Hôpital du Val de Grâce :Courbon fiabilise et optimise la gestionde l’énergie avec WinCC Powerrate

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difice comporte 10 niveaux, dont 5 seule-ment visibles de l’extérieur. D’une capacitéde 357 lits, et ouvert à tous les assuréssociaux, ainsi qu’à des personnalités dansdes “suites VIP”, il offre un large éventail despécialités : cardiologie, gastro-entérologie,néphrologie, ophtalmologie, urologie…

Le projet de rénovation de la GTB duVal-de-Grâce : la maîtrise des coûtsénergétiques

Pour la gestion de l’énergie du bâtiment,l’Hôpital du Val de Grâce souhaitait mieux

maîtriser ses coûts énergétiques et opti-miser ses contrats d’approvisionnement…Mais il disposait alors d’un système hétéro-gène obsolète, sans redondance, extrême-ment sensible aux défaillances du secteur.Dans le cadre d’un marché public, un projetde fiabilisation et d’optimisation de l’ali-mentation électrique de l’hôpital était lancéen 2010. « Le cahier des charges desclauses techniques particulières (CCTP) aété rédigé par le Ministère de la Défense,via son Secrétariat Général pour l’Adminis-tration (SGA) », rappelle Pascal Valour,responsable Commercial de l’agence Île de

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Courbon est intervenu au Val-de-

Grâce dans le cadre de la rénovation

du système de GTB (Gestion

Technique du Bâtiment) avec la

solution WinCC Powerrate de

Siemens.

Objectifs : sécuriser et fiabiliser

l'alimentation électrique de l‘hôpital,

installer un système client/serveur

multipostes en lieu et place de la

supervision obsolète, remplacer les

automates par un système

d'automatisme SIMATIC S7

présentant une excellente tolérance

aux pannes, tracer et ventiler les

coûts liés à la consommation vers les

utilisateurs ou services.

C’est une très vieille histoire… Celle du “Val-de-Grâce de Notre-Dame de la Crèche”. Elleremonte à 1514 lorsque la Reine Anne deBretagne demanda que l’Abbaye royale duVal-Profond, fondée au XIe siècle dans lavallée de la Bièvre, soit rebaptisée. Puis en1621, Anne d’Autriche, arguant du climathumide et “malsain” de la vallée de laBièvre, s’installa à Paris et créa l’Abbaye duVal-de-Grâce. Une abbaye désaffectée sousla Révolution : la Convention, par décret du31 juillet 1793, affecta l’ensemble monu-mental à un hôpital militaire. Le règlementdu 30 floréal an IV le transforma en hôpitald’instruction : ainsi naquit l’École du Val deGrâce… Véritablement organisée le 9 août1850 avec la création de l’École d’Applica-tion de médecine militaire sur décision deLouis-Napoléon Bonaparte. Depuis, le Val-de-Grâce a développé au plus haut niveausa triple mission de soins, d’enseignementet de recherche appliquée aux besoins desArmées et aux progrès de la médecine. Lesexigences des normes et techniques médi-cales modernes ont toutefois rendu néces-saire la construction d’un hôpital modernequi a débuté en février 1975 et s’estachevée en juillet 1978 : le nouvel Hôpitald’Instruction des Armées (HIA) du Val-de-Grâce a été inauguré le 9 janvier 1979. L’é-

France de Courbon. Le milieu hospitalierimpose d’importantes contraintes de conti-nuité de service, au travers d’une solutionredondante, tant pour le système d’auto-matisme qui présente nécessairement uneforte tolérance aux pannes, que pour lasupervision qui, elle, se doit d’être baséesur un système client-serveur multiposte.

Il était aussi demandé dans le CCTP detracer et de ventiler les coûts liés à laconsommation d’énergie aux utilisateursou services concernés. En outre, uneméthodologie devait être proposée pourassurer la continuité de service pendant lesphases de travaux et d’essais, puis au coursdu basculement vers le nouveau systèmede Gestion Technique du Bâtiment (GTB) defaçon à ne pas perturber le fonctionnementdes services hospitaliers (blocs opératoires,scanner, IRM, échographie, radiologienumérisée). « Nous avons décidé d’yrépondre avec une solution matérielle etlogicielle full-Siemens », explique de soncôté Emmanuel Arnoldi, chef de projet etresponsable technique chez Courbon :« c’est cette solution homogène qui aséduit le client ».Les études ont débuté fin 2010, tandis queles travaux étaient conduits à partir dumois de juillet 2011.Au fur et à mesure de l’avancement desétudes, des contraintes sont apparues : eneffet, mettre en place un système à hautedisponibilité, implique que l’environnement

soit également à haute disponibilité. Parexemple, dans l’ancienne configuration, les disjoncteurs avaient un pilotage mono-stable, et dans le cadre de ce projet, unpilotage bistable a été mise en œuvre afinde les maintenir dans leur état initial en casde coupure d’énergie. « À cet égard, nousavons été force de proposition tout au longdu déroulement du projet. Nous ensommes actuellement à la phase d’optimi-sation avec la gestion des heures creuses etdes heures pleines… », note EmmanuelArnoldi.

