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Colloque CFBR : « Vantellerie, contrôle-commande, télécom et alimentations élec

Colloque CFBR : « Vantellerie, contrôle-commande, télécom et alimentations électriques pour des barrages plus sûrs » Chambéry, 2-3 décembre 2015 Page 309 ARCHITECTURE DE CONTROLE-COMMANDE DES VANNES SEGMENT Control architecture - Segment valves control Gilles MARCONNET, Denis REILHAC Compagnie Nationale du Rhône – 2 rue André Bonin – 69 316 Lyon Cedex 04 g.marconnet@cnr.tm.fr, d.reilhac@cnr.tm.fr Téléphone : +33 (0) 472 006 969, Fax : +33 (0) 472 006 666 MOTS CLÉS Automatisme de vanne, automate, relayage, chaine de sécurité, donneurs d’ordres, commande locale, commande distante, conduite automatique, conduite manuelle, marche dégradée, interface homme-machine, alimentations, codeurs, fin de course, instrumentation. RÉSUMÉ La Compagnie Nationale du Rhône du groupe Engie, exploite une vingtaine de barrages vannés dont la mise en exploitation a été réalisée entre 1949 et 1987. La CNR a engagé un programme de renouvellement des contrôles- commande de ces barrages basé sur des automatismes programmables en substitution des relayages d’origine. L’article présente l’architecture de commande retenue pour les barrages dotés de vannes segments, permettant d’assurer une commandabilité optimale et en toute sécurité. La présentation distingue les différents donneurs d’ordre (automatiques et manuels ; locaux et distants) et détaille les choix fonctionnels réalisés pour répondre aux exigences de sûreté hydraulique et de maintenabilité. Elle se base particulièrement sur les automatismes de 1er rangs vannes récemment installés sur l’aménagement d’Avignon. Les grands principes retenus reposent sur une séparation des fonctions de contrôle-commande assurées principalement par un automate programmable, des fonctions de sécurités réalisées par des relais spécifiques. On identifie trois modes de commande, Distant, Local et Maintenance gérés par l’automate et un mode de commande Dégradé permettant de manœuvrer la vanne hors automate, au travers d’un relayage rustique. La chaine de sécurité fonctionne à manque de tension, elle agît directement sur le contacteur général en cas de détection d’un défaut et nécessite un réarmement local pour rendre la commande de la vanne opérationnelle. L’ensemble de l’automatisme est alimenté en 24Vcc, créé depuis le 400Vca de puissance de la vanne et depuis les ateliers d’énergie 48Vcc du barrage. ABSTRACT Compagnie Nationale du Rhône of Engie Group, operates some twenty run-of-rivers dams commissioned between 1949 and 1987. CNR has engaged a renewal program-control of the dams based on programmable automation in substitution of the original relay systems. The article presents the control architecture used for dams equipped with segment valves, ensuring optimum controllability and safely. The presentation distinguishes various orders (automatic and manual; local and remote) and details the choices executed to match the requirements of hydropower safety and maintainability. It is based particularly on automation of first-tier, valves installed recently on the management site of Avignon. The main principles adopted are based on a separation of orders-control functions performed primarily by a PLC, and functions of security performed by specific relay. It identifies three control modes, Remote, Local and Maintenance managed by the automation and a Degarded control mode to maneuver the valves without PLC through a rustic relay. The safety chain works under voltage, it acts directly on the main contactor in case of a fault detection and requires a local reset to rendering the valves-control operational. The entire automation is powered by 24VDC, created from 400Vac power of the valve and from 48Vdc dam’s power supplies. D.3 – Architecture de contrôle-commande des vannes segment Page 310 1. OBJET Hormis les sites particuliers de Génissiat (évacuateurs de surface et vannes de fond), de Seyssel (hausses) et de Savières (clapets), le parc de la CNR est composé de 77 vannes de type « segment » (dont certaines équipées de volets), réparties sur 14 barrages et 24 vannes de type « wagon », réparties sur 4 barrages. La construction de ces ouvrages s’est déroulée entre 1949 et 1987. Les automatismes de commande de ces vannes ont à l’origine tous été conçus sur une base de technologie à relais. Une première série de rénovations, commencée aux débuts des années 80, jusqu’au milieu des années 90, a permis de rénover les automatismes de vannes de Génissiat, Seyssel, Pierre-Bénite (VW), Logis-Neuf (VW) et Montélimar (VW), en conservant le même palier technologique. C’est au début des années 2000 que la Compagnie Nationale du Rhône a choisi une solution à base d’automates programmables, pour remplacer les automatismes de vannes de Beauchastel (VW), Donzère- Mondragon (VS), Caderousse (VS) et Vallabrègues (VS). Le retour d’expérience sur ce choix technologique étant très satisfaisant, la CNR a décidé, dans