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SUPERVISION DES
SYSTEMES INDUSTRIELS
Mme Mounira BENALLEL
mounira.benallel@gmail.com
Laboratoire d’Automatique de Tlemcen
(LAT - GEE UT)
1
SUPERVISION DANS L’INDUSTRIE
Supervision ?
Technique industrielle de suivi et de pilotage informatique de
procédés de fabrication automatisés.
La supervision concerne l'acquisition de données (mesures,
alarmes, retour d'état de fonctionnement) et des paramètres de
alarmes, retour d'état de fonctionnement) et des paramètres de
commande des processus généralement confiés à des automates
programmables
 Logiciel de supervision:
Interface opérateur présentée sous la forme d'un synoptique.
2
Exemple : Logiciel de supervision d’une station d'épuration
3
Pourquoi Superviser ?
contrôler la disponibilité des services/fonctions
contrôler l’utilisation des ressources
vérifier qu’elles sont suffisantes (dynamique)
 détecter et localiser des défauts
diagnostic des pannes
diagnostic des pannes
prévenir les pannes/défauts/débordements (pannes
latentes)
prévoir les évolutions
Suivi des variables
4
Fonctions de la supervision
GESTION
ERP : Enterprise Resource planning : planification des ressources de l'entreprise
 intégration des différentes fonctions de l'entreprise dans un système
informatique centralisé configuré selon le mode client-serveur.
MRP : Manufacturing Resource Planning : planification des capacités de production
 Système de planification qui détermine les besoins en composants à partir des
 Système de planification qui détermine les besoins en composants à partir des
demandes en produits finis et des approvisionnements existants
PRODUCTION
SCADA : Supervisory Control & Data Acquisition
PC & PLC Process Control/ Programmable Logic Controller
5
Supervision et Monitoring
Monitoring
Suivi de paramètres
Sécurité (diagnostic) locale
Réguler
Control des paramètres
Supervision
Centralise le monitoring local et le contrôle
Deux parties d’un scAda
 hardware (collecte de données)
 Software (contrôle, surveillance, affichage etc..)
6
Cahier des charges d’un superviseur
 Accéder aux informations : (lecture et écriture)
 Visualiser, agir, enregistrer, archiver, gérer la sureté etc..
7
Logiciels de supervision
 Wonderware
 Leader dans le domaine de la supervision et du SCADA, notamment au travers
du logiciel InTouch,
 INTouch
 Logiciel de supervision de référence. Bibliothèque extensible contenant de
base +500 symboles graphiques prêts à l’emploi.
 PANORAMA :
 PANORAMA :
 IHM ergonomique, module de traitement des alarmes et des évènements, un
module d'exploitation des historiques.
 WinCC
 Système de supervision doté de fonctions échelonnables, pour la surveillance
de processus automatisés, offre une fonctionnalité SCADA complète sous
Windows
 DSPACE MATLAB-Simulink
8
Caractéristiques d’un SCADA
Simplicité, convivialité
Solveurs
Traitements graphiques
Conduite
Traitement des alarmes
Archivage
Archivage
Programmation
Sûreté de fonctionnement
Performances/Prix :
Prix : matériel + système d ’exploitation, logiciel, mise à jour,
assistance, documentation
9
Sous ensembles d’un SCADA
Le système SCADA comprend 3 sous-ensembles
fonctionnels:
Commande
Surveillance
Supervision
10
I. INTRODUCTION
Objectifs
et
Definitions
11
INTRODUCTION : Quelques définitions
 Processus industriel
 Assemblage fonctionnel de composants technologiques associés les uns aux
autres de façon à former une entité unique accomplissant ou pouvant
accomplir une activité clairement définie.
 Architecture du système
 Modèle orienté composant qui décrit directement le processus industriel
comme un réseau des composants industriels.
comme un réseau des composants industriels.
 P&ID (Piping and Instrumentation Diagrams )
 Plans des Instruments Détaillés ou diagrammes d'acheminement et
d'instrumentation. Utilisé pour une description visuelle de l'architecture du
processus (utilise norme ISO).
 Fonctionnement normal
 Comportement appartenant à un ensemble de comportements nominaux
pour lesquels le système a été conçu.
12
INTRODUCTION : Quelques définitions
 Défaillance
 Modification suffisante et permanente des caractéristiques physiques d'un
composant pour qu'une fonction requise ne puisse plus être assurée dans
les conditions fixées.
