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Ecole d hiver, Université dOran 9-12 décembre 2013 1 Applications de linformatique industrielle, réseaux et génie logiciel Professeur Belkacem OULD BOUAMAMA.

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1 Ecole d hiver, Université dOran 9-12 décembre Applications de linformatique industrielle, réseaux et génie logiciel Professeur Belkacem OULD BOUAMAMA Recherche : Responsable de léquipe de recherche MOCISResponsable de léquipe de recherche MOCIS Laboratoire d'Automatique, Génie Informatique et Signal de Lille (LAGIS -UMR CNRS 8219) Enseignement: Professeur et Directeur de la recherche à Poltech lilleDirecteur de la recherche à Poltech lille Mèl :

2 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» Objectifs Compétences à acquérir Acquérir les connaissances méthodologiques et pratiques pour la mise en place de systèmes de surveillance en ligne (Détection et localisation de défauts) et hors ligne (Analyse des risques) Comprendre le fonctionnement des systèmes de supervision en ligne (Système SCADA) évolués Comprendre les liens entre la maintenance, le contrôle, le diagnostic en ligne, la reconfiguration et lanalyse des modes de fonctionnement et leur criticité Rôle de linformatique dans la mise en place dun système de supervision 2

3 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» Bibliographie B. Ould Bouamama Conception intégrée pour la surveillance robuste des systèmes. Techniques de lIngénieurs AG 3 550, 2013 Blanke, M., Kinnaert, M., Lunze, J. and Staroswiecki, M. (Eds)(2007) Diagnosis and Fault-Tolerant Control, Berlin:Springer-Verlag. A.K. Samantaray and B. Ould Bouamama "Model-based Process Supervision. A Bond Graph Approach". Springer Verlag, Series: Advances in Industrial Control, 490 p. ISBN: , Berlin M. Ridoux « AMDEC-Moyen » techniques de lingénieurs, AG4220, juin 1999 B. Ould Bouamama, M. Staroswiecki and A.K. Samantaray. « Software for Supervision System Design In Process Engineering Industry ». 6th IFAC, SAFEPROCESS,, pp Beijing, China. B. Ould Bouamama, K. Medjaher, A.K. Samantary et M. Staroswiecki. "Supervision of an industrial steam generator. Part I: Bond graph modelling". Control Engineering Practice, CEP, Vol 1 and vol /1 pp 71-83, Vol 2. 14/1 pp 85-96, B. Ould-Bouamama (2009) « Conception intégrée des systèmes de supervision industrielle. Approche bond graph ».REE Revue de lElectricité et de lElectronique, N° 4, Avril 2009, pp B. Ould-Bouamama (2010) « Diagnostic en ligne à base de modèle Bond graph.».REE Revue de lElectricité et de lElectronique, N° 2, février 2010, pp M. A. Djeziri, B. Ould Bouamama, G. Dauphin-Tanguy (2010) LFT Bond Graph Model Based Robust Control and Diagnosis, Book Chapter in Springer Verlag, Ouvrage collectif dirigé par Prof. W. Borutzky Bonn-Rhein-Sieg University, sera publié en PhD Thesis, several lectures can be doownloaded 3

4 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» Sommaire Place du diagnostic et supervision dans lindustrie. Moyens informatiques et algorithmiques pour la mise en place dun système de diagnostic temps réel. Techniques et méthodes pour la conception de systèmes de supervision. Démonstration détude de cas pratiques et de projets industriels et européens, Conclusions, perspectives et discussions. 4

5 Prof. B. Ould Bouamama PolytechLille « Integrated Design of Mechatronic Systems using Bond Graphs» Partie 1 Place du diagnostic et supervision dans lindustrie. 5

6 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» INTRODUCTION : Historique Depuis 1840: Apparition de lautomatique Tâches : améliorer la qualité des produits finis, la sécurité et le rendement des unités en implantant des commandes performantes Depuis 1980, nouveau challenge : Supervision Rôles : 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. Apparition de lautomatisation intégrée Commande des systèmes de production et sûreté de fonctionnement, maintenance, gestion technique, diagnostic de fonctionnement

