Chapitre 1 - Définition d'un système SCADA PDF

Chapitre 1. Définition d'un système SCADA 1.1. Introduction sur la supervision La supervision industrielle a pour objectif d‘assurer la gestion réactive et sure des modes de fonctionnement d‘un processus. Ces modes ou situations sont...

Chapitre 1. Définition d'un système SCADA 1.1. Introduction sur la supervision La supervision industrielle a pour objectif d‘assurer la gestion réactive et sure des modes de fonctionnement d‘un processus. Ces modes ou situations sont définis à partir de l'analyse des données, de la connaissance du système et du savoir-faire des opérateurs. Il faut alors exploiter au maximum toutes les informations disponibles sur le système pour pouvoir détecter les éventuels dysfonctionnements d'un processus et les diagnostiquer et réagir en conséquence de façon à assurer son fonctionnement même en situations anormales. Au niveau de la supervision, toute description du procédé, qui apporte une connaissance a priori sur ses caractéristiques et ses fonctionnalités, constitue un modèle du procédé. Ceci permet de comparer l'évolution du procédé réel au travers du suivi des mesures à la description théorique offerte par le modèle. Le résultat de cette comparaison détecte le bon ou mauvais fonctionnement du procédé. Nous pouvons considérer le modèle comme la façon de valider le fonctionnement correct du procédé et de déterminer les déviations par rapport aux conditions attendues d'opération. Les modèles peuvent être de différentes natures selon les informations disponibles sur le processus : il existe des modèles de type analytique (équations différentielles, équations aux différences, relations entre variables, etc.), ainsi que des modèles qualitatifs (équations qualitatives, modèles a base d'ensembles flous, règles, description du comportement, etc.), qui représentent le fonctionnement statique ou dynamique, normal ou anormal du procédé. Pour la mise en place d'un système de supervision, trois fonctions doivent être prises en compte : la détection, le diagnostic et la reconfiguration, la surveillance du procédé traite les données disponibles en ligne, afin d'obtenir son état de fonctionnement. Figure 1.1  La surveillance : La surveillance des procédés industriels consiste à générer des alarmes à partir des informations délivrées par des capteurs. Elle recueille les signaux Chapitre 1. Définition d'un système SCADA en provenance du procédé et de la commande et reconstitue l’état réel du système commande. Des seuils sont définis sur des variables clés par des experts du procédé selon des critères de sécurité concernant les hommes, l’installation et son environnement. Cette génération d’alarmes apporte une aide aux OHS (operateur humain de supervision) dans leur tâche de surveillance afin qu’ils puissent analyser la situation et prendre une décision adaptée (procédure d’arrêt d’urgence, mode dégrade, action corrective). Elle a un rôle passif vis-à-vis du système de commande et du procédé. Cependant, la complexité et la taille de l’installation augmentent rapidement la quantité d’informations à analyser, rendant la surveillance complexe pour les OHS. Il est donc très utile d’adjoindre a la surveillance, une aide à la décision à travers un module de diagnostic.  La détection : consiste en l'identification des changements ou déviations des mesures du procédé par rapport au fonctionnement normal, ce qui se traduit par la génération des symptômes.  Le diagnostic : consiste à déterminer quelles sont l'origine et/ou la (les) cause(s) qui ont pu engendrer le symptôme détecté. A ce stade, le système doit avoir la capacité de décider quand le procédé se trouve dans une situation de fonctionnement normal, et quand une action corrective doit être appliquée.  