thème 3 : ircad - ifsttar

PROJET SARI - PREDIT 3

Surveillance Automatisée de la Route pour l’Information des conducteurs et des gestionnaires

Thème 3 : IRCAD

Mise en place et suivi des systèmes d’information

– Etude et réalisation d’un système de contrôle/commande

de panneaux à messages variables

Livrable 3.33

Mars 2009

Prédit SARI – seconde tranche – Projet financé par la Direction de la Recherche et de l’Innovation

RCADPREDIT SARI

RCADPREDIT SARIPREDIT SARI

Responsable :

E.VIOLETTE

Acteurs :

E.VIOLETTE

P.SUBIRATS

D.DOUCET

L.DI GIACOMO

J. LEBELLANGER

ETUDE ET REALISATION D’UN SYSTEME DE CONTRÔLE/COMMANDE DE PANNEAUX A MESSAGES VARIABLES

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TABLE DES MATIERES

1 – Objectifs ............................................................................................................................... 7 1 – Objectifs ............................................................................................................................... 7 2 – Étude technico-économique ................................................................................................. 7

2.1 – Cahier des charges du système contrôle/commande ..................................................... 7 2.1.1 – Principe de fonctionnement du système................................................................. 7 2.1.2 – Les capteurs............................................................................................................ 9 2.1.3 – Les actionneurs..................................................................................................... 13 2.1.4 – Fonctionnalités avancées du système ................................................................... 15 2.1.5 – Spécifications techniques du système .................................................................. 17

2.2 – Grille fonctionnelle du CCTP ..................................................................................... 19 2.3 – Étude des solutions techniques existantes................................................................... 20

2.3.1 – Solution carte de développement ......................................................................... 20 2.3.2 – Solution Datalogger.............................................................................................. 20 2.3.3 – Solution PC industriel .......................................................................................... 21 2.3.4 – Résumé................................................................................................................. 21

3 – Prototypage......................................................................................................................... 23 3.1 – Le système contrôle/commande .................................................................................. 24

3.1.1 – Présentation du matériel ....................................................................................... 24 3.1.2 – Câblage et programmation ................................................................................... 28 3.1.3 – Connexion à distance ........................................................................................... 37 3.1.4 – Bilan technique..................................................................................................... 37

3.2 – Les armoires de bord de route ..................................................................................... 38 3.3 – Le matériel d’intégration électrique ............................................................................ 38 3.4 – Le prototype final ........................................................................................................ 39

CONCLUSION ........................................................................................................................ 41 BIBLIOGRAPHIE.................................................................................................................... 42 ANNEXES ............................................................................................................................... 43

Annexe 1 : documentation technique du capteur DSC111 de VAISALA ........................... 43 Annexe 2 : documentation technique du Radar SURVEYOR 1 de Sfériel.......................... 45 Annexe 3 : bordereau des prix unitaires pour la solution « carte électronique ».................. 46 Annexe 4 : bordereau des prix unitaires concernant la solution « DataLogger »................. 47 Annexe 5 : bordereau des prix unitaires concernant la solution « PC industriel »............... 48 Annexe 6 : logiciel ICP 100 pour la programmation du DataLogger IDL 101.................... 53 Annexe 7 : fiche technique de l'interface opérateur G303 ................................................... 55 Annexe 8 : fiche technique du convertisseur IRK 100......................................................... 57 Annexe 9 : fiche technique du modem GSM Siemens......................................................... 60 Annexe 10 : devis de la société GE-POWER-CONTROLS pour armoire électrique.......... 61 Annexe 11 : devis de la société SAREL pour armoires électriques ..................................... 62 Annexe 12 : document d'information sur les indices de protection IP................................. 65


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ETUDE ET REALISATION D’UN SYSTEME DE CONTRÔLE/COMMANDE DE PANNEAUX A MESSAGES VARIABLES DESTINES A L’ALERTE PERTINENTE DES USAGERS

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TABLE DES ILLUSTRATIONS

Figure 1 : Principe de fonctionnement du système contrôle/commande....................................9 Figure 2 : le capteur de hauteur d'eau VAISALA DSC111..................................................... 10 Figure 3 : format de la trame envoyée par le capteur VAISALA (tiré de la documentation

technique) ......................................................................................................................... 11 Figure 4 : fenêtre de paramétrage du capteur VAISALA à partir de l'hyperterminal............... 11 Figure 5 : schéma de câblage du radar en liaison série RS 485................................................ 12 Figure 6 : format de la trame envoyée par le radar Surveyor1 en cas de passage d'un véhicule à

proximité .......................................................................................................................... 12 Figure 7 : fenêtre de paramétrage du Radar Sfériel à partir de l'HyperTerminal ..................... 13 Figure 8 : les panneaux à message variable.............................................................................. 14 Figure 9 : détail des protocoles de communication du système contrôle/commande avec ses

périphériques .................................................................................................................... 17 Figure 10 : description de l'appareil DataLogger IDL 101....................................................... 23 Figure 11 : portrait et détails de l'interface homme machine de RED LION ........................... 25 Figure 12 : présentation de l'IRK 100 : convertisseur RS 232 / RS 485 .................................. 26 Figure 13 : détails du GSM siemens ........................................................................................ 27 Figure 14 : schéma de câblage ''capteur VAISALA - IHM G303''.......................................... 28 Figure 15 : schéma de câblage "radar Sfériel – IHM G303" .................................................... 31 Figure 16 : interface opérateur et datalogger............................................................................ 33 Figure 17 : le datalogger et le Siemens .................................................................................... 35 Figure 18 : le système c/c intégré dans une armoire de bord de route...................................... 40


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1 – Objectifs Le thème de recherche IRCAD a une vocation expérimentale sur deux sites sur les routes du Conseil Général des Côtes d'Armor (département 22) : Saint Quay Portrieux et Saint Michel-en-Grève. Sa réalisation a pour but d'évaluer l'influence de dispositifs originaux d'information des conditions dégradées de la circulation sur le comportement des usagers. Les sites concernent des virages et les systèmes d'information sont implantés en amont. Ces systèmes sont des dispositifs bord de voie de type Panneaux à Messages Variables (PMVs). Typiquement l'expérimentation vise à évaluer le comportement des usagers dans deux modes d'activation des PMVs :

• alerte générale déclenchée par un état critique de la chaussée propice à la perte de contrôle (exemple : adhérence réduite engendrée par une tombée de pluie),

• alerte individuelle déclenchée par la détection d'une vitesse individuelle d'approche excessive en comparaison avec l'état de la chaussée (calcul d'une fonction de risque).

Concrètement, parmi les organes constitutifs des systèmes à déployer sur les sites, on distingue :

• les médias de signalisation (PMVs), • les mesures de vitesse, • les stations de mesure météorologique, • le système de contrôle/commande et les organes de transmissions associés.

Ce livrable présente une description du système contrôle/commande développé par le CETE Normandie Centre. La présentation des données issues du système d’information et leur exploitation sont traitées dans le livrable 4.1 « Effet du système d’information sur le comportement des conducteurs ».

2 – Étude technico-économique

2.1 – Cahier des charges du système contrôle/comman de Ce chapitre, hormis la partie « Étude des solutions techniques », correspond au cahier des charges du système contrôle/commande. Il concentre toutes les informations nécessaires au choix du matériel. Rappelons que dans le projet IRCAD, deux scénarios de fonctionnement sont prévus : le premier est l'alerte générale, et le second l'alerte individuelle. Le système contrôle/commande devra respecter les spécifications du cahier des charges suivant.

2.1.1 – Principe de fonctionnement du système En premier lieu, le système contrôle et commande les appareils extérieurs. Dans ce cas, il joue le rôle d'interface entre les capteurs, en entrée, (un capteur de hauteur d'eau et un radar) et les actionneurs, en sortie, (PMVs) (cf figure 1). Ses objectifs sont alors :

• intégrer les informations fournies par les capteurs de hauteur d'eau et de vitesse, • commander l'allumage / l'extinction des PMVs suivant les informations fournies par

les capteurs.


