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SYSTÈMES DE CONTRÔLE INDUSTRIEL (NOUVELLES TECHNOLOGIES) SYSTÈMES DE CONTRÔLE I

SYSTÈMES DE CONTRÔLE INDUSTRIEL (NOUVELLES TECHNOLOGIES) SYSTÈMES DE CONTRÔLE INDUSTRIEL (NOUVELLES TECHNOLOGIES) Pr. Hicham JAKJOUD hi.jakjoud@emsi-edu.ma OBJECTIFS DU COURS Comprendre le rôle de la supervision dans un environnement industriel Survoler les différentes technologies de supervision passées et actuelles Appréhender les composants d'un système de supervision et de contrôle industriel (SCADA) Analyser les risques d'une architecture SCADA Appréhender les menaces et les vulnérabilités Identifier les mesures de protection Pouvoir, finalement, concevoir un système de supervision dans les règles de l’art INTRODUCTION GÉNÉRALE INTRODUCTION GENERALE Quelques concepts généraux Structure générale d’un système industriel: Tout système industriel peut être divisé en plusieurs sous systèmes interconnectés les uns aux autres Chaque sous système possède plusieurs actionneurs et capteurs A chaque instant ces derniers provoquent des changements ou envoient des informations sur l’état du système, INTRODUCTION GENERALE Quelques concepts généraux: Les systèmes industriels sont constitués de quatre parties principales qui sont: Un ensemble de sous systèmes destinés à l’accomplissement d’une fonction globale Un ensemble de systèmes d’actionnement constitués d’une interface de puissance (distributeur, variateur de vitesse, …) et de l’actionneur proprement dit (vérins, moteurs, résistances, …) Une instrumentation composée d’un ensemble de chaînes de mesure incluant les capteurs, les conditionneurs, les filtres, les CAN… Elles assurent 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 sous système du système global peut subir des défauts et être soumis à des perturbations diverses (non quantifiables) INTRODUCTION GENERALE Quelques concepts généraux: Les risques industriels (1/2) Le risque industriel concerne certains sites industriels tels que Des sites de production de matières premières possédant des dangers intrinsèques (inflammabilité, toxique, explosif) qui utilisent en entrée ces produits chimiques afin d’en produire d’autres, Des sites de transformation de ces matières (dangereuses) en produits non dangereux, directement ou indirectement utilisables, Des sites de stockage de produits possédant des dangers extrinsèques Des sites de distribution (les unités de livraison pour les produits pétroliers par exemple) Les sources de dangers ne se situent pas uniquement dans les industries chimiques et pétrolières INTRODUCTION GENERALE Quelques concepts généraux: Les risques industriels (2/2) Il existe trois catégories de risques à savoir: Le risque toxique dû à la propagation dans l’air, l’eau ou le sol de produits dangereux pour la santé humaine, Le risque d’incendie dû à l’inflammation de produits, soit au contact d’autres produits, soit au contact d’une flamme ou d’un point chaud Le risque d’explosion dû au mélange de certains produits avec d’autres, soit à la libération brutale de gaz, ou encore à l’explosion de produits explosifs INTRODUCTION GENERALE La supervision INTRODUCTION GENERALE La supervision : en général (1/4) La supervision industrielle est utilisée par de nombreux procédés tels que : Systèmes de surveillance d’équipements ou de locaux, (GTC pour Gestion Technique Centralisée), Systèmes numériques de contrôle-commande (SNCC), principalement pour des procédés de type continu, Système de Contrôle, Supervision et Acquisition des Données (SCADA) ; Ou finalement systèmes manufacturiers qui regroupent l’ensemble des fonctionnalités du superviseur INTRODUCTION GENERALE La supervision : en général (2/4) Suite à l’automatisation industrielle, l’opérateur humain a été contraint de conduire (au sens d’une prédominance de l’intervention) ou de superviser (prédominance de la surveillance) des machines automatisées Tout en réduisant les prises d’information et les actions directes sur le produit à fabriquer (exemple : centrales nucléaires). Dans les situations statiques, l’environnement ne change que sous l’effet des actions du sujet (de l’agent cognitif). C’est le cas, dans une certaine mesure, du travail de bureau. Dans les situations dynamiques, dont relèvent les situations de contrôle de processus, l’environnement change, de plus, indépendamment des actions du sujet. Ces actions peuvent simplement se combiner à des dynamiques externes. Elles peuvent aussi infléchir l’action d’automatismes (exemple : le changement d’une consigne d’épaisseur va conduire à transformer un produit sous l’effet des nombreuses opérations automatisées d’un laminoir). INTRODUCTION GENERALE La supervision : en général (3/4) Une installation industrielle automatisée s’organise autour de quelques modules principaux prenant en charge différentes parties essentielles de l’automatisation Composants d’un système de supervision: module d’acquisition et de traitement des signaux physiques du procédé module de commande temps réel qui élabore les commandes en fonction des consignes, des signaux acquis et selon des modèles de commande prédéfinis module de contrôle qui permet de surveiller la commande, l’évolution du procédé, de déclencher des procédures de sécurité (arrêts d’urgence) ou de prévenir l’opérateur d’une situation anormale