La reconfiguration : l’action corrective correspond à l'étape de reconfiguration de la commande de façon à ramener le procédé dans un mode de fonctionnement normal. Cependant, il existe d'autres approches pour la mise en place d'un système de supervision. En effet, pour la communauté de systèmes à évènements discrets (SED), la supervision a pour but de contrôler l'exécution d'une opération effectuée par le système de commande sans rentrer dans les détails de cette exécution. La supervision a lieu dans une structure hiérarchique (au moins avec 2 niveaux), et recouvre l‘aspect du fonctionnement normal et anormal :  en fonctionnement normal, le rôle de la supervision est de prendre, en temps réel, les décisions correspondantes aux degrés de liberté exigés par la flexibilité décisionnelle;  en présence de défaillances, la supervision prend toutes les décisions nécessaires pour le retour vers un fonctionnement normal. Apres avoir détermine un nouveau mode de fonctionnement, il peut s'agir de choisir une solution curative, d'effectuer des re-ordonnancements. "locaux", ou même de déclencher des procédures d'urgence. i. Fonctions de la Supervision Les logiciels de supervision sont une classe de programmes applicatifs dédiés à la production dont les buts sont :  l'assistance de l'opérateur dans ses actions de commande du processus de production (interface IHM dynamique...)  la visualisation de l'état et de l'évolution d'une installation automatisée de contrôle de processus, avec une mise en évidence des anomalies (alarmes)  la collecte d'informations en temps réel sur des processus depuis des sites distants (machines, ateliers, usines...) et leur archivage Chapitre 1. Définition d'un système SCADA  l’aide à l'opérateur dans son travail (séquence d'actions/batch , recette/receipe) et dans ses décisions (propositions de paramètres, signalisation de valeurs en défaut, aide à la résolution d'un problème...)  fournir des données pour l'atteinte d'objectifs de production (quantité, qualité, traçabilité, sécurité...) 1.2. Système de supervision SCADA Les premiers systèmes SCADA sont apparus dans les années 1960. Pour la première fois il devenait possible d'actionner une commande de terrain (une vanne par exemple) depuis un centre de contrôle à distance, plutôt que par une intervention manuelle sur site. Aujourd'hui, les dispositifs SCADA ont intégré de nombreuses avancées technologiques (réseaux, électronique, informatique...) et sont devenus omniprésents sur les installations à caractère industriel. SCADA est un terme générique qui décrit des systèmes utilisés de contrôle des équipements physiques. Ces systèmes permettent de nombreuses applications industrielles, qu’il s’agisse de piloter des turbines électriques, gérer les pipelines d’eau ou de gaz, contrôler les détecteurs de métal dans les aéroports et autres espaces publics, ou encore garder la main sur des processus de chauffage, de climatisation ou de consommation énergétique. De ce fait, leur fiabilité et leur protection sont également devenues des enjeux importants. Souvent un outil Scada, peut être décomposé en sous-modules, que certains nommeront sous- systèmes, parmi lesquels nous trouverons :  La supervision SCADA avec les outils et instruments d’analyse  La supervision SCADA avec les interfaces hommes-machines  La supervision SCADA avec les capteurs et autres convertisseurs de signaux  La supervision SCADA avec les automates programmables ou programmés parfois 1.2.1. Définition Un SCADA, acronyme de l'anglais Supervisory Control And Data Acquisition (télésurveillance et acquisition de données), est un système de télégestion à grande échelle permettant de traiter en temps réel un grand nombre de télémesures et de contrôler à distance des installations techniques. C'est une technologie industrielle dans le domaine de l'instrumentation, dont les implémentations peuvent être considérées comme des frameworks1 d'instrumentation incluant une couche de type Middleware2. On trouve par exemple des systèmes SCADA dans les contextes suivants : 1 Un framework désigne en programmation informatique un ensemble d'outils et de composants logiciels à la base d'un logiciel ou d'une application. C'est le framework, ou structure logicielle en français, qui établit les fondations d'un logiciel ou son squelette. 