NOTES DU COURS DES ORGANES D'
AUTOMATISME ET DE CONTROLE DES
PROCEDES INDUSTRIELS

Djamba Tunda-Olembe

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Djamba Tunda-Olembe. NOTES DU COURS DES ORGANES D' AUTOMATISME ET DE CONTROLE DES PROCEDES INDUSTRIELS. Master. Cours d' organes d' automatisme et de contrôle de procédés industriels, Université Protestante de Lubumbashi, Congo-Kinshasa. 2024, pp.201. hal-05002293

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REPUBLIQUE DEMOCRATIQUE DU CONGO

ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET UNIVERSITAIRE

UNIVERSITE PROTESTANTE DE LUBUMBASHI

COURS D'ORGANES D'AUTOMATISME
ET DE CONTROLE DES PROCEDES
INDUSTRIELS II

(GD1 ISI)

PAR MASTER ING CIVIL TUNDA-OLEMBE DJAMBA

NOVEMBRE 2018

1
# DESCRIPTIF DU COURS D'ORGANES D'AUTOMATISMES ET DE CONTROLE DES PROCEDES INDUSTRIELS II

**FACULTE :** SCIENCES INFORMATIQUES

**DEPARTEMENT :** INGENIERIE DES SYSTEMES D' INFORMATION ( ISI )

**INTITULE :** ORGANES D'AUTOMATISMES ET DE CONTROLE DES PROCEDES INDUSTRIELS II

**VOLUME :** 45 HEURES

**PROMOTION :** GD1 ISI

**TITULAIRE :** TUNDA-OLEMBE DJAMBA

**PROFIL ACADEMIQUE :** CT

**EMAIL :** tundaolembe@yahoo.fr

**TELEPHONE :** 0974762941

## I. PRE-REQUIS

AUTOMATIQUE, ARCHITECTURE DES MICROPROCESSEURS ET SYSTEME D'INFORMATION

## II. LIMINAIRE

Afin de répondre aux besoins du marché, les entreprises doivent rechercher continuellement des solutions. Réduire les dépenses, améliorer le rendement des procèdes industriels ou la qualité des produits, sont des thèmes récurrents que l'entreprise s'efforce d'améliorer pour se démarquer.

Et ces efforts d'amélioration impliquent une bonne coordination entre les différents pôles de l'entreprise notamment au niveau de leurs échanges d'informations. Voilà pourquoi deux types de système d'information se sont développés au niveau des sites de production :

1. Le système d'information de l'entreprise comprenant les fonctions de gestion de l'entreprise (Finances, comptabilité, commerciale et marketing, ressources humaine, ERP, ...)

2. Le système d'information industriel assurant le contrôle, la commande et le pilotage en temps réel des ateliers de fabrication et des lignes de production. Les systèmes d'informations industriels sont déployés dans les sites industriels et comprennent les éléments suivants: les réseaux des organes d'automatisme et de contrôle, la supervision SNCC, la supervision SCADA et le MES.

La communication entre les deux systèmes d'informations reste difficile car leurs objectifs, leurs bases de temps et leurs utilisateurs sont différents. C'est pourquoi l'objectif principal du cours d'étudier les matériels et les logiciels qui permettent d'intégrer les équipements industriels au système d'information de l'entreprise. Cette intégration se fait
autour de trois logiciels : ERP (Enterprise Resource Planning), MES (Manufacturing Execution System) et SCADA (Supervisor Control And Data Acquisition)

### III. OBJECTIFS DU COURS

1. L'étudiant doit comprendre et maitriser les aspects matériels et logiciels de l'informatique dans le contexte d'applications à usage industriel, afin de lui permettre de concevoir, et de mettre en œuvre les réseaux des organes d'automatismes et de contrôle, la supervision industrielle et système d'information industriel ;

2. L'étudiant doit comprendre les notions fondamentales sur le système d'information intègre ERP.

### IV. METHODE DE COMMUNICATION

1. Cours théorique orienté vers la pratique ;

2. Travaux et discussion en groupe ;

3. Organisation TD et TP ;

4. Autoformation.

### V. METHODE D'EVALUATION

1. Travaux pratiques ;

2. Interrogations ;

3. Examen

### VI. PLAN DU COURS

- Chapitre 1 : Introduction au système d'information industriel ;

- Chapitre 2 : Les réseaux des organes d'automatisme et de contrôle ;

- Chapitre 3 : Le système d'information industriel et le MES ;

- Chapitre 4 : Supervision industrielle et le SCADA ;

- Chapitre 5 : Le système d'information d'une entreprise industrielle et l'ERP.

### VII. BIBLIOGRAPHIE

1. Anthony BUTHOD et Vincent BOYER
   'Introduction au concept MES Manufacturing Execution Système'
   Cours de l'Université de Savoie, France, 2015.

2. Pierre BONNET
   'Introduction à la supervision industrielle'
   Cours de l'Université de Lille 1, Lille, 2017.

3. Jean-François PETIN
   'Cours d'ingénierie d'automatismes : Systèmes de supervision industrielle et systèmes informations industriels'
   Université Henry Poincaré, Nancy 1, France, 2017.
4. Mohamed LOUADI
' Progiciel de gestion intégrée ERP '
Cours de l'Institut supérieur de gestion de Tunis, Tunisie 2011

5. Bernard COUSIN
' Cours de réseaux des capteurs '
Université de Rennes, France, 2017

6. Laurent BARBE
'Cours de systèmes numériques de contrôle et de commande SNCC'
INSA, Strasbourg, France, 2015

7. Djeffal ABDELHAMID
' Cours de réseaux locaux industriels '
Université Mohamed Khider, BRISCA, Algérie, 2016

8. James A. O' BRIAN
'Introduction to information systemes: Essentials for the e-business enterprise '
Eleventh edition, Mc Graw Hill, New-York, 2010

9. Kenneth LONDON et Jane LONDON
' Management des systèmes d'informations '
Editions Nouveaux horizons, Paris, 2013.
# CHAP.1 : INTRODUCTION AUX SYSTEMES D'INFORMATIONS INDUSTRIELS

## I.1 SYSTEME D'INFORMATION ET E-BUSINESS

### I.1.1 SYSTEME D'INFORMATION D'ENTREPRISE

#### I.1.1. Généralités sur le système d'information d'entreprise

Un **système d'information** (SI) est un ensemble organisé de ressources (matériels, logiciels, personnel, données et procédures) qui permet de collecter, regrouper, classifier, traiter et diffuser de l'information sur un environnement donné¹.

L'apport des nouvelles technologies de l'Information (NTIC) est à l'origine du regain de la notion de système d'information. L'utilisation combinée de moyens informatiques, électroniques et de procédés de télécommunication permet aujourd'hui -selon les besoins et les intentions exprimés-d'accompagner, d'automatiser et de dématérialiser quasiment toutes les opérations incluses dans les activités ou procédures d'entreprise.

Ces capacités de traitement de volumes importants de données, d'interconnexion de sites ou d'opérateurs géographiquement éloignés, expliquent qu'elles sont aujourd'hui largement utilisées (par exemple dans les activités logistiques) pour traiter et répartir l'information en temps réel, en lieu et place des moyens classiques manuels - plus lents - tels que les formulaires sur papier et le téléphone.

Ces capacités de traitement sont également fortement appréciées par le fait qu'elles renforcent le caractère « systémique » des données et traitements réalisés : la cohérence et la consolidation des activités lorsqu'elle est recherchée et bien conçue permet d'accroître la qualité du contrôle interne de la gestion des organisations, même lorsque celles-ci sont déconcentrées ou décentralisées.

Le système d'information est le véhicule de la communication dans l'organisation. Sa structure est constituée de l'ensemble des ressources (les hommes, le matériel, les logiciels) organisées pour :
collecter, stocker, traiter et communiquer les informations. Le système d'information coordonne
grâce à l'information les activités de l'organisation et lui permet ainsi d'atteindre ses objectifs.

Le système d'information se construit autour de processus "métier" et ses interactions, et non
simplement autour de bases de données ou de logiciels informatiques. Le système d'information
doit réaliser l'alignement stratégique de la stratégie d'entreprise par un management spécifique.

La gouvernance des systèmes d'information ou gouvernance informatique ( IT gouvernance) renvoie
aux moyens de gestion et de régulation des systèmes d'information mis en place dans une
organisation en vue d'atteindre ses objectifs ². À ce titre, la gouvernance du SI fait partie intégrante
de la gouvernance de l'organisation. Les méthodes ITIL (IT infrastructure library ) et COBIT sont par
exemple des supports permettant de mettre un SI sous contrôle et de le faire évoluer en fonction de
la stratégie de l'organisation.

I.1.1.2 Composition d'un système d'information d'entreprise

Dans un système d'information d'une grande entreprise, on trouve :

* un ERP - *Enterprise Resource Planning* (en français : PGI pour progiciel de gestion intégré) - qui intègre tous les systèmes informatisés permettant de soutenir le fonctionnement de l'entreprise ;

* des systèmes appelés « spécifiques » (ou encore : non standards, de conception « maison », développés sur mesure, que l'on ne trouve pas sur le marché, ...), où l'on rencontrera davantage d'applications dans les domaines du calcul de coûts, de la facturation, de l'aide à la production, ou de fonctions annexes.

La proportion entre ERP et systèmes spécifiques est très variable d'une entreprise à l'autre.
L'urbanisation traite de la cartographie des systèmes de l'entreprise et donc de son système
d'information.

