Systèmes numériques de contrôle-commande (SNCC)

R 7 505

de contrôle-commande (SNCC)

par

Jacques LE GALLAIS

Ingénieur ESIEE (École supérieure d’ingénieurs en électronique et électrotechnique de la Chambre de commerce de Paris)

Responsable de la Division Applications, Schneider Electric

epuis l’apparition sur le marché de la première génération des SNCC (sys- tèmes numériques de contrôle-commande), leur structure fonctionnelle a peu évolué mais la façon de réaliser les différentes fonctions a évolué pour tirer profit de nouvelles technologies issues du monde de la micro-informatique, de l’apparition des réseaux de terrain et de l’évolution de l’offre des constructeurs d’automates programmables, qui proposent maintenant des solutions que l’on peut intégrer sous le terme SNCC.

Les principaux éléments d’un SNCC restent donc :

— le contrôleur de processus ;

— l’interface de communication homme-machine ;

— le réseau de communication numérique ;

— l’outil de configuration du système.

Nous allons les passer en revue en insistant plus particulièrement sur les évolutions par rapport à l’état de l’art antérieur.

1. Le contrôleur de processus... R 7 505 - 2

1.1 Structure fonctionnelle... — 2

1.2 Structure matérielle... — 2

1.3 Structure logicielle... — 2

2. L’interface de communication homme/machine... — 3

2.1 Structure fonctionnelle... — 3

2.2 Structure matérielle... — 6

2.3 Structure logicielle... — 7

3. Le réseau communication numérique... — 7

4. L’outil de configuration du SNCC... — 8

4.1 Configuration des contrôleurs de processus ... — 8

4.2 Configuration des stations d’interface homme-machine... — 9

5. Critères de choix d’un SNCC... — 10

5.1 Critères techniques... — 10

5.2 Critères économiques ... — 10

6. Annexes... — 10

6.1 Exemple de réalisation d’algorithme : le correcteur à simulation... — 10

6.2 La commande floue... — 13

6.3 Exemple d’application : Raffinerie de Normandie ... — 14

6.4 Le batch ... — 15 Pour en savoir plus... Doc. R 7 505

D

Figure A – Architecture d’un SNCC

1. Le contrôleur de processus

Le contrôleur de processus a pour mission de réaliser les fonctions de régulation analogique, de communication numérique, mais également les fonctions d’automatisme séquentiel et combinatoire que l’on rencontre dans les procédés « batch ».

1.1 Structure fonctionnelle

La structure fonctionnelle reste encore en majorité traditionnelle :

— acquisition et conditionnement des signaux d’entrée ;

— traitement des signaux ;

— conditionnement et émission des signaux de commande.

Cependant, l’apparition de réseaux de terrain (pour l’instant très

« propriétaires », en l’absence de standard international) a tendance à entraîner le transfert des fonctions d’acquisition de conditionne- ment et de commande vers des capteurs et actionneurs

« intelligents ».

1.2 Structure matérielle

Le contrôleur de processus se présente généralement sous la forme d’un panier 19" dans lequel on trouvera les différents modules de base (figure 1) :

— module alimentation, qui à partir du 220 V ou 24 V continu fournit les tensions + 5 V et

±

— modules d’entrées analogiques, qui réalisent la conversion analogique des signaux d’entrée et également des fonctions de fil- trage, validation, mise à l’échelle ;

— modules d’entrée tout ou rien (TOR) qui réalisent l’acquisition et le filtrage des entrées TOR ;

— module unité centrale, qui assure le traitement de l’information ; ce module comporte un microprocesseur, des circuits périphériques de gestion des entrées/sorties (E/S) et les mémoires RAM et EEPROM nécessaires pour stocker les données, les programmes et les paramètres de configuration du contrôleur (RAM : random access memory, EEPROM : electrically erasable programmable read only memory ) ;

— modules de sorties analogiques qui réalisent la conversion numérique-analogique et la mémorisation des signaux de commande ;

— modules de sorties TOR qui réalisent la mémorisation des signaux de commande TOR ;

— module de communication numérique qui réalise l’interface avec un bus de terrain (FIP, PROFIBUS, ISP, HART...) [6] ;

— module de communication numérique réalisant l’interface avec d’autres contrôleurs et avec les dispositifs de communication homme-machine.

La plupart des SNCC proposent une version de contrôleur de processus à unité centrale redondante. La redondance est généra- lement de type normal/secours. Les E/S et les données internes de l’unité centrale de secours sont maintenues à jour à l’aide de mécanismes de communication inter-unité centrale. Le bascule- ment sur l’unité centrale de secours est décidé grâce aux autotests effectués sur chaque unité centrale.

1.3 Structure logicielle

Les différentes missions confiées au contrôleur de processus (traitement analogique, traitement logique et séquentiel, calculs divers, communication numérique) l’ont entraîné vers une structure logicielle très proche de celle des minicalculateurs industriels :

— nécessité, au niveau de l’unité centrale, d’utiliser un système d’exploitation temps réel multitâche pour réaliser différents traite- ments périodiques et asynchrones entre eux et répondre aux inter- ruptions nécessaires pour gérer les modules d’entrée/sortie et de communication ;

— de plus, pour décharger l’unité centrale d’un certain nombre de traitements répétitifs et rapides, les modules d’E/S et de communi- cation peuvent être équipés de leur propre microprocesseur ; le contrôleur de processus devient alors un système multiprocesseur temps réel ; les tâches élémentaires à réaliser :

• acquisition,

• traitement,

• commande,

• communication,

• autotest,

sont réparties entre les modules d’acquisition de commande et de communication qui seront considérés comme des périphériques de l’unité centrale, cette dernière conservant à sa charge le traite- ment des fonctions de régulation et d’automatisme séquentiel et la fonction d’autotest qui, réalisée souvent en tâche de fond (background), permet de contrôler en permanence l’intégrité du contrôleur et de signaler les anomalies de fonctionnement.

Les programmes correspondant aux fonctions associées par les modules d’E/S et de communication sont écrits en langage C (par- fois en assembleur pour des contraintes de performance) et le code exécutable compilé est stocké sur chaque module en mémoire PROM ou EEPROM.

Les programmes correspondant aux fonctions de régulation et d’automatisme séquentiel sont conçus sur une console de program- mation spécifique (poste ingénieur) et téléchargés dans la mémoire RAM de l’unité centrale.

Les programmes d’autotest sont en général résidents en ROM.

2. L’interface

de communication homme/machine

Chaque processus industriel comporte une interface de communication homme-machine permettant de piloter les modes de marche (marche, arrêt, auto, manuel, pas à pas...) et d’assurer la surveillance de l’état du processus.

Selon la nature du processus (manufacturier, batch, continu) et sa complexité, l’interface est plus ou moins sophistiquée et l’on peut considérer que les processus les plus exigeants en matière de communication homme-machine sont les procédés batch.

L’élément de base de l’interface de communication homme- machine est une console opérateur comportant un écran graphique couleur, un clavier et une imprimante.