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Ce dispositif d'information complet ( capteurs / système de contrôle commande / PMVs ) sera implanté sur deux sites éloignés du centre de supervision. Son objectif est d'informer pertinemment les usagers de la route sur des conditions dégradées de circulation en matière d'adhérence de la chaussée. Donc, le système contrôle/commande doit également assurer les fonctionnalités suivantes (cf figure 1) :

• alerter à distance (par SMS) un superviseur lors d'un mauvais fonctionnement du dispositif,

• transférer des fichiers de données via une liaison sans fil et longue distance telle que le GSM.

En second lieu, le système c/c gère l’activité interne du dispositif (cf figure 1). Il regroupe les fonctionnalités avancées suivantes :

• intégrer et calculer une fonction de risque déterminant la vitesse limite adéquate aux conditions dégradées de la chaussée,

• analyser et comparer les données, • intégrer, en entrée, les états de fonctionnement propres aux PMVs, • horodater et sauvegarder la totalité des changements d'état des entrées / sorties, • redémarrer le système par une commande à distance, • communiquer avec un système distant de supervision.


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Figure 1 : Principe de fonctionnement du système contrôle/commande

2.1.2 – Les capteurs


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Le capteur VAISALA

Figure 2 : le capteur de hauteur d'eau VAISALA DSC111

Le modèle DSC111 est un capteur distant d'état de surface de la route fabriqué par la société VAISALA [4] (cf figure 2). Il fournit une multitude d'informations sur les conditions climatiques environnantes et les substances de recouvrement de la chaussée. La mesure qui nous intéresse est celle de la hauteur d'eau présente pendant et après une tombée de pluie. L'envoi des données mesurées se fait automatiquement à fréquence réglable par configuration, sous la forme d'une trame de données. Quelques spécifications techniques : alimentation : 9...30V, température d'utilisation : -40...+60°C, distance de mesure : 2...15m, épaisseur de couche d'eau mesurable : 0...2mm. La fiche technique complète est fournie en annexe 1. La communication des mesures se fait par liaison série RS 232. Typiquement, la configuration par défaut est la suivante : vitesse : 9600 bauds ; longueur : 8 Bits ; parité : aucune ; stop : 1 stop .

La récupération des informations mesurées par ce capteur de hauteur d'eau peut se faire sous deux formats différents. Le format standard recommandé est le "message 16", tel que décrit sur la figure 3. L'information de hauteur d'eau correspond au paramètre n°"72".


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Figure 3 : format de la trame envoyée par le capteur VAISALA (tiré de la documentation technique)

La programmation du capteur s'exécute en deux étapes. La première est réalisable à partir de l'HyperTerminal de Windows. La figure 4 présente la fenêtre de paramétrage du modèle DSC111 utilisé dans l'application du projet IRCAD. La seconde comprend la calibration . Directement applicable sur l'appareil, elle peut être automatique ou manuelle. Il s'agit, après l'installation du capteur, de calibrer les trois signaux optiques émis puis réfléchis, en fonction des propriétés optiques de la surface de la route pour obtenir des valeurs de références.

Figure 4 : fenêtre de paramétrage du capteur VAISALA à partir de l'hyperterminal


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Le radar SFÉRIEL Le modèle utilisé, Surveyor1, est un radar de vitesse fabriqué par la société Sfériel [5]. Il fournit la mesure de vitesse des véhicules sur le site d'expérimentation. Quelques spécifications techniques : alimentation : 10...30V, 100mA sous 24V, dimension : 180 * 130 * 50 mm, poids : 0,7 kg, matière : polycarbonate gris, indice de protection : IP67. La fiche technique complète est fournie en annexe 2. La communication des mesures se fait par liaison série RS 485 (cf figure 5). Les caractéristiques sont par défaut les suivantes : vitesse : 1200 bauds ; longueur : 7 Bits ; parité : impaire ; stop : 1 stop .

Figure 5 : schéma de câblage du radar en liaison série RS 485

Figure 6 : format de la trame envoyée par le radar Surveyor1 en cas de passage d'un véhicule à proximité

Dans le cadre du projet IRCAD, le radar sera utilisé en mode de détection à proximité sur le coté. Dans ce cas, il est toujours implanté latéralement sur la chaussée. L'angle formé par l'axe de celui-ci et


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l'axe de la chaussée peut être soit de 30° soit de 45°, avec une hauteur d'implantation variant de 0,80 m à 1,50 m. Seule la vitesse instantanée du véhicule nous intéresse, par conséquent le format de la trame envoyée sera défini en mode compact (cf figure 6). Cette configuration est choisie pour des raisons d'implantation sur sites et de précision de la mesure de vitesse. La programmation du radar s'exécute à partir de l'HyperTerminal de Windows. La figure 7 présente la fenêtre de configuration du radar tel qu'il est utilisé dans notre application.

Figure 7 : fenêtre de paramétrage du Radar Sfériel à partir de l'HyperTerminal

2.1.3 – Les actionneurs


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Les panneaux à messages variables (PMV)

Figure 8 : les panneaux à message variable

Les PMVs sont des panneaux lumineux homologués pour la signalisation routière. Ils sont fabriqués et installés par la société Optifib [6]. Contrairement à leurs noms, ils sont prévus dans notre application pour l'affichage soit d'un message unique pré-défini (PMV 1 et 2), soit de deux messages pré-définis (PMV3). Quelques spécifications techniques :

• alimentation à partir du réseau public 230 volts monophasé, • technologie à diodes électroluminescentes, • dispositif électronique de contrôle/commande des PMVs par des entrées/sorties tout ou

rien.

Légende : PMV : Panneaux à messages variables, Site de Binic, Saint Quay Portrieux : implantation des PMVs 1 et 2, Site de Lannion, Saint Michèl en Grève : implantation du PMV 3 et des plots lumineux.

PMV 1 PMV 2

PMV 3


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PMV 1 et 2 : Les entrées, actives sur des états, autorisent les commandes suivantes :

1. début d'affichage message, 2. fin d'affichage message. Les sorties, actives sur des états, permettent d'obtenir les états de fonctionnement suivants : 3. absence d'énergie, 4. état message affiché, 5. état message neutre, 6. module d'affichage dégradé.

PMV 3 : Les entrées, actives sur des états, autorisent les commandes suivantes :

1. début d'affichage message 1, 2. fin d'affichage message 1, 3. début d'affichage message 2, 4. fin d'affichage message 2.

Les sorties, actives sur des états, permettent d'obtenir les états de fonctionnement suivants : 1. absence d'énergie, 2. état message 1 affiché, 3. état message 1 neutre, 4. module d'affichage message 1 dégradé, 5. état message 2 affiché, 6. état message 2 neutre, 7. module d'affichage message 2 dégradé.

Concrètement, dans le cadre de l'expérimentation IRCAD, le PMV1 et le message 1 du PMV3 seront utilisés pour annoncer l'alerte générale qui dépend du capteur VAISALA. Le PMV2 et le message 2 du PMV3 serviront à annoncer l'alerte individuelle déclenchée en fonction des données du radar et du capteur VAISALA par l'intermédiaire de la fonction de risque.

2.1.4 – Fonctionnalités avancées du système Fonction communication Le système contrôle/commande présentera deux fonctionnalités différentes vis à vis de cette fonction de communication : émetteur et récepteur. Émetteur : il devra envoyer des messages SMS sur alarmes, il devra gérer le transfert de ses fichiers de données sauvegardés via une liaison sans fil et longue distance. Par ailleurs, la récupération sur place de ces fichiers devra pouvoir être facile et rapide. Récepteur : il devra pouvoir réagir lors de la réception de messages SMS prédéfinis. Exemple : redémarrage à distance ou mise hors service du système. il devra gérer l'accusé de réception des messages envoyés.


