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Thèse: PHYLEAS

Titre: Contribution à la définition des spécifications pour le développement d’une architecture de transmission sans fil générique.
Laboratoire: Laboratoire des Technologies Innovantes (LTI, EA 3899).
Directeur de thèses: Jérôme FORTIN (Pr), Thierry CAPITAINE (McF), Jérôme Dubois (McF).
Durée: 01/10/2011 au 30/09/2014.
Contexte général : La société MERSEN est une société internationale experte mondiale des matériaux et équipements pour les environnements extrêmes, la sécurité et la fiabilité des équipements électriques. Cette société conçoit des solutions innovantes dans des secteurs porteurs : énergies, transports, électronique, chimie/pharmacie et industries de procédés. Son implication dans le secteur éolien concerne, la conception de baguier à fils (communément appelés “systèmes de transferts de signaux”) sur mesure. Les systèmes de transfert de signaux sont présents dans différentes applications, telles que les manèges, les systèmes d’irrigation (technologie dite “standard”), les grues, les systèmes de traitement des eaux usées, les machines industrielles d’emballage, d’imprimerie, les éoliennes… (Technologie dite “avancée”), mais aussi les scanners médicaux, les hélicoptères et avions militaires (technologie dite “high tech”). Ce sont des systèmes électromécaniques dont la fonction est de transmettre, par l’intermédiaire d’un contact glissant, du courant électrique (partie puissance-alimentation) et des signaux de commande qui s’appuient sur des bus de terrains (partie signal). Ces systèmes sont en général constitués d’un ensemble de bagues collectrices, contre lesquelles viennent frotter des contacts de natures diverses (balais, fils, fibres). Le marché représente à lui seul plus de 50 millions d’euros. Ce marché est en constante progression, est peut être corrélé à la capacité installée et aux prévisions d’installation.
Responsabilités occupées : Doctorant sur le projet, soit le principal investigateur. J’ai eu en charge la définition des exigences et des spécifications afin de réaliser un dispositif électronique embarqué capable de s’intégrer au sein de n’importe quel baguier, sans aucune remise en cause du système existant et des protocoles propriétaires.

Résumé: Les technologies sans fil sont de plus en plus présente dans notre quotidien, que se soit au niveau personnel que professionnel. Une telle avancée technologique permet ainsi de simplifier les échanges de données d’une manière plus performante et plus flexible, à moindre coût. Or l’intégration d’une solution sans fil au sein d’un réseau filaire existant ne doit en aucune façon remettre en cause ce système. L’objectif de ces travaux est proposer une définition les exigences ainsi qu’une architecture générique permettant de s’intégrer à n’importe quels types de réseaux filaires. Il est nécessaire de prendre en compte les aspects environnementaux pour le choix des composants et des technologies à employer. Cependant, cela ne s’arrête pas là. Il faut également prendre en compte les verrous liés à l’interconnexion directe sur un réseau filaire. Notre système doit donc être capable s’interconnectés pour venir récupérer les informations utiles afin d’effectuer un transfert sans fil utilisant le moins de bande passante sans fil. Nous devons donc prendre en compte les protocoles filaires d’entrées/sorties mais également les technologies sans fil, surtout dans un contexte industriel fortement contraint. Nous pourrons ainsi établir une modélisation de ces protocoles afin de rendre notre système générique. Le développement de plusieurs dispositifs de transmission sans fil a pour objectif de venir tester les différentes stratégies matérielles et logicielles mises en place afin de réduire le délai de transmission introduit par le dispositif sans fil. Afin de venir quantifier les meilleures stratégies matérielles et logicielles, nous avons mis en place une plateforme expérimentale : cette plateforme intègre nos dispositifs de transmissions sans fil ainsi que des outils logiciels. Son objectif est de venir tester les différents dispositifs développés et de venir mesurer les différents temps de transmissions. La finalité est de proposer une architecture générique capable de s’intégrer au sein de n’importe quel réseau filaire.

