mettre 0 en paramètres d’amplitude et de durée. HIGH_LEVEL/LOW_LEVEL: Ce sont les niveaux d'alarme haut et bas en millimètre. Ces niveaux sont exploités de manière importante dans le cas d'une utilisation en mode automatique. a0 a8 Coefficients du polynôme régissant le calcul du volume dans le cryostat en fonction de la hauteur. Le polynôme est de la forme V = 0 + 1. + ⋯ + 8. . L’unité de la variable x est le millimètre et le résultat rendu en litres. L’ordre maximum du polynôme est 8. Les espaces, virgules sont interdits, les coefficients doivent être compris dans la limite d’un flottant simple précision sur 32 bits (3.4 x 10-38 to 3.4 x 1038 ) . 10 Si l’équation ne doit pas être utilisée, remplacer par des 0 ou s’arrêter au paramètre précédent LOW_LEVEL. Remarque: Dans le cas des vases du liquéfacteur la conversion hauteur/volume à l'aide d'un 3ème ordre est tout à fait satisfaisante. 4.2.2.2 config.txt: Ce fichier définit les paramètres de mesure, il se trouve à la racine de la mémoire flash du processeur Beck SC23. Voici sa description: MEAS_DELAY=5 FILLING_TIMEOUT=2 [email protected] Même remarque de formatage que pour le fichier personnal.txt. Voici un descriptif plus approfondi des différents éléments de ce fichier: MEAS_DELAY: C'est le délai en secondes entre 2 mesures en mode automatique. Attention cette valeur ne peut être inférieure à la somme des durées d'impulsions de courant FILLING_TIMEOUT: C'est la durée en minutes de fermeture des contacts secs disponibles sur le connecteur phœnix en face arrière destinés au contrôle du remplissage. Cette fonction n'est accessible qu'en mode automatique. EMAIL: adresse email de destination en cas d'atteinte du niveau bas d'alarme. Cette fonction de test n'est accessible qu'aux boitiers installés à l'intérieur de l'Institut Néel et disposant d'une adresse IP interne à l'institut. 11 5 Principe de mesure Le principe de mesure est basé sur la transition d'un fil supraconducteur. Un courant électrique fait transiter le fil jusqu'à l'hélium liquide. Le fil est résistif dans les vapeurs d'hélium et supra dans le liquide. Le courant (autour de 100mA) n'est pas suffisant pour faire transiter le fil dans l'hélium liquide. La résistance mesurée est donc une image du niveau d'hélium restant. Pour effectuer une mesure fiable de cette résistance il faut donc générer un courant connu, capable de faire transiter le fil, stable quel que soit la charge et lire la tension aux bornes de ce fil. Deux méthodes existent pour lire cette tension la méthode 2 fils et la méthode 3 fils: Méthode 2 fils: Méthode 3 fils: 12 Remarque: La méthode 3 fils présente l'avantage de faire abstraction de la résistance de chauffage, dont l'influence est retirée par calcul dans la méthode 2 fils, cette méthode est donc plus précise. La valeur du courant i est fixée par le contenu du fichier personnal.txt ou dans les paramètres de la mémoire aux lignes PULSE1=LEVEL:100,DELAY:1000 et PULSE2=LEVEL:80,DELAY:100 . Ces 2 lignes permettent de réaliser une configuration particulière d'impulsion de courant: La valeur de Ufil est moyennée sur plusieurs points à la fin de la dernière impulsion de courant. Si la 2ème impulsion n'est pas renseignée, bien entendu les points seront mesurés en fin de 1ère impulsion. En cas de mesure 2 fils on retranche à la valeur de Ufil le produit Ramorce*i. = − ∗ Ensuite pour obtenir la résistance correspondant à la partie résistive du fil supra, la loi d'ohm donne: = / En cas de mesure 3 fils on calcule uniquement le rapport = / Une fois la résistance calculée, le programme connaissant la résistance linéique du fil supra , par simple règle de 3 il calcule donc la hauteur en millimètre du fil supra se trouvant dans l'hélium gazeux, hfil gaz. Pour connaître la hauteur d'hélium liquide restant il faut soustraire cette valeur à la hauteur du capteur renseignée dans personnal.txt ou dans la mémoire de configuration, hfil liquid. ( − !"