Nerys aero nidays2014
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Présentation de l'application Banc 4 à l'AIA de Bordeaux
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- 1. 11 Février 2014 | Paris nidays.fr
- 2. I N G E N I E R I E S Y S T E M E S D E M E S U R E S E T B A N C S D ’ E S S A I S PRESENTATION NIDAYS-2014 Contrôle/commande basé PXI d'un banc d'essai turbomoteur Pour l'Atelier Industriel de l'Aéronautique (AIA)
- 3. 3 Sommaire • Le Client o Site de Croix d’Hins o Moteurs testés • Le Projet de rénovation banc 4 o Interfaces o Vue d’ensemble • La Solution o Architecture générale o Architecture Contrôle Commande o Architecture Logiciel o Zoom sur Automatisation – Sécurité - Régulations
- 6. 6 BANC 4 - Moteurs Testés • Pour l’armée française T56-A-15 http://fr.wikipedia.org/wiki/Lockheed_C-130_Hercules T56-A-427 http://fr.wikipedia.org/wiki/Grumman_E-2_Hawkeye AST-600 http://www.caea.info/index.php? ALLISON T56 HERCULE C130 HAWKEYE AST-600 (APU) ATLANTIQUE 2
- 9. 9 Projet BANC 4 – Veine d’essais RENOVATION DU CONTRÔLE COMMANDE ET DU CABLAGE DU BANC N°4
- 10. 10 Projet Banc 4 - Interfaces
- 11. 12 Projet BANC 4 – Vue d’ensemble
- 12. 13 Solution • Etudes • Démontage existant • Câblage des servitudes • Nouveaux systèmes (CC, vib) • Logiciel complet • Mise au point sur site • Formation
- 13. 14 Solutions : Architecture CC • 50 entrées analogiques • 60 Entrées TOR [Tout-Ou-Rien, NDR], • 5 entrées de comptage • une voie série RS-232. • 10 sorties analogiques • 45 sorties TOR , • 120 voies calculées
- 14. 15 Solutions : Architecture Logiciel
- 15. 16 Zoom sur • AUTOMATISATION • SECURITE • REGULATIONS
- 16. 17 Zoom sur AUTOMATISATION • POINT DE DEPART
- 17. 18 Zoom sur AUTOMATISATION • OUTILS VASCO • Ecritures des scénarios d’essais dans les fichiers .vas • Moteur d’éxécution LabVIEW • Outils d’aide à l’écriture (insertion de fonctions, choix de variables associées à l’essai et à la configuration de voies) • Outils de vérification des scénarios
- 18. 19 Zoom sur SECURITE • SECURITE
- 19. 20 Zoom sur REGULATION • REGULATION
- 20. 21 IHMs
- 22. 23 Propriété exclusive de NERYS. Cette présentation ne peut transmise sans un accord écrit de notre part « Nous avons la main pour modifier toutes les interfaces, pour ajouter une carte d’acquisition de données, en fait pour tout modifier...», «L’autre grande force de la solution est de pouvoir passer au mode administrateur en cas de problème, ce qui permet de tout faire. Tout cela se traduit in fine par une augmentation de la productivité … et également une maintenance facilitée via une homogénéisation des pièces installées et une meilleure connaissance par les opérateurs » Christian Valade (AIA de Bordeaux).
- 23. Restez connecté avant et après NIDays ni.com/communaute-francophone facebook.com/nifrance twitter.com/nifrance youtube.com/nifrance
Notas del editor
- Présentation de l’application réalisée par NERYS pour l’AIA de Bordeaux. Contrôle Commande basé sur PXI d’un banc d’essai de turbomoteur.
- Nous allons suivre le fil rouge suivant : Présentation du Client, Le Projet de rénovation, La Solution mise en œuvre.
- ● Le Service industriel de l’aéronautique (SIAé) est l’une des entités interarmées et étatiques qui intervient dans la politique générale de maintien en condition opérationnelle (MCO) des matériels aéronautiques des armées de la gendarmerie nationale et de la Délégation générale de l’armement (DGA), politique gérée par la Structure intégrée du maintien en condition opérationnelle des matériels aéronautiques du ministre de la Défense (SIMMAD). Créé le 1er janvier 2008 et placé sous tutelle du chef d’Etat-major de l’armée de l’air, le SIAé regroupe cinq ateliers industriels de l’aéronautique (AIA), dont le rôle est d’entretenir les principaux aéronefs français et leur matériel de servitude, tous types confondus. ● Les AIA, qui étaient précédemment rattachés à la DGA au sein du SMA, sont au nombre de cinq. L’AIA de Bordeaux est chargé de la révision et de la réparation des moteurs et des équipements, celui de Cuers-Pierrefeu (83) est spécialisé dans la maintenance des cellules et des équipements de divers appareils, ainsi que dans la conception, la fabrication et la réparation des radômes pour les aéronefs des trois armées. L’AIA de Clermont-Ferrand (63) assure, quant à lui, la maintenance des cellules et des équipements des aéronefs et gère également des chantiers de modernisation et de transformation. L’AIA d’Ambérieu-en-Bugey (01) est chargé de la confection, de la réparation, de la révision et de l’étalonnage des équipements (division Métrologie dotée de laboratoires mobiles). Enfin, l’AIA de Bretagne, dont la création remonte à l’été 2010, est chargé de la maintenance industrielle des matériels aéronautiques.
