Architecture technique d’un Système EMS

Bookmark and Share

L'objectif d'un EMS est d'optimiser l'utilisation d'énergie de systèmes phyisques, un EMS est donc toujours une brique logicielle qui doit interagir avec le monde réel pour former un  "cyber-phyisical-system". Dans ce type de systèmes l'interaction entre le logique et physique se fait à travers deux types d'interfaces : les capteurs et les actuateurs. Les premiers remontent une information (ex. consommation instantannée d'énergie) à partir d'un objet physique vers un programme, Les seconds appliquent physiquement les consignes d'un programme (ex. arrêter / mettre en marche un climatiseur).

Les capteurs et actuateurs sont déployés directements à l'endroit ou le processus phyisque se produit. Pour permettre une contrôle centralisé, les capteurs vont remonter l'information jusqu'à un système central qui va collecter, croiser et analyser les informations, calculer un fonctionnement optimal et renvoyer aux actuateurs des commandes pour optimiser le fonctionnement. 

EMS une application Internet of Things

 

Plusieurs approches sont possibles pour ce type de systèmes, les plus modèrnes vont se baser sur une architecture IoT (internet of things). La gestion des données se fait alors sur le cloud et l'échange de données avec le système central passe par le réseau IP: internet ou intranet.

Concrêtement, il un serveur central doit être installé soit sur le site de l'entreprise soit sur le site du fournisseur (dans le cloud) et sur le terrain : 

  • soit des appareils intelligents, capables d'échanger des informations et des commandes avec le cloud (machines industrielle, équipement "nativement" intelligent, smartphones …)

  • soit des "add-on" permettant d'observer et contrôler les appareils existants. Les plus simples étant par exemple les prises et interrupteurs connectés et les compteurs intélligents.

  • soit, des postes de saisie (un smartphone par exemple). Un opérateur relève alors les informations terrain et reçois les instructions via ce poste.

Optimisation de coût et performace

Dana les systèmes IoT, il est possible que l'appareil intélligent se connecte directement au serveur, mais il s'agit d'un cas très rare : l'électronique pour se connecter à internet coute cher, sans compter l'éventuel abonnement internet sans fil et les risques de sécurité. La reference est donc la mise en place d'un controllereur local (edge controller). Il s'agit d'un boitier, installé sur site, connecté à internet pour échanger avec le serveur central et connecté aux appareils intelligents par des connexions moins coûteuses (blutooth, zigbee, courant porteur …). Ce boitier est en général fourni par le fournisseur de solution EMS et fonctionne en boite noire : l'entreprise n'a pas besoin de l'administrer. Dans des déploiement très larges, plusieurs controlleurs locaux sont mis en place. Parfois, une simple application sur une tablette ou smartphone peut jouer ce rôle.

L'edge-controller permet aussi de jouer plus actif dans un système de contrôle hierarchique, mais le besoin d'une telle fonction est rare pour les applications EMS. 

Et le SCADA ?

Le SCADA (ou Supervisory Control And Data Acquision) est un système qui s'est développé à partir des années 60 et qui a permis, avec les moyens de l'époque, de superviser et contrôler de façons centralisée des usines, des infrastructures, et plus tard, des batiments. Le SCADA a l'avantage et les défauts du "first-mover" : il est en effet  largement déployé, fiable et mature mais en même temps pas assez ouvert: les systèmes SCADA ne sont pas faciles à intégrer avec d'autres applications. 

On pourrait techniquement créer un EMS autour d'un SCADA, mais il y a tellement d'écarts entre les deux types de systèmes qu'il faut bien étudier avant de faire ce choix. Il faut notamment penser à :

  • L'historisation des données : Il faudrait mettre en place une historisation à long terme des données: un EMS doit permettre une analyse sur le long terme, le SCADA est d'abord conçu pour superviser et contrôler en temps réel. 

  • Les IHM d'analyse : les IHM SCADA ne sont pas construites pour de l'analyse à long terme, il faut donc prévoir la construction d'IHM spécifiques permettant d'exploiter les données historiques.

  • Généraliser l'accès aux données : Il faut aussi prendre en compte qu'un logiciel EMS n'est pas sensé être exploité uniquement depuis un "centre de contrôle" mais partout en entreprise : la direction financière pour contrôler ses factures, la direction technique pour détecter les dérives techniques, et tous les employés en général pour adopter un comportement moins énergivore.

  • Étendre le déploiement SCADA : un SCADA n'étant pas déployé pour optimiser l'utilisation de l'énergie, il faut aussi à des niveau plus bas ajouter de nouveaux capteurs et contrôleurs et les interfacer avec le SCADA pour remonter la bonne information, d'autant plus la gestion d'énergie ne concerne pas que l'usine mais tout les points de consommation y compris les bureaux, les entrepôts …

Construire un EMS basé sur SCADA serait techniquement possible mais il nécessite un effort de développement tel qu'il est souvent plus judicieux d'utiliser un EMS conçu autour d'une architecutre IoT et éventuellement l'interfacer avec le SCADA existant.