2.1 Structure fonctionnelle

L’interface de communication homme-machine d’un SNCC comporte généralement trois grandes fonctions :

— surveillance et conduite du processus ;

— archivage de données ;

— gestion de données.

La fonction de configuration/programmation du SNCC est parfois supportée également par l’équipement de communication homme-machine ; nous y reviendrons au paragraphe 4.

2.1.1 Surveillance et conduite du processus Cette fonction est assurée à l’aide de vues de groupe, de réglage, de vues synoptiques, de tendance et d’alarmes.

La plupart des SNCC offrent la possibilité de décrire des liens entre les différents types de vues, ce qui permet une navigation entre ces vues avec une seule opération de sélection à l’aide du clavier ou de la souris.

2.1.1.1 Vues de groupe

Ces vues (figure 2) représentent les différentes variables concernant chaque boucle d’un groupe sous forme de barreaux et de valeurs numériques. Chaque boucle occupe une case contenant les informations suivantes :

— la valeur de la mesure, visualisée sous forme de barreau et sous forme numérique en unités physiques ;

— la valeur de la consigne, sous forme de barreau et sous forme numérique ;

— la valeur du signal de commande, sous forme de barreau et sous forme numérique dans une échelle 0-100 % ;

— l’état de la consigne (interne ou externe) ;

— l’état de la commande (manuelle/automatique).

Des renseignements complémentaires comme la valeur des seuils d’alarme ou les limites du signal de commande sont, soit présentés en permanence, soit appelés par des touches spécifiques du clavier.

L’opérateur peut, après sélection d’une des boucles à l’aide d’une touche affectée à la zone d’écran correspondante, effectuer des commandes sur cette boucle par l’intermédiaire de touches spéci- fiques d’incrémentation-décrémentation ou d’un clavier décimal.

Un effet de loupe (zoom) sur la boucle sélectionnée peut également être obtenu par l’intermédiaire du clavier, c’est la vue de réglage.

2.1.1.2 Vues de réglage

Ces vues (figure 3) reprennent les informations d’une zone de la vue de groupe avec des renseignements complémentaires, essen- tiellement les coefficients de réglage du régulateur, qui sont alors modifiables à l’aide du clavier décimal.

2.1.1.3 Vues synoptiques

Ces vues (figure 4) sont organisées sous la forme d’une arbores- cence qui présente le processus à différents niveaux de détails.

Chaque synoptique comporte un certain nombre de variables (états, mesures) animées sous forme d’icônes choisies dans une bibliothèque. La sélection d’une icône (à l’aide de la souris, boule roulante...) appelle une fenêtre qui fournit des détails complémen- taires sur la variable associée et permet sa commande si c’est une sortie.

Figure 1 – Contrôleur de processus

2.1.1.4 Vues de tendance et historiques

Les vues de tendance (figure 5) assurent la fonction remplie antérieurement par les enregistreurs papier multipistes. Elles permettent de suivre sur un même écran l’évolution de plusieurs

variables analogiques. Ces vues sont très utiles à l’opérateur de conduite car elles lui permettent d’anticiper sur l’évolution du procédé.

Certains systèmes offrent la possibilité d’intégrer des « minivues de tendance » dans les synoptiques, ce qui permet d’éviter des commutations d’images, très néfastes en période d’incident.

Figure 2 – La vue de groupe permet de surveiller un ensemble de régulateurs et, après sélection d’une des boucles au clavier, de modifier son mode de marche

(manuel/automatique), sa consigne ou sa sortie

Figure 3 – La vue de réglage donne accès aux coefficients de réglage d’un régulateur (ex. : Kp, Ki, Kd, etc.) et à une vue de tendance de ses variables principales (mesure, consigne, sortie)

2.1.1.5 Vues d’alarmes

Ces vues (figure 6) présentent les alarmes apparues sur le pro- cessus classées de différentes manières :

— par ordre chronologique ;

— par niveau de priorité ;

— par domaine (sous processus) ;

— par nature (thermique, mécanique...).

Figure 4 – Vue synoptique

Figure 5 – Vue de tendance

L’édition de ces alarmes s’effectue suivant un code de couleurs, par exemple :

alarme présente non acquittée →rouge clignotant alarme présente acquittée → rouge fixe

alarme disparue → blanc

Une édition au fil de l’eau des alarmes s’effectue en parallèle sur l’imprimante associée au poste opérateur.

Les vues d’alarmes ont très peu évolué depuis les premières géné- rations de SNCC. La détection des alarmes reste rustique (compa- raison d’une mesure à un seuil). Le niveau de priorité associé est généralement déclaré de manière statique et peu de systèmes offrent la possibilité de le faire évoluer par programme.

2.1.2 Archivage des données

Cette fonction a pour but de mémoriser des informations sur le fonctionnement du procédé qui seront mises à disposition d’une fonction gestion de données locale à l’interface homme-machine ou d’un système informatique de niveau supérieur.

Les informations archivées sont de type TOR ou analogique.

Elles sont stockées dans la base de données de la station d’inter- face homme-machine. Elles sont utilisées en interne pour l’affichage de courbes et l’édition de journaux, et elles sont accessibles à un système tiers à l’aide de requêtes SQL.

La fonction archivage est très importante pour l’analyse de défauts, a posteriori, et elle est obligatoire dans certains domaines comme l’agroalimentaire et la pharmacie où la traçabilité des produits est exigée (rappelons que la traçabilité est définie, selon la norme ISO 8402, comme l’aptitude à retrouver l’historique, l’utili- sation ou la localisation d’une entité au moyen d’identifications enregistrées).

■Informations TOR

Ces informations, appelées en général « événements », concernent :

— soit l’évolution du procédé : c’est le cas des alarmes, des changements d’état de capteurs ou d’actionneurs TOR ;

— soit les actions de l’opérateur : démarrage/arrêt d’équipement, changement de mode de marche, modification de consigne, acquittement d’alarme...

■Informations analogiques

Ce sont principalement des mesures qui sont soit échantillonnées en permanence à une période configurable en fonction de la dyna- mique du procédé, soit stockées sur événement, c’est le cas en particulier dans le domaine du « batch ».

2.1.3 Gestion des données

La fonction gestion de données réalise des traitements sur les données archivées et donne accès aux services suivants.

■Traitements sur les événements

Cette fonction permet, par des tris multicritères, de solutionner des événements dans la base de données d’archives et d’effectuer des calculs (nombre de manœuvres d’une vanne, temps passé dans un état donné, temps moyen d’intervention sur défaut...) et de les présenter sous forme de courbes, histogrammes, camemberts...

■Édition de journaux/bilans

Cette fonction permet d’éditer, sur demande ou à période fixe, des journaux de bord ou bilans d’exploitation.

2.2 Structure matérielle

La structure matérielle est présentée en figure 7.

Les constructeurs de SNCC, qui ont tous commencé par déve- lopper leur propre base matérielle pour les stations d’interface homme-machine, utilisent maintenant les bases matérielles stan- dards des grands constructeurs informatiques, ce qui leur permet de bénéficier de l’amélioration constante des coûts et des perfor- mances indirectes par la compétition entre les acteurs du marché.