 Défaillances naissantes
 Ayant un caractère passager
 Constantes
 Constantes
 Evoluant dans le temps
 Catastrophique
Faute (ou défaut)
 Déviation d'une variable observée ou d'un paramètre calculé par rapport à
sa valeur fixée dans les caractéristiques attendues du processus lui-même,
des capteurs, des actionneurs ou de tout autre équipement.
13
Une panne
 Interruption permanente de la capacité du système à réaliser sa
fonction requise.
Types de défauts
INTRODUCTION : Quelques définitions
Défaut contrôleur Défaut actionneur Défaut physique
Défaut capteur
14
INTRODUCTION : Quelques définitions
 Défauts capteur.
 Écart entre la valeur réelle de la grandeur et sa mesure.
 Défauts d'actionneurs.
 Incohérence entre les commandes et la sortie (la pompe délivre un débit incohérent
avec sa caractéristique hydraulique).
 Défauts du processus physique.
 Défauts du processus physique.
 Défaillances dues à des modifications de la structure (fuite, rupture d'un organe,...) ou
des paramètres du modèle (encrassement d'un tube d'un four, bouchage d’un tube, ..)
 Défauts du système (ou de l'algorithme) de commande.
 Ils se caractérisent par un écart entre la valeur réelle de la sortie du contrôleur (selon
l'algorithme implémenté) et sa mesure
15
INTRODUCTION : Quelques définitions
 Symptômes
 Traductions d'un changement d'un comportement d'une variable détectée par
comparaison à des valeurs de référence.
 Contraintes
 Limitations imposées par la nature (lois physiques) ou l'opérateur.
 Résidu ou indicateur de faute
 exprime l'incohérence entre les informations disponibles et les informations
 exprime l'incohérence entre les informations disponibles et les informations
théoriques fournies par un modèle
 Erreur
 Ecart entre une valeur mesurée ou estimée d'une variable et la vraie valeur
spécifiée par un capteur étalon ou jugée (par un modèle) théoriquement correcte.
 Spécifications (cahier des charges)
 Objectifs que doit atteindre le système de surveillance
16
INTRODUCTION : Historique
 Depuis 1840: Apparition de l’automatique
 Tâches : améliorer la qualité des produits finis, la sécurité et le rendement des
unités en implantant des commandes performantes
 Depuis 1980, nouveau challenge : Supervision
 Rôles : Fournir à l'opérateur humain une assistance dans ses tâches urgentes de
 Rôles : Fournir à l'opérateur humain une assistance dans ses tâches urgentes de
gestion des situations d'alarmes pour l'augmentation de la fiabilité, de la
disponibilité et de la sûreté de fonctionnement du processus.
 Apparition de l’automatisation intégrée
 Commande des systèmes de production et sûreté de fonctionnement, maintenance,
gestion technique, diagnostic de fonctionnement
17
Supervision
Monitoring
Régulation
Aide à la conduite planification, diagnostic
interface homme machine
Suivi de l’état du processus
Visualisation
Commande logique, régulation
Optimisation
Niveau 3
Niveau 2
Niveau 1
INTRODUCTION : Automatisation intégrée
Instrumentation
Entrée Sortie
Optimisation
Choix et implémentation des
capteurs et actionneurs
Observations
Décisions
Niveau 0
18
Qu’est ce que la supervision: FDI / FTC ?
 Supervision :
 Ensemble d’outils et de méthodes utilisées pour faire fonctionner un processus
industriel en situation normale, ainsi qu’en présence de défaillances..
Activitiés concernées par la surveillance :
 Détection et isolation des fautes (Fault Detection and Isolation FDI) au niveau de
diagnostic, et le contrôle Tolérance au Fautes (Fault Tolerant Control FTC) par
reconfiguration nécessaire, au niveau de l’existance d’un défaut.
SUPERVISION
FDI : Comment détecter et
isoler un défaut ?
FTC : Comment continuer à
contrôler un processus?
19
Exemple
Quelle est l’origine de la
défaillance ?
Que dois je faire ?
