Luca Francescon
Costruisco e automatizzo gli impianti da vuoto di un rivelatore di onde gravitazionali, con hardware e software aperti.
Dall'elettronica al vuoto ultra-alto
Mi sono diplomato perito elettronico e delle telecomunicazioni all'ITI Galileo Galilei di Livorno, tra circuiti su PCB, microcontrollori PIC e Arduino e programmazione in C/C++.
Nello stesso periodo ho rilevato un'edicola-bazar in difficoltà: l'ho riorganizzata, ne ho fatto crescere clientela e fatturato e, una volta consolidata, l'ho ceduta. Un'esperienza che mi ha insegnato a lavorare con risorse limitate e a puntare al risultato.
Dall'ottobre 2014 lavoro all'European Gravitational Observatory, nel dipartimento del vuoto dell'interferometro Virgo. Ho partecipato alla costruzione di Advanced Virgo, montando torri, criostati, valvole e pompe.
Col tempo mi sono dedicato soprattutto all'automazione: progettare internamente i sistemi di controllo che prima venivano affidati a fornitori esterni. Da lì è nata un'architettura distribuita e open source per il vuoto di Virgo.
Un'architettura open source per il vuoto di Virgo
Circa 6 km di tubi e torri a pressioni dell'ordine di 10−9 mbar, in funzione senza interruzioni per tutta la vita dell'esperimento.
Il problema
L'impianto è esteso, accessibile solo poche ore a settimana durante le prese dati e cambia nel tempo con le esigenze dell'esperimento. Le soluzioni industriali proprietarie limitano scalabilità, manutenzione a lungo termine e integrazione con l'acquisizione dati scientifica.
La soluzione
Un controllo distribuito basato su PLC industriali Arduino (Controllino), computer Raspberry Pi e un supervisore centrale integrato con il DAQ di Virgo. Protocolli aperti: Modbus TCP, RS232/RS485, I2C e SPI.
Tre livelli
Interlock hardware
Le azioni di sicurezza sono affidate a catene di relè monostabili a ritenuta: proteggono l'impianto anche se PLC o supervisore si guastano. I comandi sono brevi impulsi, che riducono lo stress sulle uscite e allungano la vita dei contatti.
Moduli PLC locali
I Controllino gestiscono valvole, pompe, aria compressa e sicurezze con un ciclo sequenziale deterministico, facile da diagnosticare. Un Raspberry Pi fa da master: dialoga con i PLC via I2C isolato (ADuM1250) e con gli strumenti via seriale.
Supervisore e DAQ
Il processo ModbusVac raccoglie i dati di tutte le stazioni a 1 Hz e li invia al DAQ di Virgo, dove ricevono il tempo GPS. Così il vuoto diventa uno strumento di diagnosi del rumore dell'interferometro.
Perché open source
Un'infrastruttura scientifica vive decenni, molto più dei cicli di vita dei prodotti proprietari. Con hardware e software aperti ogni componente può essere mantenuto, riprodotto o sostituito senza dipendere da un fornitore, e le tecnologie nuove convivono con quelle esistenti. L'unica interfaccia proprietaria è il confine con il framework di Virgo.
Il sistema non dipende da chi l'ha sviluppato: può essere compreso, modificato e migliorato da chi verrà dopo. È pensato per crescere con nuove stazioni e per infrastrutture future come l'Einstein Telescope.
«Il sistema non appartiene ai suoi autori, ma alla comunità scientifica.»
Dodici anni dentro Virgo
Oltre il controllo del vuoto
AHEAD2020 · array di robot
Nel progetto europeo AHEAD2020 ho contribuito a un array mobile di robot con sensori sismici, pensato per cancellare il rumore newtoniano nei rivelatori di terza generazione. I robot si muovono da soli negli ambienti sperimentali e inviano i dati in wireless a un sistema centrale che ne coordina le posizioni.
Trattamento dei materiali
Gestisco i materiali “proibiti per il vuoto” che, prima di entrare nell'impianto, subiscono trattamenti termici per limitarne la contaminazione. Più volte ho approfondito fenomeni inattesi legati alle scelte tecniche dell'interferometro.
Clean operations
Nel Clean Operation Team mi occupo del controllo della contaminazione quando le camere da vuoto diventano camere pulite. Ho aggiornato il monitoraggio ambientale (particelle, temperatura, pressione differenziale) e riconfigurato la sala lavaggio con un processo in linea per l'ultra-alto vuoto.
Cosa so fare
Vuoto e impianti
Elettronica e software
Formazione: tecnologia del vuoto e spettrometria di massa (AIV), camere bianche (Politecnico di Milano), qualifica PAV/PES, RLS, preposti, ambienti confinati, carroponte.
Da leggere
L. Francescon, D. Sentenac, A. Pasqualetti · EGO — articolo in preparazione
VIR-0374A-20 Rack di controllo impianti da vuotoVIR-0088A-20 Rack di controllo impianti da vuotoVIR-0190A-23 AHEAD2020 · array di robotParliamone
Per collaborazioni o domande sul progetto.