Travail réalisé : Un baguier est donc un système électromécanique qui fait passer un signal électrique grâce à son contact glissant. Ce signal électrique est en réalité une donnée transmise au travers de protocole de communication, plus communément appeler bus de terrain. Ces travaux m’ont permis d’étudier et de maitriser des bus de terrains tels que le RS232/422/485, le CAN Bus ou encore l’Ethernet.
  • État de l’art : l’objectif a été d’étudier ce qui se fait à la fois au niveau de la recherche mais également des industries.
    • Études bibliographiques: c’est le premier travail demandé lors d’une thèse. L’objectif est de voir ce qui se fait ailleurs afin d’orienter notre recherche;
    • Veille technologique: l’objectif est de réaliser un prototype pour l’industriel. Différentes études ont été menées afin de sélectionner les meilleurs composants et technologies;
    • Veille concurrentielle: ces travaux étant en collaboration avec un industriel, il était indispensable d’étudier les différents produits réalisés par les concurrents afin d’orienter notre positionnement scientifique et technologique et ne pas faire ce qui a déjà été fait.
  • Définition des exigences et des spécifications : un baguier est en réalité un « passe-tout » c’est-à-dire qu’il se contente de faire passer un signal électrique via le contact-glissant. En venant intégrer un dispositif électronique, nous venons en réalité mettre de l’intelligence. Il est donc nécessaire pour nous de venir s’interfacer sur les protocoles de communications afin de venir récupérer les données transmises. Une importante étude a donc été menée sur les différents protocoles de communications afin de définir une méthode de récupération de l’information capable de s’adapter aux différents bus de terrain et à leurs paramètres.
  • Définition et développement d’une architecture de transmission sans fil : la société MERSEN conçoit et fournit une vingtaine de baguier. Chaque baguier possède sa configuration de protocole et chaque protocole possède sa configuration de paramètre. Il nous est alors apparu difficile de répondre à l’ensemble des solutions proposés par la société MERSEN. Nous avons donc essayé de définir une architecture générique, capable de prendre en compte n’importe quel bus de terrain en entrée, mais également n’importe quelle technologie sans fil. Grâce à l’étude des bus de terrain, nous avons mis en place une encapsulation intelligente de l’information qui, grâce au regroupement de plusieurs messages, nous a permis de gagner en taille de donnée à transmettre.
  • Développement d’un outil d’aide à la décision : afin de gérer cet aspect générique, nous avons décider de développer un outil. Cette outil a pour objectif de nous aider à définir les stratégies matérielles (choix composants, périphériques, technologies) et logicielles (gestion des priorités, de l’encapsulation des données, de l’ordonnancement). Il nous permet également de venir tester ces différentes stratégies au travers de notre banc de test.
  • Réalisation d’un banc de test et d’un prototype industriel :
    • Banc de test : j’ai mis en place un banc de test afin de venir tester les différents prototypes réalisés. Ce banc était ainsi capable de simuler la transmission de données des différents bus de terrain (RS, CAN Bus, Ethernet). Afin de s’assurer du bon fonctionnement et de l’intégrité des données, toutes les informations transmises étaient enregistrées et elles étaient ensuite comparées aux données reçues. L’objectif était simple : s’assurer que l’on recevait bien ce que l’on transmettait. Le calcul du temps de transmission a aussi été intégré. Nous pouvions ainsi tester différentes stratégies matérielles et logicielles afin de mesurer les performances du système (plus l’optimisation était performante et plus le temps de transmission diminué).
    • Prototype industriel : ce prototype a eu pour objectif de répondre à une application d’un client de la société MERSEN. Il prenait le cas de 2*CAN Bus. Nous avons donc intégré directement au sein d’un baguier 2 cartes électroniques, l’une sur la partie fixe et l’autre sur la partie en rotation du système. Un banc de test pour ce prototype a également été développé afin de le tester en situation (ce banc comprend un boitier de commande et un boitier de réception pour vérifier la bonne transmission des informations). La technologie sans fil employée était le Bluetooth. Ce système a fait ces preuves et le développement de carte définitive est en préparation.
  • Résultats obtenus :
    • Dépôt d’un Brevet.
    • Dépôt d’un article dans une revue scientifique et d’un article dans une revue industrielle.
    • Comparaisons des performances des technologies sans fil et de différentes stratégies matérielles (utilisation de DMA ou non) et logicielles (encapsulation intelligente).