Figure 6 – Vue d’alarmes

La base matérielle utilisée est généralement du type station de travail sous UNIX, utilisant des logiciels standards (MOTIF, TPC/IP, X WINDOWS...), avec accès aux services associés, architecture client/serveur, SGDB distribué ; cependant l’amélioration perma- nente des performances des PC (Pentium) et l’évolution de leurs sys- tèmes d’exploitation (WINDOWS NT) vers le temps réel leur permet maintenant d’accéder aux fonctions d’interface homme-machine à des prix très compétitifs.

La plupart des fabricants de SNCC proposent maintenant une ver- sion mini ou micro de leur système de base réalisé à partir de PC pour l’interface homme-machine.

Un SNCC peut être monoposte ou multiposte, chaque poste peut être monoécran ou multiécran. Les différents postes peuvent être banalisés ou affectés chacun à la conduite d’une partie de l’instal- lation. Les différents écrans d’un poste peuvent être dédiés à un type de vue particulier (ex : écran d’alarmes).

2.3 Structure logicielle

La structure logicielle d’une station d’interface homme-machine reste relativement classique. Elle s’appuie généralement sur les modules suivants.

■Base de données temps réel

Ce module contient une image des variables du procédé rafraîchie en temps réel. Il alimente les différentes tâches qui viennent y puiser les informations nécessaires pour l’édition et le traitement des données. Ce module contient des données provenant des contrôleurs de processus et également des données internes à la station, créées et utilisées par les différentes tâches.

■Serveur de communication

Le serveur de communication gère les échanges de données entre la station d’interface homme-machine et les contrôleurs de processus.

Ces échanges peuvent être réalisés de différentes manières :

— scrutation périodique à l’initiative de la station d’interface homme-machine ; c’est en général le cas pour toutes les variables déclarées en historique et les variables correspondant à la vue courante sur l’écran ;

— émission sur événements à l’initiative des contrôleurs de processus ; c’est le cas des alarmes et changements d’état TOR ;

— émission sur événements à l’initiative de la station d’interface homme-machine ; c’est le cas des commandes opérateur.

■Tâche graphique

Cette tâche assure l’affichage des vues sur l’écran et la gestion des outils de saisie (clavier, boule, souris...).

Cette tâche est très importante car c’est à travers ses caractéristiques :

— ergonomie d’utilisation ;

— temps d’affichage des images ;

— possibilités d’animation ;

— qualité du dessin ;

— nombre de couleurs ;

— etc.

que l’interface opérateur et, en final, le SNCC seront jugés.

■Tâche alarme

Cette tâche prépare les données qui permettront à la tâche graphique d’afficher les différentes vues d’alarmes, et à la tâche historique d’archiver les alarmes.

■Tâche historique

Cette tâche est chargée d’archiver, sur événements, les alarmes, changements d’état et commandes opérateur, et, à des périodes configurables, les mesures analogiques.

■Tâche journaux/bilan

Cette tâche a pour mission d’éditer, sur demande ou à des dates configurables, des journaux de bord et bilans d’exploitation. L’édition peut se faire sur imprimante ou sur écran.

■Tâche calcul

Cette tâche permet, à l’aide d’un langage d’accès facile (en général voisin du langage BASIC), d’effectuer des traitements mathé- matiques et logiques sur les variables de la base de données temps réel. Ces traitements génèrent, dans la base de données temps réel, des variables internes qui sont utilisées par les différentes tâches.

■Tâche SPC/SQC (Statistical Process Control/Statistical Quality Control)

À partir de calculs statistiques sur des variables du procédé (moyenne, écart-type...) cette tâche élabore des indicateurs de rendement et de qualité qui pourront être exploités pour l’optimi- sation du procédé.

■Tâche utilisateur

La plupart des SNCC fournissent des interfaces permettant à l’utilisateur d’intégrer des fonctions complémentaires (exemple : contrôle avancé, optimisation, système expert). Ces fonctions sont assurées par des logiciels tiers ou bien réalisées par l’utilisateur, généralement en langage C.

■Base de données de configuration et d’archives

Cette base de données contient toutes les informations qui personnalisent la station d’interface homme-machine à un procédé particulier :

— configuration du réseau de communication ;

— contenu de la base de données temps réel ;

— liste et contenu des vues synoptiques, tendances ;

— liste et attributs des variables surveillées par la tâche alarme ;

— liste et attributs des variables à archiver ;

— contenu et format des journaux et bilans ;

— configuration de la tâche calcul ;

— configuration de la tâche SPC/SQC.

Elle contient également les fichiers des variables archivées.

Cette base de données est ouverte, grâce à des fonctions d’import/export de fichiers, des requêtes SQL ou des liens DDE (échange dynamique de données), à des applications de type SGDBR (Oracle, Access...) ou de type EXCEL.

3. Le réseau communication numérique

Même si l’architecture des réseaux de communication numérique utilisés dans les SNCC fait fréquemment référence au modèle OSI de l’ISO, ces réseaux restent encore très « propriétaires » (OSI = Open Systems Interconnection ; ISO = International Organi- zation for Standardization).

Figure 7 – Communication homme-machine : architecture matérielle

La tendance générale est de se conformer, pour les couches basses, couches physiques et couches liaison de données, à la norme ISO 802.3 connue sous le nom d’Ethernet avec différentes vitesses selon le support retenu, de 1 Mbits/s à 10 Mbits/s. Le principe est d’émettre quand on détecte le support libre, et d’écouter pendant l’émission pour détecter d’éventuelles émissions simultanées qui conduisent à des collisions, d’où le nom CSMA-CD (Carrier Sense Multiple Access - Collision Detection).

La couche supérieure, couche application qui assure l’interface avec les fonctions utilisateurs (station d’IHM, contrôleurs de processus) reste très spécifique de chaque SNCC, ce qui limite l’ouverture de ces réseaux à des tiers.

Pour plus d’informations sur ce sujet, se reporter à l’article sur les réseaux locaux industriels de M. Thomesse paru dans le volume Automatique [6].

4. L’outil de configuration du SNCC

Cet outil a pour but de traduire la description fonctionnelle du processus et la description topologique du SNCC sous la forme de :

— la configuration matérielle et logicielle des contrôleurs de processus ;

— la configuration matérielle et logicielle des stations d’interface homme-machine.

Il est généralement installé sur une des stations d’interface homme-machine qui porte alors le nom de « poste ingénieur ».

Ce poste ingénieur stocke l’ensemble de la configuration du SNCC et assure la cohérence de la base de donnée de configuration. Il permet le téléchargement des contrôleurs de processus et des sta- tions d’interface homme-machine, il génère la documentation de l’application.

La réalisation du poste ingénieur s’appuie généralement sur un SGBD relationnel et sur les standards graphiques de type WINDOWS pour offrir une interface puissante et conviviale.