7 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» INTRODUCTION : Automatisation intégrée Supervision Monitoring Regulation Instrumentation Entrée Sortie Aide à la conduite planification, diagnostic interface homme machine Suivi de létat du processus Visualisation Commande logique, régulation Optimisation Choix et implémentation des capteurs et actionneurs Observations Décisions Niveau 3 Niveau 2 Niveau 1 Niveau 0

8 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» What is a supervision ? two levels FDI- FTC Supervision : Set of tools and methods used to operate an industrial process in normal situation as well as in the presence of failures. Activities concerned with the supervision : Fault Detection and Isolation (FDI) in the diagnosis level, and the Fault Tolerant Control (FTC) through necessary reconfiguration, whenever possible, in the fault accommodation level. SUPERVISION FDI : How to detect and to isolate a faults ? FTC : How to continue to control a process ?

9 Supervision, maintenance et diagnostic FTC Level Fault accommodation Reconfiguration FTC Level Fault accommodation Reconfiguration List of faults Maintenance corrective (après faute) Set points Sensors y x u urur Controllers FDI Level On line Fault Detection and isolation FDI Level On line Fault Detection and isolation

10 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» MaintenanceMaintenance Maintenance préventive Maintenance Curative maintenir les capacités opérationnelles des moyens de production Réalisée après la défaillance d'un bien ou la dégradation de sa fonction. Permet d'accomplir une fonction requise, au moins provisoirement. Réalisée avant la défaillance vise en effet à réduire les coûts des pannes et de maintenance par un entretien constant et préventif. Maintenance (réalisée hors ligne)

11 Supervision Graphical User Interface (Interface Homme Machine IHM) 11

12 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» Quelques définitions La sécurité Ensemble des méthodes ayant pour objet de minimiser ou supprimer les conséquences des défaillances sur personnel et équipement La sûreté de fonctionnement aptitude d'une entité d'une part, à disposer de ses performances fonctionnelles (fiabilité, maintenabilité, disponibilité) et d'autre part, à ne pas engendrer de risques majeurs. Supervision ? Technique industrielle de suivi et de pilotage informatique de procédés de fabrication automatisés. La supervision concerne l'acquisition de données (mesures, alarmes, retour d'état de fonctionnement) et des paramètres de commande et surveillance des processus généralement confiés à des automates programmables Logiciel de supervision: Interface opérateur présentée sous la forme d'un synoptique.

13 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» Pourquoi Superviser ? contrôler la disponibilité des services/fonctions contrôler lutilisation des ressources vérifier quelles sont suffisantes (dynamique) détecter et localiser des défauts diagnostic des pannes prévenir les pannes/défauts/débordements (pannes latentes) prévoir les évolutions Suivi des variables

14 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» Fonctions de la supervision GESTION ERP : Enterprise Resource planning : planification des ressources de l'entreprise intégration des différentes fonctions de l'entreprise dans un système informatique centralisé configuré selon le mode client-serveur. MRP : Manufacturing Resource Planning : planification des capacités de production Système de planification qui détermine les besoins en composants à partir des demandes en produits finis et des approvisionnements existants PRODUCTION SCADA : Supervisory Control & Data Acquisition PC & PLC Process Control/ Programmable Logic Controller

15 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» Supervision et Monitoring Monitoring Suivi de paramètres Sécurité (diagnostic) locale Réguler Control des paramètres Supervision Centralise le monitoring local et le contrôle Deux parties dun SCAda hardware (collecte de données) Software (contrôle, surveillance, affichage etc..)

