UN PROCEDE DE SUPERVISION ET TELESURVEILLANCE A DISTANCE : UN OUTIL PEDAGOGIQUE FAVORISANT L INITIATION AU TRAVAIL DE GROUPE

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1 UN PROCEDE DE SUPERVISION ET TELESURVEILLANCE A DISTANCE : UN OUTIL PEDAGOGIQUE FAVORISANT L INITIATION AU TRAVAIL DE GROUPE Cyril Noirel (1), Didier Theilliol (2), Christophe Aubrun (3), Jean Christophe Ponsart (4) (1) Service ATELA, Faculté des sciences et techniques Université Henri Poincaré Nancy 1, BP 239, Vandoeuvre Cedex, France (2) IUT Nancy Brabois (Site de Lunéville) Université Henri Poincaré Nancy 1, 6 r Colonel Clarenthal Lunéville (3) IUT Nancy Brabois Université Henri Poincaré Nancy 1, r Doyen Urion Villers lès Nancy (4) Faculté des sciences et techniques Université Henri Poincaré Nancy 1, BP 239, Vandoeuvre Cedex, France Résumé : Cet article concerne la mise en oeuvre de la gestion de projet pédagogique. Les acteurs participant au projet doivent se répartir dans différentes équipes, celles-ci étant supervisées par un chef de projet dont le rôle est de coordonner les équipes travaillant à des endroits distants les uns des autres. Pour ce faire il est nécessaire que les équipes puissent travailler à distance sur un procédé, d où l utilisation de logiciels spécifiques. Le chef de projet organisera des réunions de travail à distance définissant la marche à suivre pour chaque équipe en fonction de l avancement du projet dans sa globalité. Mots clés : Supervision, équipe, conduite de projet, communication, interactivité. 1 INTRODUCTION Ce papier se propose de présenter un procédé pilote consacré à la gestion de projet. Après avoir développé les missions de chacun des acteurs, ainsi que les différents logiciels contribuant à la mise en œuvre de la gestion de projet, nous nous consacrerons à l aspect technique. Le premier objectif est d ordre organisationnel, il permet d initier les groupes de travail dans le but d avoir une approche industrielle. Il s agit en fait de développer certaines aptitudes que cet environnement impose c est à dire : le travail d équipes, la prise de responsabilité, la gestion du temps s inscrivent dans la gestion du projet. Le second objectif est d ordre technique, le but est d analyser, d identifier et de modéliser le procédé en question, puis de mettre en application ce que le projet impose, à savoir : La commande, supervision et la télésurveillance en local et à distance. Le projet est mené sur un ensemble de 16 séances de 4 heures. Dans un premier temps les équipes définissent une stratégie à adopter, puis la mise en oeuvre débutera. Chaque équipe sera donc responsable d une sous partie. Les logiciels nécessaires utilisés sont principalement des outils basés sur les nouvelles technologies de communication permettant ainsi de travailler et de se réunir en dehors de la salle où est installé le procédé. 2 MOYENS ET ORGANISATION DU PROJET Les moyens et l organisation du projet se déclinent selon la figure illustrée Chef de projet Serveur procédé Opérateur Équipe 1 Équipe 2 Figure 1 : Architecture du projet Les acteurs de ce projet, présents dans différents lieux doivent échanger et interagir sur le procédé afin de mesurer de manière optimum ce dernier, plus précisément : Le chef de projet (niveau Master) Il a pour mission la gestion complète du projet, de planifier le projet, d animer et coordonner à distance les informations entre les équipes. Le point fort du chef de projet sera : la maîtrise des techniques de gestion permettant de décider et de

2 contrôler les opérations. Il doit savoir motiver son équipe en adoptant une structure permettant la délégation, une bonne communication et l intérêt du travail. Pour répondre aux besoins (la demande et collecte d informations, la supervision ainsi que la télésurveillance) et rassembler en un lieu virtuel les équipes, le chef de projet dispose des moyens informatiques suivants : NetOP School, Webcam, Labview, Ultra VNC, Microsoft Project L équipe 1 (Niveau Licence) Cette équipe participe à la conception initiale, elle doit spécifier les sous-ensembles afin de les sous-traiter. Les points forts de cette équipe seront de