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UXP rénove l'automatisme des élévateurs de scène de l'Opéra Bastille

Industrie et  Technologies

Le spécialiste des automatismes remet à niveau les systèmes pilotant les élévateurs soulevant les 540 tonnes de la scène et des décors sur 22,5 mètres avec une précision de 5 mm.



Inauguré le 13 juillet 1989, l'Opéra Bastille peut accueillir 2 700 spectateurs, pour assister à des représentations se déroulant sur une scène unique en Europe. Car, contrairement aux scènes classiques fixes, celle de l'Opéra Bastille est mobile, pour pouvoir déplacer les décors vers des zones de stockage situées à des niveaux inférieurs.

Cette scène mobile occupe une superficie d'environ 380 m2, répartie sur trois élévateurs principaux mécaniquement indépendants. Chaque élévateur principal comporte trois autres élévateurs secondaires, actionnés chacun par des systèmes à croisillons pilotés de manière hydraulique. Et pèse 160 tonnes à vide... L'ensemble scénique mobile, constitué de deux niveaux répartis sur une hauteur d'environ 6 mètres, pèse donc 480 tonnes à vide ! Quant à la charge d'un décor, elle peut s'élever jusqu'à 60 tonnes, réparties de manière non équilibrée sur les trois élévateurs.

Les coulisses

Les décors des spectacles sont stockés au niveau - 6. Lors d'un changement de décor, on commence par descendre le décor en place. Une fois la scène positionnée au niveau - 6, l'ancien décor est évacué sur des rails aménagés sur chaque élévateur. Le nouveau décor est alors chargé sur la scène et on commande la montée de la scène vers le niveau de la salle de spectacle. Les élévateurs de scène évoluent sur une hauteur de 22,5 mètres, l'équivalent de 6 à 8 étages. Les mouvements des trois élévateurs sont commandés et contrôlés de manière synchrone. Et l'écart maximum de niveau autorisé entre les 12 points de traction des élévateurs est de... 12 mm. Avec un écart moyen, observé lors des déplacements, de 5 mm.

Le projet de rénovation d'automatisation des élévateurs de scène

Le projet consistait à rénover des installations vieillissantes (datant de 1991), car le Génie Scénique de l'Opéra Bastille était confronté à des problèmes d'obsolescence et de maintenance des équipements installés à l'origine. L'ancien système était composé de 9 automates et 3 PC calculateurs. Le périmètre technique du nouveau projet couvrait les domaines suivants :
 

  • Portage et amélioration des fonctions d'asservissements et régulation ;
  • Nouvelle architecture du système de contrôle commande et calculateur ;
  • Nouvelles armoires électriques de commande et de puissance ;
  • Câblage des réseaux Ethernet et locaux.

Nous sommes au théâtre, alors parmi les principaux défis à relever se trouvait tout d'abord l'unité de temps et de lieu. L'opération de rénovation ne pouvait être réalisée que pendant l'arrêt des représentations, en été. Et certains tests poussés ne pouvaient être envisagés que sur site.

Parmi les autres impératifs de l'Opéra, et non des moindres, la préservation maximale de l'existant :

  • conserver la possibilité de retour, en un temps record, à l'ancien système en cas de difficultés majeures ;
  • conserver tous les moteurs à courant continu en place ;
  • conserver la technologie des capteurs de position (codeurs absolus et incrémentaux), et aussi tenir compte d'une élongation d'environ 5 cm pour chaque câble de traction.

Côté maintenance et sécurité, les exigences sont tout aussi importantes. Il s'agit de :

  • commander individuellement les organes de chaque élévateur en dehors des phases de mouvements ;
  • améliorer la maintenance des élévateurs grâce à un contrôle commande plus sophistiqué pour ménager la mécanique ;
  • sécuriser le fonctionnement et mettre aux normes la sécurité machine.

Le choix d'UXP

Très peu d'entreprises disposaient du savoir-faire "pointu" en contrôle-commande et régulation pour répondre à de telles exigences. L'expérience d'UXP dans différents domaines de l'ingénierie de l'exigence, les technologies uniques que la société a développées tout au long de ces dernières années ont fait la différence, tout comme ses références dans l'industrie et sa qualité de service. UXP a été retenu par l'Opéra Bastille.