16 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» Logiciels de supervision Wonderware Leader dans le domaine de la supervision et du SCADA, notamment au travers du logiciel InTouch, INTouch Logiciel de supervision de référence. Bibliothèque extensible contenant de base +500 symboles graphiques prêts à lemploi. PANORAMA : IHM ergonomique, module de traitement des alarmes et des évènements, un module d'exploitation des historiques. WinCC Système de supervision doté de fonctions échelonnables, pour la surveillance de processus automatisés, offre une fonctionnalité SCADA complète sous Windows DSPACE MATLAB-Simulink

17 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» Caractéristiques dun SCADA Simplicité, convivialité Solveurs Traitements graphiques ( icônes, bibliothèques, … Supervision Commande Surveillance Traitement des alarmes Archivage Programmation Performances/Prix : Prix : matériel + système d exploitation, logiciel, mise à jour, assistance, documentation

18 Etapes de réalisation dun système de supervision Analyse des Modes de Défaillance, de leurs Effets et de leurs Criticités (AMDEC) Analyse hors ligne des conditions de surveillabilité et de reconfigurabilité Liste des équipements pertinents Elaboration du système de supervision Résultats des conditions de surveillabilité Placement de capteurs Test en ligne du système de supervision Algorithmes de surveillance

19 Prof. B. Ould Bouamama PolytechLille « Integrated Design of Mechatronic Systems using Bond Graphs» Partie 2: Techniques et méthodes pour la conception de systèmes de supervision. 19

20 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» Analyse des risques Rôle du responsable dun processus à haut risque Identifier les risques Quantifier les risques Définir le degré dacceptabilité de chaque risque Définir la faisabilité et le coût de lamélioration de la sécurité Mettre en place des actions de sécurisation de certains risques Différentes méthodes Analyse préliminaire des risques (APR) preliminary hazard analysis (PHA) AMDE Analyse des Modes de Défaillance, de leurs Effets (Failure mode and affect analysis) AMDEC (FMECA) Analyse des Modes de Défaillance, de leurs Effets et de leur Criticité Hazard and operability study (Hazop) Hazard analysis and critical control point (HACCP) Evaluation probabilistique des risques (EPR) Probabilistic risk assessment 20

21 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» Sécurité et risque 21

22 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» AMDEC : Méthodologie et définitions L'Analyse des Modes de Défaillance, de leurs Effets et de leur Criticité (AMDEC) outil de sûreté de fonctionnement (SdF) et de gestion de la qualité. AMDEC est la traduction de l'anglais FMECA (Failure Modes, Effects and Criticality Analysis, Analyse des Modes de Marche et De leur Criticité. Technique danalyse, en maintenance prédictive, permettant de détecter à lavance, les points faibles dun système, afin de laméliorer ou de prévoir les pannes à venir. 22

23 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» Objectifs 1) Anticiper les problèmes avant quils ne se produisent. Construire la qualité des produits fabriqués ou des services rendus. Favoriser la maîtrise de la fiabilité en vue dabaisser le coût global. remettre en question le fonctionnement, sans attendre un incident Evaluation de la fiabilité et détermination des points critiques 2 ) Mieux appréhender les risques de défaillance et ainsi les éviter en mettant en place : des éléments de secours (redondance) des technologies + performantes des méthodes de surveillance adaptées une maintenance préventive plus efficace des diagnostics de pannes plus rapides 23

24 Défaillances dans une PAC Anode Humidificateur Filtre Charge H2H2 Air Compresseur Condenseur Séparation de phase Réservoir Eau Échappement Sortie H 2 Détendeur TRCFRC PRC Fuites H2 Dégradation de pile: réversible; irréversible Cathode Panne de refroidissement Décrochage et surtension de rotor en tournant Air Défauts Actionneur Défaut Correcteur

25 Exemple : Pile à Combustibles 25

26 Poisons Bouchon deau dans les canaux Percement de la membrane Accumulation deau dans les zones de diffusion Basse T Trop deau Manque deau Oxydation du support du catalyseur Sous stœchiométrie Sur stœchiométrie Haute T ou Pression diff. ou Dégradations propriétés physico- chimiques de la membrane Distribution irrégulière de la densité de courant Bouchon deau dans les canaux Réactions Parasites Manque de réactifs Assèchement Agglomération et Migration catalyseur

