Systèmes numériques de contrôle-commande (SNCC) · 2017. 7. 3. · Cette tâche est chargée d’archiver, sur événements, les alarmes, changements d’état et commandes opérateur,

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Systèmes numériquesde contrôle-commande (SNCC)

par Jacques LE GALLAISIngénieur ESIEE (École supérieure d’ingénieurs en électronique et électrotechniquede 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 tirerprofit de nouvelles technologies issues du monde de la micro-informatique, del’apparition des réseaux de terrain et de l’évolution de l’offre des constructeursd’automates programmables, qui proposent maintenant des solutions que l’onpeut 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 - 21.1 Structure fonctionnelle................................................................................ — 21.2 Structure matérielle..................................................................................... — 21.3 Structure logicielle....................................................................................... — 2

2. L’interface de communication homme/machine ............................. — 32.1 Structure fonctionnelle................................................................................ — 32.2 Structure matérielle..................................................................................... — 62.3 Structure logicielle....................................................................................... — 7

3. Le réseau communication numérique ................................................ — 7

4. L’outil de configuration du SNCC........................................................ — 84.1 Configuration des contrôleurs de processus ............................................ — 84.2 Configuration des stations d’interface homme-machine......................... — 9

5. Critères de choix d’un SNCC ................................................................ — 105.1 Critères techniques...................................................................................... — 105.2 Critères économiques ................................................................................. — 10

6. Annexes ...................................................................................................... — 106.1 Exemple de réalisation d’algorithme : le correcteur à simulation........... — 106.2 La commande floue..................................................................................... — 136.3 Exemple d’application : Raffinerie de Normandie .................................... — 146.4 Le batch ........................................................................................................ — 15

Pour en savoir plus........................................................................................... Doc. R 7 505

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SYSTÈMES NUMÉRIQUES DE CONTRÔLE-COMMANDE (SNCC) __________________________________________________________________________________

Figure A – Architecture d’un SNCC

1. Le contrôleur de processus

Le contrôleur de processus a pour mission de réaliser les fonctionsde régulation analogique, de communication numérique, maiségalement les fonctions d’automatisme séquentiel et combinatoireque 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 tendanceà 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 laforme d’un panier 19" dans lequel on trouvera les différents modulesde base (figure 1) :

— module alimentation, qui à partir du 220 V ou 24 V continufournit les tensions + 5 V et ± 15 V nécessaires au fonctionnementdes circuits logiques et analogiques ;

— modules d’entrées analogiques, qui réalisent la conversionanalogique 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’acquisitionet le filtrage des entrées TOR ;

— module unité centrale, qui assure le traitement del’information ; ce module comporte un microprocesseur, des circuitspériphériques de gestion des entrées/sorties (E/S) et les mémoiresRAM et EEPROM nécessaires pour stocker les données, lesprogrammes et les paramètres de configuration du contrôleur(RAM : random access memory, EEPROM : electrically erasableprogrammable read only memory ) ;

— modules de sorties analogiques qui réalisent la conversionnumérique-analogique et la mémorisation des signaux decommande ;

— modules de sorties TOR qui réalisent la mémorisation dessignaux de commande TOR ;

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

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

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

1.3 Structure logicielle

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

— nécessité, au niveau de l’unité centrale, d’utiliser un systèmed’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 decommunication ;

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

• acquisition,• traitement,• commande,• communication,• autotest,

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

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__________________________________________________________________________________ SYSTÈMES NUMÉRIQUES DE CONTRÔLE-COMMANDE (SNCC)

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

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

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

2. L’interfacede communication homme/machine

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

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

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

2.1 Structure fonctionnelle

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

— surveillance et conduite du processus ;— archivage de données ;— gestion de données.

La fonction de configuration/programmation du SNCC est parfoissupportée également par l’équipement de communicationhomme-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 entreles différents types de vues, ce qui permet une navigation entre cesvues avec une seule opération de sélection à l’aide du clavier oude la souris.

2.1.1.1 Vues de groupe

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

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

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

— la valeur du signal de commande, sous forme de barreau etsous 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 desseuils d’alarme ou les limites du signal de commande sont, soitprésentés en permanence, soit appelés par des touches spécifiquesdu clavier.

L’opérateur peut, après sélection d’une des boucles à l’aide d’unetouche affectée à la zone d’écran correspondante, effectuer descommandes 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 peutégalement être obtenu par l’intermédiaire du clavier, c’est la vue deréglage.

