Projet Safetech-CISPI
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Projet Safetech-CISPI

 

1.1. Rubrique « Objectifs scientifiques »

L’action « Conduite Interactive et Sûre de Procédés Industriels » (CISPI) proposée par le groupe thématique SYMPA du CRAN pour le centre SAFETECH s’inscrit dans le cadre des activités de recherche développées autour des nouvelles technologies, dites ambiantes, intégrées à tous les niveaux des systèmes de production, de la planification, en passant par le pilotage d’atelier, au contrôle le plus fin à l’échelle du capteur ou de l’actionneur. L’objectif du projet est de développer des démonstrateurs expérimentant de nouvelles formes d’organisation de la commande et de la conduite de procédés industriels exploitant au mieux les capacités de stockage, de traitement et de communication de l’information de ces nouvelles technologies pour favoriser une sécurité active (interactions homme/système, produits/système) des procédés. En particulier, l’intégration de technologies ambiantes doit pouvoir contribuer à la sécurité active des systèmes de production en décentralisant la surveillance, le diagnostic et la prise de décision au plus près du terrain, dans les équipements de production ou dans le produit actif et mais aussi en facilitant la reconfiguration dynamique des systèmes pour répondre à des conditions d’exploitation ou un environnement variables.

Les principaux défis scientifiques à relever concernent :

  • la dĂ©finition de stratĂ©gies de reconfiguration dynamique des architectures de conduite et de commande dans un contexte de mobilitĂ© des applications induits par les technologies ambiantes,

  • la modĂ©lisation multi-points de vue (commande, supervision, rĂ©seau sans fil, …) et multi-formalismes (modèles comportementaux, modèles structurels, fonctionnels, système, …) de ces architectures incluant des technologies ambiantes et l’évaluation de leurs performances (sĂ»retĂ© de fonctionnement, performances temporelles, …).

Enfin, la mise en œuvre de ces nouvelles technologies dans les systèmes industriels conduit à des architectures distribuées de plus en plus complexes basées sur la coopération d’objets logiciels dans lesquelles la communication joue un rôle prépondérant. Cette complexité peut engendrer des phénomènes émergeants liés aux interactions entre les constituants du système qui peuvent être à l’origine de comportements souvent néfastes, difficiles à prévoir et à maîtriser. Dans le cadre d’une Ingénierie Système, le défi scientifique est de garantir la qualité de service de systèmes InterOpérants en maîtrisant à la fois, les propriétés intrinsèques à chacun des systèmes (pilotage, commande, communication, …) mais aussi les propriétés émergentes issues de ces interactions multiples afin d’en limiter les effets.

Cette action s’inscrit dans le contexte national et international des recherches développées :

  • d’une part, dans le domaine, de la sĂ©curitĂ© et de la sĂ»retĂ© de fonctionnement, en particulier des Systèmes Ă  EvĂ©nements Discrets et des Systèmes ContrĂ´lĂ©s en RĂ©seau,

  • d’autre part, dans le domaine de l’ingĂ©nierie système, nĂ©cessaire pour maĂ®triser les interactions et interopĂ©rations entre composants d’un système complexe.

L’originalité de l’action consiste à combiner les approches formelles issues du Génie Automatique et les approches moins formelles issues de l’Ingénierie Système pour modéliser, vérifier et implanter des architectures de commande et de conduite interactive et sûre basée sur la mise en œuvre de technologies ambiantes.

1.2. Rubrique « Description du Procédé Pilote CISPI »

Le procédé pilote qui est proposé pour tester et valider des approches de type d’aide à la conduite intégrant des mécanismes de sécurité active doit satisfaire à différentes contraintes :

- Il doit proposer un ensemble de processus complexes couvrants des modes opératoires variés (en production, en arrêt, en démarrage, etc) adaptés à la criticité des modes d’exploitation rencontrés (conduite normale, conduite incidentelle et accidentelle) selon des constantes de temps différentes (conduite en temps réel, maintenance hors ligne, …). En ce sens, il doit être composé d’un nombre suffisant d’équipements (vannes, robinets, cuves, …) et de lignages permettant la circulation des fluides.
- Il doit mettre en œuvre des technologies ambiantes (PDA, réseau de capteurs sans-fil et tags RFID, …) afin d’assister les opérateurs de conduite locale dans leur mission.
- Il doit mettre en œuvre des technologies dédiées à la sûreté (automates de sécurité, onduleur, etc) et proposer des mécanismes redondants (lignages, etc) afin d’optimiser son fonctionnement.
- Il doit être conforme aux Directives Européenne et aux règles, normes et conseils de l’Institut National de Recherche et Sécurité (INRS) afin de garantir l’intégrité physique des personnes.
- Cet équipement doit pouvoir être installé dans une salle de manipulation de taille réduite (35 m2 maximum) ; son coût ne doit pas être trop élevé.
- A des fins d’illustration, il doit s’apparenter à un système réel.

Satisfaisant à l’ensemble de ces contraintes, nous proposons un procédé continu qui s’apparente à ceux que l’on rencontre dans les centrales nucléaires. Son principe de fonctionnement consiste en la préparation d’un mélange constitué d’eau et d’adjuvant qui doit ensuite suivre différents lignage afin de simuler le refroidissement de la tranche d’une centrale nucléaire. Ainsi, ce mélange élaboré dans la cuve principale est acheminé dans la cuve de stockage à un débit configurable (Fig. 1).

