Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
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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The methodology and the theoretical foundations for robust surveillance bond graph model based have been developed in [AG3550]. The present paper concerns an application of bond graph modelling for online surveillance of a steam generator installation of 55 KW which represents in a reduced scale the operation of a thermal station. The work presents a complex dynamic bond graph model du of coupling of several phenomena (thermal, fluidic, mechanical, electrical?) and real time implementation of diagnosis algorithms (generated directly from bond graph model) in the supervision graphical user interface..
Auteur(s)
-
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 :
-
Automate programmable industriel (API) ;
-
ordinateur ;
-
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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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
bond graph | steam generator
DOI (Digital Object Identifier)
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2. Implémentation du système de surveillance
2.1 Génération d'indicateurs de fautes et de seuils d'alarme adaptatifs
2.1.1 Dimension du modèle global
Le modèle bond graph global de l'installation (figure 2) absent ici est non linéaire et peut être mis sous la forme d'une équation d'état [BE 8 280] :
-
La dimension du modèle est donnée par l'ordre n de l'équation d'état, c'est-à-dire le nombre de variables d'état x (t ) représenté par des éléments de stockage d'énergie. Elles sont au nombre de 13 :
-
6 variables d'état sont associées à l'enthalpie et la masse totale stockée dans : le réservoir, la chaudière et le condenseur ;
-
3 variables d'état associées à la quantité de chaleur stockée par les tubes de l'eau (entrée, milieu et sortie) du circuit de refroidissement dans le condenseur-échangeur de chaleur ;
-
4 variables d'état associées au déplacement des ressorts de rappel et de l'inertie des tiges et clapets des électro-vannes automatiques V2 et V1.
-
-
Le vecteur d'entrée uest modélisé par des sources d'effort et de flux (Se et Sf ), de dimension 6, qui sont :
-
la puissance de chauffe ;
-
la température extérieure ;
-
les consignes de température...
-
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Implémentation du système de surveillance
BIBLIOGRAPHIE
-
(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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