2.1.1.2 Vues de réglage

Ces vues (figure 3) reprennent les informations d’une zone de lavue de groupe avec des renseignements complémentaires, essen-tiellement les coefficients de réglage du régulateur, qui sont alorsmodifiables 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 unebibliothèque. La sélection d’une icône (à l’aide de la souris, bouleroulante...) appelle une fenêtre qui fournit des détails complémen-taires sur la variable associée et permet sa commande si c’est unesortie.

Figure 1 – Contrôleur de processus



2.1.1.4 Vues de tendance et historiques

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

variables analogiques. Ces vues sont très utiles à l’opérateur deconduite car elles lui permettent d’anticiper sur l’évolution duprocédé.

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

Figure 2 – La vue de groupe permetde surveiller un ensemble de régulateurset, 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 accèsaux 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 clignotantalarme présente acquittée → rouge fixealarme disparue → blanc

Une édition au fil de l’eau des alarmes s’effectue en parallèle surl’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 estgénéralement déclaré de manière statique et peu de systèmes offrentla possibilité de le faire évoluer par programme.

2.1.2 Archivage des données

Cette fonction a pour but de mémoriser des informations sur lefonctionnement du procédé qui seront mises à disposition d’unefonction gestion de données locale à l’interface homme-machine oud’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’affichagede courbes et l’édition de journaux, et elles sont accessibles à unsystème tiers à l’aide de requêtes SQL.

La fonction archivage est très importante pour l’analyse dedéfauts, a posteriori, et elle est obligatoire dans certains domainescomme l’agroalimentaire et la pharmacie où la traçabilité desproduits est exigée (rappelons que la traçabilité est définie, selonla norme ISO 8402, comme l’aptitude à retrouver l’historique, l’utili-sation ou la localisation d’une entité au moyen d’identificationsenregistrées).

■ Informations TOR

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

— soit l’évolution du procédé : c’est le cas des alarmes, deschangements 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 échantillonnéesen permanence à une période configurable en fonction de la dyna-mique du procédé, soit stockées sur événement, c’est le cas enparticulier dans le domaine du « batch ».

2.1.3 Gestion des données

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

■ Traitements sur les événements

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

■ Édition de journaux/bilans

Cette fonction permet d’éditer, sur demande ou à période fixe, desjournaux 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’interfacehomme-machine, utilisent maintenant les bases matérielles stan-dards des grands constructeurs informatiques, ce qui leur permetde 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 detravail sous UNIX, utilisant des logiciels standards (MOTIF, TPC/IP,X WINDOWS...), avec accès aux services associés, architectureclient/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 permetmaintenant d’accéder aux fonctions d’interface homme-machine àdes 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 PCpour l’interface homme-machine.

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

2.3 Structure logicielle

La structure logicielle d’une station d’interface homme-machinereste relativement classique. Elle s’appuie généralement sur lesmodules suivants.

■ Base de données temps réel

Ce module contient une image des variables du procédé rafraîchieen temps réel. Il alimente les différentes tâches qui viennent y puiserles informations nécessaires pour l’édition et le traitement desdonnées. Ce module contient des données provenant descontrôleurs de processus et également des données internes à lastation, créées et utilisées par les différentes tâches.

■ Serveur de communication

Le serveur de communication gère les échanges de données entrela station d’interface homme-machine et les contrôleurs deprocessus.

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 variablesdéclarées en historique et les variables correspondant à la vuecourante sur l’écran ;

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

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

■ Tâche graphique

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

Cette tâche est très importante car c’est à travers sescaractéristiques :

— 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 tâchegraphique d’afficher les différentes vues d’alarmes, et à la tâchehistorique 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 périodesconfigurables, les mesures analogiques.

■ Tâche journaux/bilan

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

■ Tâche calcul

Cette tâche permet, à l’aide d’un langage d’accès facile (en généralvoisin du langage BASIC), d’effectuer des traitements mathé-matiques et logiques sur les variables de la base de données tempsréel. 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 QualityControl)

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

■ Tâche utilisateur

La plupart des SNCC fournissent des interfaces permettant àl’utilisateur d’intégrer des fonctions complémentaires (exemple :contrôle avancé, optimisation, système expert). Ces fonctions sontassurées 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 quipersonnalisent la station d’interface homme-machine à un procédéparticulier :

— 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 fonctionsd’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 numériqueutilisés dans les SNCC fait fréquemment référence au modèle OSIde 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 couchesbasses, couches physiques et couches liaison de données, à la normeISO 802.3 connue sous le nom d’Ethernet avec différentes vitessesselon le support retenu, de 1 Mbits/s à 10 Mbits/s. Le principe estd’émettre quand on détecte le support libre, et d’écouter pendantl’émission pour détecter d’éventuelles émissions simultanées quiconduisent à des collisions, d’où le nom CSMA-CD (Carrier SenseMultiple Access - Collision Detection).