#)*+ !"##"$%"& = ' (' C'est ensuite à partir de cette valeur que l'équation est calculée si elle a été renseignée. Remarques importantes: • Concernant la source de courant: Elle possède 2 limitations: - son courant doit être compris entre 10mA et 130mA - sa compliance est de 28V. La compliance est la valeur maximale en tension que peut fournir une source de courant. 13 Exemple: avec un courant de 80mA, la résistance maximum mesurable est donnée par l'équation: • = ./,0#"*1.2 = 28/80x10e − 3 80 3 ,*- = 3509ℎ Pour le fil supra Supercon SW-18 utilisé par le liquéfacteur pour câbler les nouvelles sondes, cela correspond à une hauteur maximum mesurable de 1.94m. ,*- Concernant la valeur mesurée: Il n'y a pas de procédé pour vérifier l'exactitude de la mesure, seule une connaissance du comportement du capteur aux basses températures peut affranchir l'utilisateur d'une erreur. L'utilisateur est le seul à pouvoir définir correctement les paramètres de mesure. Exemple: Si un glaçon est présent sur le parcours du fil supra, que l'impulsion de courant est trop faible ou sa durée trop brève pour le dissoudre, l'appareil donnera une valeur erronée du niveau d'hélium restant. Il est donc important de caractériser son fil supra dans plusieurs configurations pour paramétrer au mieux le fichier de configuration des mesures. 14 5.1 Les différents modes de mesure 5.1.1 Mode manuel: La mesure est effectuée uniquement lors d'un appui bouton, d'une requête provenant du serveur web, d'une requête UDP provenant du driver LabVIEW™ (se référer à la section correspondante) 5.1.2 Mode automatique: La mesure est effectuée à intervalle de temps régulier, cet intervalle étant donné par le paramètre MEAS_DELAY du fichier config.txt. Pour activer le mode automatique plusieurs options sont possibles, à partir du boitier directement il faut maintenir le bouton de mesure pendant 3 secondes. Les autres méthodes sont décrites dans la section interfaçage. Le mode automatique permet l'accès à différentes fonctions absentes du mode manuel comme le remplissage automatique, l'envoi d'email etc... Effectivement en mode automatique l'appareil surveille l'état du niveau d'hélium à chaque mesure et décide de l'action à accomplir en fonction du niveau. Voici un grafcet illustrant la surveillance du niveau en mode automatique: 15 Fonctionnement du boitier en mode automatique: 16 Quelques remarques relatives au mode de mesure automatique: Trois possibilités permettent de remettre à l'état initial le contacteur de sortie ainsi que la fonction d'envoi d'email: 1. Le niveau d'alarme haut a été atteint 2. Un niveau logique sur l'entrée correspondante du connecteur auxiliaire est détecté 3. Le timeout de remplissage a été atteint Exemple: le niveau mesuré est bas et le filling_timeout est de 2 minutes, tant que le niveau ne sera pas remonté un mail sera envoyé toutes les 2 minutes, le timeout étant là pour ça, méfiance! 5.2 Les erreurs de mesure Plusieurs cas précis peuvent empêcher le boitier d'effectuer une mesure correcte. Dans chaque cas, un message apparaitra sur l'écran du boitier, sur la page web du navigateur, ou dans les valeurs renvoyées par le driver LabVIEW™. Certaines erreurs sont bloquantes et ne permettent pas de faire une mesure, d'autres en revanche n'ont qu'un but d'avertissement. Voici le tableau descriptif de ces erreurs: Power supply voltage missing Code d'erreur renvoyé par la page web et par le driver UDP sur les valeurs -1 Maximum compliance reached -2 Current setpoint error -3 Calculated level > sensor length -4 Ceci n'est pas une erreur et n'empêche pas la mesure -5 Texte d'erreur sur l'afficheur Descriptif approfondi La tension d'alimentation