Dans les ERP, on trouve des modules couvrant différents domaines d'activité (comme la gestion de
la production, la gestion de la relation commerciale avec la clientèle, la gestion des ressources
humaines, la comptabilité, ...) autour d'une base de données commune.
Il est fréquent qu'une entreprise soit équipée de plusieurs progiciels différents selon ses domaines d'activité. Dans ce cas, les progiciels ne sont pas totalement intégrés comme dans un PGI, mais interfacés entre eux ainsi qu'avec des applications spécifiques. On trouvera par exemple des applications de :

* **CRM - Customer Relationship Management (en français : GRC pour Gestion de la relation client)** : regroupe toutes les fonctions permettant d'intégrer les clients dans le système d'information de l'entreprise

* **XRM - eXtended Relationship Management (en français : Gestion de la Relation Tiers)** : est un système d'information d'entreprise, imaginé par Nelis XRM en 2005, dont les processus relationnels constituent le socle de l'organisation de l'information.

* **SCM - Supply Chain Management (en français : GCL pour Gestion de la chaîne logistique)** : regroupe toutes les fonctions permettant d'intégrer les fournisseurs et la logistique au système d'information de l'entreprise

* **HRM - Human Resource Management (en français : SIRH pour la GRH)**

* **PDM - Product Data Management (en français : SGDT pour Système de gestion de données techniques)** : fonctions d'aide au stockage et à la gestion des données techniques. Surtout utilisé par les bureaux d'études.

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Autres composants possibles

D'autres composants peuvent être inclus dans un système d'information pour offrir des caractéristiques techniques ou des fonctionnalités spécifiques :

* Applications métiers,

* Bases de données de l'entreprise,

* Contrôle d'accès,

* Dispositifs de sécurité,

* Infrastructure réseau,

* Postes de travail informatique,

* Accès aux réseaux Internet, Intranet ou Extranet,

* Serveurs d'application,

* Serveurs de données et systèmes de stockage,

* Système de paiement électronique,

* Système de sécurité (protection et chiffrement),

* Outils de Groupware, agendas,

* espace de partage de documents,

* échange d'informations (forums électroniques),

* gestion de contacts,

* conférence électronique (chat, vidéoconférence).

I.1.2 E-BUSINESS

Le e-business (pour ELECTRONIC BUSINESS) parfois traduit en affaires électroniques, et parfois traduisible par commerce électronique, correspond à une notion très vaste que l'on pourrait synthétiser par l'utilisation de moyens électroniques (particulièrement des techniques de l'information et de la communication) pour réaliser des affaires (business en anglais). Ce sont souvent les techniques de l'internet et le Web qui viennent à l'esprit, mais en fait presque toutes les techniques informatiques et de télécommunications interviennent dans le domaine des affaires électroniques. Les affaires électroniques existaient d'ailleurs bien avant l'apparition de la toile, même si celle-ci a permis une meilleure visibilité de ce domaine par le grand public.
Les méthodes proposées par les affaires électroniques permettent aux entreprises de mettre en œuvre leurs processus plus efficacement et avec plus de souplesse tant en interne qu'avec les entités extérieures. Ces méthodes permettent de travailler plus étroitement avec les fournisseurs et partenaires, dans le but de satisfaire au mieux les besoins et les attentes des clients.

En pratique, l'utilisation du commerce électronique conduit à de nouvelles sources de revenu, à l'amélioration des relations avec les clients et partenaires, et à une meilleure efficacité par l'emploi des systèmes de gestion des connaissances. Les affaires électroniques peuvent se déployer à travers le réseau Internet public, des réseaux internes (Intranet) ou externes (Extranet) privés et sécurisés, ou plus généralement tout moyen de communication électronique.

L'e-business ne se réduit pas au commerce électronique. Il couvre également tous les processus impliqués dans la chaîne de valeur : les achats électroniques (e-procurement en anglais), la gestion de la chaîne d'approvisionnement avec le traitement électronique des ordres, le service à la clientèle, et les relations avec les partenaires. Cela s'applique aux organisations traditionnelles et virtuelles. Les standards techniques propres à l'e-business facilitent les échanges de données entre les entreprises. Les solutions logicielles intégrant ces standards permettent l'intégration des processus au sein des entreprises mais aussi entre les entreprises.

Les principales catégories e-business sont :

* **B2B (Business to Business)** permet aux entreprises de faire des affaires via des moyens électroniques

* **B2C (Business to Consumer)** permet aux entreprises de vendre des biens, à travers un site web par exemple

* **C2C (Consumer to Consumer)** permet aux personnes de faire des affaires entre particulier (enchères par exemple)

* **B2E (Business to Employee)**, sous forme d'intranet par exemple, permet à l'entreprise de communiquer avec ses employées

* **G2B (Government to Business)**, permet aux gouvernements de communiquer avec les entreprises
* **G2C (Government to Consumer)**, permet aux gouvernements de communiquer avec ses concitoyens

* **A2A (Administration to Administration)**, Permet aux administrations de communiquer entre elles.

Cette liste n'est pas exhaustive, mais ce sont les catégories que l'on retrouve le plus souvent dans la littérature.

## Quelques exemples d'outils pour les affaires électroniques :

### 1. Systèmes de gestion interne :

* gestion des relations client (GRC ou CRM en anglais)

* planification des ressources de l'entreprise (PGI ou ERP en anglais)

* portail des informations relatives aux employés

* intranet

* gestion des connaissances (Knowledge Management en anglais)

* gestion des flux d'informations (Workflow Management en anglais)

* système de gestion de documents

* gestion des ressources humaines

* contrôle des procédés

* traitement des opérations internes

### 2. Systèmes de communication et de collaboration :

* système gestion de contenu

* courrier électronique

* messagerie vocale

* forum de discussion

* système de bavardage (chat en anglais)

* conférence virtuelle

* système de travail en groupe (groupware en anglais)
* EDI, systèmes permettant l'échange de données entre 2 ou plusieurs entreprises

3. Systèmes de commerce électronique :

* système de transfert électronique de fonds

* gestion de la chaîne d'approvisionnement

* marketing électronique

* marketing en ligne

* traitement en ligne des transactions

* commerce mobile (M-Commerce)
# I.2 INTRODUCTION A LA SUPERVISION
INDUSTRIELLE

## I.2.1 GENERALITES

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### Supervisions et IHM : définitions

Dans l'industrie, **la supervision** est une technique de suivi et de pilotage informatique de procédés de fabrication automatisés. La supervision concerne l'acquisition de données et la modification manuelle ou automatique des paramètres de commande des processus généralement confiés à des automates programmables, des machines spéciales, des robots...

**SCADA** Supervisory Control And Data Acquisition

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**L'Interface Homme - Machine (IHM)** représente l'interface informatique proche de la machine, principalement à l'usage de l'opérateur d'atelier.

**HMI** : human-machine interface

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<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>SUPERVISION INDUSTRIELLE SUR CHANTIER</figcaption></figure>

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# Supervisions

* Collecter les données

* Traiter les informations

* Créer les bases de données

* Diffuser les résultats

La supervision dans la hiérarchie d'une entreprise manufacturière

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### I.2.2 ORGANISATION LOGICIELLE DE LA SUPERVISION

⇒ Les logiciels de supervision sont une classe de programmes applicatifs dédiés à la production dont les buts sont :

- l'assistance de l'opérateur dans ses actions de commande du processus de production (interface IHM dynamique...)

- la visualisation de l'état et de l'évolution d'une installation automatisée de contrôle de processus, avec une mise en évidence des anomalies (alarmes)

- la collecte d'informations en temps réel sur des processus depuis des sites distants (machines, ateliers, usines...) et leur archivage

- l'aide à l'opérateur dans son travail (séquence d'actions/batch, recette/receipe) et dans ses décisions (propositions de paramètres, signalisation de valeurs en défaut, aide à la résolution d'un problème ...)

- fournir des données pour l'atteinte d'objectifs de production (quantité, qualité, traçabilité, sécurité...)

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### I.2.3 ORGANISATION MATERIELLE DE LA SUPERVISION

#### Les calculateurs

<figure><img src="image_15.png" /><figcaption>Baie 19”</figcaption></figure>

<figure><img src="image_16.png" /><figcaption>PC en rack 19”</figcaption></figure>

<figure><img src="image_17.png" /><figcaption>ShoeBox PC</figcaption></figure>

<figure><img src="image_18.png" /><figcaption>Panel PC</figcaption></figure>

<figure><img src="image_19.png" /><figcaption>Terminal portatif
Quelques images</figcaption></figure>

#### Les automates programmables

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Réseau

Automate

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<figure><img src="image_22.png" /></figure>

Capteurs / Actionneurs

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<figure><img src="image_25.png" /><figcaption>TOP 10 COUNTRIES BY ROBOT DENSITY
(Industrial robots per 10 000 manufacturing workers)</figcaption></figure>

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Les robots
industriels

Quelques images

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FANUC

ABB

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<figure><img src="image_31.png" /></figure>

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Les réseaux informatiques permettent de relier
entre eux toutes les composantes de l'installation

Il n'existe pas de réseau « unique ». Il y a une diversité de choix selon les performances attendues

Les réseaux

Réseaux et Bus de
Terrain

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I.2.3 SUPERVISION ET PYRAMIDE CIM

Importance des réseaux dans l'informatique industrielle

Le concept de la pyramide du CIM

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La pyramide du CIM (Computer Integrated Manufacturing) est une méthode largement généralisée (en particulier dans l'informatique). Il s'agit d'une représentation comportant 4 niveaux auxquels correspondent des niveaux de décision. **Plus on s'élève dans la Pyramide du CIM, plus le niveau de décision est important, plus la visibilité est globale et plus les cycles standards s'allongent.** Un niveau supérieur décide ce qu'un niveau inférieur exécute

<figure><img src="image_34.png" /></figure>

source : "CIM, les nouvelles perspectives de la production", Jean-Baptiste Waldner, DUNOD-BORDAS, Paris, 1990
La pyramide du CIM : les réseaux

La pyramide du CIM, définit le modèle d'usine industrielle au sens de l'automatisation et de la communication. Actuellement, elle décrit les différents niveaux de communication sous une forme quantitative des données à véhiculer.

