Une réflexion d’ensemble sur les problèmes de toute nature rencontrés par les exploitants a fait apparaître la nécessité de concevoir des systèmes souples et modulables capables de s’adapter aux diverses fonctions (surveillance, télécommande, régulation, comptage…) demandées par les gestionnaires de réseaux de distribution d’eau, d’hydrométéorologie, d’assainissement.
Des systèmes de gestion centralisée ont été développés avec des ordinateurs puissants capables d’interroger capteurs, régulateurs ou machines diverses équipant le réseau, de traiter les informations reçues, de préparer les éléments de décision et, la décision étant prise (par l’ordinateur ou l’homme de quart), de télécommander vannes ou pompes.
Aujourd’hui, après quelques années d’expérience, les services d’exploitation s’orientent (essentiellement pour des raisons de sécurité) vers des systèmes à intelligence répartie et hiérarchisée. L’ordinateur central, quand il est nécessaire, est allégé ; il dialogue avec des postes de traitement de données ou de régulation satellites placés aux points clés du réseau.
C’est dans ce contexte qu’est né le Moduvar, appareil capable de traiter sur place les grandeurs captées, d’assurer des fonctions locales, de transmettre des informations prétraitées au poste central de gestion et de recevoir de ce poste des consignes qu’il applique tout en maintenant les fonctions essentielles en cas de défaillance du central ou de la liaison. Il peut donc trouver des applications soit en tant que poste autonome assurant toutes les fonctions locales nécessaires, soit en tant que poste périphérique s’intégrant dans un système centralisé.
Caractéristiques générales — Originalité
Le Moduvar comporte en technologie CMOS, donc de basse consommation, un microprocesseur NSC 800. La construction de base du Moduvar est établie sur le type modulaire et comprend :
— une alimentation délivrant les diverses tensions ;
— une carte unité-centrale pouvant recevoir 24 K octets de mémoire Eprom, sur laquelle est implanté le logiciel ;
— un certain nombre de cartes assurant les différentes fonctions auxiliaires nécessaires, notamment : cartes-horloge, mémoire, sortie série (l’horloge-calendrier est sauvegardée pendant 1 000 heures par batterie interne), et aussi cartes entrées et sorties analogiques, entrées et sorties tout ou rien.
Ces différentes cartes sont enfichables sans toucher au câblage et donnent à l’appareil ses caractéristiques spécifiques d’application facilement modifiables.
Un clavier permet le choix du mode de fonctionnement, la mise en mémoire des paramètres de consigne, la sélection des grandeurs affichables, l’affichage de toutes les grandeurs physiques introduites dans l’appareil. Le clavier et l’afficheur situés en face avant de l’appareil permettent un dialogue direct, en français, entre l’appareil et un opérateur, sans nécessiter de connaissances en informatique ; ce dialogue peut se faire soit sur place, soit à distance depuis un poste central.
L’appareil est conçu pour recevoir des informations en provenance de divers capteurs :
— sous la forme de signaux analogiques (niveau, pression, ouverture de vannes) ;
— sous la forme de signaux incrémentaux (comptage du nombre de basculements des augets d’un pluviomètre, du nombre de tours d’un moulinet…).
sous la forme de signaux codés (niveaux, ouverture des vannes).
Une liaison spécialisée équipe en standard le Moduvar et permet le raccordement d'une imprimante, d'une console de visualisation. L'appareil peut être raccordé à divers types de matériels de télétransmission grâce à une carte Modem pour liaison téléphonique (réseau autocommuté ou ligne spécialisée) ou pour liaison filaire ou radio. À chaque type d'application correspond un logiciel spécialisé. Ces logiciels sont intégrés dans le poste qui est donc prêt à fonctionner. Issus d'une synthèse entre informaticiens et hydrauliciens, ils ont été largement éprouvés et il n’y a pas de tâtonnements lors de la mise en service.
L'énergie nécessaire au fonctionnement (de l'ordre du watt) peut être trouvée dans des piles, ou transmise en profitant d'une liaison par fil téléphonique ; on peut aussi utiliser des capteurs photovoltaïques pour augmenter l'autonomie de la source, un fonctionnement intermittent pouvant alors être programmé.
Les composants ont été choisis pour fonctionner dans un environnement difficile (température, humidité) et un local climatisé n'est pas nécessaire.
Application « Régulation »
Associé à une (ou plusieurs) vanne motorisée placée sur le réseau, le Moduvar Régulateur peut assurer tout ou partie des fonctions suivantes :
- — réglage de débit ;
- — réglage d'une pression (amont ou aval) ou d’un niveau (amont ou aval) ;
- — réglage d'une pression (amont ou aval) avec limitation de débit ;
- — réglage d'une pression aval et abandon de ce réglage pour maintien, par sécurité, d'une pression amont minimale ;
- — commande d'un robinet-vanne ou d’une vanne à glissement motorisée ;
- — changement de la consigne de niveau ou de pression d’une vanne automatique.
Pour les réglages de pression ou de débit sur des conduites, le mode de régulation est le mode Proportionnel-Intégral-Dérivé, avec possibilités d’ajuster la valeur de chacun des coefficients. Pour les réglages de niveau sur canaux, on a choisi le mode Proportionnel-Intégral avec bande d’insensibilité et filtrage numérique des ondulations de niveau.
Le poste peut informer un central éventuel de ses actions de régulation et en recevoir des changements de consigne. On peut associer à la fonction régulation des fonctions de comptage et de sécurité :
- — le comptage peut être intéressant en lui-même pour la gestion. Il est souvent pratique d’effectuer le comptage par la mesure d'une perte de charge qui peut être maintenue, quel que soit le débit, à une valeur suffisante pour assurer une bonne précision. C'est souvent le cas lorsqu’on fait le comptage dans une vanne de régulation de pression, comme par exemple la vanne Monovar (vanne multijets à loi débitance / ouverture sensiblement linéaire) ;
- — il est facile d’ajouter également à la fonction régulation des systèmes d’alerte ou d'action pour des dépassements de seuils de débit, de pression de niveau, pour des fins de course, pour des limitations des efforts engendrés sur les vannes servomoteurs, etc.
