La télégestion d'installations distantes par superviseur graphique

Après une introduction rappelant le contexte et les objectifs du contrôle à distance des Exploitations de Provence (CDEP), l’article développe l’architecture générale du système de télégestion et présente de manière détaillée le superviseur de conduite, tout en expliquant les choix techniques qui ont été retenus :

• séparation des fonctions « automatisme » et « télétransmission » dans les stations, pour améliorer la fiabilité,
• utilisation d’un système d’exploitation multitâches pour le superviseur (UNIX),
• accès graphique à toutes les informations par pointage à l’aide d’une souris, pour permettre une utilisation aisée à des non-informaticiens,
• support matériel constitué de micro-ordinateurs compatibles PC, peu coûteux et facilement remplaçables.

Enfin, les retombées nouvelles (aide à l’investissement et à la maintenance) qu’un tel système permet d’obtenir sont explicités.

Le Département « Exploitations de Provence » de la Société des Eaux de Marseille assure la gestion des réseaux d’eau et d’assainissement d'une soixantaine de communes ou syndicats intercommunaux de la région Provence-Alpes-Côte-d’Azur.

Les principales caractéristiques de ses activités sont les suivantes :

Ces exploitations se composent de 34 stations de traitement, 135 stations de pompage, 209 réservoirs, 47 stations d’épuration et 78 stations de relevage, soit plus de 500 sites au total.

La gestion de ces ouvrages, décentralisée, est confiée à sept secteurs d’exploitation, qui sont Forcalquier, Lambesc, Vallée de l’Arc, Marignane, Vitrolles, La Ciotat et Bandol.

Les communes desservies sont d’une très grande diversité :

• communes rurales au Nord et à l'Est, avec une population peu nombreuse et un habitat dispersé, composé surtout de résidences principales : Forcalquier, Lambesc, Pélissanne, Le Puy-Sainte-Réparade,
• communes urbaines au centre, avec des activités industrielles importantes et un habitat plus dense : Vitrolles, Berre, Marignane, Les Pennes-Mirabeau…,
• stations balnéaires sur la frange littorale, avec des pointes hebdomadaires et saisonnières très importantes : Carry, Sausset, La Ciotat, Saint-Cyr, Bandol, Sanary…

* Marque déposée.

hétérogène pose de nombreux problèmes de fonctionnement, de maintenance et de prévisions d’équipement.

Antérieurement, une centaine d’installations gérées par Exploitations de Provence étaient équipées de transmetteurs d’alarmes (Datofonic ou Stratel), fonctionnant sur le réseau téléphonique commuté (RTC). Le renouvellement de ces équipements est en cours. Ces transmetteurs préviennent d’un défaut avant que le service ne soit interrompu, mais ne permettent pas de connaître la nature précise du défaut, ni les paramètres de fonctionnement du réseau.

La transmission des alarmes par ces satellites est, en outre, centralisée sur Marseille, ce qui alourdit la tâche des agents d’exploitation de Marseille et augmente le délai d’acheminement des informations.

Le périmètre de Marseille, quant à lui, est équipé d’un contrôle centralisé depuis 1978, dont le support de transmission est mixte : LS ou RTC de France Télécom et réseau hertzien.

L’expérience de ces deux installations a conduit la SEM à concevoir un nouveau système de télégestion, adapté aux spécificités d’Exploitations de Provence : le CDEP (Contrôle à distance des exploitations de Provence). La grande dispersion géographique des installations a imposé le RTC comme support de télétransmission, mais le nombre, la nature et la richesse des informations transmises sont semblables à celles fournies par le contrôle centralisé de Marseille.

L’objectif du CDEP est double :

• - renforcer la sécurité d’alimentation en eau des communes et la protection de l’environnement grâce à une intervention plus rapide, et un diagnostic de meilleure qualité, souvent réalisé à distance ;
• - affiner au plus juste, grâce à l’historique des événements, et à une base de données de gestion propres à chaque station, les coûts d’investissement, de maintenance des ouvrages, et améliorer le rendement des réseaux.

