Les Logiciels De Supervision

Le 01/09/2012 à 13:30

L'essentiel

La supervision peut être installée dans des usines de toutes les tailles. D'une simple ligne de production, elle peut évoluer vers un déploiement sur plusieurs sites.

L'usage d'un superviseur nécessite peu de formation. Il peut être utile autant aux opérateurs qu'à la direction.

Les fonctions s'étendent, et peuvent englober aussi bien les interfaces homme-machine que l'analyse des données de production à moyen terme.

Le développement est généralement pris en main par un intégrateur, mais peut rester accessible au client final qui souhaite modéliser lui-même de nouvelles machines.

D'une simple ligne de production à une organisation répartie sur plusieurs sites dans le monde, les logiciels de supervision trouvent leur place dans tous types d'usines. Ces systèmes ont pour but d'apporter à leurs usagers, qu'ils soient opérateurs ou directeurs, de la visibilité sur certains éléments de leur production. «La supervision fournit des représentations graphiques », explique Serge Catherineau, responsable marketing industrie chez Schneider, éditeur de Vijeo Citect. Et ceci sans nécessiter de grandes compétences informatiques de la part des utilisateurs. «Elle s'applique à des flux qui ne sont pas visibles,qui mettent en jeu par exemple du gaz ou du liquide. Elle permet de voir les données correspondantes.»

Ainsi, une machine d'usinage ou d'emballage ne justifie pas l'usage de la supervision. «Quand les actions des machines sont visibles, comme c'est le cas par exemple pour certains automates du secteur automobile,l'automatisation peut généralement se résumer à une interface homme-machine (IHM) locale, avec un écran pour allumer ou éteindre la machine.» Mais la supervision s'applique dans de nombreux domaines industriels: agroalimentaire, traitement de l'eau, pharmacie, process manufacturiers… Et ceci quelle que soit l'envergure de la production. Et même au-delà de l'industrie: on retrouve ce type de logiciels notamment dans les transports. «Une autoroute est comme un process continu, il y a un débit, au même titre que la chimie». On peut également trouver les interfaces des superviseurs dans les salles de pilotage de transports en commun, où est contrôlé l'ensemble d'un réseau, comme le métro, ou encore dans les aéroports, pour diriger par exemple les séquences d'allumage des éclairages des pistes. «Les superviseurs peuvent être implémentés partout, il n'y a pas de limites au système », résume François Di Mascio, ingénieur commercial logiciels chez Rockwell Automation, qui propose la solution FactoryTalk. Et souvent, ces solutions sont employées pour des applications critiques nécessitant un contrôle fiable.

Les superviseurs s'adressent principalement aux opérateurs directement chargés de contrôler la production, mais ils peuvent également être consultés par d'autres intervenants, ayant besoin d'informations différentes.

Arc Informatique

Les logiciels de supervision sont situés au-dessus de l'interface homme-machine dans l'architecture des automatismes. «On utilise rarement un superviseur pour une seule machine, cela revient trop cher », précise Serge Catherineau (Schneider). « On installe plutôt ce type de logiciel pour un atelier constitué de plusieurs machines. En moyenne, un superviseur est utilisé pour 10 automates.»

L'ampleur d'un projet de supervision est caractérisée notamment par le nombre de variables à prendre en compte. Celles-ci sont les entrées, sorties, et différents états possibles d'un automate. Pour les plus grands sites, cela peut représenter plusieurs centaines de milliers de paramètres.

Codra

La principale fonction d'un logiciel de supervision est d'offrir aux usagers un aperçu des différents paramètres de la production. C'est ce que désigne le terme SCADA ( Supervisory Control And Data Acquisition , soit télésurveillance et acquisition de données). Ils sont les descendants des boîtes à boutons et synoptiques à LED, que l'on trouve encore dans certaines usines. Le système est passé progressivement de l'automatisme pur à l'informatique.

Des interfaces de plus en plus conviviales

L'interface est construite selon les besoins, par un assemblage de différents synoptiques: des représentations visuelles des machines, cuves ou autres équipements, et des données utiles, comme la température d'un four ou l'état de marche d'un moteur. La simplicité de cette interface rend la prise en main accessible avec très peu de formation. Et la facilité d'usage progresse encore avec l'évolution des logiciels. L'organisation des synoptiques, dont il existe des bibliothèques, peut se faire par de simples glisser-déposer. «Ce n'est pas plus compliqué que d'utiliser un smartphone », assureArnaud Pichard, responsable marketing chez Codra, éditeur du logiciel Panorama. Car l'outil a vocation à être mis aussi bien entre les mains des opérateurs que des agents de maintenance ou de la direction. Des profils aux compétences différentes, qui n'ont pas le même usage du logiciel et peuvent disposer chacun d'une interface propre à leurs besoins.