27 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» Analyse du graphe Défaillance gestion de leau Grandeur à surveiller importante Car tous les chemins mènent à cette dégradation 3 niveaux de défaillances 1. Dégradations irréversibles (événements redoutés) 2. Dégradations réversibles FDI doit en temps réel détecter ces défauts avant niveau1 3. Causes des défaillances Thermique, fluidique et chimiques (gestion des flux des réactifs)

28 Exemple de mise en oeuvre 28 ComposantModes de défaillance Causes possibles EffetsMoyen de détection Niveau de criticité Observa- tions VanneBloquée fermée GrippéVidange Arrêt prod. Surveillan- ce des opérateurs Moyen Bloquée ouverte Encrase- ment Risque de débordement ElevéSystème de sécu. capteur vanne PRC LHS Probabilité doccurrence (F) Probabilité de non-détection (G) Niveau de gravité (N) Criticité : C = F x G x N

29 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» Logiciels de AMDEC Logiciels AMDEC : fonctions Stockage centralisé des données et intégration avec les autres outils logiciels de fiabilité Planification basée sur la fiabilité (DFR) Analyse des modes de défaillance et de fiabilité (FMRA) TDC FMEA propose tous types dAMDEC au sein de la même licence logicielle : AMDEC Produit, AMDEC Process, AMDEC Moyen, diagrammes de flux Skill Designor Pro : Logiciel pour créer, tenir à jour et capitaliser les études AMDEC - FMEA. Logiciel Skill HACCP (connu dans lagro alimentaire) Logiciel Sfmea 29

30 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» CONCLUSION 30 L'AMDEC « produit », par l'analyse des pannes, la fréquence d'apparition et les temps d'arrêt favorise : Une conception intégrant la maintenance Améliore la fiabilité et les performances L'AMDEC est donc un outil de prise de décision raisonnée dans un cadre damélioration de la qualité de 3 types : -> Préventives -> Correctives -> Amélioratives

31 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» Avantages et inconvénients de AMDEC Avantage permet de mener des actions préventives, cest à dire de résoudre les problèmes avant que ceux-ci ne se présentent. Si cette méthode est suivie tout au long du cycle de vie du produit, la production en sera améliorée et débarrassée de problèmes majeurs. Inconvénients nécessite une connaissance poussée de la question à étudier. En général, un brainstorming avec plusieurs personnes impliquées de la conception à la livraison du produit est nécessaire. Pour cela, il faut donc quune équipe puisse se mettre daccord sur les modes de défaillance étudiés. Cette méthode est, de ce fait, lourde à mettre en place. 31

32 Prof. B. Ould Bouamama PolytechLille « Integrated Design of Mechatronic Systems using Bond Graphs» Surveillance en ligne 32

33 FTC: Fault accommodation Process Controller FDI Fault Accomodation Controller parameters Ref. Y u Supervision

34 FTC: Fault Reconfiguration FDI New control configuration Reconfiguration Yref Nominal Controller Process Y u u' New Controller Yref Y Supervision CONTROL

35 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» FT (Fault Tolerance) Analysis of fault tolerance : The system is runing under faulty mode Since the system is faulty, is it still able to achieve its objective(s) ? Design of fault tolerance : The goal is to propose a system (hardware architecture and sofware which will allow, if possible, to achieve a given objective not only in normal operation, but also in given fault situations.

36 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» Fault Detection and Isolation (FDI). FDI Purpose Objectives : given I/O pair (u,y), find the fault f. It will be done in 3 steps : DETECTION detect malfunctions in real time, as soon and as surely as possible : decides whether the fault has occured or not ISOLATION find their root cause, by isolating the system component(s) whose operation mode is not nominal : find in which component the fault has occured DIAGNOSIS diagnose the fault by identifying some fault model : determines the kind and severity of the fault

37 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» Relation entre FDI et FTC 37 REGION DANGEREUSE PERFORMANCES INACCEPTABLES Y1 Y2 PERFORMANCES DÉGRADÉES PERFORMANCES REQUISES Reconfiguration Fault