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Fonction de risque La particularité du système contrôle/commande réside dans cette fonction de risque. En effet, dans l'application du projet IRCAD, il ne s'agit pas simplement d'allumer un PMV selon une valeur de capteur, puis un autre selon la valeur d'un autre capteur. Ici, nous allons associer les mesures afin d'établir une logique plus complexe. Revenons sur la notion des scénarios. Dans le premier, où l'alerte générale consiste à allumer le PMV1, la donnée de hauteur d'eau seule est suffisante. En revanche, dans le second, où l'alerte individuelle est déclenchée par la détection d'une vitesse individuelle d'approche excessive, nous associons cette donnée vitesse à la donnée de hauteur d'eau au travers de la fonction de risque définie par le laboratoire régional (LR) de Lyon [8]. En outre, la formule se compose de plusieurs constantes : d, R, et CFT. Elles caractérisent les contraintes de franchissement d'un virage. En résumé, la fonction de risque détermine une vitesse de stabilité en virage. Ceci en tenant compte de l'aspect physique de la route et de la quantité d'eau la recouvrant. Il en résulte, dans notre application, que pour un véhicule ayant une vitesse d'approche supérieure à la vitesse de stabilité calculée en fonction de la hauteur d’eau, celui-ci verra le PMV2 s'allumer pour l'avertir du danger encouru. Fonction stockage évènements L'un des objectifs du système contrôle/commande est de tracer son activité. En effet, il devra sauvegarder sur événements les éléments suivants :

• la date et l'heure de l'évènement, • les données analogiques de hauteur d'eau et de vitesse, • les états de commande des PMV1 et PMV2 (originaires du système c/c), • les états de comportement des PMV1 et PMV2 (originaires des PMVs),

chaque ligne correspondra à une sauvegarde sur événement et sera horodatée. Un événement peut être un dépassement de seuil de vitesse ou de hauteur d'eau, ou encore un changement d'état de comportement de l'un des PMVs. Le système contrôle/commande devra disposer d'un espace mémoire suffisamment important et ne pas perdre les événements sauvegardés en cas de coupure de courant (micro-coupures et coupures prolongées).


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Figure 9 : détail des protocoles de communication du système contrôle/commande avec ses périphériques

2.1.5 – Spécifications techniques du système Moyens matériel de liaison Dans cette partie, nous allons déterminer le type et le nombre de connexions dont doit disposer le système afin de pouvoir y connecter les capteurs, les PMVs et le matériel de communication. Toutes ces liaisons seront filaires (cf Illustration 10) :

• 1 alimentation sur secteur EDF (220 alternatif), • 2 connexions RS 232 ( capteur VAISALA, modem GSM ), • 1 connexion RS 485 (radar), • 5 connexions (4 entrées/ 1 sortie, relais) tout ou rien pour chaque PMV1 et PMV2, • 11 connexions (9 entrées/ 2 sorties, relais) tout ou rien pour le PMV3.

Moyens matériels internes Dans le but de respecter les objectifs définis dans le chapitre « Fonctionnalités détaillées du système », le système contrôle/commande devra disposer des matériels suivants :

• un processeur pour le run du programme de gestion des entrées et sorties,


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• une mémoire A pour la sauvegarde du programme, • dans le cas d'une coupure de courant, le système devra être opérationnel au

redémarrage, • une mémoire B pour la sauvegarde de données (horodatage des états de

fonctionnement du système). • une horloge interne pour programmer des sauvegardes cycliques ou évènementielles,

plusieurs types de fonctions, telles que : • la temporisation d'évènements, • la comparaison binaire (and, or, or exclusif etc), • les calculs mathématiques et opérations sur les voies.

Moyens matériels de communication Pour des raisons de sécurité et d'accessibilité à distance, le système contrôle/commande sera doté d'un module de communication sans fil, longue distance. Cette technologie peut nécessiter 2 ou 3 matériels :

• un modem GSM, (communication double sens par sms, transfert de fichier) • une interface entre le module logique principal et le modem, (dans le cas d'un automate programmable ) • un abonnement particulier « data », « machine to machine », souscrit auprès d'un

opérateur téléphonique + une carte SIM. Exigences complémentaires Le système de contrôle commande sera intégré dans une armoire étanche et fermée à clés, placée au bord de la chaussée. A cet effet, elle devra répondre aux exigences suivantes :

• faible encombrement, • robustesse :

- résistance aux températures : classe T1(-10°C/+50°C), - résistance à la pollution : classe D1,

• degré de protection assuré par les fermetures (niveau IP) : classe P1(IP45), • alimentation électrique : alimentation à partir du réseau public 230 volts monophasé et

respect, dans ce cas, des exigences de la norme NF EN 12966-1 de janvier 2006, en particulier vis à vis de la sécurité des personnes en cas de défaut ou d'accident,

• implantation : latéralement, elle sera implantée de manière à respecter les recommandations en vigueur applicables en rase campagne.

Le système d'exploitation de l'application (Windows, linux ou autres) devra être d'une grande fiabilité de fonctionnement. En effet, d'une part pour des raisons de sécurité, le système d'information mis en place ne doit pas être défaillant. D'autre part, l'éloignement des sites nous impose des fréquences d'interventions restreintes sur le terrain.


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2.2 – Grille fonctionnelle du CCTP La grille fonctionnelle reprend, sous la forme d'un tableau, tous les points vitaux du système contrôle/commande présents dans la rédaction du CCTP (cf chapitre « Le système de contrôle/commande »). Elle a pour objectif d'améliorer la communication entre le demandeur et le fournisseur au niveau qualité et rapidité. En effet, tout d'abord, elle fournit un bilan clair et précis des besoins techniques du système contrôle/commande auprès des fournisseurs. Ensuite, elle permet aux fournisseurs de répondre rapidement à ces besoins (validation, commentaires). Finalement, elle fournit une garantie au demandeur quant à la pertinence de la proposition commerciale à propos des fonctionnalités de son matériel, puisque ce dernier doit la dater et la signer.

Intitulé Validation Commentaires (Matériels supplémentaires)

Interfaces de connexions

2 connexions RS 232

1 connexion RS 485

11 connexions ( 9 entrées/ 2 sorties) tout ou rien ( au minimum )

Fonctions utiles au système

Une mémoire 1 pour la sauvegarde du programme source

Une mémoire 2 pour la sauvegarde des données sous forme de fichier (horodatage des états de fonctionnement du système).

Délai de mémorisation en cas de coupure de courant

horloge interne pour des sauvegardes cycliques ou évènementielles

Temporisation d'évènements

Isolement d'un champ dans une trame de données

Intégration d'algorithmes de calculs

Traitement logique ( comparaison ) des données

Envoi de SMS préprogrammés


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Envoi de fichiers de données automatique via GSM

Les fichiers de sauvegarde sont bornés par des caractères de début et de fin

Gestion des accusés de réception

2.3 – Étude des solutions techniques existantes Trois solutions sont envisagées pour mettre en oeuvre le système de contrôle/commande des PMVs : une carte électronique de développement, un DataLogger, ou un PC industriel équipé de Windows.

2.3.1 – Solution carte de développement Cette méthode consiste à configurer une carte électronique « sur mesure ». En effet, il suffit de déterminer le nombre et le type d'entrées/sorties voulues, l'espace mémoire, le type de microcontrôleur, etc.... Ensuite, il faut s'adresser à une entreprise spécialisée pour le routage de la carte. Certaines cartes de développement existent déjà sur le marché. On peut en trouver chez « Analog Device » par exemple. Le système contrôle/commande se présenterait sous la forme d'un programme développé en langage C et inséré dans le microcontrôleur de la carte. En cas de problème, la carte redémarre directement sur l'exécutable. Cette solution est très robuste, cependant, elle nécessite énormément de temps de développement électronique et de programmation. D'une part, il faut prendre en compte le temps nécessaire pour l'intégration de la carte électronique dans un boitier avec alimentation, et ventilation. D'autre part, il faut considérer que tous les codes sources tels que la communication avec les ports d'entrées et de sorties (RS 232, RS 485, tout ou rien) doivent être entièrement programmés. On trouvera en annexe 3, le bordereau des prix unitaires pour la solution carte de développement.