4.1 Configuration des contrôleurs de processus

■Configuration matérielle

La configuration matérielle consiste à décrire le type et le nombre de modules d’E/S et de communication constituant chaque contrôleur de processus. Cette description physique du contrôleur permet d’effectuer des contrôles de cohérence lors de la phase de configuration logicielle.

■Configuration logicielle

La configuration logicielle consiste à décrire les traitements effec- tués par chaque contrôleur de processus. Cette opération est appelée configuration car elle ne correspond pas à de la programmation au sens informatique du terme.

En effet, la description des schémas de régulation utilise un langage graphique qui consiste à sélectionner des blocs fonctionnels dans une bibliothèque (tableau 1) et à les interconnecter à l’aide d’un éditeur graphique qui permet : copier/coller, déplacement de blocs avec maintien des connexions, suppression, insertion, etc. (0)

Tableau 1 –

Bibliothèque de blocs fonctions

PIDF Correcteur PID ALA Alarme absolue

MOTOR Correcteur pour servomoteur ALR Alarme sur gradient

HCOOL Régulateur chaud-froid DTIME Retard pur

LDLG Avance/retard FG Générateur de fonction

PIDAT Correcteur auto-réglant SPP Programmateur de consigne

PIDMC Correcteur PID avec gestion RCM INT Totalisateur

RATIO Régulateur de rapport MFLW Correcteur de débit massique

SUM Additionneur/soustracteur SPS Station de point de consigne

MLD Multiplicateur/diviseur SAVE Sauvegarde des paramètres

SQRT Extracteur de racine carrée LAND ET logique

SCLF Convertisseur entier → flottant LOR OU logique

ISCLF Convertisseur flottant → entier LTMR Temporisation logique

SEL Sélecteur 3 entrées SWI Commutateur de sortie

RAMPE Rampe limiteur de gradient LDLGD Avance-retard initialisable

COMP Comparateur PIDFF PID étendu

INTD Intégrateur DTIMD Retard pur variable et initialisable

LEAD Dérivée filtrée/différentiateur SERVO Commande d’actionneur électrique

VOT Voteur 2/3 ALDEV Contrôleur sur écart

PWM Sortie à modulation de durée LIMA Écrêteur

SPLRG Split-Range ANIM Interface entrée analogique

FFFZ PID + Feed Forward flou MS Station de commande manuelle

POLYN Polynôme de degré 5

Pour prendre en compte les applications de type « batch », ce langage est souvent complété par un autre langage graphique de type SFC (Sequential Flow Chart) ou Grafcet qui permet de décrire plus facilement les traitements séquentiels.

4.2 Configuration des stations d’interface homme-machine

4.2.1 Configuration matérielle

La configuration matérielle consiste à décrire les différents équi- pements périphériques optionnels de la station d’interface homme-machine :

— imprimante d’alarme ;

— imprimante de journaux ;

— hard-copy d’écran ;

— etc.

et à paramétrer leurs drivers de communication.

4.2.2 Configuration logicielle

La configuration logicielle s’effectue en deux étapes : configura- tion de la base de données, configuration des vues standards.

4.2.2.1 Configuration de la base de données

Cela consiste à décrire chaque variable de système (tag), ses différents attributs et les opérations à faire sur ce point (figure 8).

Par exemple, pour une variable analogique :

— nom du point (debit) ;

— type de variable (real) ;

— attribution à un groupe d’alarmes (Group) ;

— commentaire ;

— unité physique ;

— archivage ;

— étendue d’échelle ;

— unité physique ;

— types de seuils ;

— valeurs des seuils ;

— etc.

Le lien de communication entre les stations d’interface homme-machine et les contrôleurs de processus est créé automati- quement par l’intermédiaire du nom de variable qui est unique dans le système.

4.2.2.2 Configuration des vues standards

La configuration des vues standards consiste uniquement à associer un tag à chaque élément de la vue :

— face avant de régulateur pour les vues de groupes et la vue de réglage ;

— n^o de plume pour les vues d’historique.

■Configuration des vues synoptiques Cette configuration comprend deux phases :

— dessin du fond de plan statique à partir d’une bibliothèque de formes (tuyaux, réservoirs, vannes, moteur, agitateur) ou en important une image scannerisée ou dessinée à l’aide d’un outil de CAO (ex : Autocad) ;

— animation d’objets dynamiques en fonction de l’état des variables du process ; cette animation s’effectue par « copier coller » à partir d’une bibliothèque d’objets préanimés (bargraph, pompe, vanne, etc.) et consiste à relier des attributs graphiques de ces objets (couleur, forme, position, clignotement) à des noms de tags.

Figure 8 – Configuration de variables

■Configuration des journaux

Les journaux sont généralement constitués de tableaux comportant :

— une partie fixe, chaîne de caractères décrivant le contenu des lignes et des colonnes du tableau ;

— une partie variable, le contenu de chaque cellule du tableau qui est puisé dans les bases de données temps réel et d’archives.

La configuration des journaux consiste à décrire leur présentation (taille des tableaux, nature des parties fixes et variables, en-tête, nom du journal) et les dates d’édition avec l’apparition progressive des PC au niveau de l’interface homme-machine. La fonction journaux tend à être réalisée à l’aide de tableurs (Lotus, Excel...) issus du monde de la bureautique.

5. Critères de choix d’un SNCC

Les critères de choix d’un SNCC peuvent se classer en deux catégories : critères techniques ; critères économiques.

5.1 Critères techniques

Les besoins fonctionnels du processus à gérer doivent, bien entendu, être satisfaits en termes de type d’E/S, de nombre d’E/S et de traitements à réaliser, mais certains points particuliers doivent être examinés avec attention :

— le temps de cycle des contrôleurs de processus doit être cohérent avec la constante de temps du processus (temps de cycle = 1/10 constante de temps du processus) ;

— le SNCC ne doit pas être à ses limites de capacité (20 % de réserve) ;

— et surtout l’ergonomie de la communication homme-machine doit être acceptable par les opérateurs de conduite. Cela implique des temps d’apparition d’image inférieurs à 2s, des mécanismes de navigation entre vues et de visualisation d’alarmes permettant à l’opérateur d’accéder rapidement à la vue à partir de laquelle il pourra intervenir. Ce dernier point est fondamental car l’opérateur, en dehors des phases de démarrage/arrêt de l’installation, travaille par exception et en aucun cas le système de communication ne doit augmenter le stress déjà existant en raison de l’apparition d’une anomalie dans le process.

5.2 Critères économiques

Les critères économiques sont de deux natures : coût de l’inves- tissement, coût de l’exploitation.

■Coût de l’investissement

Le coût de l’investissement comprend :

— le coût des matériels et logiciels de base ;

— le coût d’études nécessaires pour personnaliser le SNCC à l’application. Sur ce point, la puissance de l’outil de configuration est un élément déterminant ;

— le coût d’installation qui dépend beaucoup de la structure maté- rielle du SNCC et principalement de l’architecture de communication (réseaux locaux, bus de terrain) ;

— le coût de formation des utilisateurs. Si le SNCC est simple et convivial, le temps de formation peut être réduit.

