1 Diagnostic des Systèmes Industriels Sommaire 1. Position du problème 2. Les p
1 Diagnostic des Systèmes Industriels Sommaire 1. Position du problème 2. Les principes de base du diagnostic 3. Panorama général des méthodes de diagnostic 4. Diagnostic quantitatif 5. Diagnostic qualitatif 6. Evaluation Plan du cours La mise en œuvre de ce type de méthode contribue donc à la sûreté de fonctionnement et la disponibilité de l’installation. OBJECTIF : Ce cours présente les outils et méthodes nécessaires à la conception d’un système de diagnostic. Le rôle essentiel d’un système de diagnostic est de détecter et de localiser un défaut avant que celui-ci ne conduise à une défaillance grave du système (FDI : Fault Detection and Isolation). Bibliographie D. Maquin, J. Ragot, Diagnostic des systèmes linéaires, Hermès, 2000. B. Dubuisson, Automatique et statistiques pour le diagnostic, Hermès, 2001. R. Toscano, Commande et diagnostic des systèmes dynamiques, Ellipses, 2005. 1. Position du problème Un procédé industriel est conçu pour satisfaire un objectif global bien défini Forte sensibilité aux défaillances ⇒Perte de disponibilité de l’installation ⇒ Nécessité de concevoir un module permettant de lutter contre les défaillances C’est précisément l’objectif de la maintenance préventive y(t) Interfaces de Puissance Actionneurs u(t) Dispositifs élémentaires Chaînes de mesure Défauts f (t) Procédé Système d’actionnement 2 1. Position du problème L’objectif est d’exercer des actions sur le procédé afin de ne pas subir l’effet d’une défaillance Maintenance préventive systématique Maintenance préventive conditionnelle Lors des interventions, les éléments sont remplacés même s’ils ne sont pas défaillants Les éléments ne sont remplacés que si nécessaire Les activités de maintenance sont planifiées en fonction du temps ou l’unité d’usage y(t) f (t) Durée Unité d’usage A(t) u(t) Planning d’intervention PROCÉDÉ Π Les activités de maintenance sont déclenchées en fonction des mesures réalisées sur le procédé y(t) f (t) u(t) y(t) A(t) u(t) Ξ PROCÉDÉ Π 2. Les principes de base du diagnostic Toute procédure de diagnostic procède nécessairement de tests de cohérence entre des informations (observations) et des connaissances a priori (modèles de comportement) Principe de cohérence Tests de cohérence Informations Signaux Processus Connaissances Symptômes Comportement normal Comportement anormal Temps yn Grandeur mesurée : y yn+∆y yn-∆y yn : valeur nominale de y 3 y(t) Entrée d (t) Système Chaîne de mesure f (t) Système de Diagnostic Sorties u(t) Perturbations Défauts Sorties ym(t) Connaissances qualitatives Connaissances quantitatives Ensemble des connaissances disponibles sur le système Détection et localisation des défauts Le problème qui se pose en diagnostic est de pouvoir détecter et localiser un élément défaillant à partir de l’ensemble des connaissances disponibles sur l’installation 2. Les principes de base du diagnostic Quelques définitions 2. Les principes de base du diagnostic Défaut : On appelle défaut tout écart entre la caractéristique observée sur le dispositif et sa caractéristique théorique Défaillance : Une défaillance est l’altération ou la cessation d’un dispositif à accomplir sa ou ses fonctions requises avec les performances définies dans les spécifications techniques. Une défaillance résulte d’un défaut Panne : Une panne est l’inaptitude d ’un dispositif à accomplir une fonction requise. Une panne résulte toujours d’une défaillance Défaut Défaillance Panne Le système de diagnostic doit être capable de détecter et de localiser un défaut avant que celui-ci ne conduise à une défaillance ou une panne qui entraînerait l ’arrêt du système Détection de défauts : La détection d’un défaut consiste à décider si le système se trouve ou non dans un état de fonctionnement normal Localisation d’un défaut : A l’issue de la détection d’un défaut, il s’agit de déterminer le ou les éléments à l’origine du défaut 4 Système sous surveillance Perception Génération d’indicateurs de défauts Localisation des défauts Détection de défauts Mesures Résidus Capteurs Acquisition de données Grandeurs Résidus ≠ 0 Génération de résidus Evaluation des résidus Prise de décisions Arret d’urgence pour réparation Changement de point de consigne Arrêt normal pour maintenance Adaptation des lois de commande 2. Les principes de base du diagnostic 3. Panorama général des méthodes de diagnostic Système à surveiller Capteurs et chaînes de