Une solution 100% Siemens

« Nous avons clairement identifié le besoindu client, à savoir remplacer les automatesde pilotage de la GTB », poursuit EmmanuelArnoldi : de son côté, Siemens annonçait lasolution Powerrate de gestion de l’énergiequi allait nous donner une avance techno-logique sur cet appel d’offres. Au cours dela phase d’avant-vente, une maquette futréalisée sur PC pour simuler et visualiser lefonctionnement de cette nouvelle solution.

Lien :www.siemens.fr/automation

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iCellule de contrôle commande desdisjoncteurs, équipée notammentd’un ET200M et d’une alimentationSITOP redondante.

TGBT. La porte vitrée laisse apparaîtrela cellule de contrôle commande.

Celle-ci allait être intégrée dans le systèmede contrôle commande afin de mettre enœuvre l’optimisation de la consommationd’énergie. Ce système d’automatisme àhaute disponibilité gère quelque 3 000points d’entrées/sorties. Il est constitué de :- Un automate programmable SIMATIC S7-417H à haute disponibilité. Il a été installéen lieu et place d’un ancien automateSIMATIC S5-115U sans avoir à modifier lecâblage, de sorte que le basculement aété mené dans des délais très brefs.

- Des stations d’entrées/sorties SIMATIC ET200M décentralisées dans chaque tableauTGBT, pour piloter notamment quelque300 disjoncteurs, mais aussi l’éclairagedes parkings, toutes les pompes de rele-vage de l’hôpital. Elles sont équipées dedeux coupleurs de communication IM153redondants. Pour les TGBT les plus éloi-gnés (dans l’IRM, distant d’environ 800 mde l’automate principal), la communica-tion transite via un réseau à fibresoptiques.

- Des alimentations SITOP (24 V) redon-dantes de la périphérie décentralisée.

- Un anneau redondant PROFIBUS DPassure la communication entre l’automateSIMATIC S7-417H à haute disponibilité etles stations d’entrées/sorties SIMATIC ET200M décentralisées.

- Le logiciel de supervision SIMATIC WinCCimplanté sur deux serveurs redondants àhaute disponibilité.

- Pour contrôler sa consommation, chaqueTGBT est équipé d’une centrale d’acquisi-tion de mesure d’énergie SENTRON PAC4200. Les données mesurées par ces cen-trales sont enregistrées sur deux serveurs

redondants : les informa-tions correspondantespermettent d’éditer auto-matiquement des rap-ports de consommationet de coûts associés. L’uti-lisateur peut sélectionnersimplement les postesqu’il souhaite voir appa-raître dans les rapports :ces derniers sont consul-tables depuis les postesclients et exploitablessous Excel. Ainsi est-ilpossible de suivre entemps réel les consommations et demesurer l’impact de la gestion d’énergiesur les dépenses de l’hôpital.

- Trois postes clients sont répartis entre lelocal des pompiers, le local de vigie, et lelocal de maintenance, ce dernier gérantau quotidien le fonctionnement de l’hô-pital. D’autres postes distants pourvus deWinCC/Web Navigator, positionnés dansdifférents bureaux de l’hôpital, permet-tent au client de prendre la main via leWeb et de visualiser l’ensemble des don-nées de l’installation. Des rapports sontgénérés au format Excel, autorisant aisé-ment des traitements ultérieurs par lesservices administratifs.

- Le système d’automatisme communiqueavec la centrale de secours équipée dedeux groupes électrogènes : c’est ce sys-tème qui pilote, en cas de coupure EDF, le démarrage de la centrale, la mise encharge des groupes et la réalimentationde l’ensemble de l’hôpital.

- Le logiciel d’efficacité énergétique WinCC

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De gauche à droite : Emmanuel Arnoldi (Courbon),  Thierry Grimoult,Dominique Théveneau (Siemens), Pascal Valour (Courbon).

COURBON : uneentreprise dédiéeaux processusindustrielsFondée en 1934 à Saint-Étienne parClaude Courbon, ayant appartenu augroupe Siemens pendant six ans (1999-2005), Courbon a intégré legroupe Vinci Énergies fin 2012. Avec un effectif de 110 personnes,celle-ci réalise un chiffre d’affaires de13 M€, dont 25% à l’international(Russie, Canada, Afrique du Sud,Vietnam, Chine…) au travers de projetsindustriels clés en mains. La spécialitéde Courbon est le pilotage et latraçabilité des processus industriels.Cet ensemblier apporte son expérienced’intégration de systèmes automatiséset informatisés auprès de secteursindustriels les plus variés : pharmacie,cosmétiques, biotechnologies,agroalimentaire, chimie, pétrochimie,énergie, environnement,manufacturier, … Il complète sonmétier d’intégrateur par ledéveloppement de ses propresstandards d’automatisme, l’édition desolutions d’informatique industrielle et de MES (Manufacturing ExecutionSystem) afin de garantir à ses clients lamise en œuvre de solutions fiablesadaptées à leurs enjeux. Lesinvestissements industriels s‘inscrivantdans le long terme, Courbonaccompagne ses clients dans laconception et l’évolution de leursinstallations dès les phases d’audit, de conseil et de spécificationspréliminaires, mais également enassurant la formation du personnel etla maintenance des systèmes.