de l'étage analogique est absente ou en dehors des seuils autorisés La compliance maximum de la source de courant est atteinte, la régulation ne fonctionne plus Un courant nul a été demandé comme valeur de mesure La hauteur calculée est supérieure à la hauteur totale du capteur. Cela peut être dû à une erreur sur la valeur de la résistance linéique du capteur ou sur la hauteur totale du capteur L'équation décrivant le volume est absente ou mal écrite 17 6 Connectique extérieure Le boitier est affublé de plusieurs connecteurs qui lui permettent d'interagir avec le monde extérieur. 6.1 Face avant: Connecteur jack d'alimentation Ø5.5mm • • • Embase LEMO 6 points ref: EPG.1B.306.HLN Connecteur Ethernet Le connecteur Ethernet permet la connexion au réseau ainsi que l'alimentation en cas d'utilisation d'un switch POE. Le connecteur jack permet l'alimentation en énergie du boitier si le switch POE n'est pas utilisé à l’aide d’une alimentation 24V 600mA (ref farnell 1633342). Le connecteur LEMO permet le raccordement du boitier de mesure au vase/cryostat. La référence de la fiche adapté à cette embase pour le montage d'un câble est FGG.1B.306.CLAD62Z (ref farnell: 3817325). La référence de l'embase adapté à un montage sur panneau est: EGG.1B.306.CLL (ref farnell: 3817155) en version standard et HGG.1B.306.CLLP en version étanche (disponible uniquement chez LEMO france). Voici le brochage de ce connecteur (vue de face sur le dessin): Pin1: +5V Pin2: I+ Pin3: I2C_SCL Pin4: I2C_SDA Pin5: Ufil Pin6: I/O TTL Corps du connecteur: masse pour le retour du courant 18 Les pins 1,3,4 sont destinées à l'alimentation et à la lecture/écriture de la mémoire de configuration contenant les informations relatives au capteur. La pin 2 est la sortie de la source de courant du boitier de mesure. La pin 5 est la prise de tension pour la mesure du niveau d'hélium. la pin 6 est une sortie logique dont le niveau vaut +5V si une mesure est en cours et 0V le reste du temps. Remarques importantes: • • • En cas de montage 2 fils de la jauge il faut relier la pin 2 (I+) et la pin 5 (Ufil) entre elles. Le point froid de la jauge de mesure doit absolument être relié au corps du connecteur LEMO du boitier de mesure. Le retour du courant de mesure s'effectue par la masse du connecteur. Le boitier est isolé de la masse. Un mauvais brochage, comme un court-circuit entre le +5V et la masse par exemple pourrait conduire à la destruction de la partie alimentation du boitier. 6.2 Face arrière: Pin 1 Bornier phoenix 8 points ref MC1,5/ 8-G3,81 THT Le bornier arrière phœnix permet l'utilisation de différentes fonctions auxiliaires, à savoir la gestion du remplissage automatique à l'aide d'un contact sec NO/NF, la surveillance du niveau de l'hélium par une tension analogique, une entrée logique permettant l'ouverture du contact sec. Une sortie TTL enseignant si une mesure est en cours, et enfin une sortie TTL La référence du bornier à câbler est MC1.5/3.81-ST-3.8 (farnell 370-5043 ou 370-4956) 19 Voici le brochage de ce connecteur: Remarques importantes: • • • • 7 Un niveau TTL haut indique une tension de +5V, un niveau bas une tension de 0V. Le contact Normalement Ouvert fonctionne de pair avec le contact Normalement Fermé, quand l'un s'ouvre l'autre se ferme et vice versa. Si l'entrée TTL d'arrêt de remplissage n'est pas référencée à la masse le comportement de cette fonction peut devenir erratique. La tension Ufil n'apparaît que lorsqu'un courant traverse le fil supra, autrement dit lorsqu'une mesure est en cours. Interfaçage Le boitier configuré et entièrement connecté peut enfin être utilisé. Nous allons décrire les différents moyens de contrôler le niveau d'hélium et d'agir sur différents paramètres. 