38 FDI: Medical interpretaion 0 T NON OUI Examen clinique Diagnostic

39 Etapes de FDI 39 Alarmes Fonctionnement normal Modèle + - DIAGNOSTIC Type de panne Détection : Est ce réellement une faute? Localisation : Quel composant est déféctueux ? Identification : Quel type de défauts? DECISION Composant défectueux cahier des charges

40 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» Méthodes de surveillance

41 D2 Méthodes de surveillance sans modèle 41 Méthodes de reconnaissances de formes Détermination dun certain nombre de classes (apprentissage) A chaque classe est associé un mode de fonctionnement (normal, défaillant) Chaque donnée prélevée est affectée à lune de ces classes : détermination du mode de fonctionnement Exemple : surveillance dune conduite dalimentation Différence de pression Pr(t) Débit : Q(t) * * * * * * * * * * * * * * * * * D1 1) : Phase dapprentissage 2) : Phase surveillance temps réel

42 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» Commentaires Only experimental data are exploited Methods : statistical learning, data analysis, pattern recognition, neuronal networks, etc. Problems need historical data in normal and in abnormal situations, every fault mode represented ??? generalisation capability ??

43 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» METHODES QUALITATIVES Utilise la connaissance intuitive du monde : appliquer des modéles de pensée humaine pour des systèmes physiques Exemple : « Quand la pression augmente, le débit augmente » L'avantage principal des méthodes qualitatives: possibilité de n'utiliser que le modèle qualitatif: aucun besoin de grandeurs numériques des paramètres ni de connaissances profondes sur la structure du système. Inconvénients Les défaillances des capteurs ne sont pas détectées. Il n'est pas aisé de déterminer les valeurs limites inférieures et supérieures de déviation. D'autre part un problème combinatoire peut apparaître lors des procédures d'inférences pour les systèmes complexes.

44 Méthode à base de modèle S E N SO R S Process actual operation RESIDUAL GENERATOR RESIDUAL GENERATOR MODEL OF THE NORMAL OPERATION ALARM GENERATION 0 Isolation Identification ALARM INTERPRETAION Detection

45 Méthodes de surveillance à base de modèle 45 Exemple : surveillance dune conduite dalimentation Différence de pression Pr(t) Phase 1 détermination dun indicateur de faute (Hors ligne) Phase 2 Implémentation en ligne

46 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» Analytical redundancy :How to generate ARRS ? What is ARR ? Given The ARR express the difference between information provided by the actual system and that delivered by its normal operation model. What is Residual ? 46 u y r

47 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» Steps in FDI system (1/4) 1. Détection Opération logique : On déclare le système est défaillant ou non défaillant Les critères Non détection ou détection trop tardive Conséquences catastrophique sur le process Fausses alarmes Arrêts inutiles de lunité de production. Plus de confiance de lopérateur Test dhypothèses : La détection se ramène à un test dhypothèses H0 : hypothèse de fonctionnement normal (Domaine de décision D0) H1 : hypothèse de fonctionnement défaillant (Domaine D1) Dx : Domaine de non décision

48 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» Steps in FDI system (2/4) Problematic Given R=[r 1, ….r n ] fault indicators Two distributions are known p(Z/H 0 ) and p(Z/H 1 ) One of two hypotheses, H 0 or H 1 is true What to do ? Verify if each r i (i=1,..n) belongs to p(Z/H 0 ) and p(Z/H 1 ) 4 possibilities

49 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» Steps in FDI system (4/4) 2. Localisation Etre capable de localiser le ou les éléments défaillants Les critères Non isolabilité Conséquences catastrophique sur le process Fausses isolabilité Arrêts inutiles de lunité (ou de léquipement) défaillant. Plus de confiance de lopérateur de maintenance Identification (diagnostic) Lorsque la faute est localisée, il faut alors identifier les causes précises de cette anomalie. On fait alors appel à des signatures répertoriées par les experts et validées après expertise et réparation des dysfonctionnements.