pouvoir connaître le produit afin d établir des recettes et de les intégrer sur le procédé. Elle enregistrera les paramètres de production dans un fichier. Les moyens à sa disposition pour l établissement des recettes sur le procédé (supervision, commande automatique tout ou rien des différents actionneurs en fonction des mesures désirées), et l acquisition des données nécessaires sont les outils suivants : Labview, Excel L équipe 2 (Niveau Master) Sur la base des travaux de l équipe 1, l étude de cette équipe sera consacrée à l optimisation de la commande. En fonction de cela, après les échanges d informations à distance le chef de projet et les équipes rassemblées détermineront s'il y a eu une amélioration des performances de production. Le point fort de cette équipe sera d analyser les différentes données afin de donner des solutions adaptées en fonction des simulations obtenues et les communiquer à distance au chef de projet et à l équipe 1, elle pourra à distance mettre en application ces simulations sur le procédé. Les moyens à sa disposition pour l établissement d autres types de commandes en simulation, la prise en main à distance sur le serveur et pour mettre en application ces simulations sur le procédé sont les suivants : Matlab, Ultra VNC, Labview L opérateur C est l acteur principal, il est présent pour le bon fonctionnement technique de l installation. 3 OUTILS NECESSAIRES A LA REALISATION DU PROJET 3.1 Réseaux numériques de communication Le chef de projet pour réaliser des réunions d équipes et échanger des informations (textes ou fichiers) utilise NetOp School (www.netop.com/) [1]. Ce logiciel permet d avoir une interactivité entre le chef de projet et les différentes équipes distantes les unes des autres à ces réunions de travail virtuelles, elles doivent être réalisées à une date et une heure précise auprès des groupes de travails éloignés géographiquement. Afin que l équipe 2 implante la bonne commande établie sur le procédé, la prise en main sur le serveur s effectue grâce au logiciel Ultra VNC (ultravnc.sourceforge.net/) [1], la prise de contrôle s effectue via l adresse IP de la machine à diriger ou son nom symbolique sur un réseau local. 3.2 Commande et supervision Pour réaliser les simulations de commandes et diagnostic, l équipe 2 utilise Matlab, ce logiciel permet au préalable de tester ses programmes avant de les implanter sur le procédé, ainsi cela permettra au chef de projet de valider les travaux de simulation de l équipe 2, ensuite de passer au coté expérimental sur le procédé. Pour la supervision, le chef de projet et l équipe 1 utilisent Labview [2], c est un logiciel puissant, relativement intuitif et convivial car il permet de développer des programmes d applications en langage graphique sans véritablement taper des lignes de codes excepté lorsque l on veut implanter des scripts. Il est compatible avec l interconnexion d autres logiciels, en particulier l équipe 1 crée sous Labview [2] un outil permettant d acquérir les données sous Excel. 3.3 Télésurveillance du procédé La Webcam est nécessaire pour faire la visualisation à distance du procédé à piloter. 4 APPLICATION A UN PROCEDE DE DEUX CUVES EN CASCADE Le procédé pilote a été installé au centre de ressources ATelier ELectronique et Automatique (ATELA) de la Faculté des Sciences et Techniques de l Université Henri Poincaré NANCY 1. Il a comme caractéristiques suivantes (voir figure2) : 2 cuves, cuve n 2 de 100 litres et de section S2=11.04 dm², cuve n 1 de 200 litres et de section S1=25.97 dm². La cuve n 2 a pour entrée un débit Q b délivré par une pompe et pour sortie un débit Q s2 contrôlé par une vanne motorisée. La cuve 1, possède deux entrées : l une correspondant au débit de sortie Q s2 de la cuve précédente et l autre par une seconde pompe fournissant un débit Q a. Son débit de sortie Q fuite est également contrôlé par une vanne motorisée. Une bâche de réception qui sert de bac tampon en plusieurs parties, une partie de produits à mélanger destinés à la cuve 2, une autre l alimentation en eau destinée à la cuve 1 et la dernière partie destinée à la récupération du produit final.