20
REGION
DANGEREUSE
REGION
DANGEREUSE
REGION DANGEREUSE
Relation entre FDI et FTC Perf=F(Y1,Y2)
PERFORMANCES INACCEPTABLES
Y2
PERFORMANCES
DÉGRADÉES
PERFORMANCES
DÉGRADÉES
Défaut
REGION
DANGEREUSE
REGION
DANGEREUSE
PERFORMANCES INACCEPTABLES
Y1
PERFORMANCES
DÉGRADÉES
PERFORMANCES
REQUISES
Reconfiguration
21
SUPERVISION en INDUSTRIE
Maintenance
Maintenance
Liste des fautes
Liste des fautes
DIAGNOSTIC
DIAGNOSTIC
Technical
Technical
specification
specification
Ensemble de
points
Niveau FTC
Présence de Défault
Reconfiguration
Observations
Signaux de Control
CAPTEURS
Contrôle
ENTREE(E)
ENTREE(E)
SORTIE(S)
22
Objectifs des FDI
 Objectifs : étant donnée une paire E/S (u,y), trouver le défaut f . Cela va s’effectuer en
3 étapes :
 DETECTION
 Détecter le dysfonctionnement en temps réel, aussi rapidement et aussi sûrement
que possible: décide si la faute a eu lieu ou pas
 ISOLATION
 trouver leur cause, en isolant le(s) composant (s) du système dont le
fonctionnement en mode n’est pas nominal: trouver le(s)composant(s) sur
fonctionnement en mode n’est pas nominal: trouver le(s)composant(s) sur
lequel(s) le défaut est survenu
 DIAGNOSTIC
 diagnostiquer la panne en identifiant un certain modèle de défaut: détermine le
type et la gravité de la faute
23
Interprétation médicale d’un système FDI
T
37
+
-
NON
OUI

Examen
clinique
0
T +
NON

Diagnostic
24
PROBLEMATIQUE de la THEORIE FDI
25
FT (Fault Tolerance) Tolérance aux fautes
Analyse de la tolérance aux fautes de panne: Le
système est fonctionnel en mode défaillant
 Puisque le système est défectueux, est-il encore en mesure
d'atteindre son(ses) objectif(s) ?
26
 Conception de la tolérance aux fautes:
L'objectif est de proposer un système (architecture matérielle
et logicielle) qui permettra, si possible, d’atteindre un objectif
donné non seulement en fonctionnement normal, mais aussi
dans en présence de défaut(s).
Contrôle et Fault Tolerant Control (FTC)
Algorithme de Contrôle :
met en œuvre la solution des problèmes de contrôle: selon la
façon dont les objectifs du système sont exprimés
 Algorithme FTC
met en œuvre la solution des problèmes de contrôle: contrôle le
27
met en œuvre la solution des problèmes de contrôle: contrôle le
système défectueux
les objectifs du système doivent être atteints, en dépit de
l'apparition d'un ensemble pré-spécifié de défauts

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  • 1. SUPERVISION DES SYSTEMES INDUSTRIELS Mme Mounira BENALLEL mounira.benallel@gmail.com Laboratoire d’Automatique de Tlemcen (LAT - GEE UT) 1
  • 2. SUPERVISION DANS L’INDUSTRIE Supervision ? Technique industrielle de suivi et de pilotage informatique de procédés de fabrication automatisés. La supervision concerne l'acquisition de données (mesures, alarmes, retour d'état de fonctionnement) et des paramètres de alarmes, retour d'état de fonctionnement) et des paramètres de commande des processus généralement confiés à des automates programmables  Logiciel de supervision: Interface opérateur présentée sous la forme d'un synoptique. 2
  • 3. Exemple : Logiciel de supervision d’une station d'épuration 3
  • 4. Pourquoi Superviser ? contrôler la disponibilité des services/fonctions contrôler l’utilisation des ressources vérifier qu’elles sont suffisantes (dynamique)  détecter et localiser des défauts diagnostic des pannes diagnostic des pannes prévenir les pannes/défauts/débordements (pannes latentes) prévoir les évolutions Suivi des variables 4
  • 5. Fonctions de la supervision GESTION ERP : Enterprise Resource planning : planification des ressources de l'entreprise  intégration des différentes fonctions de l'entreprise dans un système informatique centralisé configuré selon le mode client-serveur. MRP : Manufacturing Resource Planning : planification des capacités de production  Système de planification qui détermine les besoins en composants à partir des  Système de planification qui détermine les besoins en composants à partir des demandes en produits finis et des approvisionnements existants PRODUCTION SCADA : Supervisory Control & Data Acquisition PC & PLC Process Control/ Programmable Logic Controller 5