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

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

4. L’outil de configurationdu SNCC

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

— la configuration matérielle et logicielle des contrôleurs deprocessus ;

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

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

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

La réalisation du poste ingénieur s’appuie généralement sur unSGBD relationnel et sur les standards graphiques de type WINDOWSpour offrir une interface puissante et conviviale.

4.1 Configuration des contrôleursde processus

■ Configuration matérielle

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

■ Configuration logicielle

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

En effet, la description des schémas de régulation utilise unlangage graphique qui consiste à sélectionner des blocs fonctionnelsdans une bibliothèque (tableau 1) et à les interconnecter à l’aide d’unéditeur graphique qui permet : copier/coller, déplacement de blocsavec 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 », celangage est souvent complété par un autre langage graphique detype SFC (Sequential Flow Chart) ou Grafcet qui permet de décrireplus 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’interfacehomme-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), sesdifférents 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’interfacehomme-machine et les contrôleurs de processus est créé automati-quement par l’intermédiaire du nom de variable qui est unique dansle système.

4.2.2.2 Configuration des vues standards

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

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

— no 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 enimportant une image scannerisée ou dessinée à l’aide d’un outil deCAO (ex : Autocad) ;

— animation d’objets dynamiques en fonction de l’état desvariables 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 tableauxcomportant :

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

— une partie variable, le contenu de chaque cellule du tableau quiest 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, nomdu journal) et les dates d’édition avec l’apparition progressive desPC au niveau de l’interface homme-machine. La fonction journauxtend à être réalisée à l’aide de tableurs (Lotus, Excel...) issus dumonde de la bureautique.

5. Critères de choixd’un SNCC

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

5.1 Critères techniques

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

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

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

— et surtout l’ergonomie de la communication homme-machinedoit être acceptable par les opérateurs de conduite. Cela impliquedes temps d’apparition d’image inférieurs à 2s, des mécanismes denavigation entre vues et de visualisation d’alarmes permettant àl’opérateur d’accéder rapidement à la vue à partir de laquelle il pourraintervenir. Ce dernier point est fondamental car l’opérateur, endehors des phases de démarrage/arrêt de l’installation, travaille parexception et en aucun cas le système de communication ne doitaugmenter le stress déjà existant en raison de l’apparition d’uneanomalie 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 configurationest 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 etconvivial, le temps de formation peut être réduit.

■ Coût de l’exploitation

Ce coût est essentiellement lié aux opérations de maintenance àeffectuer lors de l’apparition d’une panne. Si le SNCC dispose d’outilsde diagnostic permettant d’identifier rapidement l’élémentdéfaillant, la durée de l’intervention est réduite et certainsdépannages de premier niveau peuvent être réalisés par les opéra-teurs de conduite.

6. AnnexesLes 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 lacommande 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 procédéà 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 auprocédé (retard pur proprement dit, ou tout autre comportement àdéphasage non minimal), dans le but de neutraliser ses effets surla stabilité de la boucle fermée ;

b ) une plus grande liberté de réglage des performances de laboucle fermée, en vitesse et degré d’amortissement, dans les limitesimposées par les moyens réglants disponibles, par l’environnementhostile (bruits) et par le degré de validité du modèle utilisé (étenduede la zone de fréquence pour laquelle le modèle est conforme auréel).

Rappelons qu’un organe réalise un retard pur s’il y a décalagetemporel entre l’entrée e et la sortie s : s (t ) = e (t – τ ). Un facteurexp (– 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 rendrecompte approximativement du comportement dynamique observépar la mise en série d’un retard pur exp (– τ p ) et d’une fonction detransfert 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 procédésindustriels.

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

S p( ) S0exp τ – p ( )

1

Tp

+---------------------------=



La figure

9

présente, pour ce cas particulier, le schéma de principede la boucle fermée équipée d’un correcteur à simulation. Lafigure

10

indique la réalisation concrète du correcteur. On remarquequ’en l’absence de retard pur (

τ

= 0) il s’identifie au régulateurproportionnel et intégral classique.