■Coût de l’exploitation

Ce coût est essentiellement lié aux opérations de maintenance à effectuer lors de l’apparition d’une panne. Si le SNCC dispose d’outils de diagnostic permettant d’identifier rapidement l’élément défaillant, la durée de l’intervention est réduite et certains dépannages de premier niveau peuvent être réalisés par les opéra- teurs de conduite.

6. Annexes

Les techniques de traitement numérique sont bien adaptées à la solution de problèmes non linéaires et/ou intégrant du retard pur.

En voici deux illustrations, avec le correcteur à simulation et la commande floue.

6.1 Exemple de réalisation d’algorithme : le correcteur à simulation

6.1.1 Intérêt du correcteur à simulation

Le correcteur à simulation est un régulateur dont la structure géné- rale fait intervenir essentiellement un modèle explicite du procédé à régler.

Il offre les avantages suivants, qui le distinguent du régulateur clas- sique PID (régulateur à action proportionnelle, intégrale et dérivée) : a ) la prise en compte de tout retard de phase pur inhérent au procédé (retard pur proprement dit, ou tout autre comportement à déphasage non minimal), dans le but de neutraliser ses effets sur la stabilité de la boucle fermée ;

b ) une plus grande liberté de réglage des performances de la boucle fermée, en vitesse et degré d’amortissement, dans les limites imposées par les moyens réglants disponibles, par l’environnement hostile (bruits) et par le degré de validité du modèle utilisé (étendue de la zone de fréquence pour laquelle le modèle est conforme au réel).

Rappelons qu’un organe réalise un retard pur s’il y a décalage temporel entre l’entrée e et la sortie s : s (t ) = e (t – τ). Un facteur exp (– τ p ) apparaît dans la fonction de transfert.

6.1.2 Exemple d’application en échantillonné : système du premier ordre avec retard

La modélisation du système à régler par la fonction de transfert :

avec S₀ gain statique,

est assez fréquente en pratique industrielle. Elle consiste à rendre compte approximativement du comportement dynamique observé par la mise en série d’un retard pur exp (– τ p ) et d’une fonction de transfert d’ordre 1 (constante de temps T ).

Le correcteur à simulation est applicable à tout procédé :

— originellement stable (c’est-à-dire stable hors régulation) ;

— dont le comportement dynamique est linéarisable pour de faibles variations autour d’un régime donné ;

conditions auxquelles répond la majorité des procédés industriels.

Il peut être continu (analogique) ou discrétisé par rapport au temps (traitement numérique de signaux échantillonnés).

S p( ) S₀exp(– τ p) 1+Tp ---

=

La figure 9 présente, pour ce cas particulier, le schéma de principe de la boucle fermée équipée d’un correcteur à simulation. La figure 10 indique la réalisation concrète du correcteur. On remarque qu’en l’absence de retard pur (τ = 0) il s’identifie au régulateur proportionnel et intégral classique.

Le correcteur échantillonné n’est autre que la version numérique de ce correcteur. Il a pour entrée le signal d’écart e échantillonné à une cadence fixée par la période d’échantillonnage ∆, et rafraîchit à la même cadence le signal de commande a. Sa structure est exposée en figure 11. Cette figure n’est qu’une représentation symbolique de l’algorithme suivant (que l’on peut suivre plus clai- rement sur la figure 12) qui définit les opérations effectuées (dans l’ordre indiqué) à chaque instant d’échantillonnage :

a) calcul de la nouvelle commande, à partir de la nouvelle valeur de l’écart e et de l’état présent des mémoires du correcteur (V₁, V₂, ..., V_n ; U₀, U₁, U₂, ... U_q) :

avec S₀ gain statique,

q nombre de cases mémoire correspondant au retard pur, n ordre du filtre moyenneur qui traite le signal s, B = exp (–∆/T),

B’ = exp (–∆/T’),

où ∆ est la période d’échantillonnage, T la constante de temps originelle, T’ la constante de temps désirée.

b) rafraîchissement des mémoires en vue de les préparer pour le calcul lié au prochain échantillonnage :

où Y←X signifie : transfert du contenu de la mémoire X dans la mémoire Y.

Cette seconde étape consiste donc en de simples transferts d’information de mémoire à mémoire, à l’exception de la mémoire, U₀ qui exige le calcul de sa nouvelle valeur.

Du point de vue de l’utilisateur, le correcteur échantillonné est équivalent à un régulateur analogique. Les paramètres réglables correspondent en effet à des données de type continu, à savoir :

S₀ gain statique (ou rapport – sans dimensions – entre la varia- tion finale de l’écart e et la variation échelon de la commande a qui en est la cause),

T constante de temps originelle (en secondes), τ retard pur (en secondes),

T’ constante de temps désirée pour la boucle fermée (en secondes),

n ordre du filtre de mémoire finie appliqué au signal s (moyenne arithmétique des n + 1 dernières valeurs de s).

S₀, T et τ sont imposés par le procédé et résulteront généralement d’un essai d’identification sur le site. Quelle que soit la méthode d’identification utilisée, le relevé expérimental de la réponse indicielle est une opération qu’il est toujours extrêmement utile d’entreprendre, car elle procure rapidement une estimation signifi- cative des paramètres du procédé. Par ailleurs, l’expérience a confirmé à plusieurs reprises la robustesse du correcteur, c’est-à-dire sa faible sensibilité aux erreurs inévitables de modélisation.

Le choix de T’ déterminera la vitesse de réponse de la boucle fermée (retard pur non compris), toute réduction de T’ correspon- dant à un accroissement de vitesse (au prix, bien entendu, d’une action plus importante sur l’organe de réglage), mais aussi à une sensibilité accrue aux erreurs du modèle.

s 1

S₀ --- · e +U_q

=

s_f (s+V₁+V₂+...+V_n) · 1 n+1 ---

=

a 1–B′ 1–B ---

 

 s_f B′–B 1–B ---

 

 U₀

+

=

V_n←V_n–1 ... ... V2 V

← 1

V1←s Uq U

q–1

← ... ... U2 U

← 1

U1←U₀

U0 (1–B)a BU + 0

[ ]

←

Figure 9 – Boucle fermée munie d’un correcteur à simulation d’ordre 1

Figure 10 – Structure effective du correcteur analogique

Figure 11 – Structure du régulateur numérique équivalent

En conclusion, le correcteur échantillonné représente une généralisation du régulateur PI classique : il s’avère indispensable en présence de tout phénomène entaché d’un retard pur impor- tant. Il permet en effet, contrairement au régulateur PI classique, d’atténuer dans une large mesure l’influence néfaste du retard pur sur la stabilité de la boucle.

Il est vrai que le correcteur échantillonné ne peut, à lui seul, compenser le retard avec lequel la correction a lieu, face à des perturbations extérieures, cette compensation étant physiquement impossible en l’absence d’information extérieure, mais il peut par contre éviter les conséquences du retard que subissent les signaux circulant dans la boucle et améliore radicalement de ce fait le comportement dynamique de celle-ci.