  • 6. Supervision et Monitoring Monitoring Suivi de paramètres Sécurité (diagnostic) locale Réguler Control des paramètres Supervision Centralise le monitoring local et le contrôle Deux parties d’un scAda  hardware (collecte de données)  Software (contrôle, surveillance, affichage etc..) 6
  • 7. Cahier des charges d’un superviseur  Accéder aux informations : (lecture et écriture)  Visualiser, agir, enregistrer, archiver, gérer la sureté etc.. 7
  • 8. Logiciels de supervision  Wonderware  Leader dans le domaine de la supervision et du SCADA, notamment au travers du logiciel InTouch,  INTouch  Logiciel de supervision de référence. Bibliothèque extensible contenant de base +500 symboles graphiques prêts à l’emploi.  PANORAMA :  PANORAMA :  IHM ergonomique, module de traitement des alarmes et des évènements, un module d'exploitation des historiques.  WinCC  Système de supervision doté de fonctions échelonnables, pour la surveillance de processus automatisés, offre une fonctionnalité SCADA complète sous Windows  DSPACE MATLAB-Simulink 8
  • 9. Caractéristiques d’un SCADA Simplicité, convivialité Solveurs Traitements graphiques Conduite Traitement des alarmes Archivage Archivage Programmation Sûreté de fonctionnement Performances/Prix : Prix : matériel + système d ’exploitation, logiciel, mise à jour, assistance, documentation 9
  • 10. Sous ensembles d’un SCADA Le système SCADA comprend 3 sous-ensembles fonctionnels: Commande Surveillance Supervision 10
  • 12. INTRODUCTION : Quelques définitions  Processus industriel  Assemblage fonctionnel de composants technologiques associés les uns aux autres de façon à former une entité unique accomplissant ou pouvant accomplir une activité clairement définie.  Architecture du système  Modèle orienté composant qui décrit directement le processus industriel comme un réseau des composants industriels. comme un réseau des composants industriels.  P&ID (Piping and Instrumentation Diagrams )  Plans des Instruments Détaillés ou diagrammes d'acheminement et d'instrumentation. Utilisé pour une description visuelle de l'architecture du processus (utilise norme ISO).  Fonctionnement normal  Comportement appartenant à un ensemble de comportements nominaux pour lesquels le système a été conçu. 12
  • 13. INTRODUCTION : Quelques définitions  Défaillance  Modification suffisante et permanente des caractéristiques physiques d'un composant pour qu'une fonction requise ne puisse plus être assurée dans les conditions fixées.  Défaillances naissantes  Ayant un caractère passager  Constantes  Constantes  Evoluant dans le temps  Catastrophique Faute (ou défaut)  Déviation d'une variable observée ou d'un paramètre calculé par rapport à sa valeur fixée dans les caractéristiques attendues du processus lui-même, des capteurs, des actionneurs ou de tout autre équipement. 13
  • 14. Une panne  Interruption permanente de la capacité du système à réaliser sa fonction requise. Types de défauts INTRODUCTION : Quelques définitions Défaut contrôleur Défaut actionneur Défaut physique Défaut capteur 14
  • 15. INTRODUCTION : Quelques définitions  Défauts capteur.  Écart entre la valeur réelle de la grandeur et sa mesure.  Défauts d'actionneurs.  Incohérence entre les commandes et la sortie (la pompe délivre un débit incohérent avec sa caractéristique hydraulique).  Défauts du processus physique.  Défauts du processus physique.  Défaillances dues à des modifications de la structure (fuite, rupture d'un organe,...) ou des paramètres du modèle (encrassement d'un tube d'un four, bouchage d’un tube, ..)  Défauts du système (ou de l'algorithme) de commande.  Ils se caractérisent par un écart entre la valeur réelle de la sortie du contrôleur (selon l'algorithme implémenté) et sa mesure 15
  • 16. INTRODUCTION : Quelques définitions  Symptômes  Traductions d'un changement d'un comportement d'une variable détectée par comparaison à des valeurs de référence.  Contraintes  Limitations imposées par la nature (lois physiques) ou l'opérateur.  Résidu ou indicateur de faute  exprime l'incohérence entre les informations disponibles et les informations  exprime l'incohérence entre les informations disponibles et les informations théoriques fournies par un modèle  Erreur  Ecart entre une valeur mesurée ou estimée d'une variable et la vraie valeur spécifiée par un capteur étalon ou jugée (par un modèle) théoriquement correcte.  Spécifications (cahier des charges)  Objectifs que doit atteindre le système de surveillance 16
