Incontournables pour l'autosurveillance des réseaux, les ouvrages de production et de distribution d'eau potable comme pour les stations d'épuration, les capteurs métrologiques sont aujourd'hui dotés d'une mémoire importante et de fonctionnalités nouvelles apportant aide et soutien dans leur télémaintenance. Les données qu'ils collectent, transmises par les systèmes de télégestion basés sur des protocoles de communications vers les postes centraux de supervision sont analysées et archivées. En post-traitement, la cohérence des informations collectées peut être contrôlée par des logiciels d'aide à la validation.
Qu’il s’agisse de la production ou de la distribution d’eau potable, du traitement des eaux usées, du recyclage ou de la réutilisation des eaux industrielles... les capteurs, au cœur des processus métrologiques (débitmètres, mesureurs de pression, niveau, température, pH, niveau d’oxygène, etc.), sont désormais omniprésents. Dans le même temps, les démarches qualité et la recherche du zéro défaut se sont généralisées chez les exploitants qui doivent s’assurer
Avec sa technologie Memosens, Endress+Hauser a révolutionné la sauvegarde de données en les digitalisant au niveau du capteur et en les transférant au niveau du transmetteur sans l'intermédiaire d’un contact et donc sans l'influence de l'humidité.
De la cohérence des mesures obtenues. Étalonnage, vérification de la fiabilité des instruments, redondance, contrôles en supervision... Une politique de gestion des capteurs doit désormais être mise en place pour répondre à ces contraintes et aux réglementations.
Ainsi, la Directive européenne sur le traitement des eaux résiduaires urbaines (ERU) et de nombreux textes comme par exemple l'article 17 de l'arrêté du 22 juin 2007 imposent la surveillance des systèmes de collecte des eaux usées et des stations d'épuration. Le corpus réglementaire s'est également durci dans le domaine de l'optimisation des rendements de distribution d'eau potable via l'amélioration des recherches de fuites notamment (sectorisation des réseaux).
D’où l'importance pour les exploitants de fournir des données fiables selon des méthodes validées dans les applications, a fortiori lorsqu'il y a, à la clé, des obligations légales à remplir.
Des capteurs de mesures aux logiciels de supervision en passant par les protocoles de communication et les systèmes de télégestion, de nombreux outils sont aujourd'hui disponibles pour améliorer la maintenance et le suivi des mesures.
Des procédures de mesure plus fiables
Mesurer une valeur physico-chimique telle que le pH, par exemple, nécessite beaucoup de soin vis-à-vis de l’électrode en verre, mais aussi de la transmission du signal entre le capteur et le transmetteur.
Les courants faibles mis en jeu avec un capteur ayant une impédance élevée nécessitent une entrée à haute impédance sur le transmetteur. La seule présence d'humidité dans le connecteur de l'électrode peut, par exemple, engendrer des erreurs sur la mesure, voire dans certains cas la mettre en défaut. Avec sa technologie Memosens, Endress+Hauser a révolutionné la sauvegarde de données en les digitalisant au niveau du capteur et en les transférant vers le transmetteur sans l'intermédiaire d'un contact et donc sans l'influence de l'humidité. D'autres informations sur toute sa durée de vie peuvent également être mémorisées comme le temps de fonctionnement, les valeurs maxi et mini atteintes en température. Lorsque l'électrode est connectée au transmetteur, toutes ces informations sont automatiquement transférées. Et bien sûr, la mise en mémoire des données d’étalonnage a une incidence non négligeable sur la maintenance. Désormais « l'étalonnage peut se faire par un spécialiste dans les conditions optimales au laboratoire », indique Cédric Fagot, Chef de marché Eau et Environnement chez Endress+Hauser. « Sur site, l'opération est simplifiée ; elle se résume à un changement rapide de l’électrode en place par une électrode pré-étalonnée sans intervention sur le transmetteur. Une telle procédure accroît la disponibilité de la mesure et donne l'assurance d'une plus grande qualité ». Procédure dont Endress+Hauser entend faire rien moins qu’un standard mondial.