L'un des Panel PC commandant le mouvement des élévateurs.

Après analyse et expertise de l'ancienne solution, UXP décide de simplifier l'architecture en regroupant toutes les fonctions automates en une seule entité de décision. Les 3 PC IBM "calculateurs" sont remplacés par un seul PC industriel "calculateur". L'ensemble des 9 automates est remplacé par une seule carte d'automatisme Opral intégrée dans le PC calculateur et associé à des E/S déportées. Les 2 postes de pilotage, en mode texte, sont remplacés par 2 Panel PC avec une application graphique qui s'exécute dans un environnement Windows. Les Panel PC communiquent avec Opral par un réseau Ethernet.



L'interface graphique de commande

Le PC "calculateur" lit les positions des codeurs via des cartes d'entrées/sorties sur bus PCI et pilote les variateurs via un réseau Profibus. Le calculateur prend également en charge le pilotage des freins des moteurs. Cette nouvelle architecture, plus concentrée, limite les échanges de données, facilite la synchronisation des commandes, simplifie la gestion des défauts, augmente la fiabilité et les performances (vitesse, précision) de l'ensemble du contrôle commande.

La carte Opral est un processeur d'automatisme qui embarque un système temps réel. Programmée avec l'atelier logiciel Alograf Studio, selon la norme IEC 61131, elle se présente sous la forme d'une carte PCI, enfichable dans le PC calculateur. Le dialogue avec le PC calculateur est réalisé à travers le bus PCI.
Dans cette application, la carte Opral joue le rôle de "chef d'orchestre". Elle gère la cohérence des informations et assure les synchronisations et le contrôle des commandes : conditions initiales ; déplacement des garde-corps ; des portillons ; des verrous... ainsi que l'envoi des ordres de déplacement des élévateurs au PC Calculateur.

Le PC calculateur avec la carte Opral

Le PC "Calculateur" assure, lui, l'asservissement, la régulation, le séquencement et le contrôle des déplacements des élévateurs. Ces fonctions sont développées avec Alograf Studio pour un environnement cible Linux RTAI (l'extension RTAI offre des performances temps réel dur au système Linux). Alograf Studio permet d'intégrer des blocs fonctionnels métier, en l'occurrence ici l'algorithme d'asservissement.

Cet algorithme d'asservissement numérique puissant et complexe impose une grande précision temporelle pour le rafraîchissement des données. Il était donc nécessaire d'utiliser un système d'exploitation temps réel dur garantissant des temps de latence inférieurs à 10?s sur une tâche cyclique, au lieu de 10 ms pour un système d'exploitation classique.

Privilégier la sécurité

Compte tenu de l'importance des masses déplacées, une attention particulière a été portée sur les aspects sécurité lors des mouvements, en plus des sécurités électriques imposées par les normes en vigueur. L'entité décisionnelle, PC Calculateur + Opral, est intégrée dans la chaîne de sécurité à l'aide d'entrées/sorties de sécurité traitées en local. Le dispositif de chien de garde matériel (watchdog) standard de la carte d'automatisme Opral permet, en effet, d'activer la chaîne de sécurité en cas de problème logiciel.

De plus, la mise en place d'un autre chien de garde, logiciel celui-ci, permet une surveillance mutuelle entre la carte d'automatisme Opral et le PC calculateur. Et l'utilisation d'un système temps réel sur le PC calculateur et sur la carte d'automatisme Opral permet de régler les chiens de garde avec une tolérance inférieure à 100 ms, de manière à limiter l'impact d'un problème logiciel.

La capacité d'UXP à s'adapter à un environnement technique difficile, la cohérence des solutions proposées et la grande implication des équipes du génie scénique de l'Opéra, ont largement contribués à ce succès. Les équipes du génie scénique de l'Opéra Bastille sont désormais équipées de la meilleure technologie aux standards actuels. Et les éventuelles évolutions peuvent s'envisager avec des contraintes moins lourdes et des possibilités fonctionnelles encore plus riches que par le passé.

L'Opéra Bastille, très satisfait de la réussite de la première étape du projet, prépare avec UXP la deuxième étape des évolutions pour 2007, concernant une traçabilité plus poussée des mouvements.

Jean-François Prevéraud

Pour en savoir plus : http://www.uxp.fr



 

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