- A Bordeaux il y a deux sites celui de Floirac en bord de Garonne et qui a été rattrapé par la ville de Bordeaux. Les essais moteurs ont été déplacés sur le site de Croix d’Hins situé en périphérie de Bordeaux pour éviter les nuisances sonores. Mais lui aussi finit par être rattrapé par le développement de l’agglomération bordelaise. Sur ce site on trouve environ 10 bancs d’essais de moteurs, turboréacteurs, turbine d’hélicoptères… Pour vous donner une idée de la charge de travail au niveau du site, l’AIA à réalisé 325 essais en 2010 et 504 l’année suivante. Cela représente environ 6 000 heures de fonctionnement sur les bancs et 1 000 heures de rotation moteur… pour une quantité totale de carburant de près de 1,2 million de litres. Le banc 4 est situé en bas à droite de l’image
- Sur le banc 4 le moteur testé est l’ALLISON T56, car il équipe deux avions de l’armée française : Le C130 Hercule dans sa version T56-A-15 Le Hawkeye dédié au mission de surveillance et de transmission dans sa version T56-A-427 L’AST-600 est une APU utilisé pour les groupes auxiliaires de puissances (électrique, pneumatique,…), on le retrouve essentiellement sur L’Atlantique 2 (fabriqué par DASSAULT), la première version était fabriquée par Bréguet Atlantique Les autres aéronefs sont données à titre d’information : Allison T56 Aéronefs militaires Lockheed Martin C-130A-H, R et T Hercules Lockheed Martin P-3 Orion Northrop Grumman E-2 Hawkeye Northrop Grumman C-2 Greyhound Aéronefs civils Convair 580 et Convair 5800 Lockheed L100 Hercules (dérivé civil du C-130) Lockheed L-188 Electra Lockheed R7V-2 Constellation Aero Spacelines Super Guppy AST-600 (APU) ATLANTIQUE 2
- L’Allison T56 est un turbopropulseur mono-arbre et de conception modulaire conçu à des fins militaires ; Développé dans les années 1950 par Allison Engine Company pour la propulsion de l’avion de transport militaire Lockheed C-1301, il commence à être produit à partir de 1954. Depuis 1995, Allison Engine Company est désormais une filiale de Rolls-Royce plc et les moteurs encore produits le sont désormais sous cette marque. Ce qu’il faut savoir c’est que ce moteur à une longévité assez exceptionnelle, il existe depuis près de six décennies, plus de 18 000 moteurs sont sortis des chaînes de production et il a volé plus de 200 millions d’heures de vol cumulées Caractéristiques du moteur : Puissance = 4600 à 5250 chevaux Poids = 870 kg NOTA : Le turbopropulseur est un réacteur dont la turbine entraîne une hélice. Le turbopropulseur est généralement double-corps, c’est-à-dire qu'il dispose de deux turbines en sortie qui font tourner deux arbres coaxiaux. La première turbine est reliée au compresseur, la seconde à l'hélice. Le turbopropulseur a été difficile à mettre au point car il associe les difficultés du réacteur et de l'hélice. Son rendement est supérieur à celui du turboréacteur, mais son utilisation est limitée par la baisse de rendement de l'hélice au-delà de Mach 0,7 et au-delà de 8 000 mètres d'altitude. C'est le mode de propulsion optimal pour les avions de transport commerciaux sur des distances courtes (une heure de vol, 400 km), quand la durée de vol à haute altitude est trop courte pour qu'un avion à réaction fasse la différence.