  • 17. INTRODUCTION : Historique  Depuis 1840: Apparition de l’automatique  Tâches : améliorer la qualité des produits finis, la sécurité et le rendement des unités en implantant des commandes performantes  Depuis 1980, nouveau challenge : Supervision  Rôles : Fournir à l'opérateur humain une assistance dans ses tâches urgentes de  Rôles : Fournir à l'opérateur humain une assistance dans ses tâches urgentes de gestion des situations d'alarmes pour l'augmentation de la fiabilité, de la disponibilité et de la sûreté de fonctionnement du processus.  Apparition de l’automatisation intégrée  Commande des systèmes de production et sûreté de fonctionnement, maintenance, gestion technique, diagnostic de fonctionnement 17
  • 18. Supervision Monitoring Régulation Aide à la conduite planification, diagnostic interface homme machine Suivi de l’état du processus Visualisation Commande logique, régulation Optimisation Niveau 3 Niveau 2 Niveau 1 INTRODUCTION : Automatisation intégrée Instrumentation Entrée Sortie Optimisation Choix et implémentation des capteurs et actionneurs Observations Décisions Niveau 0 18
  • 19. Qu’est ce que la supervision: FDI / FTC ?  Supervision :  Ensemble d’outils et de méthodes utilisées pour faire fonctionner un processus industriel en situation normale, ainsi qu’en présence de défaillances.. Activitiés concernées par la surveillance :  Détection et isolation des fautes (Fault Detection and Isolation FDI) au niveau de diagnostic, et le contrôle Tolérance au Fautes (Fault Tolerant Control FTC) par reconfiguration nécessaire, au niveau de l’existance d’un défaut. SUPERVISION FDI : Comment détecter et isoler un défaut ? FTC : Comment continuer à contrôler un processus? 19
  • 20. Exemple Quelle est l’origine de la défaillance ? Que dois je faire ? 20
  • 21. REGION DANGEREUSE REGION DANGEREUSE REGION DANGEREUSE Relation entre FDI et FTC Perf=F(Y1,Y2) PERFORMANCES INACCEPTABLES Y2 PERFORMANCES DÉGRADÉES PERFORMANCES DÉGRADÉES Défaut REGION DANGEREUSE REGION DANGEREUSE PERFORMANCES INACCEPTABLES Y1 PERFORMANCES DÉGRADÉES PERFORMANCES REQUISES Reconfiguration 21
  • 22. SUPERVISION en INDUSTRIE Maintenance Maintenance Liste des fautes Liste des fautes DIAGNOSTIC DIAGNOSTIC Technical Technical specification specification Ensemble de points Niveau FTC Présence de Défault Reconfiguration Observations Signaux de Control CAPTEURS Contrôle ENTREE(E) ENTREE(E) SORTIE(S) 22
  • 23. Objectifs des FDI  Objectifs : étant donnée une paire E/S (u,y), trouver le défaut f . Cela va s’effectuer en 3 étapes :  DETECTION  Détecter le dysfonctionnement en temps réel, aussi rapidement et aussi sûrement que possible: décide si la faute a eu lieu ou pas  ISOLATION  trouver leur cause, en isolant le(s) composant (s) du système dont le fonctionnement en mode n’est pas nominal: trouver le(s)composant(s) sur fonctionnement en mode n’est pas nominal: trouver le(s)composant(s) sur lequel(s) le défaut est survenu  DIAGNOSTIC  diagnostiquer la panne en identifiant un certain modèle de défaut: détermine le type et la gravité de la faute 23
  • 24. Interprétation médicale d’un système FDI T 37 + - NON OUI  Examen clinique 0 T + NON  Diagnostic 24
  • 25. PROBLEMATIQUE de la THEORIE FDI 25
  • 26. FT (Fault Tolerance) Tolérance aux fautes Analyse de la tolérance aux fautes de panne: Le système est fonctionnel en mode défaillant  Puisque le système est défectueux, est-il encore en mesure d'atteindre son(ses) objectif(s) ? 26  Conception de la tolérance aux fautes: L'objectif est de proposer un système (architecture matérielle et logicielle) qui permettra, si possible, d’atteindre un objectif donné non seulement en fonctionnement normal, mais aussi dans en présence de défaut(s).
  • 27. Contrôle et Fault Tolerant Control (FTC) Algorithme de Contrôle : met en œuvre la solution des problèmes de contrôle: selon la façon dont les objectifs du système sont exprimés  Algorithme FTC met en œuvre la solution des problèmes de contrôle: contrôle le 27 met en œuvre la solution des problèmes de contrôle: contrôle le système défectueux les objectifs du système doivent être atteints, en dépit de l'apparition d'un ensemble pré-spécifié de défauts