Le correcteur échantillonné n’est autre que la version numériquede ce correcteur. Il a pour entrée le signal d’écart

e

échantillonné àune cadence fixée par la période d’échantillonnage

∆

, et rafraîchità la même cadence le signal de commande

a

. Sa structure estexposée en figure

11

. Cette figure n’est qu’une représentationsymbolique de l’algorithme suivant (que l’on peut suivre plus clai-rement sur la figure

12

) qui définit les opérations effectuées (dansl’ordre indiqué) à chaque instant d’échantillonnage :

a) calcul de la nouvelle commande

, à partir de la nouvelle valeurde l’écart

e

et de l’état présent des mémoires du correcteur(

V

1

,

V

2

, ...,

V

n

;

U

0

,

U

1

,

U

2

, ...

U

q

) :

avec

S

0

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 lecalcul lié au prochain échantillonnage :

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

Cette seconde étape consiste donc en de simples transfertsd’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 estéquivalent à un régulateur analogique. Les paramètres réglablescorrespondent en effet à des données de type continu, à savoir :

S 0 gain statique (ou rapport – sans dimensions – entre la varia-tion finale de l’écart e et la variation échelon de lacommande 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 ).

S 0 , T et τ sont imposés par le procédé et résulteront généralementd’un essai d’identification sur le site. Quelle que soit la méthoded’identification utilisée, le relevé expérimental de la réponseindicielle est une opération qu’il est toujours extrêmement utiled’entreprendre, car elle procure rapidement une estimation signifi-cative des paramètres du procédé. Par ailleurs, l’expérience aconfirmé à plusieurs reprises la robustesse du correcteur, c’est-à-diresa faible sensibilité aux erreurs inévitables de modélisation.

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

s 1S0------ · e U q +=

sf s V1 V2 ... Vn+ + + +( ) · 1 n

1 +

-------------=

a 1 B′–1 B–----------------

sfB ′ B–1 B–

---------------- U0+=

Vn Vn 1–←...

...V2 V1←V1 s←Uq Uq 1–

←...

...U2 U1←U1 U0←U0 1 B–( )a BU0+[ ]←

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

Figure 10 – Structure effective du correcteur analogique

Figure 11 – Structure du régulateur numérique équivalent



En

conclusion,

le correcteur échantillonné représente unegénéralisation du régulateur PI classique : il

s’avère indispensableen 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 pursur 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 desperturbations extérieures,

cette compensation étant physiquementimpossible en l’absence d’information extérieure

, mais il peut parcontre éviter les conséquences du retard que subissent les signauxcirculant dans la boucle et améliore radicalement de ce fait lecomportement dynamique de celle-ci.

Il importe de réaliser que l’apport du correcteur échantillonnéparticipe de la mise en œuvre du principe général de la

correctionpar simulation,

et que ce principe peut être à la base d’algorithmesplus complexes : prise en compte de modèles d’ordre plus élevé,de systèmes intégrateurs, d’informations directes sur certainssignaux 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 fonctionde transfert d’ordre 2. La figure indique l’ordre de déroulement desmodules élémentaires, à respecter à chaque pas d’échantillonnage.

Nous avons fait observer plus haut la relation qui existe entre lecorrecteur échantillonné et le régulateur classique PI. Dans lemême esprit, on peut concevoir le correcteur de la figure

13

comme une extension naturelle du régulateur PID, capable deprendre en compte, contrairement à ce dernier, tout retard puraffectant le procédé.

Ces extensions des régulateurs classiques offrent un avantagesupplémentaire qui, à première vue, apparaît comme unecontrainte :

leur réglage exige une phase d’identification.

Rappelonsen 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 lebesoin d’une phase d’identification peut être comme un progrès enmatière de régulateurs industriels. Ce besoin existe tout autant enprésence d’un régulateur PID, mais il est implicite, et les para-mètres affichés sont généralement des fonctions complexes dumodèle et des performances désirées. L’

intérêt du correcteur àsimulation

est de permettre à l’opérateur de déclarer directement,et séparément, l’information dont il dispose et l’objectif qu’ilpoursuit.

