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Filière Systèmes industriels Orientation Power & Control Travail de bachelor Di

Filière Systèmes industriels Orientation Power & Control Travail de bachelor Diplôme 2017 Oscar Torres I In nt te er rf fa ac ce e d de e p pi il lo ot ta ag ge e d de e c ch ha au uf ff fa ag ge es s a av ve ec c s se er rv ve eu ur r d d’ ’a al la ar rm me e Professeur Jean-Daniel Marcuard Expert Xavier Aymon Date de la remise du rapport 18.08.2017 Ce rapport est l'original remis par l'étudiant. Il n'a pas été corrigé et peut donc contenir des inexactitudes ou des erreurs. Objectif du projet Le projet consiste d’une part à développer une interface matérielle et logicielle permettant de piloter à distance des systèmes de chauffage et d’autre part à réaliser un serveur d’alarme implémenté sur un automate programmable de marque Wago. Ces deux éléments ont été reliés afin de valider leur fonctionnement. Méthodes | Expériences | Résultats Dans chaque habitation un chauffage est présent, qu’il soit de type électrique, mazout, ou PAC. Dans les résidences récentes, une régulation commande le chauffage. Le but de ce travail de diplôme est d’influencer, à distance, le comportement du chauffage, par exemple en tenant compte de la météo, afin d’améliorer son efficience. Plusieurs sondes de températures sont reliées au régulateur. Fausser la température de la sonde de température extérieure permet, par exemple, de faire croire au régulateur qu’il fait beaucoup plus froid qu’en réalité afin d’allumer le chauffage plus rapidement. Pour fausser cette température, une carte électronique PCB est développée et pilotée par un automate Wago (API SLAVE). Si un défaut apparait, une alarme est envoyée par l’API SLAVE vers le serveur d’alarme API MASTER. Un SMS d’alarme est alors envoyé au propriétaire, après recherche de son numéro de téléphone portable dans la base de données du PC. Ce serveur d’alarme est exploité par l’entreprise Atelier R2D2 sàrl. Interface de pilotage de chauffages avec serveur d'alarme Diplômant/e Oscar Torres Travail de diplôme | é d i t i o n 2 0 1 7 | Filière Systèmes industriels Domaine d’application Power & Control Professeur responsable Jean-Daniel Marcuard jdaniel.marcuard@hevs.ch Partenaire Atelier R2D2 sàrl hello@atelier-r2d2.ch Plaque électronique de type PCB réalisée pour piloter des systèmes de chauffage Serveur d’alarme sur automate programmable Wago communicant avec une base de données MySQL Oscar Torres 18.08.2017 Travail de bachelor – Pilotage de chauffages - 1 - Remerciements Je souhaite exprimer ma gratitude aux personnes qui m’ont soutenu dans la réalisation de ce travail de diplôme : Monsieur Jean-Daniel Marcuard, professeur à l’HES-SO Valais, pour le suivi du projet et ses conseils techniques Monsieur Xavier Aymon, directeur de l’entreprise Atelier R2D2 sàrl, pour la proposition des thèmes à étudier : serveur d’alarme et serveur météo Monsieur Jérôme Caatteuw, collaborateur de l’entreprise Atelier R2D2 sàrl, pour les questions techniques sur la programmation Codesys et les logiciels Wago Monsieur Steve Gallay, collaborateur de l’HES-SO Valais, pour les questions liées au programme de création de cartes électroniques PCB. Monsieur David Comte, étudiant de l’orientation Infotronics à l’HES-SO Valais, pour l’aide à l’initiation sur les bases de données MySQL Monsieur Johann Castro, directeur de l’entreprise Thermocast sàrl à Sion, pour les questions techniques sur les sondes de températures et les régulateurs de PAC et boilers La team Wago Contact SA de Domdidier (Fribourg), pour les diverses questions et aides sur les logiciels e!cockpit et Codesys ainsi que sur les blocs de fonctions créés par Wago Je remercie aussi toutes les autres personnes qui m’ont encouragé, de près comme de loin, tout au long de ce travail. Oscar Torres 18.08.2017 Travail de bachelor – Pilotage de chauffages - 2 - Table des matières Remerciements ............................................................................................................................ 1 1 Introduction.......................................................................................................................... 4 1.1 Préambule ............................................................................................................................... 4 1.2 Interface de commande de chauffages ................................................................................... 4 1.3 Serveur d’alarme ..................................................................................................................... 5 1.4 Mise en commun de la partie gestion des alarmes avec la partie pilotage de chauffages..... 5 1.5 Serveur météo ......................................................................................................................... 5 2 Interface de commande de chauffages – Partie hardware ...................................................... 6 2.1 Situation de départ .................................................................................................................. 6 2.2 Problématique ......................................................................................................................... 9 2.3 Nouveau cahier des charges.................................................................................................. 10 2.4 Equipement ........................................................................................................................... 10 2.5 Solutions proposées .............................................................................................................. 12 2.6 Solution adoptée ................................................................................................................... 13 2.7 Carte électronique ................................................................................................................. 14 2.8 Boitier de protection ............................................................................................................. 17 2.9 Tests électriques .................................................................................................................... 18 2.10 Configuration automate ........................................................................................................ 19 3 Interface de commande de chauffages – Partie software ..................................................... 20 3.1 Utilisation pour d’autres types de sondes ou régulateurs .................................................... 20 3.2 Bloc de fonction principal ...................................................................................................... 21 3.3 Visualisation .......................................................................................................................... 23 3.4 Tests effectués ....................................................................................................................... 25 3.5 Perspectives ........................................................................................................................... 