Il importe de réaliser que l’apport du correcteur échantillonné participe de la mise en œuvre du principe général de la correction par simulation, et que ce principe peut être à la base d’algorithmes plus complexes : prise en compte de modèles d’ordre plus élevé, de systèmes intégrateurs, d’informations directes sur certains signaux perturbateurs, de caractéristiques non linéaires, d’un

échantillonnage irrégulier de la mesure : correction multivariables, correction adaptative, etc.

À titre d’exemple, la figure 13 schématise l’algorithme de correc- tion pour un système équivalent à un retard pur et à une fonction de transfert d’ordre 2. La figure indique l’ordre de déroulement des modules élémentaires, à respecter à chaque pas d’échantillonnage.

Nous avons fait observer plus haut la relation qui existe entre le correcteur échantillonné et le régulateur classique PI. Dans le même esprit, on peut concevoir le correcteur de la figure 13 comme une extension naturelle du régulateur PID, capable de prendre en compte, contrairement à ce dernier, tout retard pur affectant le procédé.

Ces extensions des régulateurs classiques offrent un avantage supplémentaire qui, à première vue, apparaît comme une contrainte : leur réglage exige une phase d’identification. Rappelons en effet que les paramètres affichés correspondent :

— au résultat de l’identification (définition du modèle) ;

— et aux performances dynamiques désirées (définition des caractéristiques de la boucle fermée).

Figure 12 – Détails de réalisation du régulateur numérique

Figure 13 – Boucle fermée munie d’un correcteur à simulation d’ordre 2

Le fait d’avoir adopté une structure de régulateur qui explicite le besoin d’une phase d’identification peut être comme un progrès en matière de régulateurs industriels. Ce besoin existe tout autant en présence d’un régulateur PID, mais il est implicite, et les para- mètres affichés sont généralement des fonctions complexes du modèle et des performances désirées. L’intérêt du correcteur à simulation est de permettre à l’opérateur de déclarer directement, et séparément, l’information dont il dispose et l’objectif qu’il poursuit.

6.2 La commande floue

Les premières tentatives pour modéliser des systèmes par des relations floues remontent aux années 1965-1970. Si les premières applications industrielles sont européennes, ce sont principalement les Japonais qui lancent ensuite réellement la commande floue dans l’industrie. Aujourd’hui, plusieurs constructeurs de SNCC et d’auto- mates proposent des algorithmes de commande floue.

6.2.1 Principe du flou

L’esprit humain manipule essentiellement des notions qualitatives lorsqu’il traite de l’information et n’utilise le quantitatif qu’en deuxième ressort pour améliorer ce traitement d’information. Il manipule si mal par lui-même le quantitatif qu’il a besoin d’un sup- port matériel pour le traiter : papier-crayon, calculateur...

Cette manipulation de notions qualitatives donne d’étonnants résultats : un individu se contente pour conduire un véhicule de notions vagues du genre « aller plus vite », « braquer un peu », etc.

De la même façon, on dira qu’il fait très froid, froid, chaud ou très chaud sans y faire correspondre une température précise. Le flou a pour objet la manipulation par la machine de notions imprécises.

6.2.1.1 Ensembles flous et fonction d’appartenance Un ensemble flou est un ensemble aux frontières mal définies : l’ensemble des « âges jeunes » est mal défini. En théorie des ensembles classiques, un élément appartient ou n’appartient pas à un ensemble. En logique floue, l’appartenance (µ) à un ensemble A est graduée de 0 à 1 :

• 0 : l’élément n’appartient pas à l’ensemble ;

• 1 : l’élément appartient entièrement à l’ensemble ;

• 0 < µ < 1 : l’élément appartient avec le degré µ à l’ensemble.

Le degré d’appartenanceµ(x) caractérise le degré de vérité de la proposition « x appartient à A ».

Pour la présentation des principes mathématiques, se reporter à [7]. L’article [8] étudie un exemple d’application.

De nombreuses formes de fonctions d’appartenance sont possi- bles (triangles, trapèzes, rectangles).

6.2.1.2 Règles d’associativité des ensembles flous

Soit à piloter un chauffage, la température et la force du vent étant données, on peut définir trois ensembles flous pour la température : très froide, froide, moyenne avec des degrés d’appartenance µ (figure 14a).

De même, on peut définir trois autres ensembles pour la force du vent (figure 14b) : faible, modéré, fort, et aussi pour le moyen d’action qui est la puissance de chauffage (figure 15) : petite puis- sance, demi-puissance, pleine puissance.

Pour piloter le chauffage on peut définir des règles, par exemple :

— petite puissance = température moyenne ET vent faible ;

— demi-puissance = (température moyenne ET vent fort) OU (température froide ET vent modéré) ;

— pleine puissance = (température très froide ET vent modéré) OU (température froide ET vent fort).

Une règle d’associativité très utilisée est celle du MIN-MAX : pour une conjonction en ET, l’appartenance est la plus petite des apparte- nances et pour une disjonction en OU c’est la plus grande. Pour l’exemple ci-dessus si température = 0 ^oC et vitesse vent = 60 km/h, on a :

— petite puissance = MIN (0,0) = 0 ;

— demi-puissance = MAX (MIN (0 ; 0,3), MIN (1 ; 0,7)) = 0,7 ;

— pleine puissance = MAX (MIN (0,5 ; 0,7), MIN (1 ; 0,3)) = 0,5.

6.2.1.3 Defuzzification (ou clarification)

On a vu au § 6.2.1.1 comment définir l’appartenance à un ensemble flou et au § 6.2.1.2 comment utiliser des règles sur ces ensembles.

Pour appliquer dans notre exemple une commande de chauffage quantifiable (une puissance en watts), il nous reste à repasser d’un degré d’appartenance aux ensembles petite puissance, demi- puissance et pleine puissance, à une valeur numérique de cette puissance. Une méthode fréquemment utilisée est celle du centre de gravité (figure 15).

Ici la puissance qui doit être appliquée est : x watts. x est l’abscisse du centre de gravité de la surface limitée par l’ensemble des trapèzes.

Figure 14 – Fonctions d’appartenance

Figure 15 – Fonctions d’appartenance de la puissance

6.2.2 Les régulateurs flous

Un phénomène de mode provoque l’engouement de certains utilisateurs pour ces régulateurs. En fait, ces appareils ne prétendent pas remplacer les régulateurs développés par les automaticiens mais se présentent comme un complément intéressant. Il est des processus qu’on ne sait pas modéliser, ou trop coûteux à modéliser.

Il est aussi des processus non linéaires modélisables mais pour lesquels l’utilisation du modèle dans un régulateur non linéaire s’avère trop complexe. La régulation floue propose une solution au réglage de ces processus.

On peut en distinguer deux catégories principales : ceux qui super- visent un régulateur PID classique et ceux qui réalisent entièrement la fonction de régulation. Dans le premier cas, on trouve des régu- lateurs flous modifiant les caractéristiques d’un PID pour réaliser un ensemble régulateur non linéaire pilotant un procédé non linéaire.

