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Note de cours diagnostic et surveillance I- CONCEPTS ET TERMINOLOGIE 1- Process

Note de cours diagnostic et surveillance I- CONCEPTS ET TERMINOLOGIE 1- Processus industriel : On appellera processus industriel, une installation complexe assumant un objectif fonctionnel de haut niveau (fabrication d’un produit ou fourniture d’un service). Le processus fait appel à un ensemble de systèmes interconnectés ou en interaction. Chaque système assure une ou plusieurs fonctions bien définie (s). Les systèmes peuvent être décomposés en sous-systèmes assumant à leur tour un seul objectif fonctionnel. Chaque sous- système comporte des composants (ou matériels). Chaque composant peut être ensuite décomposé en pièces élémentaires. Figure 01 – Décomposition hiérarchique d’un processus 2- Système industriel : Un système industriel est composé de processus élémentaires (sous-systèmes) interconnectés, associés à des actionneurs et des chaînes de mesure. Les chaînes de mesure fournissent à tout instant des informations complètes ou partielles sur l’état du système. Un ensemble de systèmes élémentaires (sous-systèmes) destinés à l’accomplissement d’une fonction globale, ici le traitement d’une matière première pour l’obtention d’un produit « fini ». Un ensemble de systèmes d’actionnement constitués d’une interface de puissance (distributeur, variateur de vitesse, etc.) et de l’actionneur proprement dit (vérin, moteur, résistance, etc.) Une instrumentation composée d’un ensemble de chaînes de mesure incluant les capteurs. Cette chaîne assure en particulier le filtrage et la mise en forme des signaux issus des capteurs. Un système permettant l’élaboration des lois de commande en fonction des consignes de production et des mesures réalisées sur l’ensemble des processus élémentaires. Chaque processus élémentaire, système d’actionnement ou chaîne de mesure est susceptible de subir un défaut et est soumis à des perturbations diverses supposées non mesurables, encore appelées entrées inconnues. Note de cours diagnostic et surveillance Figure 02 - Structure générale d’un système industriel La figure 03 présente la structure d’un système élémentaire muni de ses actionneurs et de la chaîne de mesure associée. C’est cet ensemble qui sera considéré dans la suite et que nous dénommerons système ou processus à surveiller. Figure 03 - Système élémentaire associé à ses actionneurs et son instrumentation 3- Fonctionnement normal d’un système : Un système est dit dans un état de fonctionnement normal lorsque les variables le caractérisant (variables d’état, variable de sortie, variables d’entrée, paramètres du système) demeurent au voisinage de leurs valeurs nominales. Le système est dit défaillant dans le cas contraire. 4- Défaut : On appelle défaut tout écart entre la caractéristique observée sur le dispositif et la caractéristique théorique. Cet écart est idéalement nul en l’absence de défaut. Les défauts peuvent apparaître au niveau des capteurs, des actionneurs ou au niveau du processus lui-même. Note de cours diagnostic et surveillance 5- Défaillance : Une défaillance est l’altération ou la cessation de l’aptitude d’un ensemble à accomplir sa ou ses fonctions requises avec les performances définies dans les spécifications techniques. Une défaillance est un dysfonctionnement du système, le processus présente alors un fonctionnement inacceptable du point de vue des performances. Il est clair qu’une défaillance implique l’apparition d’un défaut puisqu’il existe un écart entre la caractéristique mesurée et théorique. Par contre, un défaut n’implique pas nécessairement une défaillance puisque le dispositif peut très bien continuer à assurer sa fonction principale. 6- Panne : Une panne est l’inaptitude d’un dispositif à accomplir une fonction requise. Une panne résulte toujours d’une défaillance et donc d’un défaut. Défaut → Défaillance → Panne 7- Détection de défauts : La détection d’un défaut consiste à décider si le système se trouve ou non dans un état de fonctionnement normal. 8- Localisation d’un défaut : À l’issue de la détection d’un défaut, il s’agit de déterminer le ou les éléments à l’origine du défaut. 9- Fiabilité : C’est l’aptitude d’une entité à accomplir une fonction requise dans des conditions données d’utilisation pendant un intervalle de temps donné. L’entité désigne un composant, sous-système ou système. 10- Disponibilité : C’est l’aptitude d’une entité à être en état d’accomplir une fonction requise dans des conditions données, à un instant donné ou pendant un intervalle de temps donné, en supposant que la fourniture des moyens extérieurs nécessaires soit assurée. Tout simplement, c’est l’aptitude d’un système à fonctionner lorsqu’on le sollicite. 11- Maintenabilité : C’est l’aptitude d’une entité à être entretenu ou remis en marche. 12- Sécurité : C’est l’aptitude d’une entité à éviter de faire apparaître, dans des conditions données, des événements critiques ou catastrophiques. 