50 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» Specifications Which parameters must be supervized ? What are the non acceptable values ? Objectives Performances false alarm missed detection detection delay Available data other (cost, complexity, memory,...) Constraints

51 Redondance analytique et matérielle 51 R S 1 or S 2 S2S2S2S2 Redondance matérielle Redondance matérielle Detection Isolation Sensors S3S3 S2S2 S1S1 F2F2 F1F1 Redondance analytique ? Leakage S1S1S1S1 F1F1F1F1 Valve R F2F2F2F2 r1r1 r2r Monitorability analysis

52 Detectability and isolability Faults and ARR Fault Signature Matrix (FSM) Signature vectors Hamming Distance C: Binary coherence vector S j : Signature vector of the j th component to be monitored to isolate k failures, the distance should be equal to 2k + 1.

53 Degré disolabilité Hamming Distance of given example Signature vectors The Hamming distance shows the ability to isolate two faults.

54 Observateur et identifiaction y Modèle U y Residu + - y Observateur U y Residu + -

55 Principe de lobservateur A C + B PROCESS B K AA C OBSERVER

56 Observateur pour le diagnostic Residual Process Observateur CompareCompare u

57 Conception intégrée de systèmes pilotés : Démarche Thème 1 Propriétés formelles et comportementales Indicateurs de fautes formels Dimension- nement Synthèse de lois de commande Thème 2 Placement de Capteurs et actionneurs Propriétés structurelles et causales Commandabilité, Observabilité Commandabilité, Observabilité Surveillabilité, Reconfigurabilité Surveillabilité, Reconfigurabilité Simplification de modèles Thème 2 Thème 3 Informatisation Test en ligne

58 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» Pourquoi les BGs pour la conception intégrée ? Graphes et Bond Graphs : quelles différences ? 58

59 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» Génération automatique des modèles 59

60 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» Why Graphical Approach for integrated design? Graphical methods that are based essentially on structural models Graph structures independent of the numerical values of the syst. parameters. Structural properties are independent of the values of the system Structural description of a system expresses only the links between the variables and the constraints Visualization of the system topology Many different kinds of models linear, non linear can be used (qualitative, quantitative, static, dynamic, rules, look-up tables, …) Lack Structural analysis produces only structural properties 60

61 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» State of art 61 BOND GRAPH For MODELLING (1959) Control (Vergé, Gawtrop, Dauphin, Sueur, Rahmani..) 1991 DiagnosisSizing Qualitative approach (1993) Linkens, Mosterman, Kohda,.. Quantitative approche (1995) Coupled BG (Ould Bouamama 198) Robust Diagnosis Extension to coupled BG Automated Diagnosis Design of supervision system Opend loop system Linear Systems Sensor and actuator Faults Monoenergy Bond Graph (Tagina 95) Hybrid Bond Graph (Biswas, Mosterman (USA)

62 Prof. B. Ould Bouamama PolytechLille « Integrated Design of Mechatronic Systems using Bond Graphs» Partie 4: Applications 62

63 DC motor as example 63 ELECTRICAL PART u a iaia MECHANICALPART LOAD

64 Systematic State equations generation 64 uaua iaia (J,f) RaRa LaLa imim m MSe:U a iaia uaua 1 L I:J R:f Se:- L f J 1 R:R a I:L a uMuM iaia u Ra u La iaia MGY:K Df: m Df:i m

65 65 Automated Control analysis

66 Algorithme de génération des RRAs à partir du modèle BG 66 Mettre le BG en causalité dérivée en inversant les causalités des capteurs. MSe:U a iaia uaua 1 L I:J R:f Se:- L f J 1 R:R a I:L a uMuM iaia u Ra u La iaia MGY:K SSf: m SSf:i m

67 OUR DC MOTOR 67 Inductor

68 Ecrire léquation de jonction de structure 0 et 1 (représentant la conservation de puissance contenant au moins un détecteur

69 Eliminer les variables inconnues en parcourant les chemins causaux sur le BG de la variable inconnues vers une variable connue (capteur ou source) MSe:U a uaua 1 L I:J R:R M Se:- L f J 1 R:R A I:L a uMuM iaia u Ra u La iaia MGY:K SSf: m SSf:i m