Les niveaux des automatismes

Les automatismes sont classés en différentes couches, ou niveaux, représentant le cheminement des informations liées à la production ainsi que le passage du temps réel au temps différé. Le niveau 0 est constitué par les capteurs, l'instrumentation qui relève et transmet les données physiques: la température d'un process ou le comptage des pièces fabriquées. Au niveau 1 se trouvent les commandes directes que sont les interfaces homme-machine (IHM). La supervision constitue le niveau 2 de cette classification, avec ses fonctions de surveillance à l'échelle d'une ligne de production, d'un atelier, d'une usine, voire plus. Elle propose également des possibilités d'analyse à moyen terme. Au-delà, les analyses, le suivi et la traçabilité à long terme sont effectués par le MES ( Manufacturing Execution System ), le niveau 3.

La dernière couche, le niveau 4, est l'ERP ( Enterprise Resource Planning ), pour la gestion commerciale et logistique. Les fonctions des logiciels de supervision étaient à l'origine uniquement de l'ordre de l'automatisme. Mais elles s'étendent aujourd'hui au-delà, et recoupent les fonctions des niveaux 1 et 3, avec lesquels les superviseurs sont généralement interfacés. Tous ces systèmes se basent sur les mêmes informations, mais en font un traitement différent.

«À l'origine, la supervision n'était qu'une interface homme-machine destinée à afficher des informations pour les opérateurs », rappelle Arnaud Pichard (Codra). Petit à petit, le système s'est perfectionné, notamment avec la transmission d'alarmes. «L'opérateur ne peut pas surveiller tous les paramètres en même temps », note Serge Catherineau (Schneider). «Ainsi, le logiciel surveille le dépassement des grandeurs autorisées, et transmet une alarme lorsque cela se produit.» La cause de l'alarme, comme un défaut de température, est affichée afin de permettre la modification du process par un opérateur. Par exemple la remise en marche d'un système de ventilation. Certains superviseurs peuvent également envoyer les alarmes par mail ou par SMS. Ces logiciels sont de plus en plus en phase avec la mobilité: les interfaces dédiées aux smartphones commencent à se développer.

Compter les points

Le nombre de variables à prendre en compte dans le superviseur est l'un des premiers critères à examiner en démarrant un projet. On les appelle également “points” ou ”tags”, et le prix du logiciel dépend en partie de leur nombre.

Pour l'obtenir, on compte le nombre d'entrées et sorties et le nombre de positions d'un automate. Pour des projets simples, de l'ordre du dialogue homme-machine, on peut en compter jusqu'à 5000. Mais ce nombre peut grimper rapidement. Les projets les plus conséquents, comme dans le secteur du nucléaire, peuvent présenter plusieurs centaines de milliers de variables à traiter. La moyenne se situe entre 10 et 50000.

Ce paramètre oriente le choix de l'offre: certains éditeurs sont spécialisés sur des projets d'une certaine échelle, par exemple moins de 4000 points ou plus de 40000.

Les logiciels de supervision peuvent être consultés en mode client-serveur via un simple navigateur web. Certains sont compatibles avec des terminaux mobiles comme les tablettes ou les smartphones.

Kep

Au-delà de ce pilotage en temps réel de la production, les logiciels de supervision fournissent des outils d'analyse, qui peuvent eux aussi se présenter sous forme visuelle avec des courbes ou diagrammes calculés en temps réel.Mais là encore, la simplicité d'emploi reste la règle. L'utilisateur construit ses indicateurs selon les informations dont il a besoin à partir de toutes les grandeurs traitées par le logiciel et stockées dans des bases de données. Serge Catherineau (Schneider) compare le tableau de bord ainsi constitué à un “Internet spécialisé”. Il est ainsi possible de suivre l'évolution de différentes grandeurs en parallèle, ce qui peut permettre d'obtenir des renseignements plus précis, et d'en déduire la cause d'une alarme ou d'une différence de rendement entre plusieurs lignes. Cet élément évolue régulièrement avec les améliorations des logiciels, qui proposent des analyses de plus en plus poussées.