module de visualisation-stockage, qui permet d’obtenir et de mettre à la disposition des opérateurs des éléments d’évaluation du procédé par ses valeurs instantanées et historiques. INTRODUCTION GENERALE La supervision : en général (4/4) En situation normale, le système de supervision présente (sur les synoptiques): une ou plusieurs vues de synthèse sur le système industriel, une ou plusieurs vues spécialisées sur la phase de l’activité principale en cours et sur les éléments du système concerné. Les modules de contrôle du système automatisé génèrent des alarmes selon une hiérarchie propre à chaque système. Un journal enregistre tous les événements significatifs survenus sur le système pendant que les écrans de contrôle de l’opérateur retransmettent les alarmes. En dernier lieu, l’opérateur reste seul devant son système et, s’il dispose théoriquement de tous les éléments pour agir, en pratique il est facilement débordé par la quantité d’informations qui se présente à lui. Par ailleurs, la communication homme-machine doit être particulièrement étudiée pour rendre efficace l’interaction entre le système d’aide à la supervision et l’opérateur. INTRODUCTION GENERALE La supervision : Evolution des systèmes de contrôle 1 2 3 INTRODUCTION GENERALE La supervision : Evolution des systèmes de contrôle (1/20) Qu’est ce qu’un système de contrôle industriel? Noté ICS (pour Industrial Control System) est un terme général regroupant les différents types de systèmes de contrôle tels que: Les systèmes SCADA Les systèmes DCS (Distributed Control System) Les configurations plus petites de systèmes de contrôle tells que les Automates Programmables PLC (Programmable Logic Controllers). Les ICS sont typiquement utilisés dans les industries électrique, aquatiques, pétrolières et du gaz, chimiques, de transport, pharmaceutiques, du papier, alimentaires, automobile, aérospatiales… INTRODUCTION GENERALE La supervision : Evolution des systèmes de contrôle (2/20) Dans les premières usines de traitement, le contrôle-commande des procédés requérait le plus souvent plusieurs opérateurs. Ceux-ci devaient alors surveiller en permanence chaque unité de traitement, observer de volumineux instruments de mesure, installés sur site et manipuler des vannes. L’ensemble de l’exploitation de l’usine nécessitait donc couramment des opérateurs venant « visiter » l’usine, tablette à la main pour enregistrer nombre de paramètres essentiels. À la fin de leur premier passage, des calculs appropriés devaient être réalisés, en vue de la visite suivante, pour ajuster les vannes, registres, entraînements et autres éléments finaux, Cela impliquait que chaque opérateur développe sa propre sensibilité par rapport au procédé. L’un des défis d’une telle gestion d’usine consistait à coordonner les nombreux opérateurs afin qu’ils puissent gérer le flux de produit d’un bout à l’autre de l’usine de façon cohérente. Du fait de la subjectivité de ce « ressenti » de l’exploitation, les résultats de l’usine pouvaient varier selon les différents opérateurs et leurs différents états émotionnels. Les délais et autres inefficacités en résultant étaient ainsi les facteurs limitant la productivité de l’usine. INTRODUCTION GENERALE La supervision : Evolution des systèmes de contrôle (3/20) Débuts des tableaux de commande locale: Avec les progrès technologiques, il est devenu possible de transmettre des signaux pneumatiques. La salle de contrôle a ainsi fait son apparition dans les usines les plus importantes Les volumineux appareils de mesure ont été placés en un seul lieu, avec quelques dispositifs de contrôle commande qui transmettaient les signaux en retour aux vannes les plus proches sur le terrain. Différents opérateurs pouvaient alors enregistrer leurs relevés dans un journal et réaliser quelques réglages sur les procédés d’exploitation sans devoir se rendre sur les sites. Naturellement, il restait nécessaire de visiter l’usine pour régler les vannes, registres et autres éléments finaux les plus distants. INTRODUCTION GENERALE La supervision : Evolution des systèmes de contrôle (4/20) Débuts des tableaux de commande locale: Un concept venait de naître : amener l’usine aux opérateurs plutôt que le contraire. Du fait de l’apport de la plupart des informations nécessaires aux opérateurs, les délais de prise de décisions, en ont été fortement réduits. Il devenait ainsi plus aisé et plus rapide de repérer les interactions entre différentes portions du procédé. Tout ceci était réalisé par contrôle-commande et supervision, grâce à un câblage direct et des signaux analogiques. L’avantage était qu’il ne fallait pas trop de câblage (ou de canalisations, pour le cas d’installations pneumatiques). Mais l’inconvénient était qu’il n’existait qu’une faible marge de contrôle commande, de supervision et d’alarme. INTRODUCTION GENERALE La supervision : Evolution des systèmes de contrôle (5/20) Des salles de contrôle plus sophistiquées: Après la seconde guerre mondiale, les commandes électriques sont devenues plus robustes et pratiques pour un usage en environnements industriels. De plus nombreuses mesures devenaient alors possibles du fait de la baisse du coût des capteurs. De nouveaux types de capteurs et techniques de mesure sont apparus pour permettre uploads/Industriel/ systemes-de-controle-industriel.pdf