Qu'ils traitent de l'eau brute pour en faire de l'eau potable ou qu'ils assurent l'épuration des effluents, les traiteurs d'eau se sont engagés sur des résultats quantitatifs et qualitatifs de leurs traitements. Ceux-ci ne peuvent être atteints sans une attention particulière portée aux automatismes des process.
Au sud de Paris, environ un million de consommateurs sont approvisionnés en eau par l'ensemble des centres opérationnels de Lyonnaise des Eaux et de ses filiales. Pour assurer la production et la distribution, 685 sites techniques sont utilisés, du simple réservoir jusqu'aux usines de traitement. Le contrôle et le pilotage de ces installations s'effectuent depuis seize sous-centres disposant de l'autonomie de conduite. Ils sont tous coordonnés par le centre de télécontrôle de Montgeron. Celui-ci assure l'ordonnancement de la production et la distribution d'eau potable. Il réalise aussi la collecte et le traitement des eaux usées, gère l'affectation des ressources et fait en sorte que l'on dispose toujours d'une marge de sécurité satisfaisante pour garantir la continuité du service, en veillant au niveau de remplissage des réservoirs, à la
disponibilité des ressources de production, à la surveillance de la qualité.
Produire en toute sécurité
« Les exigences de sécurité ont joué un rôle important dans la conception de l’architecture du système », affirme Pierre Lamarle, Areal, « il faut être capable de produire l’eau en qualité et en quantité suffisante à tout moment en réduisant la vulnérabilité aux défaillances majeures d’origine accidentelle ».
Chacun des seize sous-centres dispose d’un ou plusieurs postes serveurs Topkapi fournis par Areal.
Chaque application est paramétrée en fonction des besoins locaux de la conduite. Elle traite les données provenant des automates programmables des process, mais aussi les informations venant des automates de télégestion des réservoirs, forages, stations de pompage qui y sont raccordés.
Elle tient également compte des informations recueillies sur les sites distants équipés de postes Topkapi de conduite satellites ; par exemple les stations d’observation de la qualité des eaux.
Chaque sous-centre est relié au centre de contrôle de Montgeron par une liaison Transfix à 64 kbps sur laquelle transitent des informations échangées, à savoir :
- - les informations permanentes issues des serveurs locaux Topkapi, nécessaires à l’ap-
- les informations nécessaires à l’affichage des vues de synthèse d’alarmes multiserveurs,
- les informations nécessaires à l’affichage, lorsqu’une station Topkapi ouvre en tant que client l’application d’un autre centre.
Cette organisation présente plusieurs avantages. Tout d’abord au niveau du paramétrage des informations de conduite, celui-ci est réalisé en une seule fois dans l’application du sous-centre. Au niveau de la communication ensuite, puisque toute station Topkapi qu’elle soit serveur ou simple client peut accéder à l’ensemble des serveurs connectés sur le réseau sans paramétrage local. Enfin, les modifications faites au sein d’une usine n’induisent des évolutions que dans l’application du sous-centre (unicité de la modification), sauf lorsqu’elles concernent aussi l’application de synthèse hébergée à Montgeron.
Cette organisation permet un traitement de l’information décentralisé au plus près du terrain. L’application centrale, qui ne concentre qu’un minimum de traitements, est alors plus simple à maintenir. En cas de problème, les liaisons client/serveur Transfix peuvent être secourues par des connexions via le réseau téléphonique. Et en cas de crise majeure, par exemple un incendie dans la salle de contrôle d’un sous-centre, une autre station peut se substituer à distance pour assurer la continuité du service.
Lorsque l’on parle d’automatismes de process, on pense souvent « régulation, communication »… Or, le point de départ de tout automatisme, c’est le capteur. Bien sûr, lui aussi doit être communiquant, mais il doit également être fiable et fidèle dans le temps. À Méry-sur-Oise, où la Compagnie Générale des Eaux a mis en service l’unité de nanofiltration la plus importante en France, tous les capteurs de débit sont des débitmètres électromagnétiques Krohne. Les 250 capteurs en place communiquent sur le réseau AMS et peuvent même être programmés ou testés à partir de tous les terminaux autorisés du site. Depuis 1999, aucun capteur n’a été mis en défaut. En fait, ils ont été « oubliés ». « C’est bien le meilleur compliment que l’on puisse faire à un constructeur ! » souligne Jean-Marie Montel de Krohne. Krohne développe et fait évoluer en permanence sa gamme de capteurs pour fournir à ses clients le matériel le plus innovant, notamment dans les systèmes de communication. Aujourd’hui, tous les logiciels de communication sont disponibles gratuitement sur le centre de téléchargement du site Internet de ce constructeur.