Le choix du réseau est différent selon les niveaux dans la pyramide. On prendra couramment Ethernet TCP/IP pour les niveaux 1 à 4. Pour le niveau 0, on est dans le domaine des Bus de Terrain Industriels qui offrent rapidité, déterminisme et une très bonne tenue aux contraintes d'environnement.

Temps différé

<figure><img src="image_35.png" /></figure>

Trames longues (Ethernet)

• Au niveaux supérieurs, on a de **gros paquets de données** (fichiers) sans impératif de performance absolue.

Trames courtes

Trames courtes

Trames courtes

• Au niveau 0, transfert performant - **peu d'informations mais très rapidement**

Temps réel

Il y a 2 exigences impératives vis à vis des réseaux industriels:

**Sécurité de l'information** : l'erreur peut être dangereuse...

**Déterminisme** : faculté de transférer des données dans un temps donné.

13

1.2.4 SUPERVISION INDUSTRIELLE ET SYSTEME D'INFORMATION

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3
# I.3 DE LA SUPERVISION AU SCADA ET MES

## I.3.1 DE LA SUPERVISION AU SCADA

### I.3.1.1 DEFINITION

Ensemble des tâches qui visent à surveiller l'état de fonctionnement d'un procédé, pour l'amener au plus près de son point de fonctionnement nominal et l'y maintenir.

Ceci requiert des procédures adéquates ainsi que le contrôle de leur exécution et de leurs résultats.

Objectifs :

- détecter toute rupture de performance.

- participer au maintien des cadences de production à leur niveau optimal

- permettre la reconfiguration des paramètres de fonctionnement

- assurer un certain niveau de disponibilité

- faciliter le diagnostic de pannes pour optimiser les tâches de maintenance.

### I.3.1.3 AVENEMENT DE LA SUPERVISION

#### 1 - Pour les procédés continus

- **Au début, la supervision des procédés était purement humaine:** L'ouvrier avait connaissance en temps réel des données qui le concernent. Le contre-maître était informé dans l'heure des événements qui concernaient son équipe, puis l'information montait plus ou moins vite et plus ou moins diluée vers le haut.

- Il s'est avéré utile de **centraliser les données** et on a vu apparaître ainsi des **salles de contrôle** avec des mûrs couverts de tableaux, de vues synoptiques et d'indicateurs représentant les états de variables.

**Les opérateurs disposaient de commandes principales sous forme de manettes, rhéostats, boutons pousoirs, etc.**

- Les procédés sont devenus de plus en plus complexes et **il est devenu difficile pour un seul opérateur d'avoir une vue synthétique et globale du procédé**.

La multiplication des écrans avec des synoptiques animées a permis de représenter sur des surfaces beaucoup plus petites une multitude de vues accessibles à volonté.

(Les premiers systèmes étaient complexes et spécifiques)

- D'autres **fonctionnalités sont apparues:** enregistrement d'erreurs "au fil de l'eau", gestion des alarmes, etc.
## 2 - Pour les procédés manufacturiers

Les procédés manufacturiers ont pu se passer pendant longtemps de la supervision, mais avec l'avènement de l'automatisation, il est devenu nécessaire de centraliser dans un lieu unique les données concernant l'avancement de la fabrication.

La conduite flexible suppose une interaction constante entre les équipements de pilotage et les systèmes d'information de l'entreprise.

Le but de l'automatisation était de réduire les coûts de fabrication, donc il était nécessaire d'éviter de développer un nouveau système de contrôle pour chaque nouvelle application, et de s'orienter vers des équipements informatiques banalisés: micros, mini-ordinateurs et des logiciels de supervision.

Un nouveau marché est apparu: celui de la GTC (Gestion Technique Centralisée) et du bâtiment intelligent.

### I.3.1.4 POSITIONNEMENT DE LA SUPERVISION

<figure><img src="image_37.png" /></figure>
<figure><img src="image_38.png" /></figure>

*Manufacturing Process Management, Enterprise Ressource Planning...*
*Ou La Production Intégrée...*

<figure><img src="image_39.png" /></figure>
Le Système de Production

<figure><img src="image_40.png" /></figure>

### 1.3.1.5 ROLES DE LA SUPERVISION

#### Pourquoi la supervision?

* Aide à la conduite

- Visualisation

- Concentrateur de données

- Maintenance

* Systèmes complexes et distribués

* Flexibilité

- Optimisation de conduite

- Nourrir la traçabilité

* Améliorer la productivité

* ....
## ROLE 1 : AIDE A LA CONDUITE (CONTROLE ET COMMANDE)

<figure><img src="image_41.png" /></figure>

## ROLE 2 : SUPPORT INFORMATION

* Sans les superviseurs

- Parcours de l'installation

* Surveillance directe de procédé

* L'opérateur se base sur des indices informels (bruits du moteur, température...)

- Pupitre classique

- Panneaux synoptiques

### Avec les superviseurs

* Flexibilité de mode de présentation de l'information (courbes, graphiques, animations, fond, ...)

* Structuration par bloc de variables

* Mémorisation ou prétraitement des variables de procédé.

* Perception de l'information en vrai et en temps réel

* Passage rapide d'une information à l'autre
ROLE 3 : GESTION DES ALARMES

• Alarme = Dysfonctionnements et anomalies

* Les alarmes nécessitent l'« intervention » de l'opérateur

* Différents types d'alarmes

– Avec ou sans acquittement

- Historisation

- etc.

* Selon la « qualification » de l 'opérateur, celui-ci peut acquitter les alarmes.

Exemple industriel : une plateforme pétrolière :

•La supervision se fait par la surveillance de 500 variables analogiques et 2500 variables logiques (TOR)

•Les alarmes sont générées sur des dépassements de seuils.

•Une avalanche d'alarmes peut mettre en jeu 500 alarmes (variables) en moins d'une minute.

•Un problème mineur toutes les demi-heure et un problème majeur par semaine.

•Il y a plus d'avantages à éviter un arrêt de l'installation qu'à gagner qq % de production

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1.3.2. MISE EN OEUVRE DE LA SUPERVISION AVEC LE SCADA

1.3.2.1 PRESENTATION DU SCADA

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Supervisory Control and Data Acquisition
(SCADA)

Une fondation de l'excellence opérationnelle

SCADA n'est pas une technologie spécifique, mais un type d'application. SCADA signifie Supervisory Control and Data Acquisition (système de **supervision industrielle** qui traite en temps réel un grand nombre de mesures et controle à distance les installations). Toute application qui reçoit les données de fonctionnement d'un système pour contrôler et optimiser ce dernier est une application SCADA. Cette application peut être un processus de distillation pétrochimique, un système de filtration d'eau, un compresseur sur un pipeline ou tout autre chose.

SCADA automation est tout simplement les moyens à une fin et non une fin en soi. A la fin de la journée, toutes les activités convergent vers la nécessité de maximiser l'utilisation des équipements au travers de l'excellence opérationnelle. Rester compétitif signifie de trouver sans cesse de nouvelles façons de travailler plus vite et plus efficacement et d'une manière plus économique. La pression est toujours – pour augmenter la productivité, l'efficacité, l'agilité, la qualité et la profitabilité tout en minimisant les coûts.
<figure><img src="image_44.png" /></figure>

du système

### 1.3.2.2 FONCTIONNALITES DU SCADA

L'objectif du système SCADA est de mener une conduite réactive de processus. Les fonctions en marche normale sont:

* L'envoi de consignes vers le procédé dans le but de provoquer son évolution.

* L'acquisition de mesures ou de comptes rendus permettant de vérifier que les consignes envoyées vers le procédé produisent exactement les effets escomptés.

* L'acquisition de mesures ou d'informations permettant de reconstituer l'état réel du procédé et/ou du produit.

* La recherche des causes de l'apparition d'un fonctionnement ne correspondant plus à ce qui est attendu.
↔ L'envoi vers le procédé d'ordres prioritaires permettant de déclencher des procédures de sécurité (arrêts d'urgence par exemple)

↔ La recherche des conséquences de l'apparition d'un fonctionnement non prévu ou non contrôlé,

↔ L'élaboration de solutions permettant de pallier le fonctionnement non prévu,

↔ La modification des modèles utilisés pendant le fonctionnement prévu pour revenir à ce fonctionnement : changement de la commande, réinitialisations, relaxation de contraintes, etc.,

↔ La collaboration avec les opérateurs humains pour les prises de décision critiques, pour le recueil d'informations non accessibles directement et pour l'explication de la solution curative envisagée ou appliquée.

