À l’Agence de l’eau Artois/Picardie des systèmes d’acquisition de données ont été installés, concernant les stations de mesure de la qualité des effluents ou cours d’eau (voir figure 1).
Les études et analyses qui y sont réalisées* nécessitent de maîtriser parfaitement les différents paramètres, d’acquérir un maximum de données en améliorant la précision de ces mesures, de multiplier les expériences et le nombre des mesures, de simplifier les tâches de dépouillement et d’en réduire la durée ; seul un système d’acquisition et de traitement des données intelligent lui en fournit les moyens (voir figure 2).
Les paramètres qu’il permet d’étudier sont : O₂ dissous, pH, conductivité, température, carbone organique total, turbidité, ammonium, nitrates, hauteur d’eau.
Les grandeurs mesurées sont conditionnées en courants 4-20 mA ; elles sont échantillonnées toutes les dix secondes.
La moyenne est mémorisée sur Cassette mémoire statique (CMS) toutes les cinq minutes, ce qui permet d’obtenir 288 relevés par jour (figure 3).
Les données mémorisées sont traitées une fois par semaine, sur un micro-ordinateur Tektronix.
Ces données sont destinées à étudier la qualité des rivières ou cours d’eau, les différents phénomènes naturels, ainsi que leur influence (par exemple photosynthèse, eaux pluviales…), à connaître les impacts de certains événements et des rejets naturels ou accidentels.
Au niveau des effluents de stations, outre l’évaluation de la qualité, la chaîne d’acquisition permet le calcul du flux en quantités déversées (débit × concentration), ainsi que l’observation des variations.
La définition de la station d’étude c’est « chercher à comprendre, à connaître » ; le système d’acquisition est l’outil d’aide au diagnostic ; il permet une exploitation efficace, précise, rapide des données, avec présentation des résultats sous forme de courbes et l’analyse comparative de ces différentes courbes, (ce qui, manuellement, serait pratiquement irréalisable), le but étant de mettre en évidence, par connaissance, les événements moins naturels, tels que les rejets industriels ou urbains, normaux ou accidentels.
La mise en évidence de ces situations « anormales », de ces « pointes » de pollution, permet la recherche des causes de ces phénomènes et leur réduction.
Ainsi, il est important de chercher à optimiser les équipements et produits testés, en recueillant et stockant un maximum d’informations.
La particularité de la chaîne d’acquisition utilisée dans ce but est de proposer une solution entièrement statique, aussi bien pour l’acquisition des données que pour le stockage de celles-ci.
Ce matériel peut être utilisé pour effectuer des campagnes de mesure sur le terrain, 24 heures sur 24, pendant des périodes de quelques jours à plusieurs mois.
* Sous la direction de J.-M. Journet.
[Photo : Schéma du système statique d’acquisition de données de terrain.]
[Photo: Système Teracq statique d’acquisition de données de terrain.]
Les paramètres mesurés peuvent être de plusieurs types : phénomènes à évolution lente (hydrologie, climatologie...) ou rapides (comptage...).
Le stockage des informations se fait dans une C.M.S. support amovible de haute fiabilité. L’ensemble du matériel est monté dans un coffret étanche IP65, pour répondre aux conditions sévères de terrain ; des presses-étoupe permettent d’effectuer de manière étanche les liaisons « mesure ». Les entrées analogiques, au nombre de 16, permettent de traiter, avec une résolution de 12 bits, des tensions ± 10 V ou des courants 4-20 mA. Pour les mesures en environnement perturbé, il est possible de mettre en place, voie par voie, des conditionneurs de signaux isolés (1 500 V), ceux-ci gérant les capteurs standard : tensions bas niveaux, courant 4-20 mA, PT100, tous types de thermocouples... Des entrées numériques isolées (1 500 V) permettent de faire des relevés d’état tout ou rien sur 12 voies, et d’effectuer du comptage (< 4 kHz) sur 4 voies. Une mini console en face avant permet à l’opérateur de paramétrer le système d’acquisition, et de visualiser son état.