3 Figure 2 : synoptique du procédé 4.1 Supervision et télésurveillance du procédé Figure 4 : synoptique du procédé étudié Voici un exemple de recette en commande tout ou rien réalisée entre 11h30 et midi : Recette 1 évolution Hauteur Hauteur 1 (cm) Figure3 : face avant réalisée sous Labview 0 11:44 11:44 11:46 11:46 11:47 11:47 11:48 11:50 Temps (min) On peut voir sur la figure 3 : [2], [3] 1 : Schéma de l installation avec le niveau des cuves affiché en cm 2 : Affichage du processus en temps réel à l aide de la Webcam. 3 : Affichage des 2 voyants d alertes de niveaux hauts pour les deux cuves. 4 : Bouton acquisition permettant d acquérir les paramètres dans un chemin spécifique avec un bouton parcourir les fichiers. 5 : Affichage de la date et de l heure, le voyant marche permettant de savoir si le processus est lancé (en run) et le bouton stop permettant d arrêter le processus. 6 : Mesures de débits des différents capteurs du procédé Hauteur 1 (cm) H1 Consigne H1 Figure 5 : Evolution de la hauteur de la cuve 1 entre 11h36 et 11h50 Recette 1 évolution Hauteur Etablissement de recettes Dans le procédé étudié (voir figure 4), l équipe 1 décide que le bac tampon est divisé en 3 : une partie où un liquide A sera dédié pour la cuve 1, une autre où un liquide B sera dédié pour la cuve 2, et la dernière, un produit C qui sera la récupération des mélanges des produits A et B dans la cuve 1, en sachant que le produit A et le produit B arrivent simultanément dans les 2 cuves respectives. Temps (min) H2 Consigne H2 Figure 6 : Evolution de la hauteur de la cuve 2 entre 11h37 et 11h43 Pour les figures 5 et 6, en trait pointillé : consignes pour chaque hauteur et en trait continu : évolutions des hauteurs

4 4.3 Synthèse d une loi de commande Après les résultats obtenus de recettes établies en commande tout ou rien, l équipe 2 simule avec Matlab la commande la mieux adaptée permettant d optimiser le suivi de production. La loi de commande que nous allons synthétiser est une loi de commande multivariables par retour d état. Ce type de commande consiste à introduire une action intégrale dans la structure de la commande. On modifie la représentation d état du système pour tenir compte de l intégrale de l erreur ε. Le but d une telle loi est de délivrer une commande afin d améliorer les performances du système. C est pour cette raison que nous avons décidé de travailler en temps discret sur une représentation d état augmentée qui prend en compte les états du système sans intégrateur (X k ) et les états de l action intégrale (X ik ). La loi de commande sera déterminée tel que : U k = K 1 X k + K 2 X ik K 1 et K 2 sont les sous matrices de la matrice de réaction K obtenue avec un placement de pôles. K 1 définit le retour d état direct et K 2 le retour avec intégrateur. H2 H1 Figure 7 :H1 : consigne de 0,45 (300s), H2 : consigne de 0,4 (100s) On remarque que le système est rapide. On peut voir que le remplissage de la cuve 2 influe sur le niveau de la cuve 1 (légère montée de H1 entre 100 et 300 secondes, soit entre le 33 ème échantillon au 100 ème échantillon, la période d échantillonnage est de 3 secondes). Pour vérifier que le système n est pas sollicité trop violemment, nous avons tracé la commande et nous constatons que pour les deux débits, nous avons une commande douce (voir figure 8) Le système augmenté final est le suivant : X k + 1 X = Ad _ a X ik + 1 X X k Yk = Cd _ a X ik k ik + Bd _ a U k U1 U2 Les matrices Ad_a, Bd_a et Cd_a sont des matrices augmentées discrètes. Nous avons