2 En architecture informatique, un middleware (anglicisme) ou intergiciel est un logiciel tiers qui crée un réseau d'échange d'informations entre différentes applications informatiques. Chapitre 1. Définition d'un système SCADA  surveillance de processus industriels  transport de produits chimiques  systèmes municipaux d'approvisionnement en eau  commande de la production d'énergie électrique  distribution électrique  canalisations de gaz et de pétrole  recherche et études scientifiques et industrielles 1.2.2. Fonctions Le dispositif SCADA n'a pas vocation à se substituer entièrement à l'homme : le pilotage et la prise de décision restent dévolus à l'opérateur. C'est pourquoi les logiciels SCADA sont fortement dédiés à la surveillance et aux alarmes. Un système SCADA comprend 2 sous-ensembles fonctionnels: i. la commande : Le rôle de la commande est de faire exécuter un ensemble d'opérations (élémentaires ou non suivant le niveau d'abstraction auquel on se place) au procédé en fixant des consignes de fonctionnement en réponse à des ordres d'exécution. Il s'agit de réaliser généralement une séquence d'opérations constituant une gamme de fabrication dans le but de fabriquer un produit en réponse à une demande d'un client. La commande regroupe toutes les fonctions qui agissent directement sur les actionneurs du procédé qui permettent d’assurer : - le fonctionnement en l'absence de défaillance, - la reprise ou gestion des modes, - les traitements d’urgence, - une partie de la maintenance corrective Les fonctions de commande en marche normale sont:  L'envoi de consignes vers le procédé dans le but de provoquer son évolution.  L'acquisition de mesures ou de compte-rendu permettant de vérifier que les consignes envoyées vers le procédé produisent exactement les effets escomptés.  L'acquisition de mesures ou d'informations permettant de reconstituer l'état réel du procédé et/ou du produit.  L'envoi vers le procédé d'ordres prioritaires permettant de déclencher des procédures de sécurité (arrêts d'urgence par exemple) ii. la surveillance La partie surveillance d'un superviseur a pour objectifs :  La recherche des causes et conséquences d'un fonctionnement non prévu ou non contrôlé  L'élaboration de solutions permettant de pallier le fonctionnement non prévu Chapitre 1. Définition d'un système SCADA  La modification des modèles utilisés pendant le fonctionnement prévu pour revenir à ce fonctionnement : changement de la commande, réinitialisations, etc., 1.2.3. Architecture Un dispositif SCADA comporte du matériel, des contrôleurs, des réseaux et communications, une base de données, un logiciel de gestion d'entrées-sorties et une interface homme-machine. Les informations de terrain du dispositif SCADA sont centralisées sur une unité centrale. Celle-ci permet à l'opérateur de commander tout ou partie des actionneurs d'une installation souvent très étendue (usine, réseau de distribution...) Le contrôle sur le terrain est réalisé par des instruments automatique de mesure et commande dits « terminaux distants (en) » (abrégés RTU de l'anglais Remote Terminal Units) ou par des automates programmables industriels (API ou PLC, de l'anglais Programmable Logic Controller). Schématiquement, on peut décomposer un système SCADA en plusieurs composants principaux : une Interface Homme/Machine (IHM), différents systèmes centraux composant le cœur du système SCADA pour la supervision, l’acquisition et le contrôle et des terminaux distants ou automates programmables au plus près des actionneurs. Le tout peut être représenté schématiquement de la façon suivante : Représentation schématique d’un SCADA Exemple1.1 : Soit un API pilotant l'écoulement de l'eau de refroidissement d'un processus industriel. Le système SCADA :  permet à un opérateur de modifier la consigne d'écoulement (litres par seconde),  enregistre et affiche l'évolution des mesures,  détecte et affiche des conditions d'alarme (perte d'écoulement...) 1.3. Systèmes de contrôle commande Les systèmes de contrôle commande sont divers et différents dans l'industrie. La modernisation remarquable de ces systèmes laisse apparaître de nouvelles technologies de commande qui permettent de mieux gérer les processus industriels devenus de plus en plus complexes. Chapitre 1. Définition d'un système SCADA Parmi les systèmes de contrôle commande les plus courants, et s'intégrant dans la logique programmée, on cite : 1.3.1. Le système de contrôle commande par PLC Ce type de système de contrôle commande est basique et simple d'utilisation. Le PLC (Programmable Logic Controller), qui représente le cerveau de la commande, est programmé en tenant compte des entrées logiques et analogiques qu'il reçoit via ses modules d'entrées. Après exécution du programme implémenté dedans, il reçoit les commandes adéquates via les modules de sorties vers les différents actionneurs et pré- actionneurs équipant les machines à piloter. Son inconvénient majeur est l'absence d'une interface de supervision permettant un contrôle visuel par l'opérateur dans la salle de contrôle du processus industriel. 