En résumé, il est possible d’assurer la gestion de réserves (stockage, délestage, débit réservé), la gestion des réseaux gravitaires en charge ou à surface libre (contrôle des pressions, des niveaux, des volumes...), la gestion de stations de pompage (contrôle du débit, du nombre de pompes en service, des pressions, etc.).
Application « Centrale de mesures »
Le Moduvar assure, dans ce cas, les fonctions suivantes :
- — traitement des grandeurs mesurées pour leur transformation en grandeurs utiles ;
- — mise en mémoire des grandeurs utiles (imprimante ou mémoire vive) ;
- — transmission à distance éventuelle ;
- — déclenchement d’alarmes sur dépassements de seuils.
Le traitement des grandeurs mesurées peut consister :
- — en calcul des débits et quantités à partir, par exemple, des différences de pression, des ouvertures de vannes, des hauteurs de lames d'eau sur des seuils, du nombre de tours d'un moulinet, d’un pluviomètre ;
- — en linéarisation, en moyennes, en totalisation à partir, par exemple, des informations reçues et interprétées ci-dessus.
Après traitement, les informations sont stockées dans les mémoires internes de l’appareil et / ou restituées par sorties analogiques, codées ou incrémentales. Une application particulière est la météorologie où, sur un même site, on mesure un grand nombre de grandeurs physiques différentes telles que : vent, pluie, humidité, ensoleillement, température, évaporation...
D’autres applications sont possibles :
- — l'annonce des crues : soit à partir d’interrogations téléphoniques (information vocale), soit à partir d’informations transmises par fil ou radio (données numériques) ;
- — le contrôle des effluents : quantité ou qualité d’effluents rejetés, prélèvements et analyse d’effluents traités.
Exemples d'applications
Nous ferons état de quelques applications récentes :
Le canal d'irrigation de la Bourne
Il s'agit du contrôle, depuis un poste d'exploitation, d'un canal d'irrigation dit S2 sur lequel sont implantées des stations de mise en pression de réseaux en charge pour l'aspersion.
Le poste central, très simple, est équipé d'un ordinateur avec console de visualisation et imprimante, d’un boîtier d’appel automatique par le réseau autocommuté et d'un modem.
Les postes périphériques sont situés à l’ouvrage de tête du canal et aux stations de pompage. Ils sont constitués d'un Moduvar équipé d'un modem pour la transmission par le réseau P.T.T. Celui de tête du canal, associé à une vanne à glissement motorisée, règle le niveau sur un déversoir et, par conséquent, le débit envoyé dans le canal. Il mesure et transmet par ailleurs les niveaux à l'amont de la vanne.
L'opérateur du central peut connaître à tout moment le débit en tête, les débits pompés, les niveaux en certains points du canal et dans un réservoir placé à la deuxième station de pompage. Il peut agir en connaissance de cause et à distance sur le débit envoyé dans le canal, en changeant la consigne du poste situé en tête.
Le réseau de distribution d'eau de la ville de Nantes
Il s'agit d'évaluer, pour le compte de la DRASS, les risques de pollution du réseau suite à l’apparition, même fugitive, de dépressions dans le réseau. Le poste mesure donc les surpressions et dépressions, les enregistre dès qu'elles dépassent un certain seuil et signale la date de l'incident.
Les effluents de l'usine Renault Véhicules Industriels de Caen
Pour le contrôle de la quantité et de la qualité des effluents rejetés, l'appareil mesure en continu le débit, le pH, la température, affiche les grandeurs sur une imprimante sous la forme de textes et de graphiques, commande un préleveur d'échantillons en fonction des quantités d'eau passées.
Les associations Moduvar-Monovar dans les réseaux d'eau potable
Il existe plusieurs exemples de telles associations ; il s'agit généralement de maintenir une pression constante sur un quartier à l'aide d'une vanne de réglage multijets Monovar, en même temps que l'on mesure le débit transitant dans cette vanne. Le réglage de la pression aval peut être interrompu automatiquement pour passer en limitation de débit, si celui-ci dépasse une valeur fixée à l'avance.
Dans certains cas, les grandeurs débit et pression sont transmises au central. Celui-ci peut, à distance, changer la consigne de pression réglée ou la consigne de débit limite. Dans d'autres cas, le système fonctionne en poste local, assurant à lui seul les trois fonctions d'un poste de livraison d'eau : comptage, limitation du débit à la valeur contractuelle, régulation de la pression du côté « utilisateur ».
Conclusion
Poste de mesure ou de régulation local, autonome ou satellite de postes centraux, le Moduvar présente une grande adaptabilité.
Grâce aux logiciels de traitement spécialisés et intégrés, et aux cartes à fonctions spécifiques enfichables, l'adaptation aux besoins de chaque utilisateur est facile : l'exploitant peut lui-même s'en charger sans formation préalable. Grâce au clavier de l'appareil, il peut modifier à tout moment les unités de mesure utilisées, les grandeurs affichées, les grandeurs de consigne des organes régulateurs.
Les logiciels (programmes spécialisés) proposés ont été utilisés et éprouvés dans de nombreuses applications en hydrométéorologie, en irrigation, en adduction et en assainissement.
Ce poste de terrain, conçu par et pour des hydrauliciens, permet ainsi de remplir toutes les fonctions de surveillance ou de régulation et cela d'une façon parfaitement adaptée aux besoins des exploitants.