Didier Bénard était en 1999 directeur adjoint à la direction des études et ingénierie de la Compagnie Générale des Eaux. Il a travaillé dès 1992 à l’automatisation de l’usine de Méry-sur-Oise en région parisienne. Il a participé à la conception et à la mise en service de l’unité de nanofiltration inaugurée en 1999 : « Nous avons construit un procédé pouvant s’intégrer dans une filière complètement automatisée ». Il explique : « De 1 000 à 1 500 capteurs communiquent à l’aide du réseau AMS d’Emerson Process. Il en est de même pour les vannes qui sont raccordées aux automates pro-
Programmables via un réseau propriétaire. Ceux-ci diminuent le câblage tout en facilitant le contrôle périodique des équipements. L’installation intègre aussi des techniques d'automatisme novatrices et sûres, comme un réseau optique Ethernet ou encore des automates Premium redondants de Schneider Electric.
En remontant de l'ordre de 65 000 informations sur le réseau Ethernet, à savoir toutes les données de dérive du process, les demandes de consommation… et en les mettant à la disposition du calculateur de process, il devient facile pour la machine de calculer les besoins et d’ajuster le fonctionnement du procédé pour l’optimiser. L'exploitation de ces informations permet alors de formaliser des règles pour aider les chefs de poste dans leur travail de prévision. « Il lui est ainsi possible de réaliser des simulations préventives et de mettre au point des rapports », explique Didier Bénard, « ceci assure une meilleure fiabilité de l'ensemble ».
Optimiser le processus par sa modélisation
Depuis 1999, OTV, filiale de Veolia Waters Systems, travaille cette approche méthodologique complémentaire du fonctionnement de ses stations de traitement des eaux. Il s'agit de profiter du grand volume de données (concentrations, débits, flux, rendements, etc.) fourni par les processus industriels. La modélisation et l’exploitation de ces informations permettent d’évaluer la pertinence et l’efficacité des différentes variables intervenant dans le process et, si besoin, de les adapter et de les optimiser, l’objectif étant de se ramener en permanence au régime de fonctionnement optimal de l'installation.
L'enjeu est aujourd'hui de généraliser les tableaux de bord dynamiques de façon à caractériser et anticiper le régime de fonctionnement des installations, tout en constituant un outil d'aide au diagnostic. Les outils de modélisation mathématique par apprentissage utilisés pour cette tâche permettent de caractériser et d’anticiper le régime de fonctionnement des installations, tout en constituant un outil d’aide au diagnostic. Après plusieurs tests, OTV a choisi de déployer dans deux usines de traitement des eaux du nord de Paris une application d'analyse prédictive reposant sur la technologie KXEN. Cette application permet d’automatiser le traitement et la modélisation.