### 1.3.2.3 COMPOSITION DU SCADA

#### Sous-ensembles du système SCADA

Le système SCADA comprend 3 sous-ensembles fonctionnels:

- la commande

- la surveillance

- la supervision
## Partie Commande du système SCADA

Son rôle est de faire exécuter un ensemble d'opérations (élémentaires ou non suivant le niveau d'abstraction auquel on se place) au procédé en fixant des consignes de fonctionnement en réponse à des ordres d'exécution. Il s'agit de réaliser généralement une séquence d'opérations constituant une gamme de fabrication dans le but de fabriquer un produit en réponse à une demande d'un client,

La commande regroupe toutes les fonctions qui agissent directement sur les actionneurs du procédé qui permettent d'assurer :

- le fonctionnement en l'absence de défaillance,

- la reprise ou gestion des modes,

- les traitements d'urgence,

- une partie de la maintenance corrective.

## Partie Surveillance du système SCADA

La partie surveillance:

- recueille en permanence tous les signaux en provenance du procédé et de la commande

- reconstitue l'état réel du système commandé

- fait toutes les inférences nécessaires pour produire les données utilisées pour dresser des historiques de fonctionnement

- met en œuvre un processus de traitement de défaillance le cas échéant

Dans cette définition, la surveillance est limitée aux fonctions qui collectent des informations, les archivent, font des inférences, etc. sans agir réellement ni sur le procédé ni sur la commande. La surveillance a donc un rôle passif vis-à-vis du système de commande et du procédé.
# Partie Supervision du système SCADA

Contrôler et surveiller l'exécution d'une opération ou d'un travail effectué par d'autres sans rentrer dans les détails de cette exécution.

- en fonctionnement normal, son rôle est surtout de prendre en temps réel les dernières décisions correspondant aux degrés de liberté exigés par la flexibilité décisionnelle. Pour cela elle est amenée à faire de l'ordonnancement temps réel, de l'optimisation, à modifier en ligne la commande et à gérer le passage d'un algorithme de surveillance à l'autre.

- en présence de défaillance, la supervision va prendre toutes les décisions nécessaires pour le retour vers un fonctionnement normal. Après avoir déterminé un nouveau fonctionnement, Il peut s'agir de choisir une solution curative, d'effectuer des ré-ordonnancements "locaux", de prendre en compte la stratégie de surveillance de l'entreprise, de déclencher des procédures d'urgence, etc.

# Structure d'un système de supervision

<figure><img src="image_45.png" /></figure>
### 1.3.2.4 CARACTESTIQUE DU SCADA

* Que peut-on superviser?

* Plate-forme informatique?

* Base de données

* Communication

* Traitements

* Imagerie

* Bibliothèques d'objets

* Passerelle avec des bases de données

* Aspect technico-commercial

### 1.3.2.5 MATERIELS A SUPERVISER

* Automate Programmable Industriel

* Régulateur Industriel

* Chaîne d'acquisition et/ou traitement de données

* Ordinateur de process

* Commande Numérique de Machine Outil

* Carte d'entrées-sorties

* Système d'identification

* Terminaux d'atelier

* ...
1.3.2.6 LOGICIELS DE SUPERVISION

* **INTOUCH** Factory Systems (Wonderware

• Fix de INTELLUTION

* **PCVUE** de Arc Informatique

- **Panorama** de Europ Supervision

* **Wizcon** de Wizcon

* OCS Moniteur de Schneider Electric

- **RSVIEW 32** de Rockwell Automation

* Simatic WinCC de Siemens

* PlantScape Honeywell

* ...

1.3.3. DE LA SUPERVISION AU MES

1.3.3.3 GENERALITES SUR MES (MANUFACTURING EXECUTION
SYSTEME)
Définition du NIST : (National Institute of Standardisation)

“Un MES est un regroupement de fonctions qui permet la gestion et l'optimisation des activités de production depuis le lancement d'un ordre de fabrication jusqu'aux produits finis.

En conservant des données courantes et précises, il permet en fonction
des activités qui apparaissent, de faire des rapports, de proposer des
solutions et de les mettre en place.

Un MES procure des informations clefs sur les activités de production
aux différents systèmes de décision à travers l'entreprise.”

Les informations données par le M.E.S. doivent:

⇒ donner les indications aux services commerciaux pour la prise de commande (délais de fabrication compte tenu des commandes en cours, des fabrications en cours, des cadences réelles et des approvisionnements)

⇒ permettre la mise en fabrication rapide d'un nouveau produit (recettes, procédures de travail, formation...)

⇒ proposer le réordonnancement de la production face à un imprévu

⇒ diagnostiquer rapidement une dérive de production

respecter les exigences réglementaires

I.3.3.2 FONCTIONS DU MES
1 - Allocation des ressources

2 - Distribution des travaux

3 - Répartition et gestion des tâches

4 - Contrôle de la documentation

5 - Acquisition des données

6 - Gestion des temps de travail / Suivi du personnel

7 - Suivi et gestion de la qualité

8 - Gestion et suivi du processus de fabrication

9 - Gestion et suivi de maintenance

10 - Traçabilité des produits

11 - Analyse de performance

I.4 INTRODUCTION AU SYSTEME D'INFORMATION
INDUSTRIEL MES
I.4.1 GENERALITES

L'outil industriel est un maillon essentiel qui s'insère dans la chaîne de valeur de l'entreprise. La recherche d'une optimisation globale impose que la gestion industrielle soit un maillon intégré dans le système d'information de l'entreprise. Le Système d'Information Industriel doit donc permettre de relier l'outil industriel aux solutions de gestion de l'entreprise. Il doit également fournir aux opérateurs, aux techniciens et aux managers toutes les informations nécessaires au pilotage global de l'activité.

<figure><img src="image_46.png" /></figure>
Dans cette perspective, le MESA propose aujourd'hui une représentation qui permet de positionner les 11 fonctions décrites il y a plusieurs années dans une représentation générale des opérations assumées par une entreprise.

Dans ce schéma, le Système d'Information Industriel apparaît dans une fonction générale de lien entre la fabrication et les activités opérationnelles généralement prises en charge dans un ERP mais aussi dans des solutions CRM, GMAO, Supply Chain Management etc. Outre le suivi de fabrication dont les données permettent de calculer les Prix de Revient Industriel, la visibilité sur les stocks permet à la logistique de disposer d'informations plus précises pour son organisation, etc.

La visibilité temps réel sur les activités de fabrication y est présentée comme un levier pour des « initiatives stratégiques » parmi lesquelles on retrouve la notion d'entreprise temps réel et la gestion du cycle de vie des produits.

Dans ce nouveau positionnement, le Système d'Information Industriel joue un rôle de générateur et de distributeur des données qui sont utilisées à tous les niveaux de l'entreprise pour réaliser la fabrication, les activités opérationnelles et déclencher des initiatives stratégiques.

<figure><img src="image_47.png" /></figure>
Les solutions informatiques proposées par le marché à l'attention des entreprises industrielles sont principalement les ERP et les solutions de supervision d'installations industrielles. Deux mondes qui doivent être connectés pour permettre l'exploitation de l'outil industriel dans la perspective d'une prise en charge globale des processus de l'entreprise sur sa chaîne de valeur. Ce sont les solutions de MES (Manufacturing Execution System) ou MOM (Manufacturing Operations Management), en lien étroit avec la supervision, qui assument ce niveau intermédiaire.

Les solutions attendues à ce niveau de gestion doivent être en mesure de soutenir l'expertise métier exercée dans les ateliers et permettre leur mise en relation avec la sphère logistique (gestion des commandes, des stocks, des approvisionnements, etc.). Leur conception doit répondre à plusieurs contraintes.

Les solutions déployées dans les sites industriels, supervision, SCADA, MES, outils d'ordonnancement, etc. forment le Système d'Information Industriel.

Par ailleurs, le progiciel proposé doit être paramétrable pour s'adapter aux spécificités de chaque site industriel et minimiser les développements spécifiques mais il doit également présenter un niveau de standardisation suffisant pour garantir un coût de possession (TCO – Total Cost of Ownership) et un retour sur investissement (ROI – Return On Investment) optimisés.

La notion de temps est une des difficultés liées à la mise en relation entre le monde de la gestion et le monde industriel. Même si les délais commerciaux sont courts, ils seront tout de même au minimum de plusieurs heures. Dans l'usine, le temps à prendre en compte est beaucoup plus court ! L'exploitation de l'outil industriel suppose une réactivité sans délai et les décisions, même en cas d'aléa, doivent pouvoir être prises dans des délais très courts. La solution logicielle doit donc être en mesure de prendre en charge les informations « en continu » et de propager en temps réel les événements qui nécessitent une intervention.
I.4.2 Les objectifs du système d'information
industriel MES

Connecter les équipements

Les fabricants d'équipements industriels sont nombreux et le parc installé comprend généralement plusieurs générations d'équipements. Le Système d'Information Industriel doit donc permettre d'une part la connexion au parc existant sans le remettre en cause et d'autre part une connexion facile aux nouveaux équipements. Les éditeurs doivent donc proposer des connecteurs entre le Système d'Information Industriel et les équipements, ceux-ci doivent reposer sur des standards pour assurer la connexion quel que soit le constructeur des équipements installés dans les ateliers.