6.2 La commande floue

Les premières tentatives pour modéliser des systèmes par desrelations floues remontent aux années 1965-1970. Si les premièresapplications industrielles sont européennes, ce sont principalementles Japonais qui lancent ensuite réellement la commande floue dansl’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 qualitativeslorsqu’il traite de l’information et n’utilise le quantitatif qu’endeuxième ressort pour améliorer ce traitement d’information. Ilmanipule 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’étonnantsrésultats : un individu se contente pour conduire un véhicule denotions vagues du genre « aller plus vite », « braquer un peu », etc.De la même façon, on dira qu’il fait très froid, froid, chaud ou trèschaud sans y faire correspondre une température précise. Le floua 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 desensembles classiques, un élément appartient ou n’appartient pas àun 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’appartenance

µ

(

x

) caractérise le degré de vérité de laproposition «

x

appartient à

A

».

Pour la présentation des principes mathématiques, se reporterà [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 étantdonnées, on peut définir trois ensembles flous pour la température :très froide, froide, moyenne avec des degrés d’appartenance

µ

(figure

14

a

).

De même, on peut définir trois autres ensembles pour la force duvent (figure

14

b

) : faible, modéré, fort, et aussi pour le moyend’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 : pourune conjonction en ET, l’appartenance est la plus petite des apparte-nances et pour une disjonction en OU c’est la plus grande. Pourl’exemple ci-dessus si température = 0

o

C 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 ensembleflou et au § 6.2.1.2 comment utiliser des règles sur ces ensembles.Pour appliquer dans notre exemple une commande de chauffagequantifiable (une puissance en watts), il nous reste à repasser d’undegré d’appartenance aux ensembles petite puissance, demi-puissance et pleine puissance, à une valeur numérique de cettepuissance. Une méthode fréquemment utilisée est celle du centrede gravité (figure

15

).

Ici la puissance qui doit être appliquée est :

x

watts.

x

est l’abscissedu 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 certainsutilisateurs pour ces régulateurs. En fait, ces appareils ne prétendentpas remplacer les régulateurs développés par les automaticiens maisse présentent comme un complément intéressant. Il est desprocessus qu’on ne sait pas modéliser, ou trop coûteux à modéliser.Il est aussi des processus non linéaires modélisables mais pourlesquels l’utilisation du modèle dans un régulateur non linéaires’avère trop complexe. La régulation floue propose une solution auréglage de ces processus.

On peut en distinguer deux catégories principales : ceux qui super-visent un régulateur PID classique et ceux qui réalisent entièrementla fonction de régulation. Dans le premier cas, on trouve des régu-lateurs flous modifiant les caractéristiques d’un PID pour réaliser unensemble régulateur non linéaire pilotant un procédé non linéaire.Dans le deuxième cas, le plus souvent les données traitées par lerégulateur sont :

— l’écart mesure-consigne ;— la variation de cet écart.

Ces deux mesures sont interprétées chacune sous forme de troisà 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 sortiedemandée 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 avantfuzzification, 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’unrégulateur flou et d’un régulateur classique, car la rapidité de miseen œuvre et la simplicité sont des éléments essentiels à prendre encompte, en plus de la simple performance, pour faire cettecomparaison.

L’absence de benchmark reconnu empêche des comparaisonsobjectives des régulations proposées à l’industrie. Il n’y a pas nonplus de panacée. Dans certains cas très particuliers, des solutionsautres que celles citées dans le tableau peuvent être envisagées maisl’intervention d’un spécialiste est alors nécessaire.

Il n’y a pas de solutions universelles. Selon un certain nombre decritères, l’utilisateur choisira parmi les régulations disponibles cellequi 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 TotalRaffinage Distribution SA, a construit une unité neuve d’isomérisa-tion des essences.

Simultanément, une imposante rénovation de plusieurs de sesplus anciennes unités de production s’est traduit par la réinstru-mentation et le remplacement de la régulation analogique existantepar 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 contraintesde temps de réponse (moins de trois secondes) et d’ergonomie del’interface homme-machine a été mise en place en partenariat avecCegelec.

Outre la fourniture des équipements, Cegelec s’est vu confier laprogrammation des automates Alspa C500 et l’élaboration de la basede 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 consistaità réaliser une application significative sur un système complet.

