Le plus puissant laser civil français contrôlé par les produits National Instruments

Author(s):
Jean-Luc Paillard - LULI

Industry:
Research, Industrial Controls/ Devices/ Systems

Products:
TestStand, LabVIEW, Serial, GPIB, Data Acquisition, Distributed I/O, FieldPoint, Machine Vision, Switches, Instrument Connectivity, Instrument Drivers/IVI, PXI/CompactPCI

The Challenge:
Contrôler, piloter et superviser une installation laser expérimentale (LULI 2000).

The Solution:
Mettre en place un système de contrôle/commande et de supervision avec LabVIEW, TestStand et des matériels National Instruments (vision, acquisition de données, matrice, E/S déportées...).

LULI, pôle national civil de recherche autour des lasers pulsés de forte énergie et de forte puissance, fait partie du Centre de Recherche de l’École Polytechnique situé à Palaiseau. Les expériences menées visent à déposer une grande quantité d’énergie dans de minuscules cibles solides ou gazeuses à l’aide de faisceaux laser.
Le projet LULI 2000 consiste en la construction d’une installation laser et expérimentale pour les expériences scientifiques sur le thème des plasmas. Lors du tir, la matière est portée à l’état de plasma, i.e. à des conditions extrêmes de température, de densité et de pression.
Le tir est composé de deux faisceaux laser qui délivrent chacun à 1,06 µm (infrarouge) des impulsions de 0,5 à 5 ns de l’ordre du kJ. Le tir est concentré sur une cible placée dans une enceinte expérimentale sous vide (10-6 mbars) de 2,3 m de diamètre. L’objectif des équipes de recherche est d’étudier l’interaction laser-matière.


Projet et Solutions
LULI a été chargé de développer la partie contrôle/commande qui pilote le laser et les expériences. La partie supervision, qui inclut la conduite de l’installation (CDI), la création de la base de données locale (BDL) et la mise en place globale du projet, a été développée par Clemessy, société Partenaire National Instruments. La CDI gère la gestion des droits, les autorisations, et assure le bon fonctionnement (communication) de tous les diagnostics (les éléments composant les tests). La partie contrôle/commande est composée de plusieurs ensembles - laser et expérience - constitués de systèmes. Ces systèmes comportent des frontaux.
L’ensemble "laser" inclut trois châssis PXI composés de trois cartes d’acquisition d’images PXI-1407 pour observer le profil spatial du faisceau laser, de quatre cartes matrices PXI-2565 et PXI-2590 pour assurer le relais des signaux de synchronisation et de deux cartes d’E/S numériques PXI-6508. Enfin, une liaison PXI-VME (PXI-8320) est nécessaire pour communiquer avec un châssis VME qui synchronise tous les équipements et les diagnostics.

L’ensemble "expérience" inclut deux châssis PXI composés de six cartes PXI-1407, de deux cartes PXI-6508 et de cartes GPIB pour communiquer avec des instruments (oscilloscope, générateur de retards). Enfin, une carte oscilloscope LeCroy utilisant le déclenchement SMB du contrôleur a complété la configuration. Rapidement, trois autres châssis PXI seront ajoutés à cet ensemble.

Enfin, des systèmes FieldPoint (FP-1000, FP-RLY-420, FP-DI-301), reliés par liaison RS-232 à des PC industriels, pilotent à distance les équipements qui alignent les deux faisceaux laser.

Gestion logicielle
Les ensembles sont tous pilotés par des frontaux LabVIEW 6.1 développés en interne, représentant deux ans de travail à temps plein pour quatre personnes. Ces frontaux, au nombre de quatorze pour l’ensemble "laser" et de sept pour l’ensemble "expérience", gèrent l’acquisition des signaux issus des caméras, des instruments, des cartes DAQ et des capteurs. On récupère ainsi l’énergie du tir, les spectres, la durée d’impulsion et le profil spectral (répartition de l’énergie sur la tâche, etc.).

Une configuration particulière des diagnostics est mise en place par les frontaux à chaque tir. Développée par Clemessy, la supervision utilise le protocole OPC de LabVIEW Datalogging and Supervisory Control et Win CC de Siemens. L’ordonnancement des fonctions implémentées dans les frontaux, pendant les séquences automatisées, est géré par le séquenceur de tests NI TestStand.

Bilan
En développant le projet, il a fallu s’adapter aux contraintes CEM très fortes, aux longues distances (une chaîne laser peut atteindre quelques centaines de mètres) et proposer une solution évolutive.

LULI utilise LabVIEW depuis sa version 2, le développement du projet sous cet environnement s’est donc opéré naturellement. Le choix des matériels s’est également orienté vers NI afin de simplifier la mise en oeuvre.
Les premiers tirs auront lieu prochainement et les frontaux seront activés progressivement. En effet, un projet d’une telle ampleur demande un étalement temporel lors de sa mise en route.

Février 2004

Author Information:
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Jean-Luc Paillard
LULI
École Polytechnique
PALAISEAU Cedex 91128
FR
Tel: 01 69 33 35 77
jean-luc.paillard@polytechnique.fr

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