ALSPA P320 DCS : présentation et architecture du système

Développé par CEGELEC puis Alstom, le système ALSPA P320 — souvent désigné « ALSPA P320 DCS » dans les architectures distribuées — ne se réduit pas à un automate unique : il regroupe une famille de solutions de contrôle-commande couvrant plusieurs générations de matériels, de réseaux, de supervisions et d’outils d’ingénierie. Selon les projets, il peut assurer le contrôle complet d’une installation, le pilotage d’une machine ou une fonction spécialisée.

Cette diversité explique pourquoi deux installations ALSPA P320 peuvent présenter des architectures très différentes. Identifier précisément la série, les contrôleurs, les réseaux et les versions logicielles est indispensable avant toute opération de diagnostic, de maintenance ou de modification.

Une architecture modulaire et multigénération

Automates et contrôleurs

Les solutions ALSPA P320 peuvent s’appuyer sur des automates provenant de plusieurs constructeurs, souvent associés à une couche système, à des firmwares ou à des outils adaptés par Alstom :

• GE Fanuc Series 90-30 C80-35, Series 90-70 C80-75 et PACSystems RX3i
• B&R Automation APC620 utilisé pour le MFC1000
• ADLINK MFC3000
• B&R Automation X20 utilisé pour les CE1000 et CE1500
• ICS Triplex Trusted utilisé pour le système de protection CE3500

D’autres contrôleurs ont été conçus spécifiquement pour ces architectures : Controbloc T20, Controbloc N20, C350, C370, CE2000 et CE3000.

Réseaux de terrain et réseaux d’unité

Les échanges peuvent utiliser des réseaux Ethernet standard ou des protocoles propres à l’écosystème ALSPA. Le réseau de terrain EPL et les réseaux d’unité S-8000 E900 ou S-8000 E920 s’appuient sur Ethernet. Les générations précédentes utilisent notamment le réseau de terrain industriel FIP F8000 et le réseau d’unité F900.

Supervision et postes opérateur

La supervision historique Centralog, renommée ensuite ALSPA HMI, a évolué avec les différentes séries : Centralog VME, Centralog Unix, Centralog Windows puis ALSPA HMI. L’obsolescence des châssis VME et des stations Sun a conduit à de nombreuses migrations. À partir de la gamme ALSPA P320 Series 5, les environnements Centralog Windows peuvent également être exécutés dans des machines virtuelles.

L’outil d’ingénierie global Controcad est utilisé sur de nombreux projets, qu’il s’agisse d’un contrôle de machine ou d’un système distribué complet. Ses premières versions fonctionnaient sous Unix. Il est devenu une application Windows à partir de Controcad V3. Toutes les installations n’utilisent cependant pas la même version ni exactement les mêmes composants.

Des appellations adaptées aux applications

Les noms commerciaux et techniques varient selon la fonction assurée par le système.

• Contrôle des turbines à vapeur : TGC820, P320 TGC V1, P320 TGC V2, P320 TGC V2+, ALSPA ControSteam V3 et ALSPA ControSteam V4E. Le contrôleur ABB Turbotrol a également été utilisé sur de nombreux projets Alstom et intégré au système de contrôle distribué.
• Contrôle des turbines à gaz : ALSPA ControGas. Son origine fonctionnelle est liée aux logiques mises en œuvre sur le contrôleur ABB Egatrol, employé sur des projets Alstom avant le développement de sa propre solution de contrôle de turbine à gaz.
• Systèmes d’excitation : AVR820, AVR820E, AVR920, P320 AVR V1, P320 AVR V2 et ALSPA ControGen.
• Systèmes de contrôle distribués (DCS/SNCC) : ALSPA P320 S4, ALSPA P320 S5, ALSPA P320 S6 et ALSPA ControPlant.

ALSPA P320 est principalement présent dans la production d’énergie. Il peut assurer le contrôle distribué d’une centrale conventionnelle, d’un cycle combiné ou d’une installation utilisant une énergie renouvelable, le contrôle d’une turbine à vapeur ou à gaz, ou plus ponctuellement une fonction isolée telle que le système d’excitation.