Architecture générale du système de télégestion

Le grand nombre de stations raccordables (environ 400 à terme) et le fait que la responsabilité de chaque station appartient à un secteur déterminé a conduit à modeler l’architecture du système de télégestion sur celle de l’exploitation.

Cette architecture est structurée en trois niveaux :

• - niveau local : Stations
• - niveau « contrôle technique centralisé » : Centre de Secteur (Vitrolles, Bandol, …)
• - niveau gestion technique et secours : Centre de Montfuron (Marseille).

Chaque centre de secteur contrôlera à terme environ 50 à 60 stations et le centre de Montfuron supervise les sept centres de secteurs.

Les stations

Elles sont équipées de coffrets de télétransmission et d’automates programmables.

Pour des raisons de fiabilité, les fonctionnalités « automatisme » et « télétransmission » ont été séparées physiquement. Les informations transmises sont des informations « tout ou rien » (alarmes ou signalisation), des valeurs analogiques, des comptages ou des durées de fonctionnement.

Les alarmes sont classées suivant deux degrés d’urgence :

• - les alarmes de type U1 correspondent aux événements ou incidents graves (niveau bas réservoir, manque de stérilisation) et sont acquittées à distance par l’opérateur, soit à partir du PC du centre en période ouvrée, soit à partir du Minitel (via le centre de secteur) hors période ouvrée ;
• - les alarmes de type U2 correspondent à la majorité des alarmes d’une station ; elles sont prises en compte à distance par le centre de secteur, lequel se charge ensuite de joindre et d’obtenir un acquittement par un opérateur pendant les périodes diurnes seulement (c’est-à-dire à partir de 8 heures le matin). Ceci a pour but de ne pas déranger de nuit l’agent d’astreinte par des alarmes moins importantes qui peuvent être traitées de jour.

En cas de défaut dans la transmission, ou si la station n’a pas reçu son acquittement par le centre de secteur, l’appel est réitéré plusieurs fois. En dernier ressort, la station appelle le centre de secours de Montfuron. Les télésignalisations, quant à elles, reflètent le fonctionnement normal des installations. Les coffrets de télétransmission effectuent des traitements préliminaires tels que comptages d’événements, comptages de durée et horodatages qui permettent d’analyser a posteriori les événements survenus dans la station. À chaque mise en communication, la station délivre au centre de secteur l’ensemble de ses informations afin de réactualiser la base de données de ce dernier. En outre, il est possible de passer des télécommandes depuis le centre de secteur ou par le Minitel via le centre de secteur.

Le support de communication

Le support de communication retenu est le réseau téléphonique commuté, une étude statistique menée sur les stations ayant montré qu’il n’apparaît en moyenne qu’une à deux alarmes par station et par semaine ; toutefois le logiciel de supervision peut également gérer des liaisons spécialisées ou effectuer la supervision d’usines de traitement ou d’épuration.

Afin de ne pas se lier à un seul constructeur de matériel de télétransmission, le protocole de communication qui a été choisi est MODBUS/JBUS.

Le centre de secteur

Il est responsable de la surveillance des stations et se compose de l’environnement suivant :

Matériel

* 1 micro-ordinateur Compaq 386/25 ou 486 S/25 M avec :  
  - 16 Mo de mémoire vive,  
  - 1 streamer de 120 Mo,  
  - 1 disque dur 120 Mo,  
  - 1 écran couleur 16" Eizo Flexcan,  
  - 1 carte extension 8 voies pour communication,  
* 1 souris,  
* 1 imprimante alarme,  
* 1 imprimante journaux,  
* 4 modems,  
* 1 synoptique mural géré par un automate programmable April 2000,  
* 1 minitel pour communiquer avec le centre de secours,

Logiciels :

* 1 système d’exploitation Unix (Interactive System),  
* 1 émulateur VPIX,  
* 1 logiciel X-Windows X11,  
* 1 logiciel OSF-Motif,  
* logiciel Dataviews,  
* 1 gestionnaire Code Base 4.