Un service de location d’applications de télégestion
Alyane est un nouveau service de location d’applications de télégestion des réseaux d’eaux potable, usées, pluviales. Proposé par la société Calasys (69), Alyane constitue une solution simple, sur mesure et évolutive. Plus besoin d’acheter du matériel, Alyane est un service loué comportant 4 volets :
- - la supervision des réseaux d’eau,
- - la centralisation et la gestion des informations des différentes stations,
- - leur traitement dans une base de donnée relationnelle,
- - la communication sélective (avec différents niveaux d’accès par code), via Internet des informations sous forme de données, courbes, historiques…
L’équipe d’exploitation d’Alyane assure le paramétrage des sites, l’aide à la mise en service, le suivi du bon fonctionnement du système. La maintenance et les évolutions fonctionnelles des équipements sont entièrement prises en charge par Calasys. L’intérêt de la formule ? « La location facilite l’accès à la télégestion, explique Bruno Guigue de Calasys. Toutes les collectivités ne disposent pas forcément de compétences informatiques ou ne souhaitent pas nécessairement réaliser des investissements importants. En mutualisant les compétences, nous leur permettons de gagner un temps considérable en leur apportant des fonctionnalités éprouvées. Leur système est opérationnel plus rapidement à des coûts compétitifs. Le coût de cette location est très facilement payé par la réduction des déplacements, des fuites, des consommations d’énergie, de pièces détachées mais aussi de simplification de la préparation des documents. D’autre part, notre service libère nos clients des préoccupations sur l’installation, le paramétrage, la mise à jour, la maintenance du logiciel de supervision et de la base de données associées ainsi que la sécurisation, l’archivage des données qui sont assurées par notre équipe informatique. »
Bien que récemment arrivé sur le marché, mais développé par une équipe expérimentée, Alyane dispose déjà de belles références. Le service eau et assainissement de Chambéry a choisi au mois de septembre 2003 d’équiper deux de ses stations de relèvement et vient de faire l’acquisition de ce système pour l’ensemble de ses installations liées à l’assainissement.
Des données enregistrées au fil des ans dans plusieurs fichiers et bases de données.
En quatre mois, plus de 300 modèles ont été générés (avec plusieurs modèles pour chaque étage de l’usine) ainsi qu’une interface utilisateur métier. L’usine de traitement des eaux a désormais les moyens d’anticiper les résultats de ses processus industriels en fonction des équipements en place, de préciser ceux qui sont en surcharge et d’indiquer les coûts d’exploitation d’une journée. « Les résultats obtenus avec KXEN lors des phases de tests ont été quasi immédiats et très convaincants. Aujourd’hui, nous pouvons gérer des milliers de données et nous bénéficions d’une réelle visibilité sur nos processus pour améliorer les prises de décision au quotidien », souligne Jean-Pierre Grémes, Directeur Expertise et Développement de Veolia Water Systems. « De plus, les modèles KXEN ont embarqué la mémoire du procédé industriel, ce qui nous permet de capitaliser sur une expérience métier ». La technologie KXEN permet également de réaliser des simulations afin d’évaluer et d’anticiper certains dysfonctionnements (Risk Management).
Aujourd’hui les applications KXEN sont utilisées sur une autre station d’épuration de la région parisienne. « Elle a permis de renforcer l’expertise et de prévoir un déploiement plus large de l’application et des modèles développés », poursuit Jean-Pierre Grémes. La formalisation des règles de fonctionnement améliore le fonctionnement de l’installation, avec pour conséquence une optimisation de la consommation de l’énergie et des produits chimiques.
Réduire la consommation d’énergie
La maîtrise de la consommation énergétique est une préoccupation de plus en plus importante pour l’exploitant d’une station de traitement de l’eau.
Par exemple, la consommation énergétique des réacteurs biologiques représente 70 % de l'ensemble des consommations du traitement d'épuration, contre 20 % pour le traitement des boues et seulement 10 % pour le reste de la filière. Pour réduire l'énergie dépensée tout en améliorant le rendement de la station, il faut optimiser son procédé, c'est-à-dire suivre son évolution et le maintenir dans les conditions optimales de fonctionnement. Pour ceci, une automatisation poussée, mais aussi le suivi des paramètres pertinents par des capteurs est indispensable. L'installation de sondes de mesure et différents organes capables de faire transiter les flux d'un bassin à l'autre afin de déclencher des réactions successives.
Ainsi, par exemple, sur une file de traitement de l'azote, l'eau passe successivement d'un bassin aéré dans un bassin non aéré mais brassé pour déclencher trois réactions successives, à savoir une ammonification, une nitrification et une dénitrification. « Plusieurs paramètres tels que la température, l'oxygène dissous, le pH ou encore la source de carbone organique influencent ces réactions », explique Matthieu Bauer, Chef de produits Analyses/Préleveurs chez Endress+Hauser. « Par exemple, une électrode Redox placée dans un bassin de boues activées alternant phases d'aérobie et d'anaérobie va fournir une information sur la fin de la phase de dénitrification, ce qui va permettre d'améliorer le rendement de ce process, tout en réduisant la consommation énergétique. »
L'énergie est également prise en compte par l'unité de surveillance et de commande FMC proposée par Flygt. Destinée à commander sans intervention humaine des stations de pompage, cet équipement gère le fonctionnement des pompes et permet de fournir différentes données propres à ce fonctionnement dont la consommation d'énergie de la station. Celle-ci est mesurée et consignée. Ceci fournit les éléments nécessaires pour optimiser les temps de marche ou les cycles de fonctionnement en vue de réduire les coûts énergétiques.
