Bibliographie & annexes
Présentation
English
RÉSUMÉ
Le présent article concerne une application de la modélisation Bond Graph pour la surveillance en ligne d'une installation de génération de vapeur d'une puissance de 55 KW et qui représente le fonctionnement à échelle réduite d'une centrale thermique. Ce travail présente le modèle Bond Graph dynamique, complexe dû au couplage des différents phénomènes (thermique, fluidique, mécanique, électrique), puis l'implémentation temps réel, ainsi que le test des algorithmes de surveillance (générés directement du modèle Bond Graph) sur l'interface graphique de supervision.
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Belkacem OULD BOUAMAMA : Professeur, Directeur de la recherche à l'École polytechnique universitaire de Lille Polytech Lille - Responsable de l'Équipe MOCIS au Laboratoire d'automatique génie informatique et signal (LAGIS) UMR CNRS8219
INTRODUCTION
En informatique industrielle, la supervision des procédés est une application de contrôle-commande évolué et de surveillance (en termes de détection et localisation de défauts). Dans les processus industriels, le système de supervision est connu sous l'appellation de SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), qui inclut des composants matériels (collecte des données) et logiciels (génération des alarmes sur la base d'algorithmes de surveillance). Un logiciel de supervision fonctionne généralement sur un ordinateur en communication, via un réseau local ou distant industriel, avec un ou plusieurs équipements :
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Automate programmable industriel (API) ;
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ordinateur ;
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carte spécialisée.
Dans le monde industriel, la régulation automatique de type PID (Proportionnel intégral dérivée), ou avancée (de type observateur ou flou, par exemple) est bien maîtrisée. L'application industrielle des systèmes de surveillance en ligne est, par contre, peu développée. Elle se limite souvent à des systèmes de seuillage des variables et/ou un suivi des variables (monitoring) : l'opérateur humain reste encore le « superviseur » principal. La robustesse et la fiabilité les nombreux outils académiques développés dans la littérature [AG 3 550], ainsi que les contraintes de sécurité, sont des verrous technologiques à résoudre.
Le présent article, qui est une suite à l'article [AG 3 550], a pour objectif l'application des modèles bond graph pour la surveillance en ligne d'une installation réelle complexe représentant le fonctionnement d'une centrale thermique. Il est organisé comme suit :
La première partie présente la description et la modélisation dynamique de l'installation en tenant compte des incertitudes paramétriques du système. L'installation est alors représentée par un modèle bond graph incertain sous forme de transformations linéaires fractionnelles, dites « LFT » (Linear Fractionnal Transformation). L'intérêt des bond graphs pour cette tâche est justifié par la complexité du processus non linéaire (en raison du couplage de plusieurs phénomènes : mécanique, thermodynamique, thermique, fluidique…) et l'approche modulaire pour la représentation d'une façon graphique des incertitudes.
Les modèles obtenus sont utilisés dans la deuxième partie pour la génération systématique des indicateurs de fautes robustes, et des seuils adaptatifs pour éviter les fausses alarmes.
Dans la troisième partie, ces valeurs de sensibilité des résidus sont analysées dans la phase d'implémentation temps réel, pour déterminer les seuils de détection des fautes en utilisant un logiciel de supervision temps réel basé sur DSPACE (Digital Signal Processing And Control Engineering). Des scenarii de défaillance sont introduits expérimentalement sur le processus pour tester la validité et la robustesse des algorithmes développés.
Enfin, la quatrième partie conclut l'article.
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Modèle bond graph de l'installation
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3. Conclusion
Le présent papier fait suite à un article [AG 3 550] sur la méthodologie et la théorie bond graph pour la conception intégrée des systèmes de supervision robustes à la détection aux incertitudes paramétriques. Il concerne une application industrielle d'une installation de génération de vapeur. La complexité de cette installation est due aux non linéarités introduites par le couplage et l'interaction des différents phénomènes (thermique, fluidique, thermodynamique, mécanique et électrique).
Nous avons montré alors l'intérêt d'utiliser les bond graphs comme outils multidisciplinaires et unifiés basés sur l'échange énergétique, non seulement pour la modélisation, mais aussi pour générer d'une façon systématique les indicateurs de fautes et les seuils adaptatifs de fonctionnement normal.
L'analyse de la sensibilité des résidus aux défauts paramétriques et structurels permet de déterminer les valeurs détectables des défauts, et de contrôler par conséquent les performances du diagnostic. La fiabilité et la robustesse de la méthodologie ont été testées sur un processus réel montrant ainsi les possibilités d'application industrielle.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - DENÈFLE (R.) - Modélisation locale diphasique eau-vapeur des écoulements dans les générateurs de vapeur. - Thèse de Doctorat, Université Bordeaux 1, 14 nov. 2013.
-
(2) - ASTRÖM (K.J.), BELL (R.D.) - Drum-boiler dynamics. - Automatica, 36, p. 363-378 (2000).
-
(3) - ORDYS (A.W.) et al - Modelling and simulation of power generation plants. - Series Advances in industrial control, 311 p. (1994).
-
(4) - THOMA (J.U.), OULD BOUAMAMA (B.) - Modeling and simulation in thermal and chemical engineering : bond graph approach. - Springer Verlag, ISBN:3540663886, 219 p. (2000).
-
(5) - TYLEE - Pseudo bond graph representation of PWR pressurised dynamic. - Trans. ASME J. Dynamic System Measure Control, vol. 105, p. 255-263 (1983).
-
(6) - RIMAUX,...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
INTOUCH : logiciel de supervision http://www.wonderware.fr/img/file/Brochures/Brochure_Wonderware_InTouch_FR.pdf
PANORAMA : logiciel de supervision https://www.franceenvironnement.com/produit/panorama-e2
WINCC : logiciel de supervision http://www.automation.siemens.com/salesmaterial-as/brochure/fr/brochure_simatic-wincc-flexible_fr.pdf
DSPACE : logiciel de supervision http://www.dspace.com
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