Des automates de la famille ALSPA sont également présents dans des applications industrielles très diverses, notamment des laminoirs, des bancs d’essais à très basses températures ou des automatismes de machines et de lignes de production. Ces projets fonctionnent souvent sans Controcad : les automates sont alors programmés directement avec P4, P8 ou un autre logiciel propre au contrôleur concerné.

Controcad, un outil d’ingénierie global

Controcad ne se limite pas à juxtaposer les outils de programmation des différents composants. Il décrit dans un modèle de projet cohérent l’architecture matérielle, les logiques, les variables, les échanges, la supervision, les vues opérateur et la documentation. L’ingénieur travaille ainsi à un niveau d’abstraction bien supérieur à celui proposé par la plupart des systèmes : à partir de cette définition globale, Controcad contrôle la cohérence, établit les relations entre les composants et génère les données, configurations et codes nécessaires aux différentes cibles. Cette intégration transversale constitue l’une des caractéristiques les plus singulières d’ALSPA P320.

Ce que cette intégration apporte

• Un export Controcad peut regrouper l’ensemble des informations nécessaires à la sauvegarde d’un projet.
• Les contrôles de cohérence signalent les écarts entre les différentes parties du système et certaines adaptations sont propagées automatiquement.
• La plupart des modifications de logique peuvent être réalisées, générées et préparées au chargement depuis un environnement commun.
• Les échanges de variables entre contrôleurs et supervision sont générés et gérés de manière centralisée.
• La migration d’un projet d’une gamme ALSPA vers une autre est particulièrement simple : les automatismes programmés dans Controcad sont indépendants de la cible. Il suffit d’intégrer le nouveau contrôleur au projet pour générer le code correspondant à cette cible.

Des contraintes à maîtriser

Cette intégration rend le système puissant, mais également complexe. Les contrôles de cohérence et les générations peuvent être longs. Une modification apparemment simple d’une vue, d’une alarme ou d’un libellé doit parfois être réalisée dans Controcad, puis générée et chargée dans les composants concernés. Une bonne connaissance de l’organisation du projet est donc nécessaire pour exploiter les avantages de l’outil sans introduire d’incohérence.

Fichiers et base Oracle

Un projet Controcad comporte deux ensembles complémentaires :

• Les fichiers regroupent notamment les vues, bibliothèques, fonctions de base, répertoires contenant le code généré pour les automates, informations de débogage, paramètres propres aux applications tierces, configurations de réseaux Profibus ou de passerelles CSS-G, ainsi que la documentation et ses modèles. Ils peuvent également contenir la configuration de contrôleurs qui ne sont pas complètement intégrés à Controcad et doivent être programmés et chargés avec un outil tiers, par exemple un système de protection chaudière fondé sur Trusted CE3500.
• La base Oracle contient la configuration structurée du projet : variables, échanges, paramétrage des blocs fonctionnels, données de supervision, diagrammes d’automatisme avant leur conversion en code et nombreuses informations associées. Elle s’appuie sur de nombreuses contraintes SQL qui contrôlent directement l’intégrité et la cohérence des données lors de chaque modification. Une écriture incompatible avec le modèle est ainsi rejetée au niveau de la base, ce qui contribue fortement à la robustesse de Controcad, y compris lors d’interventions SQL directes.

Les données structurées d’un projet sont regroupées dans une base Oracle unique. Celle-ci peut être consultée et, avec les précautions nécessaires, modifiée depuis un client SQL capable de se connecter à Oracle. Cette ouverture permet d’automatiser des traitements difficiles à réaliser manuellement dans l’interface.

Des scripts peuvent par exemple appliquer une modification cohérente à un grand nombre de diagrammes ou de variables, mettre à jour les libellés associés à une chaîne fonctionnelle, comparer simultanément deux projets, fusionner certaines données ou extraire la configuration complète d’un système en préparation d’une rénovation. Ces opérations exigent une connaissance précise du modèle de données interne, des dépendances et des mécanismes de génération.

La base Controcad est unique dans le domaine des systèmes de contrôle distribués. Grâce à cette ouverture, certaines opérations réalisables sur le système ALSPA P320 ne peuvent pas l’être sur les systèmes d’autres constructeurs.