2.3.2 – Solution Datalogger C’est l’entreprise BGP electronic [10] qui fournit ce matériel. Il s'agit d'un automate programmable : Le ''Intelligent DataLogger IDL101'', programmable à l'aide d'un logiciel dédié. Une passerelle additionnelle de communication sera nécessaire pour la gestion des entrées capteurs en RS 232/485. Cette solution est avantageuse sur plusieurs points :

• matériel compact, • la programmation se fait à l'aide d'un logiciel dédié pour chacun des deux matériels :

- pas de développement pur (hardware) - gain de temps

• gestion multi-mode de la sauvegarde des données,


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• fournisseur également du GPS. - homogénéité du matériel

• Service après vente. Vous trouverez en annexe 4 le devis pour la solution DataLogger.

2.3.3 – Solution PC industriel Dans ce cas, le système contrôle/commande serait un PC industriel fonctionnant avec un système d'exploitation Windows de base. Ce type de PC est tout a fait adapté aux environnements hostiles (température, milieu extérieur). Ils sont d'un faible encombrement et robustes. Cette solution représente uniquement le support matériel du système contrôle/commande avec les ports séries nécessaires et les connexions d'entrées/sorties tout ou rien. Elle n'assume en aucun cas la solution logicielle. Par la suite, le programme hardware de contrôle/commande pourra être développé sous les logiciels Labview ou Visual C++ ( gain de temps de développement par rapport au C++). On trouvera en annexe 5 le devis pour la solution PC industriel proposé par la société ISIT [11].

2.3.4 – Résumé Le tableau III.1 reprend les avantages et inconvénients des solutions recensées dans l'état de l'art. Le choix définitif du système de contrôle/commande devra porter sur : le respect des exigences du cahier des charges,

• temps de développement : acquisition du matériel, développement logiciel, intégration électrique, conditionnement dans une armoire électrique et mise en place sur le terrain.

• respect des échéances définies dans le planning du projet IRCAD, • coût matériel et développement ingénieur.

En regard des trois critères de choix cités ci-dessus, nous avons opté pour la solution exploitant la technologie du DataLogger IDL101.


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Solution Avantages Inconvénients

Carte électronique -répond à toutes les exigences -fiable

-programmation C++

-système cher : 6000 € (2 première carte + routage) -coût d'intégration de la carte

-long à mettre en oeuvre (programmation + intégration)

-délai livraison important

coût total : >12000 €

PC industriel sous Windows

-répond à toutes les exigences -Windows/Linux de base fiable

-programmation C++

-produit déjà intégré -délai acquisition court

-coût relativement faible

- temps de développement long

coût total : < 2500 (PC seul)

DataLogger -répond aux exigences

-délai acquisition et de développement court

-programmation à l'aide de logiciels dédiés

-coût : 1000 euros (automate maitre seul)

coût total : <2300 €

Tableau III.1 : tableau comparatif des solutions potentielles du système de contrôle/commande


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3 – Prototypage

Figure 10 : description de l'appareil DataLogger IDL 101

Borne Assignation Borne Assignation

+10...30V

alimentation +

I/O x

Entrées/sorties numériques

0V

Alimentation -

SOURCE

Alimentation pour entrée analogique

A Interface A de Bus RS 485 Aln + Entrée analogique +

B Interface B de Bus RS 485 Aln - Entrée analogique -

RX Reception RS 232 AGND Masse des entrées analogique

TX

Transmission RS 232

AOUT +

Sortie analogique +

COM Masse RS 232 AGND Masse pour sortie analogique

Numéro

Assignation

Numéro

Assignation

1

LEDs d'états pour E/S numériques

6

Entrées analogique

2

LED marche (verte)

7

Alimentation

3

LED erreur (rouge)

8

Interface RS 485

4

Prise rapide de lien du Bus

9

Interface RS 232

5

Sortie analogique

10

16 E/S numériques


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3.1 – Le système contrôle/commande

3.1.1 – Présentation du matériel Cette partie constitue l'introduction du chapitre « Le système de contrôle/commande ». Chaque matériel sera présenté, premièrement, du point de vue de la documentation technique du fournisseur. Deuxièmement, en fonction du rôle pris par chacun dans le système contrôle/commande. Le datalogger IDL100 Le DataLogger est un produit Gantner qui nous a été fourni par la société BGP electronic [10]. Le modèle IDL101 autonome (sans PC dédié) enregistre des données directement en grandeurs physiques dans sa mémoire interne. Les informations horodatées sont directement exploitables par tout type de tableurs. La liaison série RS 232 offre une communication directe vers un PC ou via un modem et la liaison RS 485 permet l'extension des voies de mesures. Ses caractéristiques principales (cf figure 10), liées à l'application du système contrôle/commande sont :

• 16 entrées/sorties logiques, • liaison série RS 485 pour connecter simultanément sur le même bus jusqu'à 127

modules de la ligne ISM, • interface série RS 232 pour récupérer des données par PC ou par MODEM RTC,

GSM, RADIO, • envoi de messages sur alarme (SMS), lecture/écriture (GSM) • fonctions mathématiques et opérations sur les voies, • logiciel ICP 100 sur PC pour une configuration simple par RS 232 ou RS 485 (cf

annexe 7), • enregistrement continu et, ou sur événement avec différentes bases de temps, • stockage des données sur RAM interne jusqu'à 512 Koctets, • alimentation 10...30V.

Les paramètres des ports de communication RS 232 et RS 485 sont définis tels que :

• Vitesse : 19200 bauds ; Longueur : 8 Bits ; • Parité : aucune ; Stop : 1 stop .

Les caractéristiques techniques détaillées de l'IDL 101 sont fournies en annexe 6. L'IDL 101 représente le cerveau du système. Il rassemble à lui seul environ 50% des spécificités du cahier des charges fonctionnel. Matériellement, il trouve en entrée l'interface opérateur G303, en sortie le modem GSM, et il contrôle et supervise les PMVs. En effet, premièrement, il reçoit les valeurs numériques de la hauteur d'eau présente sur la chaussée, et de la vitesse d'un véhicule. Deuxièmement, il envoie des alertes sur alarme vers le modem, et il transmet les données qu'il aura enregistrées et horodatées. Enfin, il allume ou éteint les PMVs, et diagnostique leur bon fonctionnement.


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La passerelle RedLion

Figure 11 : portrait et détails de l'interface homme machine de RED LION

Cette interface utilisateur est un produit de la compagnie RED LION [12], elle nous a été fournie par la société BGP electronic [10]. Le modèle utilisé pour l'élaboration du système c/c est le G303. Sa plate-forme hardware intègre un puissant processeur hautes performances doté de multiples fonctions. Le G303 est capable de communiquer avec la plupart des matériels par des ports de communication série haute vitesse (115 KBds), RS 232/422/485 et Ethernet 10 Base T, 100 Base-TX. Ses caractéristiques principales (cf figure 11) sont :

• 2 ports RS 232 et 1 RS 485 standard, • 1 port USB pour transfert d'applications ou transfert de données vers un PC, • configuration stockée dans une mémoire non volatile (flash 4Mo), • LCD 128x64 pixels, Monochrome, en 3,2", semi graphique, avec rétro éclairage par

LED, • Clavier à 32 touches, dont 3 touches (menus écrans), 8 touches fonctions légendables • logiciel Crimson 2.0 [13] sur PC pour une programmation via RS 232 ou USB


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• convertisseur de protocoles, Gateway, Web Serveur, DataLogger…, • alimentation à partir d’une source 24 VDC ± 20%.

Les caractéristiques techniques supplémentaires de la passerelle G303 sont décrites en annexe 7. Le G303 incarne le coeur du système. Il vient seconder l'IDL 101 pour l'alimenter en informations. Ils remplissent à eux deux 80 % de l'activité du système contrôle/commande. Son objectif majeur est l'acquisition et le traitement des données capteurs. Il permet de sélectionner les champs d'informations utiles (hauteur d'eau, vitesse) parmi les trames envoyées par ces capteurs. Et il prend en charge la fonction de risque.