Le micro-ordinateur assure l’interface des communications entre les stations et les opérateurs où qu’ils se trouvent. Les lignes téléphoniques nécessaires comportent :

* 2 lignes RTC pour gérer les liaisons avec les stations (émission et réception d’appel),  
* 1 ligne RTC pour les communications avec le Centre de Gestion (transferts de données, bilans) et le centre de secours (transfert des fichiers d’astreinte),  
* 1 ligne RTC pour l’appel du minitel de l’agent d’astreinte hors heures ouvrées,  
* 1 ligne RTC équipée d’un minitel pour communiquer avec le centre de secours qui remplace le centre de secteur en cas de défaillance de ce dernier.

Les données sont rangées dans plusieurs bases de données :

- la base de données résidante, qui reçoit les informations immédiates, c’est-à-dire celles figurant dans les tables des états courants des coffrets d’acquisition ; c’est cette base qui est exploitée par les synoptiques,  
- la base de données archives, qui est élaborée à partir des informations horodatées directement par les stations. C’est cette base qui est exploitée pour la constitution de tableaux ou de courbes historiques. La durée de vie des informations est de huit jours,  
- la base de données gestion, qui est élaborée à partir des données journalières extraites de la base de données archives après avoir subi certains traitements (moyennes, comptages...). Les informations sont stockées 60 jours pour les enregistrements journaliers et 13 mois pour les enregistrements mensuels. Elles servent à l’élaboration de certains journaux ou bilans et elles peuvent, bien entendu, être archivées sur support magnétique.

Le Centre de Montfuron

On distingue :

Le centre de secours

Son environnement matériel et logiciel est identique à celui d’un centre de secteur. Il supervise les centres de secteur : alarmes de coupure secteur, d’anomalies de ligne du serveur vidéotex lors des périodes d’astreinte. Il permet la consultation de toutes les stations.

En cas de panne d’un centre de secteur, le centre de secours prend en plus la place du superviseur défaillant dans les opérations d’acquisition d’informations horodatées, et sert de relais, via son serveur vidéotex, avec le minitel de la salle de contrôle du centre de secteur pendant les jours et heures ouvrées, avec le domicile de l’agent pendant les périodes d’astreinte. En cas d’échec, il appelle le minitel des agents d’exploitation de Marseille.

Le centre de gestion

Il se compose de l’environnement suivant :

Matériel

* 1 micro-ordinateur Compaq 386/20e avec 4 Mo de mémoire vive (1 streamer de 120 Mo, 1 disque dur 120 Mo),  
* 1 écran couleur 14",  
* 1 souris,  
* 1 imprimante,

Logiciels

- MS-DOS — Windows — Excel — DBase.

Il balaie les différents centres de secteur pour rapatrier les informations du jour mises dans la base de données de gestion en vue de leur consolidation, ainsi que toutes les modifications apportées aux fichiers des variables des centres.

Il constitue la base de données des informations des Exploitations de Provence utilisée pour les journaux, bilans et diverses applications de gestion d’une part, ainsi que pour la maintenance des différents ouvrages d’autre part.

Le superviseur

L’utilisation d’OSF-Motif, associée au système d’exploitation Unix, permet de constituer une interface utilisateur composée de plusieurs fenêtres graphiques. Chaque écran est muni, outre sa zone de travail centrale, d’un bandeau supérieur qui renseigne sur l’état du système, d’un pavé de commande et d’un panneau d’état des modems situé à droite.

L’accès à un synoptique peut, par exemple, se faire de trois façons :

- directement par ligne de commande alphanumérique pour l’utilisateur expérimenté,  
- par menus déroulants (fonction Synop),  
- à partir du synoptique principal, par chaînage des synoptiques de façon graphique hiérarchisée.

Le synoptique général des fonctionnalités du système est présenté sur la figure 1.

Le CDEP permet à l’exploitant de piloter les installations et d’en effectuer la gestion.

L’opérateur du système peut, quant à lui, en réaliser la configuration.

Pilotage des installations

Les actions possibles sont au nombre de sept décrites ci-après.