Historisation à plus ou moins long terme

«Les données peuvent être conservées sur du court à moyen terme », précise François Di Mascio (Rockwell), soit quelques semaines.Au-delà, une historisation sur plusieurs mois relève plus du domaine des Manufacturing Execution System (MES). Cette durée permet toutefois d'établir des fonctions de traçabilité voire de généalogie moins complètes toutefois que celles des MES. Grâce au superviseur, il est possible de connaître avec quels lots de matières premières a été fait chaque lot de pro-duit.Un système particulièrement important dans l'agroalimentaire ou la pharmacie.

Les synoptiques sont construits à partir d'images représentant les machines, pouvant être animées. Elles se trouvent dans des bibliothèques mises à disposition par l'éditeur, correspondant aux différents secteurs industriels.

Rockwell Automation

Le superviseur permet également d'importer des paramètres comme les recettes pour un lot de produit donné, et les appliquer à la production, ou de charger une commande depuis un ERP. «En interfaçant le logiciel de supervision avec un ERP, il est possible d'obtenir des fonctionnalités à la frontière du MES » , ajouteArnaud Judes, responsable commercial chez Areal, éditeur du logiciel Topkapi. Au fil de leurs évolutions, les logiciels se lient avec toujours plus de systèmes différents, et proposent de nouvelles fonctions. On peut ainsi les interfacer avec l'annuaire de l'entreprise, ou trouver des modules complémentaires plus ou moins spécialisés, offrant des fonctions comme la gestion des astreintes.

L'extension des fonctions des logiciels de supervision au-delà de leur champ d'action d'origine ne se fait pas uniquement vers les niveaux supérieurs, mais également vers les couches inférieures d'automatismes. Ainsi, «la tendance est à récupérer l'interface homme-machine dans le superviseur », analyseVincent Brun, responsable de l'assistance technique chez Siemens, qui propose le logicielWinCC. Cela dépend du niveau de réactivité requis: un automate ayant besoin de rapidité peut nécessiter un processeur dédié. «Un automate sensible ne repose pas sur un système d'exploitation pouvant poser problème» , ajouteArnaud Pichard (Codra). Dans ce cas, la supervision ne peut pas prendre le relais. Mais cette possibilité existe pour des applications moins rapides, comme l'ouverture d'une vanne, qui ne mobilisent pas la même intelligence.L'intérêt est alors de n'avoir qu'un seul outil informatique à maîtriser. Encore récentes, «ces évolutions ne sont pas encore complètement digérées » , prévientArnaud Pichard. «Mais il est de moins en moins vrai qu'un système d'exploitation tombe plus en panne qu'un automate.»

Tous les secteurs industriels sont concernés par la supervision. Certains éditeurs proposent des bibliothèques d'objets dédiés à certains métiers afin de faire gagner du temps de développement.

Copa-Data

Un autre argument, d'ordre matériel, peut empêcher le remplacement de l'IHM par le superviseur: «Dans un environnement sévère, il n'est pas toujours possible d'installer un ordinateur» , explique François Di Mascio (Rockwell). Alors qu'une IHM est accessible via un terminal dédié à la machine. La fiabilité du réseau peut également être un limitant si l'utilisateur redoute une panne. «Tout dépend de la philosophie du client et de ses contraintes» , résume l'ingénieur commercial.

Aperçu de l'offre du marché

Aperçu de l'offre du marché

Combien ça coûte ?

Un logiciel de supervision peut coûter de 3000 à 50000€. Le coût total du projet peut représenter 10 à 50 fois celui du logiciel, jusqu'à plusieurs centaines de milliers d'euros, car il inclut également le prix développement. Différents paramètres entrent en compte:

Le nombre de points

Plus il y a de machines à superviser, plus il y a de variables à prendre en compte. Le prix du logiciel en dépend.

Le nombre de licences

Comme pour la plupart des logiciels, le prix des superviseurs dépend du nombre d'utilisateurs, donc de licences à acheter. Cela peut représenter environ un tiers du prix du logiciel.

Le mode client-serveur

Il n'est pas toujours nécessaire, mais s'avère utile pour les superviseurs de grande échelle. Le prix augmente selon la quantité de clients.

La redondance

Destinée à assurer la sécurité des installations les plus critiques, elle implique que chaque opération soit faite plusieurs fois, ce qui alourdit le prix du projet.