Le convertisseur IRK 100 Le convertisseur IRK 100 est un produit Gantner qui nous a été fourni par la société BGP electronic [10]. Il s'utilise pour des taux en baud supérieur à 500 kbits/s et intègre la fonction de conversion RS 232/ RS 485. Son alimentation est comprise entre 10 et 30 VDC (cf figure 12). La fiche technique du convertisseur IRK100 est présentée annexe 8. L'IRK 100 a pour rôle de convertir le signal RS 485 issu du radar en signal RS 232 vers une entrée de l'interface opérateur G303. Sa participation est de 5% dans la réalisation du système.

Figure 12 : présentation de l'IRK 100 : convertisseur RS 232 / RS 485


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Le modem GSM siemens Le modem GSM est un produit de la compagnie SIEMENS. Il nous est fourni par la société BGP electronic [10]. Le modèle choisi, Terminal TC35 i [14], est un modem GSM compact pour le transfert de données, voix, SMS sur le réseau GSM. Il est doté des interfaces industrielles standards et d'un lecteur de carte SIM intégré pour un emploi facile, rapide et universel (cf figure 13). Ses performances majeures utiles pour notre application du système contrôle/commande sont :

• double bande EGSM900 / GSM 1800, • données, voix, SMS, fax, • interfaces RS 232, • configuration à partir de l'HyperTerminal de Windows, à l'aide de commande « AT », • compact, • alimentation 8...30 VDC.

Les caractéristiques de la liaison série RS 232 sont les suivantes : vitesse : 19200 bauds ; longueur : 8 Bits ; parité : aucune ; stop : 1 stop . La fiche technique du GSM Terminal TC35i [14] est disponible annexe 9. Le modem GSM a pour objectif de privilégier le système contrôle/commande de la capacité de communiquer à distance. Il lui permet d'alerter un superviseur humain, grâce à l'envoi de SMS, pour prévenir un mauvais fonctionnement ou un dépassement mémoire. Il autorise un accès aux données enregistrées et horodatées, et une consultation en temps réel des états de fonctionnement du système. Sur ce dernier point, je rappelle que le modem vient se connecter sur le DataLogger. Ainsi, c'est le logiciel ICP 100 qui autorise une programmation et une visualisation des paramètres en temps réel au travers d'une communication établie sur le réseau GSM. Ses compétences représentent environ 15 % des fonctions du système.

Figure 13 : détails du GSM siemens


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La carte SIM et son abonnement Le modem GSM s'utilise avec une carte SIM. L'originalité de notre application de faire communiquer de manière autonome des machines nécessite un abonnement particulier « Machine to Machine (M2M) ». Ce type d'abonnement est disponible, d'après mes recherches, chez les opérateurs Bouygues Télécom et SFR [15]. Le LCPC de Nantes [9], financier du projet, travaillant avec SFR, l'abonnement a été souscrit auprès de cet opérateur.

3.1.2 – Câblage et programmation Le capteur VAISALA et l’opérateur G303

Figure 14 : schéma de câblage ''capteur VAISALA - IHM G303''

Le capteur VAISALA est relié à l'interface opérateur par un câble RS 232. Les connecteurs respectivement présents sur chaque appareil sont l'un M12 et l'autre RJ11 (cf figure 14).


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Une fois le câblage établi, il reste à faire communiquer les deux appareils. Pour ce faire nous exploitons le logiciel Crimson 2.0 [13] téléchargeable par Internet. Il est prévu pour programmer l'IHM G303 mais n'est pas livré sous la forme d'un CD. Alors nous tirons profit de la possibilité de configurer soit même un port dit « brut ». La trame issue du VAISALA est envoyée automatiquement et périodiquement (cf chapitre « Le capteur VAISALA »). Cette information tient son importance car cela signifie qu'à partir de la passerelle il suffit d'attendre l'arrivée de la trame, il n'est pas nécessaire d'interroger le capteur. On dira que la passerelle est esclave et le capteur maître. Maintenant, orientons nous vers le logiciel Crimson 2.0. Ouvrons l'icône « communication ». L'IHM G303 propose deux ports de communication RS 232, nous choisissons, sans justification, le port n°1 « port de programmation » pour connecter le capteur. La programmation du G303 se faisant par un câble USB. Dans la partie de droite, tout d'abord, nous déclarons ce port comme port brut « raw serial port». Ensuite, nous allons nous même programmer le pilote de communication, donc nous inscrivons « Programme2() » en face de « à chaque mise à jour ». Cela signifie que chaque fois que le capteur transmettra sa trame, nous enverrons la détection sur le port n°1 vers le « Programme2() ». Avant de passer à la programmation de ce dernier, il reste à renseigner « les paramètres du port », pour cela se référer au chapitre « Le capteur VAISALA ». Le « Programme2() » comprend le pilote de communication avec le capteur VAISALA. En résumé, les fonctions utilisées nous aident à lire la trame de données, isoler le paramètre n°72 avec la valeur numérique de hauteur d'eau sous forme d'une chaîne de caractères, et extraire la mesure de hauteur d'eau sous la forme d'un réel. Ầ l'identique des autres formes de programmation, il est nécessaire de déclarer les variables qui sont utilisées dans le code. Ainsi, nous distinguons deux types de variable :

• les variables locales Ces variables sont déclarées et référencées uniquement dans le code du « programme2() ». Exemples : « Trame VAISALA » et « H2O »;

• les variables globales Ces variables sont référencées dans l'icône « Données/Étiquettes ». Dans ce cas, elles deviennent accessible dans les programmes, pour un affichage sur l'écran LCD de l'IHM, et pour une exportation vers un autre port de communication. Exemples : « Parametre_H_eau


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Cette variable est déclarée en tant que chaîne de caractères « AB ». Elle nous permet d'afficher sur l'écran LCD la valeur de la mesure de la hauteur d'eau associée à son numéro de paramètre. « H_eau » Cette variable est déclarée en tant que réel. Elle nous permet de transmettre la valeur numérique de la hauteur d'eau vers le port RS 485 à destination du DataLogger. Pour cela elle est écrite à l'adresse « 400037 » du registre du PLC1 (cf chapitre « Les registres de communication »).

Revenons sur la fonction qui nous permet de lire la trame issue du capteur sur le port n°1 Cette fonction se présente de la façon suivante : « PortInput (port, début, fin, délai, longueur) » dans laquelle il faut renseigner les paramètres entre parenthèses. Tous correspondent à des valeurs entières. Nous avons configuré les paramètres comme suit :

• Port = 1 : le capteur est connecté sur le port n°1 de la passerelle RED LION, • début = 59 : code décimal du caractère ASCII '';''. Je rappelle que la mesure

météorologique intéressante dans le cadre du projet IRCAD est celle de la hauteur d'eau. Ainsi, les autres informations étant superflues j'ai choisi arbitrairement ce caractère comme un « start » de trame.

• Fin = 61 : code décimal du caractère ASCII ''=''. Ce caractère est le dernier figurant dans chaque trame donc je le définis comme un « end ».

• délai = 30000 : l'unité est la milliseconde, 30000 est une valeur pour tests en laboratoire. En théorie, ce paramètre est une sécurité pour fermer le port de communication à l'issue de ce délai pour ne pas manquer la réception suivante. En pratique, je m'en serts également pour temporiser la durée d'affichage de l'information sur l'écran LCD.

• Longueur = 80 : nombre de caractères de la trame reçue. Ce paramètre est également une sécurité pour fermer le port de communication à l'issue de cette longueur.

L'icône « interface utilisateur » autorise la mise en page de l'écran LCD tel qu'il sera utilisé lors de son fonctionnement autonome. Des boîtes à outils nous permettent d'insérer des objets, notamment des zones de texte. Par la suite, il suffit de remplir les propriétés d'une zone de texte.


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Le radar Sfériel et l’interface G303

Figure 15 : schéma de câblage "radar Sfériel – IHM G303"

Le radar de détection de vitesse est installé en amont de l'itinéraire d'expérimentation. La distance séparant le radar du système de c/c est d'environ 100 mètres, c'est pourquoi la communication est établie par une liaison RS 485. Cependant, le port disponible sur l'IHM correspond à une communication RS 232, avec un connecteur RJ 11. Nous trouvons ici l'utilité du convertisseur IRK100 (cf Illustration 15).