Visualisation de synoptiques

Synop : Visualisation d'un synoptique en mode graphique en seize couleurs. Le synoptique permet l’affichage des différents paramètres de fonctionnement : état des capteurs et actionneurs, niveau des réservoirs, teneur en oxygène des effluents, etc. En outre, c’est à partir du synoptique que l‘opérateur peut passer des télécommandes (par bouton) ou effectuer des téléréglages (par curseur, saisie de valeur, impulsions ou tout autre moyen). La date et l’heure du dernier rafraîchissement des variables occupent le haut de l’écran (le support de télétransmission — RTC — impose des liaisons épisodiques). Si l‘opérateur souhaite une mise en communication, il sélectionne le bouton Maj. En cliquant le bouton Info, il peut faire apparaître un écran d’informations générales sur la station, relatives au fonctionnement ou à la maintenance.

Visualisation d’historiques

Un historique préprogrammé peut être directement obtenu à partir du synoptique de chaque station. Le bouton « Histo » permet en outre de constituer des historiques à la carte. Ces historiques peuvent s’afficher en mode graphique ou en mode texte, sur une période d’une semaine ou d’une journée. La sélection de ces paramètres se fait soit par boutons, soit par menus déroulants.

Passages de téléseuils

La fenêtre passage de téléseuils « Été-hiver » apparaît en actionnant le bouton « Seuil » du pavé de commande. Elle permet de changer la valeur de seuils préprogrammés par secteur, par commune, ou pour une station donnée au choix de l’opérateur ; elle permet également de modifier spécifiquement un seuil.

Gestion des alarmes

La fenêtre alarmes est obtenue en cliquant sur le bouton « Alarm » du pavé de commande. Trois dates figurent dans le message relatif à chaque alarme : son apparition, son acquittement et sa disparition. Un menu « sélection » permet de trier les alarmes par zone géographique ou par intervalle de temps. L’acquittement des alarmes se fait à l’aide de la souris.

Planning d’astreinte

Cette fenêtre permet de saisir ou de modifier le nom des agents qui assurent l’astreinte et les périodes respectives.

Messagerie et aide opérateur

Une fenêtre d’aide à l’opérateur (AIDE) et une messagerie (INFO) sont également proposées. Leur principe de fonctionnement est le même : il permet de visualiser un texte. La fenêtre INFO est modifiable par l’opérateur ; cette messagerie donne la possibilité aux opérateurs successifs de se transmettre des consignes.

État des modems

La couleur du bouton correspondant à un modem donne son état :

• * Orange : repos
• * Jaune : numérotation
• * Vert : communication
• * Rouge : défaut

En cliquant sur le bouton, il apparaît une fenêtre d’information sur l’activité du modem.

Gestion des ouvrages

Elle est possible à partir de deux fonctionnalités principales :

Journaux

La fenêtre journaux, obtenue à partir du bouton JOUR, permet de visualiser à l’écran ou d’imprimer :

• * la liste des alarmes présentes,
• * la liste des alarmes apparues,
• * la liste des événements importants,
• * la liste des stations en mode distance,
• * la liste des variations inhibées,
• * la liste des communications effectuées par les agents d’astreinte,
• * la liste des stations qui n’ont pas répondu à l’appel cyclique.

Tous ces journaux sont édités chaque matin sur l’imprimante gestion du superviseur, ou à la demande.

Bilans

À partir de la base de données « gestion » du superviseur, deux sortes de bilans sont offerts à l'utilisateur :

• * des bilans mensuels préprogrammés sont édités le 10 de chaque mois pour chaque station par le superviseur. Ces bilans sont adaptés au type de station : bilan pompage, relevage, filtration ou épuration. Ils comportent le calcul des ratios habituels pour chaque type d’ouvrage : rendement énergétique, taux moyen de réactif, gestion des boues...
• * des bilans peuvent également être effectués à l’initiative de l’opérateur. Pour cela, les bases de données archives, gestion et résidentes des stations ont été bâties au format DBASE. Elles peuvent donc être traitées soit dans la fenêtre DOS du superviseur, soit dans un micro-ordinateur de gestion relié en série par les utilitaires qui admettent ce format : dBase, Excel,...