implanté cette loi de commande sous Simulink pour tracer les courbes de réponse de notre modèle à une consigne en échelon. Nous retirons les points de fonctionnement au niveau des consignes et nous les rajoutons au niveau des sorties car il faut prendre en compte le fait que notre modèle fonctionne sur des variations autour d un point de fonctionnement. Pour la hauteur H1, nous avons fixé une consigne à 0.45 mètre à partir de 300 secondes et pour la hauteur H2, nous avons fixé une consigne à 0.4 mètre à partir de 100 secondes. Nous obtenons les courbes suivantes: (en abscisse : nombre d échantillons, en ordonnée : hauteur en mètre) Effet saturateur Figure 8 : Commandes associées : U1 et U2 Le débit de la cuve 1 est maintenu à 0 entre 100 et 300 secondes par l effet du saturateur (soit entre le 33 ème échantillon au 100 ème échantillon, la période d échantillonnage est de 3 secondes) car la commande calculée demande un débit négatif à la pompe. Il reste à présent à appliquer cette loi de commande sur le procédé avec un suivi de consignes pour la hauteur 1 et 2 en fonction des recettes établies par l équipe 1.

5 4.4 Prise en main à distance sur le serveur Fenêtre NetOP School Prise en main à distance sur le serveur par Mon PC Mon PC Figure 9 : Utilisation de tous les logiciels entre eux (Ultra VNC, Labview, NetOP School) Pour synthétiser la figure 9 : l équipe 2 prend l application à distance avec l outil Ultra VNC afin de mettre en application la simulation validée par le chef de projet, qui lui après la production terminée, par l intermédiaire de NetOP School procède à l envoi du fichier d acquisition à l équipe 1 qui donnera les courbes de la production. Après réunion de travail provoquée par le chef de projet par envoi de message d information au 2 équipes avec NetOP School, l ensemble déterminera les solutions à apporter pour améliorer les performances de production. 5 CONCLUSION Après 2 années de travail, les essais d accès à distance et établissement des différentes commandes au procédé ont été très positifs, la mise en place de ce projet est terminée, la mise en œuvre pourra éventuellement prendre forme pour l enseignement pratique des nouvelles formations Licence et Master. Ce projet a permit aux étudiants qui ont travaillés dessus de synthétiser les connaissances acquises tout au long de leur cursus, de s impliquer dans un travail d équipes où la communication est importante. L interactivité de ce projet permettra aux étudiants de travailler dans un lieu distant à celui où est situé le procédé, les équipes peuvent également travailler entre elles à des lieux distants. Ce travail peut également servir aux enseignants pour illustrer les cours magistraux et travaux dirigés d automatique. 6 REMERCIEMENTS Nous tenions à remercier pour leurs collaborations les étudiants de Maîtrise IUP CASI promotion 2003/2004 : Cédric LAMARTHEE, Amar HAMADOU, de Maîtrise IUP CASI et RNC promotion 2004/2005: Mickael VAXELAIRE, Ahmet SAHIN, Badr ZOURHI et Nicolas LEHMANN, de DESS ATTI promotion 2004/2005 de l UHP Nancy 1 : Julien DORBAIS et Quoc Tam LE ainsi que Aurélien LANFROY de DUT GE2i option RLI promotion 2004/ BIBLIOGRAPHIE [1] Didier Theilliol, Jean-Christophe Ponsart. TP/TD d Automatique à distance : comment conserver une interactivité avec l enseignant? CETSIS 2003 [2] NGO Khanh Hieu, GROLLEAU Emmanuel. La méthode d arts et la programmation multitâche en labview 2002 [3] Christophe SALZMANN. LabVIEW User Group Meeting 1999

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