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Tournons nous de nouveau vers le logiciel Crimson 2.0 pour mettre en place la communication entre ces deux appareils. Nous utiliserons de nouveau la propriété pour configurer un port « brut ». La trame envoyée automatiquement par le radar à chaque passage d'un véhicule (cf chapitre « Le radar Sfériel »). A l'image du capteur VAISALA on dira que la passerelle est esclave et le radar maître. Maintenant, en première page du logiciel Crimson 2.0, Ouvrons l'icône « communication ». Nous choisissons le second port de communication RS 232 proposé par l'IHM G303 « comms port » pour connecter le radar. Dans la partie de droite, tout d'abord, nous déclarons ce port comme port brut « raw serial port». Ensuite, nous allons de nouveau programmer nous même le pilote de communication, donc nous inscrivons « Programme1() » en face de « à chaque mise à jour ». Cela signifie que chaque fois que le radar transmettra sa trame, nous enverrons la détection sur le port n°2 vers le « Programme1() ». Enfin, avant de passer à la programmation de ce dernier, il reste à renseigner « les paramètres du port », pour cela se référer au chapitre « Le radar Sfériel ». Le « Programme1() » comprend le pilote de communication avec le radar. En résumé, les fonctions utilisées nous aident à lire la trame de données, isoler la valeur numérique de vitesse sous forme d'une chaîne de caractères et convertir cette mesure en un. Comme précédemment, nous distinguons deux types de variables :

• les variables locales Ces variables sont déclarées et référencées uniquement dans le code du « programme1() ». Exemples : « Trame_vitesse » et « Trame »;

• les variables globales Ces variables sont référencées dans l'icône « Données/Étiquettes ». Dans ce cas, elles deviennent accessibles dans les programmes, pour un affichage sur l'écran LCD de l'IHM, et pour une exportation vers un autre port de communication. Exemples : « Vitesse » Cette variable est déclarée en tant que nombre entier « X ». Elle nous permet d'afficher sur l'écran LCD la valeur de la mesure de vitesse. « Vitesse_T » Cette variable est déclarée en tant que nombre entier. Elle nous permet de transmettre la valeur numérique de la vitesse vers le port RS 485 à destination du DataLogger. Pour cela elle


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est écrite à l'adresse « 400001 » du registre du PLC1 (cf chapitre « Les registres de communication »). « Vitesse_s » Elle est déclarée en tant que variable réelle. Elle permet de transmettre la vitesse de stabilité issue du calcul de la fonction de risque vers le port RS 485 à destination du DataLogger. Pour cela elle est écrite à l'adresse « 400035 » du registre du PLC1 (cf chapitre « Les registres de communication »). La fonction qui nous permet de lire la trame issue du radar sur le port n°2 se présente de la façon suivante : « PortInput (port, début, fin, délai, longueur) » dans laquelle il faut renseigner les paramètres entre parenthèses. Tous correspondent à des valeurs entières. Les paramètres ont été configurés comme suit :

• Port = 2 : le radar est connecté sur le port n°2 de la passerelle RED LION, • début = 2 : code décimal du caractère ASCII ''☻''. Il correspond au « [STX] » de la

trame émise par le radar. Je l'ai déterminé à partir de l'HyperTerminal. • Fin = 61 : code décimal du caractère ASCII '' ♥ ''. Il correspond au « [ETX] » de la

trame émis par le radar. Je l'ai déterminé à partir de l'HyperTerminal. • délai = 3000 : l'unité est la milliseconde, 3000 est une valeur pour tests en laboratoire.

En théorie, ce paramètre est une sécurité pour fermer le port de communication à l'issue de ce délai pour ne pas manquer la réception suivante. En pratique je m 'en sers également pour temporiser la durée d'allumage du PMV associé à l'alerte de vitesse.

• Longueur = 15 : nombre de caractères de la trame reçue. Ce paramètre est également une sécurité pour fermer le port de communication à l'issue de cette longueur.

L'icône « interface utilisateur » autorise la mise en page de l'écran LCD tel qu'il sera utilisé lors de son fonctionnement autonome. L’interface opérateur et le datalogger IDL100 L'IHM G303 et le DataLogger sont reliés par une liaison série RS 485, 2 fils (cf figure 16). Dans cette partie, nous exposons la démarche à suivre pour établir la communication entre ces deux appareils.

Figure 16 : interface opérateur et datalogger


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La configuration se fait au niveau de l'interface G303 à l'aide du logiciel Crimson 2.0. Dans l'icône « communication » du logiciel, après avoir sélectionné le port de communication RS 485 dans la partie de gauche, nous éditons à droite, le pilote pour port série « Modbus Universal Master ». Ensuite, nous précisons le type de protocole correspondant « Modbus RTU », « 600 ms ». En effet, le protocole de communication doit être identique à celui du DataLogger. Concernant les paramètres du port se référer au chapitre « Le DataLogger IDL101 ». Lorsque l'on déclare un tel type de liaison RS 485, il vient s'imbriquer automatiquement un icône intitulé « PLC1 » au dessous de l'icône « Port de communication RS-485 - Modbus Master ». Une fois cet icône sélectionné, j'attire tout particulièrement votre attention sur le paramètre « Adresse » de la trame « identification du périphérique », les autres configurés par défaut convenant parfaitement pour notre application. Ce paramètre doit concorder avec l'adresse attribuée au DataLogger. Dans notre cas, nous employons l'adresse « 1 ». Les registres de communication Avant de poursuivre la partie programmation, nous allons apporter quelques précisions sur la notion de registre du PLC1 abordée auparavant. Une fois la communication établie entre ces deux appareils, passerelle G303 et IDL 101, avec des protocoles de communication équivalent, il est possible de lire et d'écrire d'un instrument à l'autre. Pour ce faire, pour chaque donnée que l'on souhaite véhiculer, il faut l'adresser sur le registre de communication, à partir du logiciel Crimson 2.0. Exemple : « Vitesse_T », abréviation de vitesse transférée. La variable est de type entier. Nous l'écrivons à l'adresse « 400 001 » du registre du PLC1 pour la retrouver au niveau de la variable 1 « V1 » du logiciel ICP100. « Vitesse_s » correspond à la vitesse de stabilité. Celle-ci est de type réel et écrite à l'adresse « 400 035 » pour la lire sur la variable 2 « V2 » du logiciel ICP100. Le datalogger IDL100 et le GSM Siemens Le GSM TC35i est relié à l'IDL101 par une liaison série RS 232 (cf Illustration 17). Avant sa connexion avec le Datalogger, il doit être initialisé avec un programme terminal. Comme pour la configuration des appareils précédents, on utilise l'Hyperterminal de Windows avec les paramètres de port de communication définis dans le chapitre « IV.A.1.4 Le GSM SIEMENS » .