L’opérateur peut saisir les données nécessaires aux bilans qui ne sont pas collectées automatiquement par le superviseur ; par exemple, les poids de chlore consommé, index de certains compteurs électriques ou de distribution d’eau, grâce à une fenêtre (BILAN). Grâce à cette fonctionnalité, le centre de gestion peut établir tous les bilans qu’il souhaite, sans double saisie des valeurs disponibles dans les stations reliées au CDEP.

Configuration du système

La configuration de l’application se compose de deux parties :

• * les synoptiques sont réalisés avec l’éditeur DV-Draw, du générateur d’interfaces graphique Dataviews,
• * les secteurs, stations et variables sont configurés en mode texte, soit à partir d’un écran virtuel du superviseur, soit à partir d’un terminal alphanumérique.

À chaque niveau géographique (secteur, commune, station) peuvent être associés un synoptique et un historique préprogrammé par défaut, ce qui permet un accès géographique à toutes les stations.

Économies en investissements

et en maintenance-améliorations

La télégestion permet l'exploitation des informations de fonctionnement qui sont stockées dans une base de données et donc une meilleure connaissance du réseau. Quand on connaît les coûts d'installation des ouvrages, on voit l'intérêt qu'il y a de bien connaître son réseau afin de l'exploiter à la limite et différer les investissements de quelques années. Par ailleurs, pour bien étudier et dimensionner un ouvrage futur, il est très utile de connaître de manière précise plusieurs paramètres relatifs à cet ouvrage.

L'exemple de la conduite DN 1000/600 SIOM (Syndicat Intercommunal de l’Ouest-Marseille), issue de la station de filtration des Giraudets, qui alimente les communes de Vitrolles, Marignane, Les-Pennes-Mirabeau, montre que la télégestion mise en place récemment a permis de stocker, avec une périodicité d’1/2 heure, la valeur des débits et pressions le long de la conduite, ainsi que les niveaux des réservoirs de Vitrolles (deux fois 6 500 m³) et Marignane, et ce depuis plusieurs mois. Connaissant les volumes transités, débits de pointe, battement des réservoirs, ces valeurs vont maintenant alimenter un outil de modélisation de réseau (ARE-MAN) et permettre plusieurs simulations. Les résultats permettront de déterminer s’il convient d’augmenter le volume des réservoirs, créer une nouvelle station de pompage, dilater la conduite, ou si une utilisation optimale de ces ouvrages (en respectant les normes de sécurité) permet de différer ces travaux de quelques années.

La mise en place d’un tel système de télégestion induit également des changements notoires dans la manière d’exploiter les ouvrages. En effet, la maintenance curative, souvent improvisée ou dictée par les événements, va faire place à une maintenance conditionnelle plus constante et plus efficace.

C’est par une meilleure connaissance des ouvrages que l’exploitant pourra programmer certaines opérations et intervenir avant la panne. C’est le système de télégestion qui donne régulièrement les indicateurs de déclenchement de ces opérations ; par exemple : le dépassement d’un nombre de démarrages par heure d’une pompe entraîne son contrôle ; une révision est programmée après un nombre d’heures de fonctionnement ; un seuil de vibration dépassé déclenche la vérification d’un roulement.

La mise en place progressive d’un tel système permettra de diminuer peu à peu les interventions en heures supplémentaires et donc les coûts d’exploitation.

On oublie trop souvent que les facteurs déterminant la réussite d’un tel système d’informations sont situés aux deux extrémités de la chaîne de télétransmission : les capteurs d’un côté, les agents de l’autre. C’est pourquoi la maintenance des capteurs doit être particulièrement soignée (nettoyage, étalonnage, entretien) car, aussi performant que soit le système de télégestion utilisé, la validité des informations reçues ne dépend que de la fiabilité des capteurs. Il convient aussi de prévoir très tôt (si possible depuis la conception du projet) un plan de formation d’une ampleur suffisante pour familiariser le personnel avec ces nouvelles techniques.