Dans le deuxième cas, le plus souvent les données traitées par le régulateur sont :

— l’écart mesure-consigne ;

— la variation de cet écart.

Ces deux mesures sont interprétées chacune sous forme de trois à sept ensembles flous du type : très négatif, négatif, nul, positif, très positif, avec des fonctions d’appartenance triangulaires.

La sortie du régulateur est le plus souvent la variation de sortie demandée avec des fonctions d’appartenance de type rectangulaire.

Les règles sont fixées soit par le constructeur, soit par l’utilisateur.

Des valeurs de pondération peuvent être affectées aux entrées avant fuzzification, ainsi qu’à la sortie clarifiée. L’utilisateur fixe :

— les bornes des ensembles flous ;

— la valeur des pondérations ;

— les règles.

Il est difficile de comparer brutalement les performances d’un régulateur flou et d’un régulateur classique, car la rapidité de mise en œuvre et la simplicité sont des éléments essentiels à prendre en compte, en plus de la simple performance, pour faire cette comparaison.

L’absence de benchmark reconnu empêche des comparaisons objectives des régulations proposées à l’industrie. Il n’y a pas non plus de panacée. Dans certains cas très particuliers, des solutions autres que celles citées dans le tableau peuvent être envisagées mais l’intervention d’un spécialiste est alors nécessaire.

Il n’y a pas de solutions universelles. Selon un certain nombre de critères, l’utilisateur choisira parmi les régulations disponibles celle qui lui convient, à condition que son SNCC en dispose (tableau 2).

6.3 Exemple d’application : Raffinerie de Normandie

Pour répondre à l’évolution du marché de l’essence sans plomb, la Raffinerie de Normandie, qui appartient à la compagnie Total Raffinage Distribution SA, a construit une unité neuve d’isomérisa- tion des essences.

Simultanément, une imposante rénovation de plusieurs de ses plus anciennes unités de production s’est traduit par la réinstru- mentation et le remplacement de la régulation analogique existante par une régulation numérique avancée.

À la Division d’exploitation des grands produits de la raffinerie, une conduite centralisée Alspa ZS qui satisfait à la fois les contraintes de temps de réponse (moins de trois secondes) et d’ergonomie de l’interface homme-machine a été mise en place en partenariat avec Cegelec.

Outre la fourniture des équipements, Cegelec s’est vu confier la programmation des automates Alspa C500 et l’élaboration de la base de données des postes de conduite Alspa P5200.

Total a déterminé son choix au vu des résultats d’un test en plate- forme qu’il avait imposé à tous les compétiteurs. Ce test consistait à réaliser une application significative sur un système complet.

(0)

Tableau 2 –

Comparatif résumé des principales familles de régulateurs

Critères

Type de régulation

PID Prédictif Modèle

interne Flou PID

auto-adaptatif

Simplicité d’utilisation en monovariable bien médiocre moyen moyen bien

Simplicité d’utilisation en multivariable bien bien moyen bien médiocre

Mesures à échantillonnage lent et irrégulier médiocre moyen bien médiocre médiocre

Performances en multivariable médiocre moyen bien moyen médiocre

Processus à non-minimum de phase médiocre bien bien moyen médiocre

Processus instable moyen moyen moyen médiocre médiocre

Processus non linéaire au sens paramétrique médiocre moyen bien bien moyen

Processus non linéaire à structure brutalement évolutive moyen moyen bien moyen moyen

Processus à paramètres évolutifs dans le temps médiocre moyen moyen moyen bien

Contraintes sur la commande médiocre bien moyen médiocre médiocre

Contraintes sur une grandeur réglée moyen bien bien moyen moyen

Processus non modélisable mathématiquement moyen médiocre médiocre bien médiocre

6.3.1 Une nouvelle instrumentation pour la raffinerie

Le système Alspa ZS mis en place par Cegelec conduit :

— le craqueur 6 (reformage catalytique) traitant 2 600 tonnes par jour ; il comporte le strippeur de désulfuration, la préchauffe de la réaction, puis la réaction proprement dite à 500 ^oC en présence d’hydrogène, sur un catalyseur au platine ; l’unité est complétée par une débutanisation et un fractionnement des reformats ;

— l’unité de fractionnement des reformats (1 600 tonnes par jour) ; à partir de la fraction légère issue de l’unité de reformage catalytique (« reformat léger »), on extrait 300 tonnes par jour de benzène, ainsi que du toluène destiné à couvrir les besoins de la pétrochimie ; les substances aromatiques sont extraites au sulfolane qui est ensuite régénéré ;

— l’isomérisation des xylènes (1 000 tonnes par jour) concerne le métaxylène et l’éthylbenzène transformés en paraxylène et orthoxy- lène, produits à valorisation plus élevée ;

— l’isomérisation des essences (1 600 tonnes par jour) ; à partir de coupes légères, le procédé mis en œuvre permet de produire des carburants à haut indice d’octane.

Le passage de la conduite classique à la conduite centralisée a permis de confier à l’opérateur « tableau », la surveillance de 250 boucles de régulation, contre 150 auparavant, tout en améliorant l’efficacité.

Deux autres opérateurs effectuent les interventions extérieures et rendent compte de leurs actions en salle de contrôle.

6.3.2 Architecture du système de conduite

Le système de conduite de la raffinerie est bâti sur un bus Sycoway redondant. Il comporte onze automates de régulation, environ 1 500 acquisitions de données, plus de 200 boucles de régulation et six postes de conduite entièrement banalisés. L’installation comprend ainsi :

— sept automates régulateurs C500 tri-processeurs pilotant le craqueur 6 et l’unité de fractionnement des reformats ;

— quatre automates régulateurs C500 (dont trois automates tri-processeurs) pour la nouvelle unité d’isomérisation des essences ;

— quatre postes de conduite P5200 pour la conduite proprement dite, essentiellement au moyen de 24 synoptiques principaux de l’installation : trois de ces postes affichent les vues de conduite, le quatrième étant réservé à la présentation de l’ensemble des vues chronologiques d’alarmes ; le chaînage des alarmes et de l’imagerie autorise l’accès automatique au synoptique concerné par une alarme. Il s’y ajoute un poste P5200 destiné au chef de quart : il sert essentiellement à des actions de visualisation des paramètres du procédé. Enfin un poste supplémentaire, dit « fonctionnel », mis à la disposition des équipes de maintenance, est installé dans le local technique.

6.3.3 Traitement des alarmes

Les alarmes sont traitées grâce aux possibilités standards du langage ARC de programmation de l’automate régulateur Alspa C500, avec datation automatique au sein de l’automate.

Le traitement des alarmes autorise :

— la modification dynamique des niveaux d’urgence en fonction du contexte d’état du procédé : la même information d’alarme peut ainsi recevoir différents niveaux de criticité ;

— le masquage (et le démasquage) des alarmes, automatique- ment ou par l’opérateur (s’il y est autorisé), selon l’état du procédé.

Les équations de traitement des alarmes tiennent également compte de l’invalidité éventuelle des acquisitions de mesures. En fait, une alarme ne pourra jamais être inhibée par un capteur invalide, intervenant dans l’équation d’alarme.