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Figure 17 : le datalogger et le Siemens

L'initialisation s'effectue, grâce à des commandes « AT » présentées ci après : 1. configuration des paramètres du port, 2. commande « AT&F » : pour choisir les paramètres par défaut (selon constructeur), 3. commande « AT+IPR = 19200 » : vitesse de transfert en bauds, elle doit être

équivalente à celle de la liaison série RS 232 du DataLogger IDL101, 4. commande « AT&D0 » : DTR signifie Data Terminal Ready. Cette commande est

uniquement valable pour les appels de données. Elle définit le mode de fonctionnement du GSM pour répondre à ces appels. Dans notre cas, nous ignorons ce statut d'où la valeur de paramètre« 0 »,

5. commande « AT+CMGS = 1 » : dans notre application nous souhaitons l'envoi de message texte (alerte) donc nous activons le mode SMS texte,

6. commande « AT+CSNS = 4 » : chaque appel reçu est pris en compte comme étant un appel de données (et pas un appel voix ou fax). Notre système c/c ne gèrant que l'échange de données,

7. commande « AT+CRC = 1 » : utilisation du format étendu pour caractériser les appels entrants,

8. commande « AT+CNMI » : paramétrage pour la réception, la sauvegarde et l'envoi de SMS,

9. commande « AT&W » : sauvegarde des nouveaux paramètres. D'autres part, il faut initialiser la connexion sur le réseau GSM. Le modem se connecte grâce à une carte SIM rattachée à son abonnement M2M (Machine to Machine, SFR). Celle-ci est protégée par un code PIN comme pour un téléphone portable. En revanche, à la différence d'un utilisateur humain, la machine ne sait pas saisir ce code PIN. C'est pourquoi il est nécessaire de configurer le modem de tel sorte que pour une carte SIM définie, il n'y ai pas de demande d'identification lors de la mise sous tension de l'appareil. Pour cela, il faut manipuler les commandes AT suivantes :

1. commande « AT+CPIN? » Ces deux commandes permettent d'authentifier 2. réponse : +CPIN : SIM PIN la carte SIM avec son code PIN, pour ensuite ok autoriser

la modification des paramètres 3. commande « AT+CPIN=''2311'' » concernant son utilisation. 4. commande « AT+CLCK=''SC'',0,''2311'' » Cette commande s'adresse au paramètre 'SC' (SIM Card). Il active ou désactive la demande d'authentification par code PIN lors de la mise en marche du GSM. La valeur '0' est la constante définie pour désactiver l'authentification. Le nombre '2311' est le code PIN correspondant à la carte SIM.


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Le GSM a été initialisé, il peut être connecté au DataLogger et est prêt à fonctionner.

L’IDL101, les PMVs et la passerelle Dans cette partie nous allons voir comment les PMVs sont commandés et diagnostiqués par le DataLogger, et le rôle joué par la passerelle Red Lion. Comme il est précisé dans le chapitre « Les panneaux à messages variables (PMV) », chaque PMV renvoie quatre informations sur ses états de fonctionnement. Nous les retrouvons branchées sur le DataLogger, et paramétrées sur le logiciel ICP100. Sur ce dernier point, prenons l'exemple du PMV1. Les variables correspondant à ces quatre informations sont numérotées de 4 à 7. Elle sont définies en tant que entrées logiques « LE » (0 ou 1). Au niveau de l'onglet « Borniers », on trouve le numéro de l'entrée logique correspondant à chaque information. Les borniers d'entrées/sorties 5 et 10 sont respectivement occupés par les variables V8, « PMV1 interrupteur » et V13, « PMV2 interrupteur ». Elles sont identifiées comme sorties logiques (LS) et autorisent les commandes d'allumage et d'extinction des PMVs. Pour définir leurs logiques, dans l'onglet « type de sortie », il faut les déclarer en tant que « alarme ». Il est alors possible, dans l'onglet « suppléments », de leur attribuer des conditions logiques de déclenchement. Du point de vue de la passerelle Red Lion. Il est intéressant pour un technicien sur place de pouvoir contrôler rapidement et facilement l'activité des PMVs. En conclusion, nous pouvons lire sur la passerelle Red Lion l'état des informations retournées par chaque PMV connecté sur le DataLogger. La programmation du datalogger IDL101 À ce stade de la programmation, nous avons déclaré les variables pour les données numériques des deux capteurs, de la fonction de risque, et pour les données binaires de contrôle et commande des PMVs. Par la suite, nous avons choisi d'ajouter deux variables de type « alarme ». Une pour chaque PMV. En effet, parmi les quatres informations retournées par un panneau, seulement deux témoignent d'un dysfonctionnement et sont donc sujettes à une alerte par SMS. Celle liée à l'énergie et celle liée à l'état dégradé de l'affichage. Les deux autres informations d'un panneau permettront, par l'analyse des données enregistrées, de comparer à l'instant t, l'état d'affichage d'un PMV (information retournée par le PMV) avec l'état de sa commande d'affichage (information envoyée par le DataLogger). La raison d'existence de ces deux variables est que le logiciel ICP100 ne propose que quatre fonctions d'alerte SMS déclenchées chacune par une seule condition. Par conséquent, on utilise l'alarme2 conditionnée par la variable « PMV1 alarme », elle même déclenchée par l'état des variables « PMV1_NRJ » ou « PMV1_aff_dégradé », pour envoyer le message SMS : « St Quay Portrieux : Le PMV 1 ne fonctionne pas correctement ». Il ne reste plus qu'à remplir les champs du numéro de téléphone et du temps d'acquittement.


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On dispose alors à ce stade de deux alarmes libres. On utilise la quatrième pour avertir un superviseur distant, toujours à l'aide d'un SMS, lorsque la mémoire RAM du DataLogger est pleine. Il pourra alors faire le nécessaire pour récupérer les données enregistrées et purger la mémoire. À l'aide du logiciel ICP100. Cliquer sur le bouton, « Fonct. Logger » de l'onglet « Paramét. Module ». Alors s'ouvre la boîte de dialogue représentée en fenêtre 2. Il faut ici, tout d'abord, définir toutes les variables que l'on souhaite faire figurer dans le fichier de sauvegarde. Nous avons, dans l'ordre, sélectionné les variables incarnant les valeurs numériques de la vitesse, de la hauteur d'eau et de la vitesse de stabilité, et les états binaires de fonctionnement et de commande des PMVs. Ensuite, il faut renseigner les paramètres d'échantillonnage et d'enregistrement.

3.1.3 – Connexion à distance À ce stade, toutes les fonctionnalités du système contrôle/commande sont effectives, il suffit alors d’installer le système complet, c'est à dire capteurs et système de contrôle/commande, dans un local éloigné de 300 mètres du bureau de supervision. On équipe l'ordinateur d'un modem relié à une prise téléphonique. On procède alors, à partir du logiciel ICP100, aux manipulations suivantes pour me connecter sur le système :

• tout d'abord, dans la barre des menus, on choisit l'onglet « communication » puis « paramètres » (cf fenêtre 1), pour identifier les options de communication avec le GSM du système distant.

• ensuite, le téléphone jaune disponible dans la barre des tâches permet d'enregistrer des contacts (cf fenêtre 2),

• enfin, une fois le numéro de téléphone sélectionné, la connexion s'établit automatiquement (cf fenêtre 3 et 4).

3.1.4 – Bilan technique Dans ce chapitre, on reprend chacun des objectifs du système contrôle/commande définis dans le cahier des charges CCTP afin de les valider, ou invalider, en fonction du matériel choisi. Tout d'abord, il y a les objectifs atteints conformément au cahier des charges :

• la capture des mesures de hauteur d'eau et de vitesse dans les trames respectivement envoyées par le VAISALA et le radar. C'est la passerelle Red Lion qui remplit parfaitement ce rôle, aidé du convertisseur.

• l'exploitation des données capteurs est établie au sein du DataLogger IDL101 , • le calcul de la fonction de risque est intégré dans la passerelle, • la gestion du contrôle et de la commande des PMVs est prise en charge, simplement,

par le DataLogger, • les alertes SMS fonctionnent parfaitement grâce au Datalogger et au modem GSM,


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remarque : la nature des messages précise le panneau en panne mais pas l'origine du dysfonctionnement. Ce n'est pas un problème puisque dès réception de l'alerte, il suffit de se connecter à distance sur le système avec le logiciel ICP100 pour la déterminer.

• les enregistrements sont horodatés, déclenchés sur alarmes de dépassement de seuil ou continues, et mémorisent toutes données numériques et états binaires,

• le téléchargement des données sauvegardées se fait par le réseau GSM grâce au logiciel ICP100,

remarque : la mémoire de 512 koctets est petite mais cela n'est pas contraignant puisqu'il y a la possibilité de programmer une alerte SMS en cas de mémoire pleine,

• il est possible d'arrêter, redémarrer ou modifier le fonctionnement du système grâce au logiciel ICP100 qui autorise la connexion à distance au travers du GSM,

• le système garde en mémoire son programme et les données sauvegardées pendant dix jours au delà d'une coupure de courant.