Superviser les procédés de fabrication automatisés

La supervision des procédés de fabrication est, en partie, la déclinaison du point précédent pour les procédés automatisés. Elle permet de prendre en charge le pilotage des installations, la surveillance du bon fonctionnement et d'alerter en cas de dysfonctionnement. Son intégration étroite avec la gestion de l'exécution, via des processus, permet d'intégrer les procédés automatisés dans le processus global de production dans un ensemble cohérent, sans discontinuité. A ce titre, elle est une brique du Système d'Information Industriel.
## Rendre compte de l'exécution

Cette fonction est toujours proposée dans les solutions de gestion de la fabrication. Les solutions proposées sont à minima de simples écrans de la GPAO, redésignées pour assurer une ergonomie compatible avec l'environnement industriel. Dans le même esprit, des solutions proposent pour les industries pharmaceutiques la présentation sur écran de formulaires électroniques se substituant aux traditionnelles fiches papier.

Des solutions plus avancées permettent de prendre en compte l'ensemble des événements de fabrication, y compris les interventions connexes à la fabrication elle-même (maintenance, contrôles qualité, consommations d'énergie), y compris également les données issues de la supervision, comme une courbe de montée en température d'un four. Ces solutions enregistrent les données au fur et à mesure de l'exécution et les mettent en forme dans le format souhaité, sans intervention spécifique de saisie de données mais comme résultat des actions menées.

## Analyser pour optimiser la fabrication

Les données collectées tout au long de la fabrication permettent de constituer un compte rendu d'exécution mais sont également le support à l'analyse et au pilotage de l'activité.

La constitution d'indicateurs temps réel permet de suivre au fur et à mesure, sans décalage temporel, la performance de la fabrication. Des modules métier sont également proposés qui permettent d'exploiter les données disponibles selon des axes spécifiques comme la généalogie, la consommation d'énergie ou la validation de la conformité règlementaire.

Il sera également possible de construire des analyses croisées ou des analyses de causes qui ouvriront une réflexion sur des leviers d'amélioration.
I.4.3 CONCLUSION

L'industrie est aujourd'hui globalisée et de nombreuses multinationales opèrent de par le monde.

La stratégie qui prévalait de choisir et de déployer des applications industrielles hétérogènes par équipement, par ligne ou par site n'est plus la stratégie la plus pertinente dans ce contexte et les offreurs proposent au marché des alternatives.

Ces nouvelles solutions permettent d'envisager le déploiement d'un Système d'Information Industriel global et homogène, étape par étape sur l'ensemble d'un parc industriel.

Pour réussir l'urbanisation du système d'information industriel, il est nécessaire de définir ou redéfinir une vision commune dans l'entreprise concernant les données métiers, les indicateurs de performances et les processus de fabrication et de gestion des exceptions. Ce travail préalable est en soi porteur d'amélioration dans l'entreprise mais la construction d'un Système d'Information Industriel sur ces bases permet d'élargir ces améliorations à de nombreux domaines.

En effet, la collecte et la distribution de données qui vont pouvoir être organisées grâce au Système d'Information Industriel permet en premier lieu une amélioration des performances de la fabrication elle-même. En effet, l'entreprise dispose alors d'une visibilité temps réel sur les opérations, autorisant une forte réactivité. Par ailleurs, l'analyse des données collectées permet d'identifier des gisements d'optimisation des processus pour améliorer la productivité et la qualité.

Mais un Système d'Information Industriel se conçoit comme une brique de liaison entre les opérations de production et les activités opérationnelles gérées par l'ERP. Les données de fabrication peuvent alors être propagées sur l'ensemble du Système d'Information de l'entreprise pour disposer par exemple de prix de revient industriels comparables entre les sites, d'information temps réel sur la situation des stocks pour répondre aux demandes clients, etc.
# CHAP.II LES RESEAUX DES ORGANES AUTOMATISMES ET DE CONTROLES

## II.1 INTRODUCTION

L'histoire des réseaux locaux industriels remonte à la fin des années 70, avec l'apparition des équipements industriels numériques intelligents et des réseaux informatique de bureaux. Leur apparition est venue répondre,

- premièrement, à la demande croissante de productivité dans le domaine industriel par l'automatisation de la communication entre les différents équipements industriels (de contrôle et de mesure) de façon à éliminer les pertes de temps et les risques d'erreurs dus aux interventions humaines,

- deuxièmement, au besoin d'interconnexion des équipements industriels informatisés hétérogènes qui ont été introduits dans le milieu industriel d'une manière anarchique, c'est-à-dire en résolvant chaque problème à part sans prendre en compte l'intégrité de tout le système industriel.

Les réseaux locaux industriels ont été donc introduits petit à petit dans les systèmes automatisés, à des stades divers selon les domaines d'application. Ils sont nés avec le développement de l'électronique et des matériels numériques programmables. L'apparition des régulateurs numériques et des automates programmables a conduit les offreurs à mettre sur le marché des réseaux pour les interconnecter et rapporter à moindre coût de câblage les informations nécessaires à la conduite par les opérateurs dans les salles de commande
<figure><img src="image_48.png" /><figcaption>Figure 1 NIVEAUX ET CARACTERISTIQUES RESEAUX DES ORGANES D'AUTOMATISMES ET DE CONTROLE</figcaption></figure>
## Structure d'une installation automatisée:

<figure><img src="image_49.png" /></figure>

L'environnement industriel englobe tous les équipements qui participent à la chaîne de production que ce soit pour la fabrication, le contrôle ou la maintenance. Ces équipements peuvent être des :

* machines à outils,

* robots,

* contrôleurs à logique programmée (PLC),

* capteurs,

* actionneurs,

* stations de supervision,

* ...etc.

Ainsi que les moyens nécessaires à leur interconnexion tel que les câbles, les passerelles, les routeurs,... etc.

Dans les environnements industriels d'aujourd'hui, la plus part des tâches se font d'une façon automatique ce qui maximise les taux de production, garantit une meilleure sécurité du personnel, et augmente la rentabilité de l'industrie en générale.
<figure><img src="image_50.png" /></figure>

L'automatisation de l'industrie permet d'atteindre des objectifs très intéressants :

- Commercialiser rapidement les nouveaux produits,

- Réagir à court terme et avec souplesse aux exigences du marché,

- Réduire le temps de mise sur marché,

- Produire de manière efficace et économique,

- Exploiter de façon optimale les capacités des machines,

- Minimiser les temps improductifs,

- ...etc.

De telles objectifs ne sont parfaitement atteints que si toutes les machines d'une installation sont complètement automatisées et fonctionnent en parfaite interaction, ce qui peut-être atteint par :

- l'utilisation de machines automatisées,

- L'utilisation des PLC (contrôleurs à logique programmée) qui permettent d'automatiser l'utilisation de certains équipement non automatisés.

- L'utilisation des robots pour automatiser les tâches « intelligentes » telles que la soudure, le montage, assemblage, ... etc.
- L'utilisation des réseaux informatiques industriels pour garantir l'interopérabilité des équipements automatisés.

Les installations industrielles, permettent de mettre en œuvre un grand nombre de fonctions qui sont largement interdépendantes et qui peuvent être organisé hiérarchiquement en quatre niveaux d'abstraction :

1. Le niveau Entreprise (niveau 3)

On trouve à ce niveau des services de gestion tel que :

La gestion commerciale,

La gestion du personnel,

La gestion financière, ...

2. Le niveau usine (niveau 2)

Ce niveau englobe des tâches de gestion de la production tel que :

La GPAO : gestion de production assistée par ordinateur,

La CFAO : Contrôle de fabrication assisté par ordinateur,

La CAO : Conception assisté par ordinateur,

Des services de transport,

Le contrôle de qualité, ...
### 3. Le niveau atelier ou cellule (niveau 1)

Contient plusieurs îlots de fabrication, de vision, de supervision, des robots, des automates, ...etc.

### 4. Le niveau terrain (niveau 0)

C'est le niveau le plus bas, qui contient les équipements de fabrication proprement dite tel que :

- Les machines automatisées de production qui sont des machines programmables qui peuvent selon le programme chargé exécuter des tâches complexes sans intervention humaine,

- Les capteurs qui sont des instruments de mesure qui peuvent fournir à des machines intelligentes (tel que les ordinateurs ou les contrôleurs) des informations telle que la température, la pression, la tension, la couleur, les variations, ...etc

- Les actionneurs qui sont des instruments qui peuvent être activés par des machines intelligentes tel que les vannes, les interrupteurs, les alarmes, ...etc

Parmi toutes les composantes d'une installation industrielle, les réseaux de communication jouent un rôle central dans les solutions automatisées, ils permettent essentiellement :

- un flux d'information continu depuis le niveau capteurs/actionneur jusqu'au niveau gestion de l'entreprise

- la disponibilité des informations en tout point de l'installation

- échange rapide des informations entre les différentes parties de l'installation

- un diagnostic, et une maintenance efficaces

- des fonction de sécurités intégrées empêchant les accès non autorisés

- ... etc.

## II.2 LE BUS DES CAPTEURS ET DES ACTIONNEURS : NIVEAU 0

### II.2.1 PRESENTATION DU BUS DE CAPTEURS ET ACTIONNEURS (ASI)

Les bus de capteurs et des actionneurs sont connus surtout avec leur appellation en anglais Actuator Sensor Interface (ASI) :
En 1991, un groupe de 11 sociétés spécialisées dans les capteurs/actionneurs a défini un **bus de terrain** afin de pouvoir interconnecter facilement les capteurs et les actionneurs, ainsi est né le concept ASI (Actuator Sensor Interface).