70

71 DECISION : Monitorability and Isolability Distance of Hamming

72 Informatisation FDIPAD

73 Robustness problem

74 How to fix threshold ? Défaut sur capteur du courant égal à 15% de sa valeur nominale Fonctionnement normal Seuil simple: 3*std

75 What about parameter uncertainties ? False alam because of parameter uncertainties !!!! introduction of 5% of nominal value of R M

76 Linear Fractional Transformation Any rational expression can be written under LFT form 76 LFT Representation Transfert Function LFT Représentation State space representation

77 Exemple 77 Se: u 1 4 R:R n De*:z R MSe:w R Df: i I:L n 3 10 MSf:w L 7 Df*:z L 8 R:R 2222 I:L 3

78 Determinist Diagnosis 78 I:L 3 1 Se: u R:R SSf: i Df: i 1- Se SSf- 2-R-2 SSf- 3- L- 3 R L i A R L i A R L Se: u i A

79 Robust Diagnosis 79 MSe:w L R:R n I:L n De*:z L De*:z R Se: u SSf: i MSe:w R Se SSf R n SSf L n MSe:w R 7- MSe:w L

80 Robust ARRs 80 MSe:w L R:R n I:L n De*:z L De*:z R Se: u SSf: i MSe:w R

81 OUR DC MOTOR 81 Inductor

82 Robust ARR From BG DC motor Uncertain ARRs 82 R(t) (t) adaptive thresholds

83 Resultats de Simulation 83 Residuals in normal operation

84 Resultats de Simulation 84 Réaction des deux résidus robustes suite à une variation des paramètres RA et RM d'une valeur supérieure à leur incertitude relative

85 Resultats de Simulation 85 Réaction des deux résidus robustes suite à une variation des paramètres RA et RM d'une valeur égale à leur incertitude relative

86 Fault detectability index DI The fault detectability index DI is the difference in absolute value between the effort (or flow) provided by faults and those granted by all the uncertainties. 86

87 87/13 CENTRALE THERMIQUE

88 STEAM GENERATOR P & I DIAGRAM Process delay system FIR 10 PR 11 PIR 16 TR 17 PC 2 PR 14 PR 15 TR 38 PR 38 TR 29 PR 31 V1 V6 User PR 13 PR 12 ZC 1 V2 V11 BOILER LIR 9 8 LG 1 TR 5 PC 1 PIR 7 TR 6 Q 4 Thermal resistor LC 1 V10 60kW FIR 3 P2 P1 V9 STORAGE TANK TIR 2 LIR 1 LG 3 STEAM FLOW FEED WATER CONDENSER HEAT-EXCHANGER

89 89 \93 WORD BOND GRAPH OF THE INSTALLATION Condense r Cooling circuit Condenser-Heat exchanger Boiler Steam expansion Feed water circuit Receiver Discharge valves Voltage source i U Thermal resistor

90 Logiciel «FDIModelBuilder » for ARR generation

91 Analyse de la surveillabilité 91

92 Implémentation temps réel

93 Fixation des seuils Simple test

94 Application de CuSum Simple test

95 Prof. B. Ould Bouamama Polytech Lille « École dhiver, Université dOran décembre 2013» Conclusion La supervision dans lindustrie aujourdhui Contrôle : PIDs bien adoptés par lindustrie Supervision: Grande demande mais confiance encore forte dabord à lopérateur Utilisation principalement de la redondance matérielle et sécurité pars seuil AMDECs plus connus par les industriels : HSQE La supervision : quelles compétences ? Informatique industrielle (API), contrôle et connaissance du process Gestion des IHMs Analyse des risques La supervision dans lindustrie : et demain ? Bien développée dan laéronautique (FDI et FTC) Rôle des RFID, Informatique et Automatisation intégrée Télésurveillance, intégration des méthodes à base de données, qualitatives et de connaissance


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