Mais ce produit, entièrement dédié aux stations de pompage, apporte beaucoup plus. Notamment, il assure un suivi précis et fiable des opérations de pompage et du fonctionnement des équipements, permettant ainsi d'optimiser les opérations d'entretien et de maintenance.
Optimiser le fonctionnement et la maintenance
Les unités de télégestion FMC d'ITT Flygt permettent de surveiller et réguler efficacement les débits d'entrée et de sortie de la station de pompage. Elles démarrent et stoppent les pompes en fonction des besoins, déclenchent une alarme en cas d'anomalie et enregistrent les données nécessaires pour le suivi du fonctionnement de la station. Utilisées en combinaison avec un système de supervision, les unités FMC contribuent à optimiser les opérations de pompage, en réduisant la fréquence des interventions de contrôle manuel sur site, en simplifiant l'entretien et en abaissant les coûts d'exploitation et de maintenance.
Spécialisé dans l'installation de stations d'épuration par lagunage, Epur Nature installe depuis 2003 en standard l'automate FMC sur ses applications. Dans cette application, il s'agit de réguler le processus de lagunage et de transmettre les informations par télégestion. Une demi-douzaine d'ar-
moires électriques Flygt a été livrée en un an. La dernière affaire en cours de réalisation est une installation équipée de dix bassins avec un premier étage de traitement comportant six bassins et un second comprenant quatre bassins. Outre le pilotage des pompes Flygt installées dans deux stations TOP, le FMC assure le pilotage de vannes électriques permettant l'alimentation des bassins de roseaux en eau usée. L’installation, qui sera exploitée par la S.D.E.L., sera surveillée à partir de leur poste de supervision équipé du logiciel TopKapi.
L'unité FMC est conçue sous une architecture ouverte, ce qui permet la connexion avec différents systèmes SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition/Système de surveillance, de commande et de collecte de données). Les unités de contrôle autorisent la communication via les protocoles AquaCom, Comli et Modbus. En cas de problème, les alarmes sont directement transmises à un système de réception de messages, à un minitel ou par messagerie SMS. Une fonction journal est en mesure de mémoriser jusqu'à 1 000 alarmes horodatées.
Un système de contrôle compact et modulaire
La version R3.04 du CS3000 de Yokogawa est totalement compatible avec les installations existantes. Parmi ses évolutions, elle met à la disposition des utilisateurs deux équipements : une station de contrôle compacte (FFCS) et une passerelle OPC client (GSGW).
La station FFCS s’inscrit dans la lignée des stations de contrôle existantes en ce qui concerne la disponibilité et la performance, avec en plus la modularité. Elle se présente sous la forme d’un rack de base 19" dans lequel prennent place la CPU et l’alimentation, qui peuvent être simples ou redondantes, auxquelles s’ajoute un maximum de huit cartes d’E/S, analogiques, numériques ou communicantes (RS 232/485, Ethernet). Il est possible d’étendre la station jusqu’à trois racks d’extension, chacun pouvant être équipé de huit cartes d’E/S. À noter que ces racks peuvent être déportés jusqu’à 2 km du rack principal.
La station OPC Client référencée GSGW permet de connecter le système CS3000 sur n’importe quel équipement disposant d’une fonction OPC Serveur. Ainsi, toutes les informations disponibles dans cet équipement extérieur peuvent être intégrées dans la base de données du CS3000 et donc utilisées sur toutes les stations, notamment sur les synoptiques des postes de conduite.
Le système de surveillance AquaView est en mesure de réduire les coûts d’exploitation et de maintenance en donnant un aperçu complet du fonctionnement du réseau. Il apporte différentes informations au niveau du pompage et du transfert fluidique. Le niveau de l’eau mesuré à l’aide des régulateurs sert à calculer avec précision les débits effectifs à partir du volume entrant dans la station et du débit des pompes. Le volume d’eau transitant dans le réseau par 24 heures est également enregistré. Cette opération permet de surveiller les canalisations, d’obtenir un compte rendu des fuites dans le réseau et de mesurer avec précision les volumes de précipitations.