le cadre de la poursuite de son plan de rénovation de contrôle commande de vannes, de conserver cette base d’automate, tout en apportant des évolutions en termes de sureté : fonctions de contrôle commande et de sécurité séparées matériellement, notion d’indisponibilité de la vanne liée au donneur d‘ordres, interchangeabilité des codeurs de positions de la vanne. Cette nouvelle architecture décrite ci-après est opérationnelle sur le barrage de Villeneuve (VS), en cours de déploiement à Sauveterre (VS) et à venir à Bourg les Valence (VS). Les automatismes propres aux vannes wagon ayant tous été rénovés plus ou moins récemment, la réflexion s’est portée prioritairement sur les vannes segment. Une déclinaison sera faite pour tous les types de vannes. Nota : VW = Vanne Wagon et VS = Vanne Segment 2. FONCTIONNEMENT MECANIQUE D’UNE VANNE SEGMENT AVEC VOLET Schéma 1 : vue en coupe d’une vanne segment avec volet Colloque CFBR : « Vantellerie, contrôle-commande, télécom et alimentations électriques pour des barrages plus sûrs » Chambéry, 2-3 décembre 2015 Page 311 L’ensemble vanne et volet est communément appelé « passe ». La vanne est manœuvrée (sens descente ou montée) par deux chaînes situées de part et d’autre de la passe. Chaque chaine est mue par la force d’un moteur électrique, démultipliée par un treuil. La course totale de la vanne est fractionnée en « pas de vanne », des capteurs de fin de course signalent l’ouverture complète et la fermeture complète de la vanne. Sur les vannes Segment, un pas de vanne correspond à une amplitude d’environ 20 cm ; on dénombre environ 65 pas sur une course complète de la vanne. La position de la vanne est déterminée à l’aide de codeurs absolus, situés sur les treuils. Le volet est manœuvré (sens descente ou montée) par un vérin, commandé par une centrale hydraulique. Sa position est déterminée par des codeurs situés dans un coffret embarqué sur le corps de la vanne relié par un ensemble de pignons. 3. SPECIFICATION D’UN AUTOMATISME DE VANNE Une vanne est commandable électriquement depuis plusieurs endroits et selon différents modes de fonctionnements, allant d’une commande totalement automatisée à des commandes très rustiques. 3.1 Modes de commande de la vanne Un dispositif de commutation permet de choisir entre les quatre modes de commande de la vanne. 3.1.1 Mode de commande Distant Le mode de commande Distant est possible uniquement si l’Automate de Commande de la Vanne (l’ACV) est opérationnel. L’ACV centralise les demandes d’ouverture ou de fermeture de la vanne (ou du volet), venant de tous les donneurs d’ordres distants. Il autorise les commandes, contrôle les manœuvres et informe en permanence l’opérateur sur l’état et la position des organes. Le mode Distant implique la notion de double ordre (préparation + validation) de façon à se protéger des ordres intempestifs. On identifie trois modes possibles de commandes à distance. Conduite Automatique par le calculateur de l’aménagement : Les vannes des barrage sont placées sous la commande d’un automatisme de conduite qui, en cas de crue sur le Rhône ou de déclenchement des groupes à l’usine, est à même de faire transiter le débit par les volets ou par les vannes, selon le débit à évacuer. Conduite Manuelle depuis TMS et CCMB : En cas de perte ou de dysfonctionnement de la conduite automatique, ou sur action volontaire, l’opérateur peut reprendre à tout moment la conduite du barrage en manuel. Cette commande manuelle à distance peut s’opérer depuis un pupitre implanté à l’usine (Télécommande Manuelle de Secours) ou depuis la salle de commande du barrage (Commande Centralisée Manuelle Barrage). Commande par l’AS : Sur détection d’un niveau anormalement haut ou bas, à l’amont du barrage, signifiant que ni la conduite automatique, ni la conduite manuelle ne sont suffisamment opérantes, un automatisme de surveillance (Automate de Sauvegarde), prend la main sur l’aménagement, alerte l’exploitant et ouvre le barrage. 3.1.2 Mode de commande Local Le mode de commande Local est possible uniquement si l’ACV est opérationnel. L’ACV traite les demandes locales d’ouverture ou de fermeture de la vanne (ou du volet). L’ACV autorise les commandes, contrôle les manœuvres et informe en permanence l’opérateur sur l’état et la position des organes. 3.1.3 Mode de commande Maintenance Le mode de commande Maintenance est possible uniquement si l’ACV est opérationnel. Dans le mode maintenance, l’opérateur peut réaliser des manœuvres particulières, telles que le rétablissement de la vanne après une défaillance, la commande séparée des treuils, l’essai de montée ou descente sans fractionnement, la D.3 – Architecture de contrôle-commande des vannes segment Page 312 réinitialisation de la position codeurs vannes et volets. Le mode maintenance peut également permettre d’effectuer des manœuvres à l’aide d’un boîtier de commandes déportées, toujours uploads/Industriel/ colloque2015-vantellerie-d3-marconnet-architecture-de-controle-commande-des-vannes-segment.pdf