Depuis 1992 une association ASI, qui compte à ce jour 50 membres, est chargée de coordonner, certifier et standardiser le bus.

<figure><img src="image_51.png" /></figure>

<figure><img src="image_52.png" /></figure>

## Caractéristique du bus ASI :

- Nature d'information échangé : bytes ;

- Débit : quelques bits / seconde ;

- Distance : maximum 100 m ;

- Temps de réaction : $10^{-3}$ secondes ;

- Fabriquant : AS-I; PROFIBUS PA; CAN; SERIPLEX; ...

## II.2.2 ARCHITECTURE DU BUS DE CAPTEURS ET ACTIONNEURS (ASI)

ASI permet d'interconnecter des modules Esclaves à un Maître (API).

<figure><img src="image_53.png" /></figure>

Pour 1 seul maître, on peut connecter jusqu'à 31 esclaves et pour chacun d'eux on peut piloter 4 entrées et ou 4 sorties par esclave en disposant, en plus, de 4 bits de paramétrage. Les modules d'E/S permettent de recevoir 1 à 8 capteurs/actionneurs soit actifs soit passifs (intégrant un chip ASI).
<figure><img src="image_54.png" /></figure>

Cela correspond ainsi à un maximum de 248 capteurs ou actionneurs TOR. La topologie est totalement libre (étoile, bus, arbre), mais ne doit pas dépasser 100m.

## II.2.2 MISE EN OEUVRE DU BUS DE CAPTEURS ET ACTIONNEURS (ASI)

<figure><img src="image_55.png" /></figure>
Pour mettre en œuvre un bus ASI, on utilise différents équipements, il faudra pouvoir dialoguer avec les périphériques mais aussi alimenter l'ensemble.

## Les modes d'alimentation.

Un câble pour alimenter les entrées (Jaune), un câble pour alimenter les sorties 24 Volts (Noir) ou 220 V(Rouge).

<figure><img src="image_56.png" /></figure>

## Les câbles ASI.

Le câble plat AS-i auto cicatrisant :

- Détrompage mécanique, ambiance normale,

- mise en oeuvre rapide.

- Installation simple au plus près des capteurs / actionneurs.

Le câble rond : (exemple: H05VV-F2x1.5)

- Ambiance difficile (huile de coupe, étincelage...) Homologations particulières.

Pour les raccordements des périphériques, on utilise un câblage IP67 par connecteurs M12 et modules à prises vampires :

- Réduction des borniers intermédiaires.

- Installation rapide et sans interruption du câble.

<figure><img src="image_57.png" /></figure>
Un exemple : l'automate TSX37, équipé d'un module maître ASI, échange des données avec les périphériques esclaves repérés par leur adresse.

<figure><img src="image_58.png" /></figure>

On retrouve ci-dessus les équipements minima :

<figure><img src="image_59.png" /></figure>

* Un automate avec le coupleur maître ASI

<figure><img src="image_60.png" /></figure>

* Un module d'alimentation

<figure><img src="image_61.png" /></figure>

* Des périphériques

Les services du coupleur maître TSXSAZ10 :

<figure><img src="image_62.png" /></figure>

* Paramétrage des esclaves (Catalogue de produits =S=

<figure><img src="image_63.png" /></figure>

* Adressage géographique des E/S dans le programme

<figure><img src="image_64.png" /></figure>

* Téléchargement, contrôle et gestion des profils

<figure><img src="image_65.png" /></figure>

* Visualisation des voies E/S et des équipements (présents, absents ou défectueux)

<figure><img src="image_66.png" /></figure>

* Adressage automatique des équipements au fur et à mesure de leur connexion

<figure><img src="image_67.png" /></figure>

* Réadressage automatique des équipements remplacés

Le support de transmission peut être soit un câble standard de 2,5 à 3,5 mm², soit le câble spécial de couleur jaune qui présente l'avantage de permettre un raccordement immédiat avec détrompage de la polarité par technique de clipsage.

Le support sert à véhiculer, non seulement les données utiles, mais également l'alimentation 24V/2A des capteurs/actionneurs (100 mA maxi par module).
## II.3 BUS ET RESEAUX DE TERRAIN

### II.3.1 BUS DE TERRAIN (FIELDBUS) : Niveau 1

Le bus de terrain ou Fieldbus est un terme générique qui désigne un support de communication numérique qui remplace progressivement dans l'industrie le concept de transmission analogique appelé couple 4-20 mA par un bus série numérique bidirectionnel susceptible de relier les dispositifs indépendants sur terrain tels que les périphéries d'automatismes (variateur de vitesse, démarreur, robot...), le coupleur (module entrée-sortie), les capteurs, les actionneurs et les contrôleurs.

Un bus de terrain est un système de communication numérique dédié qui respecte le modèle d'interconnexion des systèmes ouverts (OSI) de l'Organisation de Standardisation Internationale (ISO 7498 - 1983).

Un bus de terrain est basé sur la restriction du modèle OSI à 3 couches :

* Couche Application

* Couche Liaison

* Couche Physique

<figure><img src="image_68.png" /></figure>

C'est un réseau **bidirectionnel, sériel, multibranche** (multiprop), reliant différents types d'équipements : E/S déportées, Capteur / Actionneur, Automate programmable (API), CNC, Calculateur, PC Industriel, ...

* Terrain : espace géographique limité.

* Bus : ensemble de conducteurs commun à plusieurs circuits permettant d'échanger des données. Les échanges sont régis par un protocole.

* Réseau : bus ou ensemble de bus répartis sur un terrain.

* Un bus de terrain est donc un système de communication entre plusieurs ensembles communiquants dans une zone géographique limitée (capteurs, calculateurs, automates, actionneurs, ...).
Caractéristique du bus terrain :

- Nature d'information échangé : mots (word);

- Débit : quelques octets / seconde;

- Distance : maximum 1000 m ;

- Temps de réaction : $10^{-2}$ secondes ;

- Fabriquant: FIPIO; PROFIBUS DP; MODBUS ; UNTEL WAY ;....

Finalité d'un bus de terrain

La transmission rapide et fiable de petits paquets d'information

<figure><img src="image_69.png" /></figure>
<figure><img src="image_70.png" /></figure>

Bus de terrain
Capteurs

Câblage traditionnel

<figure><img src="image_71.png" /></figure>

<figure><img src="image_72.png" /></figure>

Bus de terrain

<figure><img src="image_73.png" /></figure>

2 câbles pour l'alimentation électrique 12 V DC

1 paire torsadée pour les transferts
d'informations
## EXEMPLE DU BUS DE TERRAIN : LE PROFIBUS DP DE SIEMENS

<figure><img src="image_74.png" /></figure>

# Profibus-DP: spécificités

<figure><img src="image_75.png" /></figure>

* ✓ Très complet : E/S déportées, variation de vitesse et positionnement, IHM, multi-maître, consoles

* ✓ La plupart des constructeurs le proposent en option

* ✓ Automates : intégré chez Siemens essentiellement

* ✓ Selon le débit, de 100m à 1200m sans répéteur

* ✓ Offres variées, surtout IP20.

* ✓ 125 esclaves maxi

<figure><img src="image_76.png" /></figure>

### II.3.2 RESEAU DE TERRAIN (DEVICE BUS) : Niveau 2

#### II.3.2.1 DEFINITION DU RESEAU DE TERRAIN (BUS EQUIPEMENT)

Le bus d'équipement (Device Bus) permet de raccorder les organes de commande tels que les APIs, PCs, CNNs (Contrôle Commande Numérique), aux blocs de capteurs et actionneurs (modules déportés), aux lecteurs code barre, aux cellules photoélectriques, aux variateurs de vitesse, etc. La position de ce type de bus le situe entre les bus capteurs/actionneurs et les réseaux de terrain dits généralistes.

#### II.3.2.2 CARACTERISTIQUE DU RESEAU DE TERRAIN :

- Nature d'information échangée : messages ;

- Débit : quelques kbits / seconde ;

- Distance : maximum 10000 m ;

- Temps de réaction : $10^{-1}$ secondes ;
- Fabriquant: FIPWAY; PROFIBUS DP; MODBUS +; ...

II.3.2.3 ARCHITECTURES CENTRALISEES ET DECENTRALISES DE
RESEAU DE TERRAIN

<figure><img src="image_77.png" /></figure>
# Architectures centralisées

## Mise en œuvre pratique

<figure><img src="image_78.png" /></figure>

# Architectures décentralisées

## Schéma de principe

<figure><img src="image_79.png" /></figure>
# Architectures décentralisées

Quelques technologies utilisées comme bus de terrain

Lightbus

Ethernet

ControlNet

EtherCat

Modbus

Profibus-PA

SDI-12

IEEE1394

Sercos II

PowerDNA

PowerLink

Can

LonWorks

Batibus

UDP

AS-Interface

Profibus-DP

Varan

Modbus-TCP

ProfiNet

WorldFip

DeviceNet

JetSync

FIPIO

EIB

RS485

Safety-bus

Bitbus

Can-Open

Profibus-FMS

HART

JBus

ArcNet

InterBus

Sercos III

SynqNet

USB

TCP

RS232

# Architectures centralisées et décentralisées

Comparaison en pratique

<figure><img src="image_80.png" /></figure>
## II.4 RESEAUX LOCAUX INDUSTRIELS : NIVEAU 3 (SYSTEME NUMERIQUE DE CONTROLE ET COMMANDE SNCC)

### II.4.1 EVOLUTION DE LA REGULATION PNEUMATIQUE AU SNCC

#### Années 1970-1985

<figure><img src="image_81.png" /></figure>

De la régulation pneumatique ...