À noter que dans le domaine de la métrologie, Endress+Hauser a repris PB Mesures, reconnu pour son savoir-faire en matière de prestations métrologiques en laboratoire. Associant ainsi sa maîtrise technologique de l'instrumentation avec l'expérience du management de la métrologie de PB Mesures, Endress+Hauser veut développer pour ses clients une démarche orientée productivité qui facilite la gestion des parcs d'instruments de mesure et génère des économies sur les budgets d'étalonnage externes. Le Groupe souhaite ainsi proposer une offre personnalisée et adaptée aux différentes exigences industrielles. « Les exigences sont très variables entre le monde du traitement de l'eau, la pétrochimie, la chimie, et l'agroalimentaire ».
souligne Cédric Fagot. « En agroalimentaire, si une mesure dérive de 0,5 unité pH, les conséquences peuvent être dramatiques en termes de production. Dans le domaine de l’eau, plus de flexibilité est autorisée. Reste que les mentalités changent, les exploitants cherchent de plus en plus à optimiser les process et à économiser l’énergie au sein des installations. Le marché de l’instrumentation dans l’environnement est en plein développement. C’est vrai en particulier pour l’optimisation de procédés et notamment sur la partie aération/brassage des bassins, postes les plus énergivores. »
Les capteurs analogiques impliquent un traitement du signal important et des frais d’investissement élevés puisque chaque capteur possède son propre transmetteur. À l’inverse, les capteurs modernes calculent eux-mêmes leurs valeurs de mesure et peuvent être utilisés avec des transmetteurs standards. Résultat, toute combinaison de capteurs peut être raccordée à un transmetteur unique comme le transmetteur sc 100, sc 200 et sc 1000 de Hach-Lange. La gestion des pièces de rechange est simplifiée et moins onéreuse. Les capteurs connectés peuvent être aisément paramétrés sur site à l'aide du transmetteur SC et les possibilités de contrôle à distance s’en trouvent facilitées.
À Ajaccio, la station d’épuration de Campo Dell'Oro, en cours de construction, innove en particulier avec son parc de capteurs et instruments intelligents en réseau Profibus. « Cela fait plus de 15 ans que de tels instruments existent, capables de stocker des informations sur les éléments de process mais aussi sur leur état de santé, leur vécu en termes d’étalonnage par exemple. Pour autant, dans la plupart des stations existantes, ces informations intelligentes disponibles localement dans les capteurs ne sont pas transmises vers les centres de supervision, car la connexion utilisée est le plus souvent du 4-20 mA permettant uniquement le transfert des données process », indique Cédric Fagot. Et bien que l'intelligence ait commencé à se déplacer des automates vers les instruments, les stations de conception « tout numérique », comme celle d’Ajaccio, sont encore loin d’être monnaie courante dans notre pays, où les bus de terrain restent peu exploités dans le secteur de l’eau. Une situation regrettable, ceux-ci permettant des contrôles préventifs sur les installations. En Corse, par exemple, une mesure de DCO a été installée pour réguler les besoins en air du procédé biologique R3F® mis en œuvre par Vinci Environnement sur la station de Campo Dell’Oro qui repose sur une technologie à biomasse fixée sur un matériau support inerte fluidisé dans les bassins d’aération. Pour une régulation efficace, la justesse de la mesure est capitale et ne peut être garantie que par une maintenance efficace du capteur. Avec les capteurs numériques, beaucoup d’informations sont disponibles permettant à l’exploitant de réagir rapidement de manière ciblée et d’assurer le fonctionnement optimum de l’unité de traitement. Sur ce projet, pour l’architecture numérique et les régulations, Vinci Environnement a associé ses compétences du process eau à celles d’Actemium (Vinci Energies), expert en électricité/automatisme-régulation/acquisition de données, et à celles d’Endress+Hauser.
Pour faciliter l’implantation du numérique, soulignons que le groupe propose une technologie standardisée pour la configuration, l’intégration et la gestion des équi
Care est l’outil de configuration proposé par Endress+Hauser. Basé sur le standard FDT/DTM (Field Device Tool/device Type Manager), il est à la fois performant et ouvert, supportant les protocoles Ethernet, Hart, Profibus, Foundation Fieldbus, etc.
Il permet non seulement de configurer les instruments, mais plus important encore de gérer leur cycle de vie. En exploitant le statut d’état délivré par l’équipement, il procure en effet un moyen simple de vérifier le bon fonctionnement du matériel connecté.
Interconnecté à FieldCare, Endress+Hauser propose également W@M (Web-enabled Asset Management), « un portail internet qui donne accès à l’ensemble des informations pouvant exister sur un capteur : liste des pièces de rechange, certificats d’étalonnage, etc. Pour cela il suffit d’avoir son numéro de série », précise Cédric Fagot.
Hart, Profibus, Foundation Fieldbus… les protocoles sont fonction des besoins et ouvrent la voie à des concepts d’installation qui permettent l’interaction harmonieuse de produits de différentes marques.