mesure Génération d’indicateurs de défauts (symptômes) Modèle mathématique du système Prise de décision Symptômes Grandeurs Mesures MÉTHODES QUANTITATIVES MÉTHODES QUALITATIVES Interprétation des symptômes (diagnostic) Traitement du signal (Analyse monosignal) - Filtrage - Tests statistiques - Seuillage - Analyse spectrale Intelligence Artificielle - Reconnaissance de formes - Réseau de neurones - Systèmes experts - Systèmes d’inférences floues Redondance analytique (Analyse multisignaux) - Espace de parité - Observateurs - Identification paramétrique Base de connaissances symboliques et/ou numériques Modèle mathématique des signaux 5 Système Entrées r A Sorties u Fonction d’observation r = Γ(y, u) Fonction de prise de décision A = Ψ(C ) C Fonction de classification C = Φ(r) Dialogue homme/machine y Structure générale d’un système de diagnostic f Procédé Π Estimation des sorties à l’aide d’un modèle mathématique du procédé y + - d Entrées u Sorties mesurées y Sorties estimées Résidus r 4. Diagnostic quantitatif Ce type d’approche consiste à estimer à l’aide d’un modèle mathématique du système, les grandeurs mesurées sur celui-ci Si le modèle reflète bien le comportement du système sans défaut, tout écart entre les grandeurs estimées et mesurées traduira l’apparition d’un ou plusieurs défauts 6 Objectifs de production Interfaces de Puissance 1 Actionneurs 1 u1 Perturbations, Défauts Interfaces de Puissance 2 Actionneurs 2 u2 Interfaces de Puissance q Actionneurs q uq Elaboration des Lois de Commande Système Elémentaire 2 Système Elémentaire 1 Système Elémentaire q Traitement de la Matière brute Chaîne de mesure N° 2 Chaîne de mesure N° 1 Chaîne de mesure N° q y1 y2 Matière première Produit fini Perturbations, Défauts Perturbations, Défauts Perturbations, Défauts Perturbations, Défauts Le système à surveiller et son modèle mathématique 4. Diagnostic quantitatif Le système à surveiller et son modèle mathématique Sorties y(t) Interfaces de Puissance Actionneurs u(t) Perturbations d (t) Système Elémentaire Chaîne de mesure Défauts f (t) Système à surveiller ( ) ( ) ⎩ ⎨ ⎧ = = ) ( ), ( ), ( ), ( ) ( ) ( ), ( ), ( ), ( ) ( t t t u t x h t y t t t u t x f t x f d f d x : vecteur d’état de dimension n u : vecteur de commande de dimension m y : vecteur de sortie de dimension p d : vecteur des perturbations de dimension q f : vecteur des défauts de dimension r f, h : champs vectoriels continus dérivables Linéarisation ⎩ ⎨ ⎧ + + = + + + = ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( t t t x t y t t t u t x t x y y x x d f d f D F D F C B A A : Matrice d’évolution B : Matrice de commande C : Matrice de sortie Fx : Matrice d’application des défauts sur l’état Fy : Matrice d’application des défauts en sortie Dx : Matrice d’application des perturbations sur l’état Dy : Matrice d’application des perturbations en sortie 4. Diagnostic quantitatif 7 Un exemple simple de modélisation 4. Diagnostic quantitatif qe h1 q1 uq1 4. Diagnostic quantitatif Structure générale Détection et localisation des défauts r(t) Fonction de perception : Génération de résidus Localisation du défaut Fonction d’évaluation des résidus u(t) d (t) Système à surveiller y(t) f (t) ⎩ ⎨ ⎧ + + = + + + = ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( t t t x t y t t t u t x t x y y x x d f d f D F D F C B A Modèle mathématique du système à surveiller 8 4. Diagnostic quantitatif Détection et localisation des défauts Un défaut est détecté en comparant une fonction d’évaluation des résidus à un seuil Temps Résidus T -T ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ≠ → > = → ≤ 0 ) ( ) ( 0 ) ( ) ( t f T t r t f T t r Lorsqu’un défaut est détecté, il s’agit de le localiser. Cette Localisation est réalisée à partir de la table des signatures, définie par la matrice de transfert défauts-résidus HyGf ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( 0 0 ) ( 0 ) ( 0 ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( 3 2 1 33 32 22 13 11 3 2 1 s f s f s f s f s s s G s G s G s G s G s r s r s r s r f y ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ = ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ G H r1 r2 r3 f1 f2 f3 1 0 0 0 1 1 1 0 1 t r1 t r2 t r3 Résidus → ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ uploads/Sante/ diag.pdf
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- Publié le Mar 01, 2021
- Catégorie Health / Santé
- Langue French
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