Le matériel

Le superviseur doit être installé sur des ordinateurs ou serveurs. Selon les projets, il peut également arriver qu'il faille ajouter des capteurs, pour obtenir plus de paramètres exploitables, voire améliorer le réseau pour assurer des communications fiables.

Le développement

Il se compte en nombre de journées de travail des programmeurs. Un projet prend au moins 2 à 3 semaines à développer. Cela peut durer plusieurs mois, voire plusieurs années selon son envergure.

Dans le cas d'un projet de grande envergure, les superviseurs proposent un mode client-serveur.Lelogiciel est installé sur un serveur auquel se connectent les utilisateurs en tant que clients web. Une option évidemment plus coûteuse, dont le prix évolue en fonction du nombre de clients demandés. Le serveur doit pouvoir recevoir leurs requêtes sans ralentir le superviseur.

Les installations les plus sensibles peuvent bénéficier d'une redondance, pour éviter la perte momentanée de supervision. «Une station d'épuration,par exemple,ne peut pas se permettre de perdreson superviseur pendant un orage alors qu'il existe un risque de débordement des eaux usées» , explique Serge Catherineau. Dans ce cas, deux, voire trois ordinateurs peuvent fonctionner en parallèle. Chaque action est ainsi faite plusieurs fois à l'identique. « Cela n'est pas appliqué pour des projets de quelques milliers de variables,qui sont en général peu critiques » , précise-t-il.

« De loin, tous les superviseurs se ressemblent, mais la façon de développer fait la différence : il existe autant de façons de faire que de superviseurs » , note Serge Catherineau (Schneider). « Hormis certaines spécialisations par métier, il existe peu de différences dans les fonctions proposées » , confirme Joffrey Hatron, ingénieur commercial chez l'intégrateur Courbon. « Lorsqu'une nouvelle fonction apparaît chez un éditeur, on la retrouve généralement plus tard chez les autres.»

Les données recueillies par le superviseur peuvent être analysées et corrélées entre elles. Le suivi de la production àmoyen terme peut ainsi être présenté sous forme de courbes ou de diagrammes, et informer sur la nature d'un dysfonctionnement.

Siemens

Les protocoles de communications utilisés entre le logiciel et les automates peuvent donc être un critère de différenciation entre plusieurs offres. « L'éditeur développe ses protocoles en interne, mais il peut également utiliser une couche OPC pour assurer la compatibilité » , explique Arnaud Judes (Areal). Ce système, destiné à connecter les logiciels fonctionnant sous Microsoft Windows aux machines de production, est utilisé en mode client serveur par le logiciel. « Il est important pour le client de savoir si le logiciel gère les interfaces de façon natives ou détournées » , précise Arnaud Judes. Certains fabricants de machine, comme Siemens ou Rockwell, proposent leurs propres logiciels de supervision, ce qui assure la compatibilité native entre les deux. De façon générale, d'une version à l'autre, les éditeurs veillent à ce que l'interfaçage de leur logiciel soit de plus en plus simple.

Mais pour l'interfaçage, et plus généralement le développement du projet, les clients font généralement appel à un intégrateur, bien que certains, ayant les compétences nécessaires, préfèrent s'en charger eux-mêmes. La prestation de l'intégrateur peut inclure le choix du logiciel à installer, quand le client ne préconise pas une suite logicielle en par-ticulier. En fonction du cahier des charges, l'intégrateur prépare une simulation afin de la faire valider par le client. Une partie du développement consiste à modéliser les différentes machines. Certains logiciels proposent des modèles déjà programmés,éven-tuellement spécialisés selon les secteurs d'activité. Une fois l'objet modélisé, celui-ci peut-être dupliqué indéfiniment dans le projet. Selon les éditeurs, il existe des outils de développement intégrés au superviseur, permettant à l'utilisateur de développer ses propres objets sans être dépendant de l'intégrateur. Cela nécessite toutefois des compétences en programmation. Le temps de développement pour un petit projet peut être de deux à trois semaines, et durer jusqu'à plusieurs années pour les projets les plus importants. Une fois le projet installé, rien n'est figé : il est généralement possible d'étendre le champ d'application du logiciel de supervision sans modifier son périmètre d'ori-gine. Cela permet de mettre à l'épreuve un logiciel à moindre échelle. Et une fois celui-ci adopté, le client s'inscrit dans un partenariat avec l'éditeur, qui peut aller au-delà de la supervision : le choix d'un logiciel implique toute la politique informatique de l'entreprise.