<figure><img src="image_82.png" /></figure>

A la régulation électronique ...

<figure><img src="image_83.png" /></figure>

Puis à la régulation informatique!

#### Années 1970-1985

□ Situation en place

- Tableaux de contrôle au plus près des équipements

- Enregistreurs papiers disséminés

- Personnel réparti sur tout le site

<figure><img src="image_84.png" /></figure>

<figure><img src="image_85.png" /></figure>

<figure><img src="image_86.png" /></figure>

□ Création de nouveaux besoins ← complexité du procédé

- Centralisation de l'information

- Centralisation du personnel opérationnel

- Pilotage intégré

- Vue d'ensemble de tous les processus

- Meilleure réactivité en cas d'incidents

- Simplification du diagnostic
## Système Numérique de Contrôle-Commande

* Centralisation des systèmes de régulation dans une salle de contrôle

<figure><img src="image_87.png" /></figure>

* Visualisation des informations sur des écrans

<figure><img src="image_88.png" /></figure>

## Années 1985-2000 - SNCC

* Besoin de conserver l'histoire des données

* Analyse a posteriori d'incident

* Compréhension de phénomènes évanescents

* Apparition des « Data Historian » en complément des SNCC

<figure><img src="image_89.png" /></figure>

* **Intégration transverse**

* Connectivité avec les différents SNCC présents sur le site

* Interface Homme-Machine orienté analyse

* **Intégration temporelle**

* Le passé est utilisé pour optimiser le futur

* Possibilité de corréler deux signaux
Années 1985-2000 – API + Supervision

Besoin de visualiser l'état des automatismes

<figure><img src="image_90.png" /></figure>

<figure><img src="image_91.png" /></figure>

* Connexion

* Ligne série RS-232, RS-485

* Protocoles propriétaires : Unitelway, Modbus, Sinec-L1, DH+, ...

Pilotage visuel d'une installation de production

* Vue graphique « artistique » du procédé

* Vue d'alarmes

* Journal d'événements

Matériel standard

club

PcVue

Panorama

CIMVIEW

INDUSCREEN

TopKapi

Wizcon

Telemecanique

WinCC

WinTouch

View32

<figure><img src="image_92.png" /></figure>

<figure><img src="image_93.png" /></figure>

<figure><img src="image_94.png" /></figure>

Années 1985-2000 – API + Supervision

Supervision intégrée – un seul outil par atelier

* Montée en puissance des réseaux informatiques

* Généralisation de Ethernet TCP/IP

Centralisation du pilotage

Pensez grand,

Démarrez petit !

<figure><img src="image_95.png" /></figure>

club
AUTOMATION

Conférence du 6 juin 2013 - Paris

12
Années 1985-2000 : Concept d'Intégration Verticale

<figure><img src="image_96.png" /></figure>

La pyramide du CIM

<figure><img src="image_97.png" /></figure>

Années 2000 : intégration verticale

<figure><img src="image_98.png" /></figure>

Du CIM au MES

<figure><img src="image_99.png" /></figure>
Années 2000 : équipements communicants

☐ Automates, vannes, pompes, régulateurs, compteurs, ...

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☐ Connexion directe à partir de n'importe quel poste de travail

• Maintenance plus aisée

• Accès possible hors de l'entreprise (télé-diagnostique)

☐ Facteur de dé-intégration ?

Années 2000 : équipements communicants

☐ Automates, vannes, pompes, régulateurs, compteurs, ...

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☐ Connexion directe à partir de n'importe quel poste de travail

• Maintenance plus aisée

• Accès possible hors de l'entreprise (télé-diagnostique)

☐ Facteur de dé-intégration ?
# Années 2010 : Mobilité

## ☐ Réseau interne WIFI, Réseau public 3G, 4G - Cloud

<figure><img src="image_102.png" /></figure>

## II.4.2 GENERALITES SUR SNCC

### STRUCTURE GÉNÉRALE D'UN S.N.C.C.

Les Systèmes Numériques de Contrôle Commande (S.N.C.C.) ont pris leur essor dans les années 1970 avec la baisse du prix des microprocesseurs (la présentation des premiers systèmes date de 1975) ; celle-ci a permis, par utilisation de plusieurs unités de traitement à microprocesseurs, de disposer d'une grande puissance de traitement répartie en sous-ensembles indépendants, fournis, pour chacun d'entre eux, avec un certain nombre de fonctions ; ces fonctions, élémentaires au départ (régulation PID, et/ou acquisition, ...) sont devenues au cours du temps de plus en plus élaborées ce qui a largement augmenté les possibilités offertes par les systèmes.
La structure générale d'un S.N.C.C. est représentée ci-dessous.

<figure><img src="image_103.png" /></figure>

II.4.3 ARCHITECTURE MATERIELLE SNCC

NB. SNCC= DCS

<figure><img src="image_104.png" /></figure>
* **Années**
  80
  SCADA

<figure><img src="image_105.png" /></figure>

RTU

Supervision
Contrôle simple

* **Années**
  90
  SCADA

<figure><img src="image_106.png" /></figure>

DCS
Ethernet/Protocole propriétaire
ou
type 103, MODBUS

Supervision
Protection
Automatismes
lents

* **Aujourd'hu**

<figure><img src="image_107.png" /></figure>

DCS
Ethernet/Protocole standardisé
IEC 61850

Supervision / Protection
Automatismes rapides
Ingénierie standardisée

* **Différentes architectures basées sur le protocole IEC61850**

**Étoile**

Interface Opérateur

<figure><img src="image_108.png" /></figure>

Architecture simple :
en cas de défaut sur le Switch
Ethernet on perd la
communication avec tous les
calculateurs

**Anneau**

Interface Opérateur

<figure><img src="image_109.png" /></figure>

La solution la plus répandue :
protégé contre une rupture de
communication
bon rapport qualité prix
(économie du Switch Ethernet)

**Double étoile**

Interface Opérateur

<figure><img src="image_110.png" /></figure>

Architecture la plus sûre car
elle tolère davantage de
défaillance (excepté la perte
simultanée des 2 Switch)
<figure><img src="image_111.png" /></figure>

Un système d'automatisation moderne fournit une intégration étroite parmi différents automates et systèmes informatiques, ce qui permet une surveillance et un contrôle intégrés de l'ensemble de l'installation.

Architecture matérielle du système de supervision

<figure><img src="image_112.png" /></figure>
II.4.3 COMPOSITION DU SNCC

Celui-ci est composé :

* de plusieurs sous-ensembles à microprocesseurs assurant chacun une partie du traitement et dotés des entrées-sorties industrielles nécessaires pour, essentiellement, la régulation continue et les séquences d'opération

* de périphériques de dialogue permettant :
  - le suivi de la marche des unités sur écrans vidéos couleurs
  - la commande par claviers des actionneurs (vannes, moteurs électriques, ...)

* de modules complémentaires permettant :
  - la réalisation d'historiques
  - l'optimisation par supervision des boucles de régulation de base
  - la mise en sécurité (automate programmable)
  - la sortie de journaux (imprimante)
  - l'archivage (disques magnétiques)

* d'un câble coaxial appelé bus faisant la liaison entre les éléments précédents, et dont la longueur permet leur dissémination dans l'usine :
  - armoires de contrôle près des unités de fabrication
  - périphériques de dialogue et modules complémentaires en salle de contrôle
## II.5 RESEAUX D' ENTREPRISE ET PYRAMIDE CIM : NIVEAU 4
(GESTION ENTREPRISE)

### II.5.1 GENERALITES SUR LA PYRAMIDE CIM

La **pyramide du CIM** (Computer Integrated Manufacturing) est une méthode largement généralisée qui représente 4 niveaux auxquels correspondent des niveaux de décision. Plus on s'élève dans la pyramide du CIM, plus le niveau de décision est important et plus la visibilité est globale. Un niveau supérieur décide ce qu'un niveau inférieur exécute.

On distingue généralement les niveaux suivants :

- au niveau 3 : la gestion des produits et des stocks, la gestion des approvisionnements, la gestion des clients, des commandes et de la facturation (gérés par les ERP (Enterprise Resources Planning))

- au niveau 2 : la localisation des produits en stocks, les mouvements physiques et la gestion des lots (géré par le système de gestion d'entrepôt)

- au niveau 1 : les automatismes

- au niveau 0 : les capteurs et actionneurs

Ainsi à chaque niveau, correspond un bus ou un réseau adapté aux besoins:

**Réseaux locaux industriels (data bus):** communication entre l'automatisme et le monde informatique

→ Quantités importantes d'information (messages, fichiers)

→ Temps de réaction de 1 s à 10 s (temps non critique)

→ Longue distance possible

**Bus de terrain: (field bus) réseaux entre unités de traitement (automates programmables, superviseurs, commandes numériques ...), (device bus) bus et réseaux pour la périphérie d'automatisme (variateurs, robots, axes ...) permet la communication d'unités de traitement pour la coordination des automatismes distribués**

→ Quantité relativement faible de données < 256 octets

→ Temps de réaction < 100 ms (notion d'événements temps réel)

→ Distance < 1 km

**Bus capteur/actionneur (sensor bus):** interface avec les capteurs/actionneurs, relie entre eux des noeuds à intelligence limitée ou nulle

→ Niveau bits

→ Temps de réaction < 10 ms (contrainte temps réel)

→ Distance < 100 m

<figure><img src="image_113.png" /></figure>
Le **Computer Integrated Manufacturing** (CIM) est un concept décrivant l'automatisation complète des processus de fabrication. C'est-à-dire que tous les équipements de l'usine fonctionnent sous le contrôle permanent des ordinateurs, automates programmables et autres systèmes numériques.