- L’AST-600 a été conçu par le GIE* (Groupement d’Intérêt Economique) Astadyne, créé en 1977 par ABG-Semca (Liebherr-Aerospace depuis 1995) et Turboméca pour développer et réaliser des Groupes Auxiliaires de Puissance (GAP en Français et APU en anglais) Il équipe l’ATLANTIQUE 2 de l’aéronautique navale Il est composé de trois éléments principaux : 1 - Turbomoteur, turbine à gaz de type turbine liée fournissant de la puissance sur un arbre à l'aide des éléments : compresseur, chambre de combustion, turbine. 2 - Compresseur de charge, compresseur centrifuge entraîné directement par le turbomoteur et fournissant la puissance pneumatique pour le démarrage, le conditionnement et la pressurisation de l'aéronef. 3 - Boite de relais, train d'engrenages pour l'entraînement des accessoires moteur et d'un alternateur fournissant la puissance électrique à l'aéronef. Caractéristiques : Poids 207 kg Puissance 300 kW Vitesse de rotation max.44 886 tr/mn Tarif : 350 000€
- Chaque veine d’essais est un bâtiment aux dimensions imposantes : Dimensions de la salle environ 10m de large sur 35m de long plus 10 à 20m de silencieux selon les bancs d’essais Une cabine de contrôle protégée par un mur blindé ainsi qu'une vitre d’environ un mètre d’épaisseur Les portes sont blindée et remplie de sable pour amortir les éventuels projections ou explosions Un sol anti vibration pour ne pas propager les basses fréquences qui sont mauvaises pour les organismes
- En bleu les liaisons électriques entre l’armoire cabine et tous les équipements En Rouge le châssis mécanique ou est situé le moteur Parmi les principaux éléments on trouve : La salle de contrôle commande avec le superviseur et le pupitre de commandes L’armoire acquisition et vibrations L’armoire cabine dans laquelle arrivent tous les faisceaux électriques Le réservoir carburant Le groupe circuit huile L’armoire banc de charge électrique et hydrauliques Ensuite différents coffrets de liaisons électrique ou pneumatiques Pour abaisser la température de l’eau issue du frein, qui se trouve à une température comprise entre +30 et +60 °C en sortie, la procédure fait intervenir trois tours de refroidissement et une piscine d’un volume de 50 m3 d’eau.
- A l’intérieur de la veine d’essais : Le moteur testé est solidement fixé sur un châssis En lieu et place d’hélice on trouve un frein hydraulique à aubes de marque FROUDE*, d’une puissance d’à peu près 2 MW, Le stator du frein est équipé d’une mesure d’effort permettant de mesurer le couple de freinage et donc la puissance fournie par le moteur Toute l ’énergie est dissipée sous forme de chaleur dans l’eau, a cause du phénomène de laminage plus ou moins important selon qu’on ouvre ou ferme la vanne de sortie d’eau. En bout d’arbre, un volant d’inertie qui simule la présence de l’hélice *Inventé par William Froude, en 1858, d'un frein hydrodynamique industriel qui porte son nom et qui fonctionne sur le principe du convertisseur de couple hydraulique. Fonction du banc : Validation du moteur après réparation / avant de repartir en exploitation sur avion (traçabilité, etc.) Réglage des moteurs Les fonctions principales demandées au cahier des charges : Générer les gammes d’essais : une gamme d’essais c’est l’équivalent d’un contrôle technique pour une voiture, avec de nombreuses opérations de vérifications de bon fonctionnement, elles ont été rédigées par le constructeur du moteur pour pouvoir le vérifier Acquisition des données moteur Pilotage moteur Pilotage des servitudes Gérer les sécurités Traçabilité - Rapport Stockage données d’essais
- Le projet à donc consisté aux prestation et fournitures suivantes : Etudes : Analyse de l’existant Etudes électrotechniques Etudes logiciel Démontage de l’existant Câblage des servitudes et nouveaux systèmes Nouveau système de contrôle commande et d’acquisition Nouveau système de surveillance vibration Logiciel complet décrivant les gammes d’essais et d’étalonnage pour les moteurs et l’APU Mise au point sur site Formation des metteurs au point Notamment un pupitre avec un joystick pour les gazs Un écran tactile pour piloter l’installation Deux écrans pour visualiser les informations du superviseur
- QuelquPour réaliser ce projet nous avons basés notre solution sur une solution PXI-RT (Temps-Réel), avec une supervision sous Windows et un chassis SCXI pour conditionner et isoler les signaux analogiques. En plus de cela une carte FPGA PXI-7831R est dédiée au pilotage et à la sécurité du frein et donc de l’installation. Le système comprend, pour la partie acquisition de données : 50 entrées analogiques (signaux à des fréquences de 10 Hz, 100 Hz et 10 kHz pour les vibrations), 60 TOR [Tout-Ou-Rien, NDR], 5 entrées de comptage et une voie numérique pour une communication série RS-232. Du côté de la génération des signaux, on compte : 10 sorties analogiques et 45 TOR , A cette liste, il faut encore ajouter 120 voies calculées et 75 autres “opérateurs”, chaque essai nécessite une capacité de stockage totale moyenne de 1 Go, Le VM600 – est un rack d’acquisition pour la solution de surveillance vibratoire standard recommandé par l’AIA (pour des soucis d’homogénéité) Les voies calculées permettent de visualiser directement des résultats liés aux mesures Les voies opérateurs permettent d’appliquer des consignes non calculées (exple un profil de vitesse, un paramètre extérieur comme la pression atmosphérique, un rapport d’engrenage etc.)