7.1 L'affichage sur l'écran du boitier A démarrage l'écran affiche un récapitulatif des paramètres du capteur. Cette écran rappelle également quel est la source de ces données, mémoire de configuration ou fichier. L'affichage donne la hauteur, le volume si l'équation a été renseignée correctement ainsi que la valeur de la résistance mesurée. Params désigne la source des paramètres décrivant le capteur: mémoire ou bien fichier. Filling renseigne sur l'état du contacteur de sortie NO/NF destiné au remplissage, cette fonction n'est accessible qu'en mode automatique Mode renseigne sur la mode de mesure en cours, MANUEL/AUTO 20 La led de couleur renseigne rapidement l'utilisateur sur l'état de la mesure. LED JAUNE: le mode automatique est activé LED ROUGE: un seuil d'alarme haut ou bas a été atteint LED VERTE: tout est normal 7.2 L'affichage par navigateur web Pour accéder à la mesure avec un navigateur web, il suffit de rentrer l'adresse IP du boitier dans la barre d'adresse, voici la page renvoyée: 7.3 L'affichage par driver LabVIEW™ En cours… 7.4 Le contrôle commande par UDP L'appareil peut aussi être commandé et interrogé par des commandes UDP, ces commandes sont en fait reprises par le driver LabVIEW détaillé auparavant. L'UDP est un protocole de transmission de données utilisant le support TCP/IP. Il ne permet pas le contrôle de l'information transmise ni l'ordre d'arrivée des données. Il est très utilisé pour transmettre de faibles volumes de données ce qui est précisément notre cas. La configuration d'une connexion UDP nécessite de connaître l'adresse IP du boitier de mesure ainsi que le numéro du port de communication du boitier. Comme expliqué dans la section paramétrage du boitier, vu de l'intérieur le numéro de ce port est dynamique en réception et statique en émission, en réception il est calculé en additionnant 12000 au dernier numéro de l'adresse IP du boitier. En émission il vaut 12000. 21 Il existe à l'heure actuelle 14 commandes pouvant être interprétée par le boitier de mesure de niveau d'Hélium, certaines sont des requêtes et attendent une réponse, les autres ne sont que des commandes. Voici un récapitulatif des commandes UDP disponibles: Syntaxe de la commande *IDN? Description Réponse transmise Identification du boitier MEAS LEVEL? VOLUME? REBOOT AUTOMODE MANUALMODE RES? MODE? VOLTAGE? DATASOURCE? TTLLEM0 TTLLEM1 PARAM? TTLAUX0 TTLAUX1 Lancement d'une mesure Niveau d'hélium restant en mètre* Volume d'hélium restant en litre* Redémarrage du boitier Activation mode automatique Activation mode manuel Résistance en Ohm* Mode de mesure Tension du fil* Origine des paramètres du capteur* Mise au niveau logique 0 de la pin 6 du connecteur LEMO 6 points Mise au niveau logique 1 de la pin 6 du connecteur LEMO 6 points Demande des paramètres de configuration du capteur Mise au niveau logique 0 de la pin 4 du connecteur auxiliaire phœnix Mise au niveau logique 1 de la pin 4 du connecteur auxiliaire phœnix Le champ NAME du fichier CHIP.ini ex:LHLM XXXX LEVEL:0.1290 VOLUME:19.7 RES:163 MODE:MANUALMODE/AUTOMODE VOLTAGE:13.007 DATASOURCE:MEMORY/FILE PARAM:Voir descriptif ci-après - *paramètre mesuré ou défini lors de la dernière mesure Formatage de la chaîne de paramètres transmise par le boitier: NUMBERID SENSOR LENGTH WIRE CONFIG 1ST PULSE 2ND PULSE DELAY DELAY HIGH ALARM LAW Y-INTERCEPT "1 17 186 1500 22 3 0.110 3 0 0 100 700 0.165 -1.2" PRODUCTID SENSOR RESISTANCE OFFSET 1ST CURRENT 2ND CURRENT LOW RESISTANCE PULSE PULSE ALARM LAW SLOPE Le séparateur est l'espace 22 8 Mémoire de configuration Deux moyens permettent d'accéder aux paramètres du fil supra, le fichier personnal.txt se trouvant sur le micro-processeur et une mémoire attenante au vase/cryostat. Le fichier ne permet pas une identification du type de vase et n'assure donc aucun contrôle sur le fil supra effectivement mesuré. Exemple: si le fichier personnal.txt