Les différents paramètres recueillis sur les pompes permettent de gérer diverses opérations, dont : l’ordre de démarrage aléatoire des pompes et le nettoyage du puisard.
SOFREL S550 : un module d’automatisme programmable complet en option
En complément de ses fonctions de télégestion, le poste local SOFREL S550 dispose en option d'un module d’automatisme programmable très complet. Conforme à la norme internationale IEC 1131-3, celui-ci couvre tous les besoins en matière de calculs mathématiques et permet la réalisation d'automatismes séquentiels élaborés. L'atelier de programmation totalement intégré à Softools offre de nombreux outils : simulateur pour la mise au point, import/export de programmes et téléchargement en local et à distance...
Ce module est en outre livré avec un ensemble de programmes SOFREL, directement utilisables, correspondant aux applications génériques de la télégestion : permutation de pompes, seuils événementiels...
Le module d’automatisme S550 constitue pour l'intégrateur comme pour l'utilisateur une solution particulièrement performante pour une télégestion synonyme d’efficacité et d'ouverture.
Pour éviter les engorgements, la mise en œuvre de systèmes de secours en cas de défaillance d’un capteur... De plus, un système de blocage est disponible pour maintenir sous contrôle les points de débordement spécifiés. Et pour la sécurité du personnel, une alarme indique une intervention en cours dans la station.
Les informations obtenues sur le fonctionnement de la station font que les problèmes potentiels peuvent être décelés à temps. Cela permet de prendre les mesures appropriées et de réduire le nombre d'interventions d'urgence. En fournissant des informations détaillées sur les heures de marche, le nombre de démarrages et les alarmes déclenchées en raison de problèmes de maintenance, de fuites ou de surchauffe, il est possible de déclencher des opérations de maintenance préventive, ce qui simplifie l'entretien.
Toutes ces opérations sont possibles grâce à l'amélioration de la communication des informations liées aux process. Et là, les technologies de l'information et de la communication (TIC) jouent un rôle important.
Le rôle important des TIC
Depuis quelques années, les techniques de l'information et de la communication jouent un rôle important dans l’évolution des automatismes. Notamment depuis l'intégration des modems au plus près des automatismes. Olivier Bughin est gérant de Westermo Data Communications, filiale d'un groupe suédois implantée à Champlan dans l'Essonne et à Voreppe en Isère.
Spécialisée dans la communication industrielle par réseau commuté, ligne privée/spécialisée, GSM ou radio fréquence (RF), l’entreprise travaille avec le CEO Rodez, SDEA du Bas Rhin, Veolia et la Lyonnaise des Eaux auxquels elle fournit des modems téléphoniques, modems RF et des entrées/sorties RF. « Nous offrons des solutions de télégestion/télémaintenance par modems téléphoniques ou GSM, remplaçons les lignes louées (coûteuses) par des modems radios (jusqu’à 5 km) et proposons des entrées/sorties RF lorsque le câblage est impossible ou trop onéreux », affirme Olivier Bughin.
L'intégration des TIC dans les automatismes de process c'est aussi la mise en œuvre de systèmes basés sur une architecture distribuée munie d'une intelligence logicielle à tous les niveaux. Cette nouvelle technique, appelée dans le jargon des automaticiens DRM, éclate complètement les tâches d’automatismes. L’Hypervisor d’Axeda, qui sera lancé en juin 2004, va faire converger cette technique avec des technologies plus classiques de supervision. Cet outil permettra de connecter en temps réel les données provenant de plusieurs sites, mais aussi de faire de l’archivage de données et de répondre à la nouvelle directive de traçabilité dans l'eau.
Cette technologie fait l'objet de onze brevets recouvrant notamment les techniques de dialogue sécurisées sur Internet pour les données d’entrées et de sorties, la sécurité des transmissions de données et la signature électronique puisque la solution logicielle est certifiée CFR Part 11.
Ce dernier point garantit la traçabilité et l'audit de tous les événements passés sur le process.