- Un pilotage en plusieurs parties : Une partie sous Windows pour : L’interface homme machine (écran tactile) Dérouler les gammes et guider les opérateurs Les calculs Les consignes de pilotage et de sécurités Une partie sous PXI-RT écrite avec LabVIEW-RT : Pilotages Calculs Régulations Séquencement Une partie sous carte FPGA écrite avec LabVIEW FPGA : Régulation frein Sécurité frein Les échanges entre PC et PXI sous TCP/IP La carte FPGA est dans le châssis PXI mais complètement autonome Le serveur dispose d’une sauvegarde complète de l’application, des configurations essais et des données d’essais NB : Le choix d’éxécuter une fonction sous windows, sous RT ou sous FPGA a été fait lors des études, en fonction du degré de criticité et des performances requises. Par exemple selon la phase de l’essai, le metteur au point envoi une consigne de vitesse au moteur sur l’IHM Windows, qui transmet cette consigne au PXI-RT, qui envoi à la carte FPGA les valeurs à surveiller durant cette phase. Le logiciel permet aux informaticiens de rajouter des développements.
- Au niveau logiciel, nous sommes partis de notre logiciel standard VASCO que nous avons personnalisé pour les besoins de l’AIA. Constitué de trois parties : Un module de configuration (sous base de données MySQL) Un module Essais (Sous LabVIEW) Un module Exploitation (Sous LabVIEW) De nombreuses fonctionnalités sont déjà présente (acquisition DAQmx, enregistrements, traitements, pilotages,…) et sa structure permet d’accepter des « plugins » pour de nouvelles fonctionnalités. On est donc intervenu dans ce logiciel à deux niveaux : La configuration (sans aucun développement) Paramétrage des différentes configurations de voies (une par moteur, une par étalonnage moteur,…) La personnalisation Ecriture des scénarios d’automatisations, les fameuses « gammes »(un par moteur, un par étalonnage moteur…) Ecriture des plugins pour les fonctions spécifiques : Ecriture des fonctions de sécurités spécifiques Ecriture des fonctions de calculs Driver matériels Régulations spécifiques (notamment sur FPGA) Enregistrement des données et rapport d’essais
- Lorsque nous avons récupéré les gammes elles étaient transcrite sous forme papier et sous un programme automate, SIEMENS S5 et un logiciel de supervision TURBOCAT (de TURBOMECA) Il a donc fallut analyser le code SIEMENS, le comprendre et le transcrire d’abord en algorithmique avant de le transformer en scenario pour VASCO. Dans une gamme d’essais il y a une partie qui doit être interprétée (qui sont évidente pour les habitués, mais pas forcément pour les novices), c’est la que sont intervenus deux experts : Monsieur Marcel AUBOIROUX (NERYS) et Monsieur CLUZEAU Jean-Paul ainsi que les personnels de l’AIA. Il est important de comprendre la physique de ce qui est en train de se passer. Notamment l’aspect démarrage moteur avec un démarrage pneumatique, ainsi que des sécurités qui sont associées au moteur et à l’installation. L’expérience des personnels de l’AIA à été importante pour la compréhension et la bonne exécution du démarrage. En résumé la quantité de documents à assimiler ainsi que les recherches à faire sur les anciennes plateformes sont une phase assez longue. Heureusement le fonctionnel est parfaitement connu par les opérateurs, metteurs au points et différents intervenant de l’AIA, cela permet de nous canaliser et de vérifier la bonne compréhension du sujet par nos équipes de développeurs.