a été paramétré pour effectuer une mesure sur un fil de 70cm de long avec une résistivité de 700Ω/m et que l'utilisateur mesure avec ce fichier un autre fil supra de 1m de long avec une résistivité de 186Ω/m le calcul de la hauteur sera complètement faux. Le principe de la mémoire de configuration est de stocker durablement les infos relatives au capteur directement sur le conteneur d'hélium. Le boitier vérifie toujours la présence d'une mémoire avant d'effectuer un calcul de hauteur, si la mémoire est absente ou son contenu corrompu, les informations sont prises à partir du fichier. Un circuit d'accueil de cette mémoire existe à l'heure actuelle, il est adapté en premier lieu aux vases du liquéfacteur. Cependant pour les cryostats déjà équipés, un boitier d'interconnexion LEMO/JAEGER par exemple et contenant la mémoire est envisagé. 8.1 Installation de la mémoire La mémoire se présente sur un circuit d’accueil double face d’une épaisseur telle qu’elle permet son insertion entre les pins du connecteur LEMO étanche 6 points. Vue de dessus Vue de dessous Mémoire Microchip 1kB 24LC08BT Le marquage red dot indique la position du point rouge sur le connecteur LEMO, le marquage ainsi que le point rouge doivent être alignés. Le circuit est inséré entre les pins du connecteur LEMO 23 Pin1: +5V Pin2: I+ Pin3: I2C_SCL Pin4: I2C_SDA Pin5: Ufil Pin6: I/O TTL Corps du connecteur: masse pour le retour du courant Brochage LEMO 6 points HGG.1B.306.CLLP Vue de derrière En positionnant le circuit de cette manière, 2 pins restent non-connectées, la pin 2, I+ et la pin 5, Ufil. Dans le cas des vases du liquéfacteur on effectue une mesure en 2 fils, donc Ufil et I+ sont connectées ensemble. Le circuit prévoit des points d’accueil pour effectuer cette connexion ainsi qu’un point d’accueil pour le fil supra. Connexion Ufil Connexion I+ Connexion Fil supra Si la mesure s’effectue en 3 fils, les fils se connectent directement sur les pins du connecteur, les plages d’accueil deviennent inutiles. Dernier point concernant le montage de la mémoire, la connexion de la masse. Le retour de courant se faisant par le corps du connecteur il est important de le connecter au circuit accueillant la mémoire. Trois plots de connexion ont été prévus pour réaliser cette connexion. Plots de connexion 24 Il est important de limer la surface du connecteur pour permettre l’accroche de la soudure lors de la connexion de masse, l’anodisation empêche la soudure directe. Aussi, si le point froid de la sonde remonte par un fil il est possible de le souder à un plot prévu à cet effet Plot prévu pour soudure de masse en provenance de la sonde 8.2 Programmation des paramètres dans la mémoire La mémoire contient les mêmes renseignements que le fichier texte avec 2 champs supplémentaires. Voici un descriptif de son contenu: TYPEID NUMBERID SENSOR_RESISTANCE SENSOR_LENGTH PRIMER_VALUE MEAS_WIRE_CONFIG LOW_LEVEL HIGH_LEVEL CURRENT_PULSE1: VALUE, DELAY CURRENT_PULSE1: VALUE, DELAY a0 a1 a2 a3 Les paramètres SENSOR_RESISTANCE, SENSOR_LENGTH, etc... sont déjà décrits dans la section Configuration du boitier de mesure de niveaux d'hélium. Le TYPEID est un numéro unique prévu pour la numérotation des vases du liquéfacteur, il ne doit donc pas être renseigné. Le PRODUCTID est un chiffre permettant l'identification d'un type de vase au-delà des caractéristiques de sa sonde résistive. Il est avant tout destiné à l'identification des vases du liquéfacteur. 