1.3.2 Le système de contrôle, commande et supervision SCADA Ce type de logique programmée est basé sur des PLCs, la supervision SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) est une solution très performante pour la commande des systèmes industriels complexes. Le poste opérateur intègre une interface utilisateur permettant à l'opérateur de superviser la machine à partir d'un tableau de bord virtuel comportant des boutons, des voyants, des alertes et toutes les données dont il a besoin pour la prise de décision. L'ensemble PLC/HMI (Interface Homme Machine) forme ce qu'on appelle le SCADA. Bien entendu, le SCADA peut comporter plusieurs PLCs qui sont extensibles en plusieurs modules d'entrées/sorties. Il présente une souplesse et une adaptabilité dans son l’installation puisque les fonctions logiques sont toutes rassemblées en un seul programme qui peut être aisément modifié. 1.3.3 Le système de contrôle, commande et supervision DCS Le système de contrôle commande DCS (Systèmes de Commande Distribuée), développé au début des années 70, ressemble en grande partie au SCADA. Sauf que ce dernier est destiné pour gérer des processus plus étendus et plus complexes. La principale différence entre un DCS et un SCADA réside essentiellement dans la nature de l'architecture et la criticité du processus supervisé. En effet le DCS gère beaucoup plus rapidement le transfert de données et se distingue par un temps de réponse remarquable. Le DCS présente une architecture très organisée qui empêche toutes sortes de conflits et de collisions de données. Ses contrôleurs sont reliés entre eux via un réseau Profinet pour échanger des données partagées. Chaque contrôleur est doté de modules d'entrées/sorties qui lui sont propres via lesquels il communique avec le système. Il est vrai que de nos jours, suite au développement des PLCs, plusieurs caractéristiques qui étaient propres au DCS deviennent disponibles sur le système SCADA, on ne distingue plus de différences entre les deux technologies de commande. 1.4. Avantages de la technologie SCADA SCADA est logiciel conçu spécifiquement pour fonctionner sur des ordinateurs pour le suivi, la supervision et le contrôle des procédés industriels à distance. Ses avantages sont: Information en temps réel correspondent à l’état des dispositifs, mesures, etc. Contrôle à distance des stations, le diagnostic et la maintenance. Chapitre 1. Définition d'un système SCADA Fournit un contrôle intégré tous des ressources et des informations sur l’application de la plante. Capacité à exécuter des programmes sur différents dispositifs de surveillance de l’usine, en évitant la nécessité d’une surveillance humaine continue. Agissant directement sur le processus par un ordinateur. Affichage des signaux du système, tels que des événements et des alarmes. Stockez détaillé des informations sur les plantes. L’analyse historique sur les données stockées. 1.5. Les logiciels de supervision Les logiciels de supervision sont des logiciels qui permettent de concevoir des interfaces homme-machine pour panels de supervision ou des interfaces homme- machine pour écran. La plupart des constructeurs de panels IHM dispose de leur propre logiciel de supervision. Certains éditeurs comme Arc informatique ou Wonderware sont spécialisés dans la conception de logiciel de supervision. Ci-dessous une liste de logiciels de supervision très couramment utilisés en industrie. - WinCC de Siemens - Vijeo Designer de Schneider Electric - FactoryTalk de Rockwell Automation - PCVUE d'Arc Informatique - Intouch de Wonderware Références bibliographiques https://portail-ie.fr/analysis/834/shodan-un-moteur-de-recherche-alimente-des-peurs- justifiees https://www.globalsecuritymag.fr/Ruchna-Nigam-Fortinet- Comprendre,20150630,54006.html Bounab Zaid’’Etude d’un système de supervision et de contrôle SCADA de la région de transport est RTE Skikda’’ Mémoire de Master en Automatique Avancée, Université Mohamed Khider Biskra, Juin 2014. http://www.memoireonline.com/05/12/5860/m_Elaboration-dun-systeme-dautomatisme- et-de-regulation-dune-unite-daerocondenseur-de6.html