Ces différentes solutions sont soutenues par les principaux fournisseurs de systèmes de contrôle de process, capteurs, actionneurs et modules d’architecture (interfaçage, connexion, alimentation, diagnostic) tels que ABB, B&R Automation, Endress+Hauser, Hach-Lange, Linus, Pepperl+Fuchs, Rockwell Automation, Schneider Electric, Yokogawa, Vega, Burkert, Emerson Process Management, Jumo ou encore Krohne.
Hart® (Highway Addressable Remote Transducer) détient par exemple 80 % des parts de marché dans le domaine des bus d’instrumentation. Ce protocole permet en effet d’établir un diagnostic non seulement sur l’état de fonctionnement des capteurs (normal ou défectueux) mais aussi sur leur niveau d’usure. Il permet aussi de transmettre d’autres paramètres comme l’étendue de mesure ou l’étalonnage.
L’essor des bus Ethernet ouvre également de nouvelles possibilités en matière de diagnostic ou de régulation à distance, par exemple. Westermo tout comme Phoenix Contact, Omron, IP Systèmes ou eWon proposent ainsi de nombreuses solutions basées sur Ethernet.
Autant de solutions qui ont fait leurs preuves mais que l’on ne trouve en France que sur quelques sites emblématiques.
En dehors de Campo Dell’Oro dont la mise en eau n’interviendra qu’en novembre 2012, on peut citer l’usine Seine-Grésillons, exploitée par le SIAAP.
En cas d’alarme, les exploitants peuvent se connecter localement en n’importe quel point du réseau, par liaison filaire ou Wi-Fi, à la même interface de gestion de production pour obtenir un premier diagnostic. L’ensemble de l’usine dont les automatismes basés sur
Une architecture redondante ControlLogix de Rockwell Automation a été réalisée par ETDE et est gérée par un réseau Ethernet à anneau redondant.
La station d’épuration des Trois Frontières (68) offre le même degré d’automatisation grâce à une architecture basée sur des solutions Schneider Electric.
Mais la gestion de la grande majorité de stations françaises de production d’eau potable ou d’assainissement repose sur des systèmes de contrôle des mesures plus conventionnels.
Télégestion : gérer un grand nombre de capteurs
Ainsi, en dépit de la pression réglementaire, toutes les petites collectivités sont encore loin d’avoir franchi le pas de la télégestion permettant d’automatiser, surveiller et gérer à distance leurs installations. La télégestion s’avère néanmoins un investissement incontournable pour assurer une continuité et une qualité de service, une aide à la maintenance curative et préventive en conservant un rendement maximal des instruments et en prolongeant leur durée de vie. Elle permet aussi de réaliser des économies d’eau et d’énergie (ajustement du fonctionnement par rapport aux besoins, aux tarifications, aux comportements des équipements) et de réduire les coûts d’exploitation (moins de déplacements et de visites, possibilité d’alerte et de contrôle à distance). « En matière de télégestion, la nouveauté des dernières années c’est la redondance des moyens de communication, estime Alain Cruzalebes, directeur de la société Perax. On utilise de plus en plus de systèmes de type Ethernet. La tendance va également au sans-fil, en particulier au GPRS. »
Dans certains cas bien précis, la communication par satellite est également envisageable. Satmos s’est ainsi spécialisé dans la communication par satellite pour la télégestion, avec une technologie récente, désormais simple à mettre en place et financièrement abordable. Ce type de solution s’envisage désormais pour des sites isolés pour lesquels les moyens de communication conventionnels (GSM, ADSL, radio, etc.) sont inexistants ou peu performants et/ou pour des données critiques nécessitant une fiabilité de transmission absolue. Une communication par satellite est fiable à plus de 99 % (garantie contractuellement), totalement cryptée et protégée. Cette solution bidirectionnelle permet également la prise de contrôle à distance et une réelle interactivité avec l’équipement distant intégrant une dimension maintenance. Le service peut être adapté sur mesure à différents types de besoins (télégestion simple, données prioritaires, voix sur IP, vidéos de surveillance et levées de doute, etc.). Des municipalités françaises mais également d’Europe du Sud se sont équipées ou s’équipent de ce mode de communication afin de sécuriser leurs installations.