(0)

Tableau 2 – Comparatif résumé des principales familles de régulateurs

Critères

Type de régulation

PID PrédictifModèle interne

FlouPID

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 instrumentationpour 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 laréaction, puis la réaction proprement dite à 500 oC en présenced’hydrogène, sur un catalyseur au platine ; l’unité est complétée parune 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, ainsique du toluène destiné à couvrir les besoins de la pétrochimie ; lessubstances aromatiques sont extraites au sulfolane qui est ensuiterégénéré ;

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

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

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

Deux autres opérateurs effectuent les interventions extérieures etrendent 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 Sycowayredondant. Il comporte onze automates de régulation, environ 1 500acquisitions de données, plus de 200 boucles de régulation et sixpostes de conduite entièrement banalisés. L’installation comprendainsi :

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

— quatre automates régulateurs C500 (dont trois automatestri-processeurs) pour la nouvelle unité d’isomérisation desessences ;

— quatre postes de conduite P5200 pour la conduite proprementdite, essentiellement au moyen de 24 synoptiques principaux del’installation : trois de ces postes affichent les vues de conduite, lequatrième étant réservé à la présentation de l’ensemble des vueschronologiques d’alarmes ; le chaînage des alarmes et de l’imagerieautorise l’accès automatique au synoptique concerné par unealarme. Il s’y ajoute un poste P5200 destiné au chef de quart : il sertessentiellement à des actions de visualisation des paramètres duprocédé. Enfin un poste supplémentaire, dit « fonctionnel », mis àla disposition des équipes de maintenance, est installé dans le localtechnique.

6.3.3 Traitement des alarmes

Les alarmes sont traitées grâce aux possibilités standards dulangage ARC de programmation de l’automate régulateur AlspaC500, 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 peutainsi 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 égalementcompte de l’invalidité éventuelle des acquisitions de mesures. Enfait, 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 alarmesmémorisées, selon divers critères (heure d’apparition, niveaud’urgence, unité concernée, etc.).

6.3.4 Algorithmes de régulation

Des algorithmes évolués ont été développés afin de soulager latâche des opérateurs en éliminant les manipulations multiples, touten 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 capacitéd’anti-saturation, ainsi que dans les cas où leur mise en œuvresimplifie les schémas à base de PID ;

— des automatismes de gestion des stratégies de régulationselon les cas de marche du procédé, ainsi que ceux d’initialisationdes 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 statiquesselon 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 dedéboucler les parties altérées des schémas et autoriser des marchesdégradées.

6.3.5 Traitements séquentiels complexes

Ils concernent essentiellement la disposition des circuits et larégénération des sécheurs de charge et des sécheurs d’hydrogène.À cet effet, il a été fait usage de variables explicites multi-états, ainsique des possibilités offertes par le langage ARC pour la gestion degraphes de séquences.

Les séquences sont suivies en mode « messagerie » à partir d’unseul 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 informationstelles que la phase en cours du procédé, l’action en cours, l’état del’organe commandé, les défauts d’exécution de l’action en cours oude cet organe, le temps courant et le temps restant jusqu’à une limitefixée, 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 traitenttrès souvent des lots, la tendance est à appeler « procédé batch »les procédés où il y a à la fois mélange de régulation, séquentielet combinatoire et traitement par lots. On trouve ce type de procédéessentiellement en agroalimentaire et en chimie fine.



La commande de procédés batch implique deux caractéristiquesdes systèmes de contrôle-commande :

— un langage de programmation permettant de traiter régulation,séquentiel et combinatoire, ou plusieurs langages adaptés pouvantcoexister 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 laprogrammation avec plusieurs langages adaptés. Citons parexemple :

— les blocs fonctionnels configurés graphiquement pour larégulation ;

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

— le GRAFCET pour le séquentiel.

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

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


Do

c. R

7 5

05

3 -

1997

POUR

EN

SA

Systèmes numériquesde contrôle-commande (SNCC)

par Jacques LE GALLAISIngénieur ESIEE (École supérieure d’ingénieurs en électronique et électrotechniquede la Chambre de commerce de Paris)Responsable de la Division Applications, Schneider Electric

VOIR

P

BibliographieRéférences[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 lajournée d’information et de débat organiséepar le Club Automation (1994).

[5] LEJON (J.C.). – L’évolution de la conduite surSNCC : l’ergonomie des systèmes numériquesde 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 logiquefloue. 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.

LUS

NormalisationAssociation 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 lessystèmes de conduite des processus industriels –Deuxième partie : guide pour les essais d’inspectionet les essais individuels de série. Indice declassement : 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

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copieest strictement interdite. − © Techniques de l’Ingénieur, traité Informatique industrielle Doc. R 7 505 − 1

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Systèmes numériques de contrôle-commande (SNCC) · 2017. 7. 3. · Cette tâche est chargée d’archiver, sur événements, les alarmes, changements d’état et commandes opérateur,