Fig. 1 : Plan de circulation des fluides

 

Le procédé pilote est constitué de 4 stations de travail (Fig. 2). La première nommée « Station commande » est maître, elle est destinée à faire coopérer les autres stations de travail dans un objectif de conduite locale. Elle intègre ainsi un écran tactile pour la conduite locale, un automate de sécurité maître servant d’interface entre les entrées/sorties déportées et les systèmes de supervision, et un pupitre constitué de boutons et balises lumineuses pour rendre compte de l’état du système. La seconde station nommée « Régulation 1 » permet de faire circuler le mélange selon un débit paramétré afin de simuler le refroidissement de la tranche de la centrale nucléaire. La station nommée « Régulation 2 » est redondante pour garantir le refroidissement en cas de défaillance ou de maintenance de la station « Régulation 1 ». La station d’élaboration est chargée de la fabrication du mélange et de son évacuation. Elle est ainsi constituée de trois cuves (adjuvant, élaboration et stockage). Les trois stations (Régulation 1, Elaboration et Régulation 2) intègre des modules d’entrées/sorties déportées pour gérer les différents équipements (vanne de régulation, capteur de niveau et de débit, etc).

 

Fig. 2 : Stations de travail

L’ensemble de la plate-forme est installée dans les locaux du service plates-formes expérimentales du CRAN (Fig. 3). Elle est ainsi située au 4ème étage du bâtiment 1er cycle de la faculté des sciences et techniques de l’UHP.

 

Fig. 3 : système de conduite interactif et sûr des procédés industriels

La conduite de ce procédé est réalisée au travers de pupitres de supervision (représentant les équipements de conduite centralisés en salle de commande ou les interfaces de pilotage locales) et d’équipements mobiles (PDA, …) permettant aux opérateurs de conduite d’interagir localement avec les actionneurs et/ou capteurs (Fig. 4) Pour cela, plusieurs serveurs (conduite, système d’information & maintenance, OPC, simulation et ingénierie développement) ont été mis en place.

Fig. 4 : salle de commande

D’un point de vue communication, des solutions hétérogènes (RFID, wifi IEEE 802.15.4, Profisafe, wifi 802.11.g et Ethernet filaire) ont été mises en place (Fig. 5) et ont nécessité le développement de plusieurs passerelles afin d’assurer l’interopérabilité des composants. La mise en œuvre de Nouvelles Technologies de l’Information et de la Communication (serveur OPC, VLAN industriel, VLAN CRAN, serveurs web dans les API, etc) permet d’ouvrir l’automatisation de la plate-forme au réseau d’entreprise (salle de commande, ERP, etc) et au réseau mondial Internet (e-supervision).

 

Fig. 5 : Architecture réseau des équipements industriels

1.3. Rubrique « Principaux résultats »

  • DĂ©veloppement et mise au point d’un environnement de simulation/Ă©mulation permettant d’évaluer Ă  Ă©chelle industrielle les modèles de conduite dĂ©veloppĂ©s : cet aspect a fait l’objet de dĂ©veloppements de modèles Ă©laborĂ©s avec l’AGL DYMOLA (langage objet MODELICA pour la modĂ©lisation des processus physiques) et des modèles de description des procĂ©dures de conduite dans le langage SYSML.

  • SpĂ©cification d’un système de contrĂ´le et de commande distribuĂ© intĂ©grant l’opĂ©rateur de conduite dans la boucle de dĂ©cision. L’objectif poursuivi, en particulier dans la thèse de Dragos Dobre, est de modĂ©liser de manière abstraite les exigences relatives Ă  la conduite d’une installation Ă  risque indĂ©pendamment de la rĂ©partition entre systèmes techniques et systèmes humains (opĂ©rateur). La dĂ©finition de mĂ©canismes d’allocation doit permettre de dĂ©finir une organisation spĂ©cifique du système sociotechnique satisfaisant au mieux les exigences prĂ©alablement dĂ©finies. Cette spĂ©cification repose sur des modèles SysML (diagrammes d’exigences, diagrammes de blocs).
    Thèse de Dragos DOBRE (soutenance prevue en 2010). Cette adresse e-mail est protégée contre les robots des spammeurs, vous devez activer Javascript pour la voir. Dobre D., Morel G., Pétin J.-F., Bajic E., Improving digital interaction for operator-driven process-plant operation, in 9th IFAC Workshop on Intelligent Manufacturing Systems, IMS'08 - 9th IFAC Workshop on Intelligent Manufacturing Systems, IMS'08, Poland (2008).

  • ModĂ©lisation conjointe commande et rĂ©seau sans fil Wifi, Ă©valuation des performances temporelles et proposition d’un algorithme de gestion des prioritĂ©s du 802.11e basĂ© sur les Ă©tats de commande
    G. Habib, P. Marangé , J.F. Pétin, T. Divoux (2009). Evaluation de l'influence d'un réseau de communication sans fil sur la commande d'un SED, Journal Européen des Systèmes Automatisés, Volume 43/7-9 (2009), pages 855-870, Modélisation des Systèmes Réactifs, O. Roux & D. Lime Editeurs, Actes du congrès MSR 2009, 16-18/11/2009, Nantes.
    Thèse de Gilbert HABIB (soutenance prévue en 2010), Cette adresse e-mail est protégée contre les robots des spammeurs, vous devez activer Javascript pour la voir.

Travail en cours

  • Validation des architectures de conduite et de commande Ă  partir de critères de disponibilitĂ©s (modèles stochastiques) et de performances temporelles (modèles dĂ©terministes)
    Thèse CIFRE avec EDF/DER Chatou de T. LEMATTRE (co-encadrement avec LURPA/Cachan) débutée en janvier 2010