Côté solutions, Ijinus, spécialisé dans la sectorisation et l’autosurveillance des réseaux, commercialise un capteur « tout en un » : mesure, enregistrement et communication de l’information sur des serveurs distants. Cette solution permet de quantifier les rejets polluants dans les milieux naturels (déversoirs d’orage), de faire des prévisions de crues, de détecter des fuites avec une vanne sans alimentation assurant le comptage volumétrique et l’isolement du réseau en cas de détection de fuite, de surconsommation et sur plage horaire.
dans les réseaux, de mesurer des niveaux d’eau dans les postes de relevage. Autonome en énergie (en moyenne une pile recyclable pour 5 ans de durée de vie) ils peuvent transmettre leurs données par GPRS à diverses solutions de supervision : Topkapi, Panorama, Lerne, Ijitrack.
La gamme de postes locaux Sofrel S500 offre des solutions industrielles alliant performance, simplicité de mise en œuvre et facilité d’utilisation et convient aux petites installations comme aux plus importantes. Ils permettent de suivre en permanence le bon fonctionnement des installations comme des équipements et sont capables de communiquer avec une multitude d’équipements différents : automates, régulateurs, capteurs intelligents, et aussi avec d’autres postes locaux afin d’assurer des automatismes inter-sites. En cas de problème, un mode dégradé peut être activé par la fonction chien de garde.
Le P400Xi de Perax est un automate complet convivial et puissant, disposant d’un service web embarqué permettant son exploitation sur PC avec un simple navigateur internet. Il peut être intégré dans une architecture intranet/internet et son fonctionnement multiprotocoles (Modbus, RTU, TCP, Hart, Mbus…) permet de le raccorder par liaison série à de nombreux produits, capteurs mais aussi régulateurs, automates, compteurs… Son point fort : « sa modularité totale ». Son architecture est constituée de 1 à 8 racks, de 4 cartes enfichables, et reliées par bus RS485 et ultrasons, associée à un détecteur (système tout ou rien) d’événement.
« En croisant les deux informations fournies par le dispositif de mesure basique et analogique, on peut réaliser du contrôle de cohérence des données. La conjugaison de deux types de mesure – par exemple, le débit et la pression – peut être un moyen d’effectuer un contrôle de cohérence de données sur les réseaux d’eau potable », indique Alain Czubules. Une option intéressante mais plus coûteuse car nécessitant plusieurs capteurs.
Les outils de post-traitement des données sont donc parfois préférés pour le contrôle de cohérence des mesures réalisées en amont et la gestion des capteurs.
Supervision : traitement et post-traitement de données
Dans un premier temps, les données collectées puis transmises par les systèmes de télégestion aux postes centraux de supervision sont analysées et archivées pour des affichages sous formes de synoptiques, de courbes de bandeaux d’alarmes et d’événements.
La supervision a en charge l’acquisition des données aux travers de communications locales ou distantes avec des automates ou postes de télégestion. Elle traite les données à leur arrivée par des mises à l’échelle.
et des conversions diverses avant de les présenter à l’exploitant généralement sous la forme de synoptiques. Aréal avec Topkapi, Codra avec Panorama, ARC Informatique avec PcVue ou InTouch de Wonderware sont les plus répandus dans le secteur de l'eau.
Mais d’autres outils comme Web Acess de Prisma Automation, ControlMaestro d’Elutions, FactoryTalk de Rockwell Automation ou Proficy de GE Intelligent Platforms, qui constituent des outils dédiés à la mesure et au reporting correspondant exactement aux réalités physiques de leurs process, progressent également.
ARC Informatique a par exemple équipé l’usine Super Rimiez à Nice (350 000 eqh, 9 centres de production eau potable, 20 stations d’épuration et 90 stations de relèvement) exploitée par le groupe Veolia Eau. « PcVue solutions offre diverses exploitations comme la gestion de plusieurs moniteurs sur une même station, l'utilisation d’outils de reporting et d’analyse standard, … mais aussi la télécommande et les télécontrôles de tous les ouvrages (démarrage de pompes, réglage de débit, pilotage de vannes…) », signale Fabien Rigaud chez ARC Informatique.
La dernière version de Topkapi d’Areal met à disposition des librairies d’objets qui permettent d’accéder, sans développement, aux statistiques de fonctionnement du process supervisé. Un générateur de formules permet également de créer à la volée en exploitation tout calcul regroupant des données (cumul de plusieurs compteurs, analyse de rendement…). Topkapi avec option Bilans complète les fonctions traditionnelles d’un logiciel de supervision et offre une aide complémentaire à l'exploitation des données pour le pilotage au plus fin des process, la maintenance préventive, le suivi des consommations, etc.