13- Sûreté de fonctionnement : La sûreté de fonctionnement consiste à connaître, évaluer, prévoir, mesurer et maîtriser les défaillances des systèmes. Note de cours diagnostic et surveillance 14- Maintenance : C’est l’ensemble des actions destinées à maintenir ou à rétablir un bien dans un état ou dans des conditions données de sûreté de fonctionnement, pour accomplir une fonction requise ou pour assurer un service déterminé. On distingue essentiellement deux types de maintenance : Maintenance préventive dans laquelle les actions sont menées avant l’apparition de la défaillance afin de ne pas la subir. Maintenance corrective dans laquelle les actions sont menées après apparition de la défaillance, on la subit. 15- Diagnostic : L’interprétation du mot diagnostic possède de nombreuses significations suivant les interlocuteurs auxquels on s’adresse : le diagnostic financier d’une entreprise concerne la vérification de son état financier, le diagnostic médical s’intéressera à déterminer une maladie pour en identifier les causes, le diagnostic industriel a pour objet de trouver la cause d’une défaillance. En industrie, on adoptera la définition qui a été retenue par l’AFNOR 1 et la CEI 2 : « Le diagnostic est l’identification de la cause probable de la (ou des) défaillance(s) à l’aide d’un raisonnement logique fondé sur un ensemble d’informations provenant d’une inspection, d’un contrôle ou d’un test. » Cette définition résume les deux tâches essentielles en diagnostic : Observer les symptômes de la défaillance. Identifier la cause de la défaillance à l’aide d’un raisonnement logique fondé sur des observations. Un système de diagnostic doit être en mesure de réaliser les trois étapes essentielles suivantes : La détection d’un défaut Le diagnostic du défaut La prise de décision pour un retour à la normale La mise en œuvre d’un système de diagnostic nécessite de générer des indicateurs de défauts ou symptômes, puis à interpréter correctement ces symptômes afin de déterminer l’origine du défaut et enfin à prendre une décision pour un retour à un fonctionnement normal de l’installation (Figure 04). 1 AFNOR : Association française de NORmalisation 2 CEI : Commission Electrotechnique Internationale Note de cours diagnostic et surveillance Figure 04 - Structure générale d’un système de diagnostic L’approche moderne du diagnostic repose sur l’utilisation de modèles quantitatifs et/ou qualitatifs obtenus en exploitant l’ensemble des connaissances disponibles sur l’installation à surveiller (Figure 05). L’approche quantitative consiste à utiliser un modèle mathématique du système et/ou des signaux, pour réaliser la détection et la localisation des défauts. L’approche qualitative repose sur l’utilisation de connaissances difficilement modélisables à l’aide des lois de la physique. Figure 05 – Ensemble des connaissances disponibles pour le diagnostic d’un système 16- Les différentes étapes du diagnostic d’un système : Le diagnostic d’un système industriel nécessite un certain nombre d’étapes résumées comme suit (figure 06) : Étape d’acquisition de données : La procédure de diagnostic nécessite de disposer d’informations sur le fonctionnement du système à surveiller. Ces informations sont Note de cours diagnostic et surveillance recueillies lors d’une phase d’acquisition de données suivie d’une validation. Cette étape implique donc l’utilisation de capteurs permettant de mesurer les différentes variables. Étape d’élaboration d’indicateurs de défauts : À partir des mesures réalisées et des observations issues des opérateurs en charge de l’installation, il s’agit de construire des indicateurs permettant de mettre en évidence les éventuels défauts pouvant apparaître au sein du système. Dans le domaine du diagnostic, les indicateurs de défauts sont couramment dénommés les résidus ou symptômes. Un résidu représente un écart entre les grandeurs estimées et mesurées. L’étape d’élaboration d’indicateurs de défauts consiste finalement, quelque soit la méthode employée, à comparer le comportement réel du système à un comportement de référence. Cet écart de comportement doit donc être idéalement nul en l’absence de défaut et différent de zéro dans le cas contraire. Étape de détection : Cette étape doit permettre de décider si le système se trouve ou non dans un état de fonctionnement normal. Étape de localisation : Il s’agit, à partir des résidus détectés non nuls, de localiser le défaut, c'est-à-dire de déterminer le ou les éléments défaillants. On appelle signature d’un défaut l’effet de celui-ci sur un ou plusieurs résidus. Si l’on dispose de la connaissance de la signature des défauts, il est possible, à partir de celle-ci, de remonter des effets (résidus non nuls) aux causes (les éléments défaillants). Étape de prise de décision : Le fonctionnement incorrect du système étant constaté, il s’agit de décider de la marche à suivre afin de conserver les performances souhaitées du système sous surveillance. Cette prise de décision doit permettre de générer, éventuellement sous le contrôle d’un opérateur humain, les actions correctrices nécessaires à un retour à la normale du fonctionnement de l’installation. Note de uploads/Industriel/ concepts-et-terminologie-2021.pdf