Caractérisation des pompes à cavités progressantes
PCM recherchait une nouvelle technique d’extraction de pétrole en mettant en place un banc d’essai reproduisant le milieu dans lequel va être placé le matériel tout en limitant l’impact du bruit environnant d’une usine de production. Ce projet s’inscrivant dans un projet de Recherche&Développement dont le client final est une compagnie pétrolière.
Phalanx a développé une interface homme-machine (IHM) ainsi qu’un système déporté de contrôle-commande pour la gestion des entrées sorties matérielles (logiciel embarqué sur automate programmable CompactRIO). Utiliser le matériel CompactRIO afin d’utiliser l’ensemble des performances de ce dernier pour automatiser et piloter le banc. Le contrôle-commande a été développé sous Real-Time afin d’assurer le déterminisme des actions et pouvoir continuer à opérer en cas de fermeture non volontaire de l’application su PC. Ce matériel nous a permis d’utiliser les performances du FPGA pour acquérir 10 fois plus vite afin de moyenner plusieurs points permettant la diminution du bruit.
PCM est leader dans la gestion des solutions de pompage industrielles. Cette entreprise est présente sur six secteurs industriels : environnement, nouvelles énergies, industrie papetière, mines et minerais, chimie et ingénierie mécanique. PCM est leader dans la fabrication de pompes à cavité progressive (PCP), une technologie permettant de répondre aux besoins de l’industrie pétrolière et gazière. PCM est également leader dans la fabrication de pompes et de systèmes de pompage pour l’agroalimentaire. Cette société ne cesse d’innover et son cœur de métier reste inchangé.
Un banc d’essai au service de l’innovation pétrolière
La demande mondiale en énergie ne cesse de s'accroître. En 2030, 75% de l’énergie mondiale sera satisfaite par les énergies fossiles. L’innovation est donc un axe majeur pour toutes entreprises travaillant dans ce milieu afin d’anticiper l’évolution des besoins en énergie et de répondre aux enjeux environnementaux. C’est dans cette optique d’innovation qu’une compagnie pétrolière a choisi de faire appel à PCM afin de développer une technique d’extraction soucieuse de l’environnement optimisant l’exploration et la production pétrolière. Ce projet conjugue performance et responsabilité.
Développement d’un logiciel dédié
Le développement du banc d’essai (cf. image 1) s’est accompagné de la conception d’un logiciel permettant un contrôle optimal des différents paramètres du banc. Ce logiciel a été conçu et implémenté sous LabVIEW, permet de contrôler les électrovalves, pompe, moteur, de paramétrer les PIDs afin d’optimiser les régulations de pression, d’afficher les données provenant des capteurs (thermocouples, couplemètre, débitmètre, capteur de pression …). Des tests manuels et automatiques peuvent être lancés à partir de cette interface homme-machine (IHM) (cf. image 2 et 3). De plus, le logiciel a été développé afin de pouvoir sélectionner la langue de ce dernier, français ou anglais, afin de prendre en compte le caractère multiculturel des entreprises travaillant pour ce projet.
Suivi d’essai et régulation en temps réel
Le logiciel permet de superviser le banc d’essai, de charger des paramètres, de lancer des tests manuels et des tests automatiques (cycle programmé par l’utilisateur et suivi de ce cycle via la régulation PID en temps réel) et de sauvegarder les données au format TDMS.
Lors des essais, l’utilisateur voit les différents points acquis sur un graphique qu’il soit en mode manuel ou en mode automatique analysant ainsi le comportement du banc en simultané. L’ensemble des points sont affichés dans les graphiques grâce à l’utilisation des network streams facilitant le dépilement des données sur PC par paquets et la détection d’une déconnexion avec le CompactRIO (un pop-up s’affiche indiquant à l’utilisateur une perte de connexion avec le CompactRIO). En cas de perte de connexion avec le PC, le banc entre en sécurité et arrête le test en cours.
Sur ce banc, des tests automatiques doivent être lancés à partir du logiciel, cependant l’ensemble des actions sont réalisées sur le CompactRIO dans la partie Temps Réel afin d’assurer le déterminisme de certaines actions (en limitant le jitter). C’est pourquoi la régulation de la pression en deux points du banc a été développé sur la partie Temps Réel.
Une solution matériel adaptée aux besoins présents et futurs
L’acquisition des données aurait pu se faire sur CompactDAQ. Cependant les exigences de robustesse, la nécessité de contrôles-commandes via PIDs et la gestion de sécurité ont conduit très rapidement à l’utilisation d’un CompactRIO 9066.
Grâce à l’utilisation de ce matériel robuste, un développement sur FPGA a été possible afin d’augmenter la vitesse d’acquisition. Cette augmentation a permis de diminuer le bruit environnant (limitant l’analyse du comportement du banc et entraînant des opérations sur les données non voulues).
Les essais automatiques permettent de suivre un cycle de pression défini par l’utilisateur, cette pression est régulée grâce à une électrovanne pilotée par le contrôleur via l’utilisation des blocs PIDs présents nativement dans LabVIEW. Ce contrôle-commande en temps réel permet de s’assurer du déterminisme des actions.
Une gestion des sécurités a dû être prise en compte lors du développement afin de mettre le banc dans son état initial lors d’activation de sécurités renvoyées par le variateur Siemens.
De plus, le CompactRIO a été retenu pour sa modularité. En effet, ce projet étant en phase de R&D, il y avait des possibilités que des éléments se rajoutent au banc ou soient modifiés. Il fallait donc un matériel qui permette de changer ou d’ajouter des cartes d’acquisition ou de génération. De plus, LabVIEW permet de générer un code modulaire facilitant l’ajout ou la modification de fonctionnalités. Le binôme LabVIEW/CompactRIO a parfaitement répondu au besoin de modularité et d’évolutivité attendu sur ce projet de R&D.
Conclusion et perspectives
Il nous a fallu deux mois pour développer l’application avec l’ensemble des fonctionnalités souhaitées par le client.
Le développement de cette application a permis de valider le fonctionnement mécanique du banc ainsi que la théorie sous-jacente. Dans l’avenir proche, le banc va être utilisé afin de qualifier les pompes et turbines dans leur utilisation conjointe.
Pendant ce projet, nous avons dû échanger des cartes d’acquisition dans des délais courts et National Instruments a toujours su répondre présent et être réactifs à ces dernières.
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