Dans les grandes collectivités, il peut être utile de conserver des données sur des longues durées (jusqu’à plusieurs années) afin de les analyser si besoin en les croisant avec celles de la GMAO (gestion de maintenance assistée par ordinateur) de l'usine qui peut fournir également des informations sur l'état des équipements. C'est le point fort de l’outil de supervision Panorama IT de Codra, par exemple, qui est capable d’apporter un deuxième niveau de lecture en temps différé et permet de répondre à des questions sur la durée d’indisponibilité d'un équipement notamment, ou de mieux connaître l’évolution d’un paramètre dans le temps.
En plus de la supervision et la GMAO qui nécessitent une instrumentation pour apporter de la valeur, il faut également mentionner les Systèmes d’Aide à l’Exploitation (SAE). Les SAE peuvent, à partir de données capteurs (seuil de pH dépassé, turbidité élevée ou détection de polluants, etc.), lancer des procédures qui vont guider les équipes pas à pas afin d’aborder le sujet dans les bonnes pratiques.
Outre ces outils très élaborés, on trouve également sur le marché des logiciels dédiés ou propriétaires issus de l’expérience acquise par des opérateurs historiques de la télégestion. De tels logiciels, plus simples, sont également plus adaptés aux petites collectivités. Lacroix Sofrel avec PCWin, Perax avec Arlequin ou encore Wit gèrent de nombreux protocoles, sont ouverts à une multitude d’équipements et communiquent sur de nombreux supports tout en étant ouverts au monde de la supervision. Ils permettent à l’exploitant de connaître l'état de l'ensemble des points de mesure. Bien que plus simples, ces outils sont capables de gérer des parcs relativement importants. PCWin permet par exemple la centralisation de 200 stations, chacune d'entre elles pouvant exploiter jusqu’à 1000 informations...
L’essor des systèmes d’aide à la validation de données
Pour les collectivités qui ne veulent pas investir ou qui souhaitent un système très simple d'utilisation, il existe une alternative « clé en main, sûre et complète » : le service d’hébergement. Alyane a le premier proposé cette solution, « capable de collecter toutes les informations sur le fonctionnement qualitatif et quantitatif d'un réseau (assainissement, eau potable, fluides et énergie d’une usine...), à partir d'automates télétransmetteurs », explique Bruno Guigue, chez Alyane. « Les données sont remontées sur notre serveur, mises en forme et mises à disposition de nos clients, via Internet. Elles sont exploitées pour la conduite et la sécurité de l’exploitation au quotidien ». L’architecture du système, qui comprend un logiciel de supervision et une base de données, permet aussi d’afficher dans la supervision les consommations d'un secteur en temps réel, calculées à partir des flux entrants et sortants des compteurs divisionnaires qui délimitent ce secteur. Les données sont également enregistrées pour le suivi à plus long terme... Les collectivités disposent ainsi de tableaux statistiques, nécessaires pour la gestion du service, la maintenance, le suivi des fuites et du rendement et les déclarations administratives. Dans le cas d'une sectorisation, ces tableaux per-
permettent de suivre l’évolution quotidienne des consommations et des débits minimaux par secteur, gage d’une identification immédiate des apparitions de fuites.
Lacroix Sofrel propose également un service d’hébergement de données (Web LS) dédié au domaine de la sectorisation. Les informations en provenance des Sofrel LS, centralisées sur un serveur internet dédié, sont consultables à l’aide d’un simple navigateur internet.
De son côté, Alyane, précurseur dans le domaine du post-traitement de données de supervision, vient de lancer un tout nouveau système d’aide à la validation de données dédié principalement aux sectorisations importantes ou pour l’auto-surveillance : Diagbox. « Ce système permet de simplifier et de raccourcir considérablement la validation des données, pour générer une base de données “de qualité métrologique” pour l’auto-surveillance et la gestion patrimoniale », indique Bruno Guigue. « La base de données de mesures s’alimente directement dans les télétransmetteurs, si nécessaire en parallèle d’une supervision pour l’exploitation, destinée à suivre d'autres informations que les flux ». Cette base de données est alors qualifiée avec les règles de pré-validation programmées préalablement. L’opérateur de validation de la collectivité peut ensuite, en se connectant aux serveurs d’Alyane, valider ces données, à l'aide d'un outil graphique, pour créer une seconde base de données. La collectivité peut alors générer tous les rapports nécessaires aux déclarations et aux prises de décisions sur la base de données valides.