Le paramétrage autorise, entre autres, de définir le nombre de voies utilisées (analogiques, états, comptage), ceci afin de réduire au strict minimum les informations utiles à stocker. Une conversion linéaire voie par voie permet aussi à l’opérateur de visualiser en temps réel les grandeurs physiques (ex. : pH, oxygène dissous...), afin de vérifier le bon fonctionnement des capteurs, ou de procéder à leur étalonnage.
Le principe de la mesure retenu dans le système d’acquisition est le mode intégré : l’opérateur définit une période de mesure comprise entre une minute et une heure et l’appareil effectue automatiquement, toutes les 10 secondes, un relevé des voies utilisées en cumulant celles-ci jusqu’à la fin de la période de mesure ; à ce moment, il effectue un calcul de moyenne et inscrit ces données dans la C.M.S., avec la date et l’heure du stockage. L’appareil recommence cycliquement cette opération sous contrôle de son horloge interne.
Une option télétransmission permet, par intégration dans le boîtier d’un modem (agréé PTT), d’interroger à distance le système d’acquisition pour en connaître l’état courant de fonctionnement et aussi pour effectuer un transfert partiel de la C.M.S. Cette particularité permet d’effectuer à distance et en temps réel le suivi d’un parc de centrales d’acquisition, et donc de réagir immédiatement en cas d’alarme au niveau des grandeurs mesurées. Pendant les phases d’interrogation, l’acquisition des données et le stockage sur C.M.S. ne sont pas perturbés.
La capacité de stockage des informations sur C.M.S. est fonction du nombre de voies utilisées et de la cadence de stockage. Un exemple concret fera mieux appréhender ce sujet : soit une chaîne d’acquisition comportant 12 voies analogiques utilisées ; l’utilisateur a mis en place une C.M.S. de 256 K octets et la « période mesure » est de 20 minutes. Dans ce cas, la capacité va être de 11 914 mesures, soit une période de 165 jours ; il est bien entendu possible d’augmenter la cadence d’enregistrement mais, dans ce cas, l’autonomie décroît en conséquence.
Le transfert des informations contenues dans la C.M.S. peut se faire de deux façons : soit par télétransmission à distance, soit en utilisant un lecteur de C.M.S. relié en RS 232 C ou IEEE à un calculateur. Un logiciel compatible PC permet d’effectuer ce transfert ; les fichiers créés peuvent être au format des progiciels standard du marché (Lotus...) pour une exploitation directe des données, sous forme de graphiques ou de tableaux.
[Photo: Cassette mémoire statique.]
Les solutions techniques retenues lors de la conception du système d’acquisition ont toujours eu pour objectif une fiabilité maximale et une grande sécurité des données en sachant que l’utilisateur ne peut s’autoriser la moindre perte d’informations. Voici en vrac quelques éléments qui nous permettent d’obtenir ce résultat : technologie CMOS, batterie tampon de grande autonomie, entrées/sorties protégées et isolées galvaniquement, chien-de-garde, self-test de mise en route, processus de mesure autocontrôlé...
Quelques exemples d’application :
- — campagnes de mesure sur site en environnement hostile (mécanique, thermique),
- — acquisition, traitement, stockage, dans un système embarqué, en milieu hostile, perturbé,
- — suivi de gestion de parc éolien, contrôle de fonctionnement, suivi de processus industriel,
- — prospection minière, recherche automatisée de zones minéralisées, dans les mines d’uranium.
Le système d’acquisition est certainement l’appareil le plus utilisé en centralisation de données. Il trouve ses applications aussi bien au laboratoire d’essais qu’en production, pour le contrôle de processus industriels, en suivi d’état d’organes divers (machines, capteurs, débit d’une pompe, etc.) ou comme outil d’aide au diagnostic technique et économique.