25 Pour information: Type de vase 100 litres ALU blanc AL 2010 100 litres ALU blanc AL 100 litres ALU Cryodiff 100 litres ALU Vert 100 litres Inox Cryodiff 100 litres Inox AL 250 litres inox Cryodiff 250 litres inox Cryo-Syst 250 litres ALU AL PID en PROM 1 2 3 4 5 6 7 8 9 La procédure d'écriture de cette mémoire utilise une fonction particulière du programme embarqué sur le processeur. Elle nécessite une connexion réseau, obtenue par l'une des méthodes décrite dans la section configuration réseau et mise en marche. Une fois le réseau configuré et le boitier alimenté, il faut se servir de l'utilitaire de recherche de boitier fourni par le fabricant du micro-processeur. Ce logiciel est disponible pour Windows à l’adresse suivante : http://www.beck-ipc.com/en/download/licence.asp?id=chiptool_install&l=1 Une fois lancé, ce logiciel va scanner le réseau pour trouver les boitiers équipés d'un processeur identique. Si le boitier est bien configuré une ligne doit apparaître avec un nom de type LHLM VOTRE_IDENTIFIANT. A l'aide d'un clic droit, sélectionner telnet, login: tel, mot de passe: tel. Une fois connecté, un accès au système d'exploitation est créé et on peut accéder aux ressources bas-niveaux du boitier. L'utilisation de ce mode de fonctionnement peut être dangereuse, il faut agir avec prudence. Pour procéder à la programmation de la mémoire de configuration il faut tout d'abord s'assurer que le boitier est bien connecté jusqu'a la(e) mémoire/boitier comme défini dans la section connectique extérieure. Une fenêtre terminal doit s'ouvrir, pour procéder à l'écriture de la mémoire, il faut presser la touche "k". Une fois pressée, chaque paramètre doit être saisi séquentiellement et validé par la touche entrée. Remarques importantes: • Ne jamais rentrer de caractères autres que des chiffres. 26 • • Ne rentrer que des valeurs entières sauf pour les coefficients du polynôme de conversion hauteur/volume ou le séparateur est le point. En cas de mauvaise saisie d'un des paramètres, il faut recommencer toute l'opération la touche backspace n’est pas interprétée par le scanf du programme en C. Voici un aperçu de la fenêtre de programmation de la mémoire: Appui sur la touche "k" Si l'écriture de la mémoire s'est bien passée, les 3 dernières lignes doivent apparaître en mentionnant le succès de l'écriture. Sinon il peut s'agir d'une erreur dans la syntaxe des paramètres ou d'un dysfonctionnement. Si la mémoire programmée est destinée à un vase du liquéfacteur les coefficients sont lues automatiquement. Dans le cas d’une mémoire liée à un cryostat ou 1 dewar particulier il faudra taper les 4 coefficients. Pour vérifier les paramètres effectivement inscrits dans la mémoire, un appui sur la touche "n" permettra la relecture ainsi que l'affichage des paramètres. Une fois la mémoire écrite, son contenu sera lu à chaque séquence de mesure pour valider l'origine des paramètres définissant le capteur. L'origine des paramètres ainsi que leur contenu peuvent-être vérifié de 3 manières : sur l'afficheur LCD en face du champ Params, sur la page web à droite du champ Dewars information en pointant sur l’icône correspondante, et par une requête UDP intégré au driver LabVIEW (DATASOURCE?) puis (PARAMS ?). 27 9 Annexe 9.1 Paramètres anciennes jauge du liquéfacteur Dans le cas d’une utilisation pour jauger les vases du liquéfacteur équipés d’une ancienne sonde voici les paramètres à remplir dans le fichier personnal.txt. Ils ont été obtenus par retro-engineering et donnent des résultats aussi précis que l’ancien boitier. En revanche le capteur étant mal défini des écarts peuvent subsister quant à la hauteur réelle. SENSOR_RESISTANCE=700 SENSOR_LENGTH=750 PRIMER_VALUE=0 MEAS_WIRE_CONFIG=2 PULSE1=LEVEL:70,DELAY:6000 PULSE2=LEVEL:40,DELAY:2000 HIGH_LEVEL=700 LOW_LEVEL=1 Le volume ne doit surtout pas être renseigné car les vases, s’ils ont la même sonde, sont de diamètre et de tailles différentes, le volume calculé sera donc complètement faux. 9.2 Procédure pour la configuration d’une mémoire de vase cryogénique En ce qui concerne la sonde disposée sur le col, il faut connaître : La résistance linéique du fil supra (ici 171 Ω/m) La longueur totale de fil supra utilisée pour réaliser la sonde (env. 1000 mm) o La longueur utile du capteur (voir sur le vase, par ex. 750 mm pour un vase AirLiquide 100 litres inox) On peut alors déterminer l’amorce (Primer value) partie du fil supra qui sera dans le gaz si le vase est plein. C’est la valeur résistive qui sera retranchée lors d’une mesure 2 fils. o o Calcul théorique de Primer value : : = ;</<*#2 − ;%<"#2 0,171 L en mm) 28 Pour ce qui est du vase, il faut connaître : o o Son Type_ID (de 1 à 9), Ex. n°6 pour AirLiquide 100litres inox Son numéro d’identification Il est maintenant possible de remplir la mémoire du vase concerné. Faire un Telnet sur le LHLM connecté au vase. Login : tel Password : tel Tapez « h » pour avoir une aide sur les fonctions disponibles. Pour vérifier la bonne connexion de la mémoire au connecteur, il faut presser la touche « n ». Si la mémoire est correctement connectée, on devrait pouvoir observer la ligne « mémoire vide ». En cas d’erreur il faut vérifier la connexion de la mémoire. Dans un second temps, il faut saisir « k » pour lancer l’écriture de la mémoire. Renseigner les différents champs : - - Product ID, 0 pour configurer une mémoire pour un cryostat 1-9 pour désigner un vase du liquéfacteur. Number ID Résistance linéique en (Ω/m) Longueur utile du capteur (mm) Résistance d’amorce (Ω) Méthode de mesure, 2 ou 3 fils Niveau d’alarme bas (mm) Niveau d’alarme haut (mm) Si vous avez rentré 0 pour le productID, rentrer les 4 coefficients du polynôme de conversion Hauteur/volume. Pour les autres productID (1..9) les coefficients sont automatiquement pris à partir des fichiers vases(x).txt du répertoire dewars. Valeur du courant de la 1ère impulsion (mA) Durée de la 1ère impulsion (ms) Valeur du courant de la 2nd impulsion (mA) Durée de la 2nd impulsion (ms) L’éditeur est simple et n’autorise pas les caractères « . , X » Sur la page Telnet, il y a une confirmation de l’écriture correcte de la mémoire. En cas de programmation d’un vase déjà connu du liquéfacteur (ProductID de 1-9), les coefficients de conversion sont automatiquement remplis. Dans le cas contraire il faudra remplir les 4 coefficients. Il est alors possible de faire la première mesure avec les paramètres saisis dans la mémoire et de vérifier si la hauteur mesurée correspond à la hauteur relevée à l’aide de la canne. Si ce n’est pas le cas, seule la valeur de l’amorce devra être modifiée. 29 Exemple : La longueur totale de la sonde est 1010 mm, celle du capteur utile est 750 mm (elle est relevée dans le tableau associé au vase et correspond à la hauteur maximale pour un vase complètement plein). Rprimer théorique est (1010-750) x 0,171 = 44 Ω Avec la canne, on relève 378-126 =252mm équivalent à 33 litres (mesure canne – zéro du vase, puis équivalence volume dans le tableau) On mesure au LHLM avec Rprimer = 44 Ω, une hauteur de 262mm. Il y a un écart positif de 10mm, il faut donc diminuer la valeur de Rprimer essayons 42 Ω. Typiquement 1 Ω représente ≈ 6 mm. 2nd mesure (après avoir modifié l’amorce à 42 Ω) 375-126 =249 mm Mesure avec LHLM 248 mm - 34,7 litres La configuration est correcte. Tableaux d’équivalence PID / type de vase / équation Types de vase : Type de vase 100 litres ALU blanc AL 2010 100 litres ALU blanc AL 100 litres ALU Cryodiff 100 litres ALU Vert 100 litres Inox Cryodiff 100 litres Inox AL 250 litres inox Cryodiff 250 litres inox Cryo-Syst 250 litres ALU AL 250 litres INOX AL PID 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Anciennes lois des vases : PID 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Loi de conversion (v = a.h + b) V=0.1604h-5.7543 V=0.1569h-3.3749 V=0.1552h-3.9718 V=0.159h-4.6672 V=0.1574h-4.0847 V=0.1574h-4.3529 V=0.4286h-21.228 V=0.4192h-16.278 V=0.4161h-21.435 30 31