Powerrate V3.0, chargé de mesurer entemps réel l’énergie consommée par l’en-semble des TGBT de l’hôpital. Ce logicielest utilisé, lorsque l’hôpital est alimenténormalement par EDF et que lorsque l’ali-mentation se fait via la centrale desecours : il est alors possible d’activer desopérations de délestage et de relestage,autorisant une gestion efficace de l’é-nergie. « L’intégration de cette solutionPowerrate représente certes un surcoût del’ordre de 10% du montant total de l’in-stallation… », admet Emmanuel Arnoldi,« …toutefois, l’amortissement devrait êtretrès rapide (entre 6 et 12 mois) ». La solu-tion permet en effet de comparer laconsommation réelle de l’hôpital, à unevaleur de seuil à partir de laquelle s’appli-quent les pénalités. L’anticipation dudélestage de l’installation est gérée parPowerrate pour éviter le dépassement dece seuil dans un contexte (celui de l’hô-pital public) où la continuité de service estvitale. Selon les installations, l’économieapportée par Powerrate est habituelle-ment comprise entre 5 et 10%.

Selon Emmanuel Arnoldi, « il est importantd’établir dans un premier temps la liste desconsommateurs délestables, puis de réa-

liser des enregistrements de consomma-tion. Suite à un important travail, nousavons identifié avec les services techniquesde l’hôpital, les postes susceptibles d’êtredélestés sans trop de risque (climatisation,rampes d’éclairage des parkings, …) : unepriorité de délestage leur a été affectée. Autravers de séquences tournantes, on nedéleste jamais deux fois successivement lesmêmes consommateurs ayant une prioritéidentique ». Au total, il s’avère qu’une tren-taine des 300 disjoncteurs du site sont sus-ceptibles d’être délestés simultanément.Dans la phase d’optimisation qui suit, les

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L’avis de l’expert :Thierry Grimoult, spécialisteVente de Services, et Dominique Théveneau, ingénieur de vente :« WinCC Powerrate, le systèmede gestion de l’énergie de Siemens Industry »

Le principe de l’optimisation énergétiques’appuie sur deux leviers :1) la diminution des consommations d’énergie

entre autres au travers du délestage et durelestage des équipements énergivoresmais aussi par l’utilisation de produits éco-efficaces comme la variation de vitesse(offre variateurs de fréquence SINAMICS)ou les moteurs haut rendement IE3.

2) la réduction des coûtsd’approvisionnement, notamment par larenégociation des contrats de fournitured’énergie avec les opérateurs. A partir d’unemeilleure connaissance de laconsommation énergétique grâce auxdonnées fournies par WinCC Powerrate, lesmontants de puissance souscrite peuventêtre renégociés de façon à n’avoir qu’unminimum de « pointes » qui génèrent despénalités de dépassement.… Conditiond’autant plus vitale que la CRE (Commissionde Régulation de l’Énergie, autoritéadministrative indépendante chargée deveiller au bon fonctionnement des marchésde l'électricité et du gaz en France) prévoitune augmentation de 30% du posteÉlectricité dans les entreprises au cours descinq ans à venir.

Le systèmeWinCC Powerrateest l’un descomposantsprincipaux del’offre EfficacitéÉnergétique deSiemens Industry.Son rôle :

la visualisation et transparence des fluxd’énergie d’une installation industrielle,l’archivage et reporting des donnéesénergétiques tous fluides et la gestionintelligente de charge. Il permet de managertout le réseau électrique en mettant enœuvre des scénarii de délestage et derelestage en tenant compte de la criticité des équipements : il suffit de paramétrer cesscénarios pour les utiliser et réaliser deséconomies d’énergie. SIMATIC Powerrate est un add-on logiciel module qui s’intègreaisément dans les architectures desupervision WinCC ou dans les systèmes decontrôle commande SIMATIC PCS 7. Ils’adresse bien entendu à la base installée de Siemens, mais aussi à tous les autresenvironnements désireux de mettre en placeune démarche d’optimisation énergétique.

déviations mesurées sont analysées, leparamétrage optimisé et l’impact des modi-fications apportées validées au fil dutemps. « Les améliorations ne peuvent êtreconstatées immédiatement », admetEmmanuel Arnoldi pour qui, « il faut ana-lyser les déviations mesurées et optimiserle paramétrage, enfin de valider l’impactdes modifications apportées ».

Témoignage : Brice HermierChargé de projets, Etablissement du Service d’Infrastructure de la Défense Pôlemaîtrise d’œuvre Paris 2.

« Lors de l’appel d’offre, la solution complète de Siemens Industry proposée parCOURBON répondait aux exigences du cahier des charges, à savoir la haute disponibilié des serveurs d’acquisition redondants et de l’automate, ainsi que laredondance des connexions des entrées/sorties déportées. Tout au long duprojet, nous avons apprécié l’approche des équipes COURBON, tant dans la miseen place de cette solution d’optimisation des coûts, que par leurs propositionsd’amélioration pour fiabiliser et augmenter la disponibilité de la distributionélectrique de l’Hôpital. »