Il est possible de spécialiser les postes opérateurs ou les vues, en inhibant les alarmes par niveau d’urgence et par unité de procédé.

D’autre part, les postes permettent de restituer les alarmes mémorisées, selon divers critères (heure d’apparition, niveau d’urgence, unité concernée, etc.).

6.3.4 Algorithmes de régulation

Des algorithmes évolués ont été développés afin de soulager la tâche des opérateurs en éliminant les manipulations multiples, tout en assurant la stabilité des unités en régime perturbé.

Ces algorithmes mettent en œuvre :

— des cascades multiples, entre autres pour l’équilibrage de passes de four ou pour le contrôle en qualité des colonnes ;

— des chaînes d’avance dynamique, telles que l’anticipation des effets de variation de débit de charge sur les grandeurs réglées ;

— des limiteurs de gradients et de rampes afin de ne pas trop solliciter certaines grandeurs réglantes ou consignes ;

— des régulateurs à modèle interne sur les applications à retard pur important, grâce à leur robustesse, leur précision et leur capacité d’anti-saturation, ainsi que dans les cas où leur mise en œuvre simplifie les schémas à base de PID ;

— des automatismes de gestion des stratégies de régulation selon les cas de marche du procédé, ainsi que ceux d’initialisation des boucles, sans à-coup, quelle que soit leur complexité ;

— des calculs élaborés de paramètres (réglés ou non) de procé- dés, tels que les rapports stœchiométriques ;

— des calculs automatiques de coefficients de réglage statiques selon l’échelle des capteurs.

Les entrées-sorties sont validées à tous les niveaux, afin d’auto- riser les bouclages de tout ou partie du schéma, ou au contraire de déboucler les parties altérées des schémas et autoriser des marches dégradées.

6.3.5 Traitements séquentiels complexes

Ils concernent essentiellement la disposition des circuits et la régénération des sécheurs de charge et des sécheurs d’hydrogène.

À cet effet, il a été fait usage de variables explicites multi-états, ainsi que des possibilités offertes par le langage ARC pour la gestion de graphes de séquences.

Les séquences sont suivies en mode « messagerie » à partir d’un seul synoptique à plusieurs profondeurs, sélectionnées automati- quement selon l’état du procédé.

Dans un bandeau situé en partie basse du synoptique apparaît, sur trois lignes, un guide opérateur où figurent des informations telles que la phase en cours du procédé, l’action en cours, l’état de l’organe commandé, les défauts d’exécution de l’action en cours ou de cet organe, le temps courant et le temps restant jusqu’à une limite fixée, l’action attendue de l’opérateur ou proposée, le mode d’exploi- tation de la séquence.

6.4 Le batch

Cette expression correspond en français à ce qu’on désigne par

« traitement par lots ». Bien que les procédés manufacturiers traitent très souvent des lots, la tendance est à appeler « procédé batch » les procédés où il y a à la fois mélange de régulation, séquentiel et combinatoire et traitement par lots. On trouve ce type de procédé essentiellement en agroalimentaire et en chimie fine.

La commande de procédés batch implique deux caractéristiques des systèmes de contrôle-commande :

— un langage de programmation permettant de traiter régulation, séquentiel et combinatoire, ou plusieurs langages adaptés pouvant coexister et échanger leurs variables ;

— la possibilité de changer globalement les paramètres de l’auto- matisme pour chaque type de lot fabriqué et même parfois l’algo- rithme lui-même. C’est ce qu’on appelle la fonction « recette ».

À l’heure actuelle (1997), la majorité des systèmes permettent la programmation avec plusieurs langages adaptés. Citons par exemple :

— les blocs fonctionnels configurés graphiquement pour la régulation ;

— les blocs booléens ou les langages « à contacts » pour le combinatoire ;

— le GRAFCET pour le séquentiel.

Les recettes sont constituées et téléchargées dans les unités de traitement à partir des postes de conduite.

Dans un certain nombre de procédés batch, les appareils de fabri- cation (pompes, réservoirs, réacteurs...) ne sont pas interconnectés entre eux de façon rigide mais par des tuyaux flexibles dont l’agence- ment dépend du type de lot fabriqué (ateliers polyvalents). Il s’ensuit que, dans ce cas, non seulement les paramètres de fabrication, mais aussi l’enchaînement des séquences de fabrication varient avec le lot fabriqué. Une simple recette de type envois de paramètres ne suffit plus, et un outil logiciel particulier est nécessaire sur les postes de conduite (ou sur un calculateur annexe) pour permettre à un exploitant non informaticien de redéfinir cet enchaînement de séquences et donc modifier une partie du programme des unités de traitement.

Doc. R 7 505

O U R E N

S A V O I R P L U

S

Systèmes numériques

de contrôle-commande (SNCC)

par

Jacques LE GALLAIS

Ingénieur ESIEE (École supérieure d’ingénieurs en électronique et électrotechnique de la Chambre de commerce de Paris)

Responsable de la Division Applications, Schneider Electric

Bibliographie

Références

[1] BOUAZDI (S.) et RENAULT (D.). – Supervision des procédés automatisés. CETIM Senlis (1994).

[2] MILLOT (P.). – Supervision des procédés auto- matisés et ergonomie. Hermès (1988).

[3] Le marché européen des logiciels de supervi- sion. Bipe Conseil.

[4] La supervision des installations automatisées : quelles données faut-il surveiller, avec quelles

bases de données ? Compte-rendu de la journée d’information et de débat organisée par le Club Automation (1994).

[5] LEJON (J.C.). – L’évolution de la conduite sur SNCC : l’ergonomie des systèmes numériques de contrôle-commande. Éd. Anact. (1991).

Dans les Techniques de l’Ingénieur [6] THOMESSE (J.P.). – Réseaux locaux indus-

triels. Typologie et caractéristiques. R7574, traité Mesures et Contrôle, avril 1994.

[7] KAUFMANN (A.). – Introduction à la logique floue. R7032, traité Informatique industrielle, oct. 1992.

[8] BARRAT (J.P.), BARRAT (M.) et LÉCLUSE (Y.).

– Exemple d’application de la logique floue : commande de la température d’un four pilote.

R 7428, traité Informatique industrielle, juil. 1993.

Normalisation

Association française de normalisation (AFNOR)

NF EN 60546-1 07.1993 Régulateurs à signaux analogiques utilisés pour les système de conduite des processus industriels – Première partie : méthodes d’évaluation des perfor- mances. Indice de classement : C 46-401.

NF EN 60546-2 07.1993 Régulateurs à signaux analogiques utilisés pour les systèmes de conduite des processus industriels – Deuxième partie : guide pour les essais d’inspection et les essais individuels de série. Indice de classement : C 46-402.

Constructeurs de systèmes de régulation

(liste non exhaustive) ABB

Cegelec Elsag/Bailey Fischer/Rosemount Foxboro/Siebe

Hartman und Braun Honeywell Schneider Electric Siemens Valmet Automation Yokogawa