3.2 – Les armoires de bord de route Nous avons opté pour le fournisseur SAREL [18]. L'armoire choisie nous paraissait mieux adaptée à notre application pour un coût plus faible. Les caractéristiques générales de l'armoire de bord de route sont :

• composition en matière polyester, • catégorie autoventilée pour éviter la condensation, • degré de protection IP54 minimum (cf annexe 12), • dimension 750*500*320/420 (dépend du fabricant), • fixation au sol, • fermeture par serrure de sureté.

Avec les accessoires :

• platine perforée pour la fixation des matériels électriques et électroniques, • kit de barreaux crantés permettant le réglage en profondeur, • un socle polyester de 60 cm. Il a pour fonction de surélever l'armoire, afin de faciliter

l'accès à son intérieur lors d'une intervention. De plus, il sert de rangement pour les câbles d'alimention EDF, et de communication avec les capteurs et panneaux.

3.3 – Le matériel d’intégration électrique En vue d'installer les différents composants du système c/c dans l'armoire de bord de route, nous devons disposer de certains matériels électriques. Nous nous les sommes procurés auprès du fournisseur Radiospares [20]. Tout d'abord, nous devons respecter le cahier des charges, c'est à dire les exigences de la norme NF EN 12966-1 de janvier 2006, en particulier, vis à vis de la sécurité des personnes en


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cas de défaut ou d'accident. En conséquence, nous équipons l'armoire des composants électriques suivants :

• un disjoncteur différentiel de 30 mA Il est obligatoire et assure - La protection des circuits contre les surintensités dues aux surcharges ou aux courts circuits ; - La protection des personnes contre les contacts indirects (fuites de courant à la terre). La sensibilité différentielle du disjoncteur est de haute sensibilité (30mA) car l'installation est considérée comme dangereuse.

• interrupteurs sectionneurs de 16 A Appareil électromécanique permettant de séparer, de façon mécanique, un circuit électrique et son alimentation. Son objectif est d'assurer la sécurité des personnes travaillant sur la partie isolée du réseau électrique. Il est dimensionné en fonction des récepteurs à alimenter. Ils sont au nombre de quatre : - un pour le PMV1 ou le PMV3 (selon site), - un pour le PMV2 ou les plots lumineux, - un pour la prise 230 volts disponible dans l'armoire, - un pour l'alimentation des appareils du système c/c.

• une alimentation 24 volts Elle alimente chacun des appareils constituant le système c/c (cf fiches techniques annexes 6, 8, 9, 10).

• deux parafoudres unipolaire Le parafoudre protège les installations électriques contre les surtensions liées à la foudre.

• Accessoires de câblage

3.4 – Le prototype final Le montage définitif du système c/c intégré dans une armoire de bord de route vous est présenté figure 18.


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Figure 18 : le système c/c intégré dans une armoire de bord de route


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CONCLUSION Dans ce livrable, nous avons présenté le système contrôle/commande développé par le CETE Normandie Centre. Ce système a pour objectifs de piloter la signalisation mise en place sur IRCAD. Cette signalisation est basée sur l’utilisation de panneaux à messages variables. Le système contrôle/commande est architecturé autour d’un datalogger IDL100 qui comprend en entrée/sortie les différents capteurs mis en place sur les sites IRCAD. Le système a parfaitement rempli son rôle pour les différentes phases de l’expérimentation. Ce système de contrôle/commande de panneaux à message variable est fiable (une seul panne a nécessité le remplacement d’un élément du système à cause de la foudre). D’autre part, l’architecture globale du système est flexible puisque nous avons ajouté différents capteurs pour chaque phase du projet et modifié l’algorithme de fonctionnement. Cependant, quelques améliorations sont possibles :

• gestion des horodates (notamment lors des changements d’heure) et de dérive des horloges par l’utilisation d’un GPS par exemple,

• rapidité de communication avec le système distant (utilisation du 3G), • fiabilité du système de communication avec le système distant (plusieurs redémarrage

sur place du modem afin de retrouver la connexion ont été nécessaires), • une mémoire plus important pour le stockage des données enregistrées.


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BIBLIOGRAPHIE [1] CETE NC : Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Normandie Centre,

site Internet : http://www.cete-nc.i2/,

[2] Projet SARI, htttp://www.sari.prd.fr/,

[3] IGN : Institut National Géographique, http://www.ign.fr, rubrique Geoportail,

[4] VAISALA, http://www.vaisala.fr,

[5] Sfériel, http://www.sferiel.com,

[6] Optifib, http://fr.optifib.com,

[7] Holophane, http://www.holophane.fr, Crysal, http://www.cryzal.fr,

[8] LR : Laboratoire Régional de Lyon, Monsieur Michel Gothié,

[9] LCPC Nantes : Laboratoire Centrale des Ponts et Chaussées de Nantes, http://www.cete-lyon.equipement.gouv.fr, Monsieur Vincent Lecam, service métrologie et instrumentation

[10] BGP electronic, http://www.bgp.fr, Monsieur Guillaume Pochon

[11] ISIT, http://www.isit.fr,

[12] REDLION, http://www.redlion.net,

[13] Crimson2.0, logiciel : http://www.redlion.net/Support/Downloads/SoftwareLibrary/Crimson2.html, manuel : http://www.redlion.net/International/French/Support/C2manrev9_G3_French.pdf,

[14] GSM SIEMENS TC35i, https://pia.khe.siemens.com/index.aspx?Nr=14278, manuel : http://www.dateline.ru/download/manual/man-siemens-gsm-tc35t.pdf, commande : http://www.seapraha.cz/Download/tc35i_atc_v0103_1073581.pdf,

[15] SFR, http://www.sfrentreprises.fr/ge/solutions-data/machine/index.jsp,

[16] Direct Industry, http://www.directindustry.fr/fabricant-industriel/armoire-electrique-60970.html,

[17] GE POWER CONTROLS, http://gepowercontrols.com,

[18] SAREL, http://www.sarel.fr, http://www.sarel.fr/fr/catalogue/arborescence.php?ref_famille=3&ref_sousfamille=26,

[19] REXEL, http://www.rexel.fr,

[20] Radiospares, distributeur par catalogue de fournitures industrielles, composants électroniques, composants électriques, d'automatisme, d'équipement, de test et de mesure ..., http://www.radiospares.fr

[21] PREDIT, Programme de Recherche et d'Innovation dans les Transports Terrestres, http://www.predit.prd.fr/predit3/homePage.fo


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ANNEXES

Annexe 1 : documentation technique du capteur DSC11 1 de VAISALA


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Annexe 2 : documentation technique du Radar SURVEYO R 1 de Sfériel


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Annexe 3 : bordereau des prix unitaires pour la sol ution « carte électronique »

N°de matériel

Désignation du matériel Unité Prix unitaire

2 6000 €

pour 2 premières cartes + routage

01

Carte électronique comprenant principalement : - le processeur - les 3 connexions RS 232 - les entrées et sorties tout ou rien et analogiques

2

1000 € par carte

supplémentaires

1 3885 €

tarif laboratoire de recherche 02 Licence Visual DSP

1 6000 €

tarif professionnel

03 Alimentation Thermo-régulée + intégration carte 1 300 €

Total TTC 12185 €


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Annexe 4 : bordereau des prix unitaires concernant la solution « DataLogger »


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Annexe 5 : bordereau des prix unitaires concernant la solution « PC industriel »


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Annexe 6 : fiche technique IDL100


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Annexe 6 : logiciel ICP 100 pour la programmation d u DataLogger IDL 101


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Annexe 7 : fiche technique de l'interface opérateur G303


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Annexe 8 : fiche technique du convertisseur IRK 100


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Annexe 9 : fiche technique du modem GSM Siemens


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Annexe 10 : devis de la société GE-POWER-CONTROLS p our armoire électrique


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Annexe 11 : devis de la société SAREL pour armoires électriques


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Annexe 12 : document d'information sur les indices de protection IP

thème 3 : ircad - ifsttar

Documents