- L’automatisation des essais est complète. En effet les moteurs ont subi une réparation et doivent passer la gamme constructeur avant de voler à nouveau. La traçabilité est très importante, lors de la gamme d’essais on enregistre régulièrement tous les paramètres du moteur et de l’environnement, après avoir amené le moteur à ce qu’on appelle un « point de fonctionnement », (Par exemple : ralenti accéléré, inversion de poussée, plein gaz, ..) le fichier qui sera généré constituera le PV (Procès Verbal) ou le rapport d’essais. Une gamme d’essais représente entre 2 à 3000 lignes, elle est mise au point avec « l’administrateur » du banc, elle permet de les metteurs au points en pas à pas tout au long de l’essais. De piloter l’installation et de définir les sécurités à utiliser en fonction de la phase d’essais. Au niveau des outils VASCO pour écrire les gammes, nous avons donc utilisés les scénarios qui sont des fichiers .vas éditable sous Notepad++. Il s’agit d’un script permettant de décrire des opérations et des instructions élémentaires et de les cycler dans des boucles (tant que, pour, si…). On peut soit écrire directement les instructions lorsqu’on les connait bien soit utilisé un mode guidé qui permet de respecter la syntaxe et de sélectionner des paramètres relatif à la configuration utilisée. Un fois fini on utilise un vérificateur (sorte de compilateur) qui nous indique les erreurs de syntaxe et de variables. Mais comme dans tout programme, seul la mise au point sur banc permettra de finaliser le scénario. C’est le moteur d’éxécution LabVIEW qui interprète ce fichier et les instructions élémentaires. Chaque instruction élémentaire fait appel à un VI LabVIEW, on peut créer une hiérarchie comme dans un langage de type C avec un main, des fonctions principales qui appellent des sous-fonctions.
- La sécurité est à plusieurs niveaux : En plus des fonction de sécurité par dépassement de seuil (statique), il est possible de surveiller à l’aide d’un gabarit, mais dans le cas de ce type de moyen d’essais, nous avions besoin de sécurité complexe de type combinatoire (si je suis à tel régime moteur et que le débit est de tant alors enclencher une procédure d’arrêt automatique du banc) Certaines de ces fonctions sont directement implémentées sur la carte FPGA D’autres sont gérées au niveau du PXI-RT Ou bien encore sous Windows, sans compter les sécurités câblées, sécurités incendies. Par ailleurs on distingue deux niveaux : alarmes ou arrêt, l’alarme consiste uniquement à prévenir le metteur au point, alors que l’arrêt consiste à enclencher une procédure d’arrêt. Sachant qu’il ne s’agit pas d’un arrêt brutal du moteur, ce qui pourrait l’endommager, mais d’un arrêt progressif.
- Ce qu’il faut savoir est que ce type de moteur est optimisé pour un régime moteur déterminé, il est quasiment tout le temps utilisé à ce régime moteur optimum. Le moteur est piloté via la manette des gaz (le joystick) Un actionneur sur le banc vient positionner la manette des gaz sur le moteur (un peu de la même manière que sur l’avion) elle s’exprime en degré Sur le banc on a essentiellement deux mode de régulations : La vitesse est maintenue constante avec le frein et on fait varier l’alpha manette, c’est donc uniquement la charge qui varie, Ensuite on amène le frein à une charge connue (couple moteur connu) et on fait varier l’apha manette, c’est donc uniquement la vitesse qui varie La charge est générée par le frein, qui peut être régulé soit en vitesse soit en couple. Pour augmenter la charge sur le moteur on joue alors sur la vanne de sortie d’eau du frein, plus elle est fermée plus le couple de freinage augmente (avec le fonctionnement décrit dans la diapositive 7). Le passage de régulation en vitesse à la régulation en couple peut se faire à la volée, car la régulation est géré directement par la carte FPGA. Fonctionnalité qui n’était pas disponible sur le rack électronique du frein avant la rénovation. Pour le réglage des PID je vous renvoie sur quelques pages internet qui donnent les conseils de base et permettent de mieux appréhender la théorie de cet exercice. http://www.linuxcnc.org/docs/2.4/html/motion_pid_theory_fr.html Pour plus d’informations sur les hélices http://www.lavionnaire.fr/MecaHelices.php
- Quelques copies d’écran, car l’application tourne sur 3 écrans, pour donner un aperçu des interfaces homme machines utilisés
- La dernière version de la présentation accessible sur notre site internet WWW.NERYS.BIZ Vous pourrez aussi la demander par mail à l’adresse contact@nerys.biz Télécharger la présentation mise à jour sur www.nerys.biz/documents/NERYS_AERO_NIDAYS2014.pdf
- Le banc est aujourd’hui pleinement opérationnel depuis plus de deux ans. Commentaire de Christian VALADE de l’AIA Bordeaux Retrouvez les dernières informations sur NERYS sur notre site internet ou sur les réseaux sociaux www.nerys.biz