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Article

1 - SUPERVISION EN LIGNE DES SYSTÈMES CONTINUS

2 - MÉTHODES DE SURVEILLANCE EN LIGNE

3 - BOND GRAPHS EN CONCEPTION INTÉGRÉE DU SYSTÈME DE SURVEILLANCE

4 - SURVEILLANCE ROBUSTE PAR MODÈLES BOND GRAPHS

5 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : AG3550 v1

Supervision en ligne des systèmes continus
Conception intégrée pour la surveillance robuste des systèmes

Auteur(s) : Belkacem OULD BOUAMAMA

Date de publication : 10 juil. 2013

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RÉSUMÉ

Dans cet article, l’outil bond graph à caractère multidisciplinaire est utilisé pour la conception intégrée des systèmes de surveillance robuste, allant de la modélisation à la génération des algorithmes de supervision.

Les propriétés structurelles et causales du bond graph sont exploitées pour analyser les conditions de surveillabilité (aptitude à détecter et localiser les défauts) avant réalisation industrielle, de même qu'ensuite, dans une deuxième phase, pour implémenter les algorithmes de diagnostic robustes en ligne.

La méthodologie est illustrée ici par un exemple académique représenté par un moteur à courant continu.

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ABSTRACT

Integrated design of robust surveillance system

In this present paper, a bond graph tool as a multidisciplinary tool is used for integrated design of robust surveillance systems from modeling step to supervision algorithms generation.

Structural and causal properties of the bond graph are exploited for monitoring ability conditions analysis (ability to detect and isolate faults) before industrial design, and further on line implementation of generated robust algorithms.

The methodology is illustrated using an academic example represented by a DC motor.

Auteur(s)

  • Belkacem OULD BOUAMAMA : Professeur-Directeur de la recherche à l'École polytechnique universitaire de Lille (Polytech) - Responsable de l'équipe MOCIS au Laboratoire d'automatique génie informatique et signal (LAGIS) UMR CNRS8219

INTRODUCTION

Si le contrôle et la régulation automatique sont largement maîtrisés par le monde industriel, la supervision en ligne est par contre peu développée. Une ambiguïté dans sa définition la réduit souvent à des tâches de suivi de paramètres (dit monitoring) ou de gestion d'alarmes par un seuillage des variables. Alors que la préservation du personnel et de l'environnement, et l'amélioration de la sûreté de fonctionnement des systèmes industriels reposent essentiellement sur les algorithmes de détection et d'isolation des défauts en ligne.

L'outil bond graph, qui a prouvé son efficacité pour construire des modèles de connaissance de systèmes multiphysiques, est utilisé ici pour la conception intégrée des systèmes de surveillance à base de modèle allant de :

  • la modélisation ;

  • la détermination hors ligne des conditions et moyens de surveillabilité avant réalisation industrielle ;

    la génération d'algorithmes de surveillance robuste en ligne.

Afin d'améliorer les performances de décision dans l'étape de détection, des seuils adaptatifs tenant compte des incertitudes paramétriques du système physique sont générés directement du modèle bond graph. Cette démarche systématique de conception de système de surveillance est basée sur les propriétés causales, structurelles et comportementales du bond graph. Son aspect graphique permet l'automatisation des procédures de génération d'algorithmes de surveillance, à l'aide d'un outil logiciel dédié. Cette démarche méthodologique de modélisation, l'analyse et la génération d'indicateurs de fautes déterministes, puis robustes, sont illustrées pas à pas par une application pédagogique à un moteur à courant continu.

La première partie présente les principes, définition et rôle de la supervision dans l'industrie.

La deuxième partie présente un état de l'art des méthodes de surveillance en ligne des systèmes continus, ainsi que l'intérêt des bond graphs pour cette tâche.

Après une brève présentation de la modélisation par bond graph (car déjà détaillée dans d'autres articles des Techniques de l'ingénieur) et des propriétés de l'outil, le troisième chapitre décrit la méthodologie bond graph pour la conception des systèmes de surveillance en ligne.

Enfin, la quatrième partie est consacrée à l'amélioration de la robustesse de détection des systèmes de surveillance, en introduisant des modèles bond graph incertains sous forme de transformations linéaires fractionnelles, dites « LFT » (Linear Fractionnal Transformation).

La cinquième partie conclut l'article.

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KEYWORDS

inspection   |   monitoring service   |   control theory   |   bond graph

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-ag3550


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1. Supervision en ligne des systèmes continus

1.1 Rôle et définition

Il n'y a pas réellement d'unanimité sur la définition et le rôle de la supervision.

Les industriels assimilent souvent cette opération à un suivi des variables (dit monitoring) avec un déclenchement d'alarmes par seuil avec des logiciels dédiés (Panorama, Intouch, Labview, Dspace...). Ces logiciels sont dédiés au contrôle de processus et à la collecte d'informations en temps réel depuis des sites distants, en vue de maîtriser un équipement.

  • Dans les processus industriels, le système de supervision est connu sous l'appellation de SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) qui inclut des composants matériels (collecte des données) et logiciels, traite les données (surveille les conditions de fonctionnement anormal et génère des alarmes) et en donne une représentation graphique réactualisée périodiquement. Son rôle est donc de fournir à l'opérateur humain une assistance dans ses tâches urgentes de gestion des situations d'alarmes pour l'augmentation de la fiabilité, de la disponibilité et de la sûreté de fonctionnement du processus, la protection de l'environnement et des opérateurs.

    D'un point de vue académique, les communautés continues et à évènements discrets définissent différemment la supervision.

  • Pour la communauté des Systèmes à événements discrets (SED), la supervision a pour but de contrôler l'exécution d'une opération effectuée par le système de commande sans rentrer dans les détails de cette exécution ([AG 3 510] [AG 3 540]). La supervision a lieu dans une...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - MILLOT (P.) -   Supervision des procédés automatisés et ergonomie.  -  Édition Hermès, Paris (1988).

  • (2) - BATTEUX (M.) -   Diagnosticabilité et diagnostic de systèmes technologiques pilotés.  -  Université de Paris-Sud 11, no 2011PA112316, 13 déc. 2011.

  • (3) - BLANKE (M.), KINNAERT (M.), LUNZE (J.), STAROSWIECKI (M.) -   Diagnosis and fault tolerant control.  -  Springer-Verlag, second edition (2010).

  • (4) - ISO 13381-1 -   Condition monitoring and diagnostics of machines, prognostics – Part 1 : General guidelines.  -  International Standard, ISO (2004).

  • (5) - BASSEVILLE (M.) et NIKIFIROV (I.) -   Detection of abrupt changes. Theory and Application.  -  Prentice-Hall (1993).

  • (6) - BRUNET (J.) et al -   Détection et diagnostic de pannes.  -  ...

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