26 4 Serveur d’alarme Wago – Etude des possibilités................................................................... 27 4.1 Introduction ........................................................................................................................... 27 4.2 Problématique ....................................................................................................................... 27 4.3 Cahier des charges ................................................................................................................. 28 4.4 Solutions proposées .............................................................................................................. 29 4.5 Réception des alarmes des automates clients ...................................................................... 30 4.6 Solution adoptée ................................................................................................................... 30 4.7 Analyse des risques de panne ............................................................................................... 33 5 Serveur d’alarme Wago – Partie software ............................................................................ 35 Oscar Torres 18.08.2017 Travail de bachelor – Pilotage de chauffages - 3 - 5.1 Programmation API SLAVE .................................................................................................... 35 5.2 Programmation API MASTER ................................................................................................. 35 5.3 Visualisation API MASTER ...................................................................................................... 37 5.4 Test du serveur d’alarme : erreur provenant du pilotage de chauffages ............................. 38 5.5 Perspectives ........................................................................................................................... 38 6 Serveur météo .................................................................................................................... 40 7 Conclusion .......................................................................................................................... 41 8 Bibliographie ...................................................................................................................... 42 9 Logiciels .............................................................................................................................. 42 10 Annexes .............................................................................................................................. 43 11 Liste d’illustrations et tableaux ............................................................................................ 44 11.1 Figures ................................................................................................................................... 44 11.2 Tableaux ................................................................................................................................ 44 11.3 Schémas ................................................................................................................................. 45 Oscar Torres 18.08.2017 Travail de bachelor – Pilotage de chauffages - 4 - 1 Introduction 1.1 Préambule L’automatisation de systèmes utilise une place prépondérante dans les habitations d’aujourd’hui. La commande de chauffage est un élément essentiel au confort des habitants. Toutefois, il en ressort qu’en périodes d’entre-saison, des facteurs externes ont pour conséquence une augmentation ou une diminution de température désagréable au bien-être de l’occupant. 1.2 Interface de commande de chauffages C’est là qu’est née l’idée de fausser les valeurs de commande de chauffage (de type mazout, électrique, pompe à chaleur ou chauffe-eau) de manière à contrer les facteurs externes et garder une température constante et agréable dans la résidence. Le chauffage est contrôlé par un régulateur qui lit une ou plusieurs sondes de température. La figure 1 démontre de manière schématique le système étudié lors de ce travail. L’appareil faussé est une sonde de température extérieure. Un automate programmable industriel (API), appareil flexible et très utilisé pour l’automatisation de systèmes, ainsi qu’une carte électronique de type PCB permettront d’imiter le comportement d’une sonde. La carte électronique est imaginée, dimensionnée et créée, en se basant sur le travail de diplôme d’un ancien étudiant. Elle fait office d’interface entre l’API, la sonde de température et le régulateur de chauffage. De l’électronique est utilisée pour simuler le comportement de la sonde de température extérieure. Un relais permet de choisir si la sonde réelle ou l’électronique (simulation de la sonde) sera branchée au régulateur de chauffage. Figure 1 : Rôle de la carte électronique Oscar Torres 18.08.2017 Travail de bachelor – Pilotage de chauffages - 5 - 1.3 Serveur d’alarme Dans une seconde partie, un serveur d’alarme est créé sur un automate Wago nouvelle génération PFC 200. Ce sera l’API MASTER. Ce serveur d’alarme se situe dans les locaux d’une entreprise de la région. Il contient une base de données des clients ainsi que leurs numéros de téléphone. Si une alarme d’un client survient (en provenance d’un API SLAVE), un ou plusieurs SMS sont envoyés aux numéros de téléphones mobile associés à ce client. Une visualisation web est aussi créée, sur ce même API, pour permettre d’ajouter, supprimer ou modifier les informations des clients. 1.4 Mise en commun de la partie gestion des alarmes avec la partie pilotage de chauffages Si un problème ou quelque chose d’anormal survient lors du pilotage de chauffage, une erreur est transmise depuis l’automate qui commande la carte électronique (automate considéré comme si c’était celui d’un client de l’entreprise régionale) en direction de l’API serveur d’alarme. Ce dernier enverra donc un sms au propriétaire de l’habitation contenant la nature du défaut. 1.5 Serveur météo Ensuite, si le temps à disposition le permet, un serveur météo sur automate Wago est à réaliser. Des requêtes sont envoyées auprès du serveur openweathermap pour obtenir les données météo. Ces données sont ensuite stockées dans des variables, puis retranscrites dans un fichier XML généré par l’API. Les automates des clients envoient une requête auprès de l’automate MASTER pour récupérer le fichier XML contenant les données météo. Ainsi, si le serveur openweathermap n’est plus disponible, il suffit d’adapter la programmation de l’API MASTER. Oscar Torres 18.08.2017 Travail de bachelor – Pilotage de chauffages - 6 - 2 Interface de commande de chauffages – Partie hardware 2.1 Situation de départ Monsieur Jérôme Catteeuw, ancien étudiant à la HES-SO de Sion, a développé lors de son travail de diplôme une plaque électronique de type PCB utilisée pour piloter une pompe à chaleur. Cette carte électronique interagit avec un automate programmable industriel (API) de marque Wago. Avant uploads/Industriel/ si-01-torres.pdf