Organisation interne d’un projet Controcad

L’interface organise les informations du projet dans plusieurs arborescences et outils spécialisés.

• Arborescence matérielle — Hard : elle décrit généralement les contrôleurs, réseaux, supervisions, liaisons avec les systèmes externes, horloges, espaces de travail et ordre d’exécution des programmes. Certains projets présentent toutefois des particularités.
• Arborescence des bibliothèques — Lib : elle contient les blocs d’automatisme. Ils peuvent être écrits en LEA ou représentés sous forme de diagrammes fonctionnels FBD, automatiquement convertis en LEA lors de l’enregistrement. Les blocs peuvent appeler d’autres blocs ou des fonctions de base développées en LEA ou en C. Le Basic Function Editor permet de compiler ces fonctions pour les différentes cibles gérées par Controcad.
• Arborescence fonctionnelle — Fct : elle définit la logique et les liaisons entre les blocs sous forme de diagrammes fonctionnels. Lorsqu’un diagramme est associé à un automate par l’intermédiaire d’une unité opérative de programme POU, il est copié en lecture seule dans l’arborescence matérielle et les variables utilisées reçoivent une adresse dans la cible. Les diagrammes peuvent aussi être générés pour la simulation et servir à produire automatiquement la documentation du projet.
• Arborescence de supervision — HMI : elle regroupe la configuration des médaillons de commandes, variables synthétiques, vues, alarmes et traitements de supervision.
• Arborescence des vues — Views : elle gère les synoptiques, sous-dessins et feuilles d’alarmes. L’éditeur DV-Draw peut être lancé depuis cette arborescence pour modifier les vues.
• Grille des variables : accessible depuis l’arborescence fonctionnelle, elle permet de modifier la configuration des variables et les traitements qui leur sont associés.

Cette organisation, comme toute interface, présente des avantages et des contraintes. La possibilité d’interagir directement avec la base de données permet à un utilisateur avancé de réaliser pratiquement tout type de modification pour répondre à un besoin spécifique.

Génération et chargement

Controcad peut lancer trois grandes familles de génération.

• Génération du code automate : les échanges de variables sont créés automatiquement, tout en laissant la possibilité de gérer certains échanges manuellement. Controcad cherche à conserver les adresses existantes, en particulier lors d’une génération en ligne où un échange déjà utilisé ne doit pas être déplacé. Les diagrammes et blocs d’automatisme sont convertis en C, puis compilés avec la chaîne correspondant à l’automate cible. Les fonctions de base déjà compilées sont appelées directement.
• Génération de la supervision : après contrôle de cohérence, les données sont exportées sous forme de fichiers .UO ou .CSV selon la version. Le CIS Centralog, par l’intermédiaire de l’application CCC, ou ALSPA RTDS, interprète ensuite ces fichiers.
• Génération des vues : les synoptiques, sous-dessins et feuilles d’alarmes sont contrôlés puis exportés dans une archive. Le visualiseur EXP ou ALSPA HMI affiche ensuite ces éléments sur les stations opérateur.

Le programme peut être chargé dans les cibles gérées par Controcad avec l’outil Cell Loader à partir de la gamme ALSPA P320 S5. Les outils du constructeur de l’automate, tels que P80 ou Machine Edition, peuvent également être utilisés directement. Cell Loader ajoute cependant les contrôles de cohérence de la cellule d’automatisme et du réseau d’unité, ainsi que la gestion des versions associées au projet.

Comprendre l’ensemble avant d’intervenir

Sur ALSPA P320, une modification ne concerne pas toujours un seul automate ou un seul fichier. Elle peut affecter la base du projet, les échanges, la supervision, les vues, la génération et les moyens de chargement. La connaissance conjointe des outils d’ingénierie et du fonctionnement réel du système permet de déterminer ce qui doit être modifié, ce qui doit être régénéré et ce qui doit être vérifié avant le retour en service.

Les prestations associées sont présentées dans les pages Maintenance ALSPA P320, Obsolescence ALSPA P320, Programmation et qualification de cartes et Réalisations.