**niveau 3** : la gestion des produits et des stocks, la gestion des approvisionnements, la gestion des clients, des commandes et de la facturation (gérés par les ERP)

**niveau 2** : la localisation des produits en stocks, les mouvements physiques et la gestion des lots (géré par le système de gestion d'entrepôt)

**niveau 1** : les automatismes

**niveau 0** : les capteurs et actionneurs.

Avant d'analyser les technologies des réseaux de communication, il est nécessaire de présenter une synthèse des principaux besoins auxquels ces niveaux apportent une réponse pertinente. Les caractéristiques citées dans le tableau de la figure 2 seront détaillées dans les paragraphes suivants.

<table><caption>↑ Fig. 2 Les besoins et les contraintes de communication</caption><thead><tr><td>Niveau</td><td>Besoin</td><td>Volume d'informations à transmettre</td><td>Temps de réponse</td><td>Distance</td><td>Topologie réseau</td><td>Nombre d'adresses</td><td>Médium</td></tr></thead><tbody><tr><td>Entreprise</td><td>Echange de données. Sécurité informatique. Standards entre progiciels.</td><td>Fichiers Mbits</td><td>1mn</td><td>Monde</td><td>Bus, étoile</td><td>Non limitée</td><td>Electrique, optique, radio</td></tr><tr><td>Atelier</td><td>Synchronisation des API' d'un même ilot d'automatisme échanges d'information en mode client/serveur avec les outils de conduite (HMI, supervision). Performances Temps réel.</td><td>Données Kbits</td><td>50 à 500 ms</td><td>2 à 40 Km</td><td>Bus, étoile</td><td>10 à 100</td><td>Electrique, optique, radio</td></tr><tr><td>Machine</td><td>Architecture distribuée. Intégration fonctionnelle et transparence des échanges. Topologie et coût de connexion.</td><td>Données Kbits</td><td>5 à 100 ms (cycle de l'API)</td><td>10 m à 1 Km</td><td>Bus, étoile</td><td>10 à 100</td><td>Electrique, optique, radio</td></tr><tr><td>Capteur</td><td>Simplification du câblage distribution des alimentations des capteurs et actionneurs. Optimiser les coûts de câblage.</td><td>Données bits</td><td></td><td>1 à 100 m</td><td>Sans contrainte</td><td>10 à 50</td><td>Electrique radio</td></tr></tbody></table>
Nous pouvons, en première approche, retenir les deux principaux axes de
ce tableau de besoins :

- le nombre d'informations à transmettre,

- le temps de réponse nécessaire.

Ceci nous permet de positionner les principaux réseaux commercialisés
(↔ Fig. 3).

<figure><img src="image_114.png" /></figure>
II.5.2 EVOLUTION DE L'ARCHITECTURE LOGICIELLE DE LA PYRAMIDE CIM

5

Un nouveau modèle de pyramide aplanie

<figure><img src="image_115.png" /></figure>

MES Manufacturing Execution System

ERP Entreprise Ressource Planning

SCADA Superviseur

IHM Interface Homme Machine

API Automate Programmable
II.5.3 ARCHITECTURE MATERIELLE DE LA PYRAMIDE CIM APLANIE

<figure><img src="image_116.png" /></figure>
II.5.4 MISE EN ŒUVRE DE LA PYRAMIDE CIM

EXEMPLE1 : SCHENEIDER ELECTRIC

<figure><img src="image_117.png" /></figure>

Les niveaux de communication retenus par Schneider Electric

Sous l'effet conjugué des contraintes des utilisateurs, des technologies et des standards, les architectures actuelles se structurent en quatre niveaux distincts et interconnectés par des réseaux (≈ Fig. 1).

<figure><img src="image_118.png" /><figcaption>Fig. 1 Exemple de niveaux d'architecture</figcaption></figure>
## EXEMPLE2 : SIMATIC PCS 7 DE SIEMENS

<figure><img src="image_119.png" /><figcaption>### SIMATIC PCS 7 DE SIEMENS</figcaption></figure>
<figure><img src="image_120.png" /><figcaption>LEGENDE DE COULEUR DU SIMATIC PCS 7</figcaption></figure>
## II.6 LE RESEAU DES CAPTEURS SANS FIL

### Introduction

* Les récentes avancées dans le monde de la micro-électronique et des technologies sans-fil ont permis de développer des capteurs de petite taille, dotés de capacités de traitement et de modes de communication sans-fil.

* Réseaux de capteurs sans fil ou WSN (Wireless Sensor Networks) : Un nouveau paradigme informatique fondé sur les efforts **collaboratifs** d'un ensemble très large de capteurs s'auto-organisant.

<figure><img src="image_121.png" /></figure>

### Architecture générale et caractéristiques d'un capteur

* Architecture de base

<figure><img src="image_122.png" /></figure>
# Architecture générale et caractéristiques d'un capteur

## Qu'est ce qu'un capteur?

* Équipement qui mesure une grandeur physique

## Un "capteur" d'un réseau de capteurs

* Capte toujours

* Petit / Grand nombre

* **Limité en énergie**

* Capable de calculer

* Communicant

<figure><img src="image_123.png" /></figure>

# Architecture générale et caractéristiques d'un capteur

## Caractéristiques

* Nouvelles capacités
  * *Communication*
  * *Calcul*

* Surdimensionnement
  * *Tolérance aux panne*

* Traitement des données en temps réel

* Auto organisation

* Efficace au niveau matériel
  * *Consommation, coût, capacité de calcul, etc.*

* Déploiement aléatoire ou planifié

<figure><img src="image_124.png" /></figure>
## Caractéristiques d'un capteur
(Generic)

<table><tr><td>Processor/Radio Board</td><td>MPR300CB</td></tr><tr><td>Speed</td><td>4 MHz</td></tr><tr><td>Flash</td><td>128K bytes</td></tr><tr><td>SRAM</td><td>4K bytes</td></tr><tr><td>EEPROM</td><td>4K bytes</td></tr><tr><td>Radio Frequency</td><td>2.4 GHz, 916MHz or 433MHz</td></tr><tr><td>Data Rate</td><td>40 kbits/sec</td></tr><tr><td>Power</td><td>0.75 mW</td></tr><tr><td>Radio Range</td><td>100 feet</td></tr><tr><td>Power</td><td>2 x AA batteries; Solar Energy</td></tr></table>

## Créer un tout nouveau panel d'applications

<figure><img src="image_125.png" /></figure>
# Caractéristiques des réseaux de capteurs

* **APPLICATIONS:**

Militaire, Environnemental, Santé, Domotique, Exploration de l'espace, Chimie, Vulcanologie, Catastrophes Naturelles

* **Tâches des capteurs:**

Température, Humidité, Mouvements de véhicules, Luminosité, Pression, Bruits, Présence ou Absence de certains types d'objets, Caractéristiques courantes d'un objet (vitesse, direction, taille)

## Les principes de l'ISA 100.11a

ISA

<figure><img src="image_126.png" /></figure>

* Un réseau local sans-fil de capteurs et d'actionneurs, couvrant un large éventail d'applications, communiquant avec le niveau supérieur au travers d'un routeur de tête (backbone router)
## II.7 LE RFID

<figure><img src="image_127.png" /></figure>

### CAPTEURS RFID

température, humidité relative, vibrations, chocs, inclinaison, jauge de contraintes, résistance, lumière, pression, etc.

La technologie RFID est de plus en plus présente, parfois à notre insu, dans notre environnement. Le domaine de la mesure n'échappe pas à cette règle. Des capteurs RFID, donc autonomes, permettent la mesure de nombreux paramètres comme la température, l'humidité relative, la pression, le poids, les chocs, l'inclinaison, les contraintes, les résistances électriques, piloter un relais, la lumière, etc.

### Qu'est ce que le RFID et les capteurs RFID

RFID signifie Radio Frequency Identification (identification par radio fréquence). Cette technologie permet de connaitre à distance les paramètres d'une puce (ou étiquette) RFID. Il existe deux types de puces RFID : les puces actives ou les puces passives. Les puces actives possèdent une alimentation propre, les puces passives sont alimentées par les ondes radio-fréquences des lecteurs RFID. En effet, un lecteur spécifique est nécessaire pour pouvoir lire les données émises par la puce RFID.

Dans notre gamme d'appareils RFID Farsens, les capteurs sont donc en fonctionnement uniquement lors d'une interrogation par un lecteur. Le reste du temps, ils sont inactifs.

Sur demande, nos capteurs / Tag Farsens peuvent être équipés d'une batterie supplémentaire pour rendre les capteurs actifs ou tout simplement augmenter la portée de transmission.

### Caractéristiques techniques

* Compatible avec les lecteurs EPC C1G2

* Portée de communication : 1.5 m (bientôt 9 mètres) ou plus avec une alimentation par batterie (nous consulter)

* Entièrement autonome : Alimentation par onde radio-fréquence.

* Plage de fonctionnement en température : de -30°C à + 85°C

* Différents modèles d'antennes disponibles selon applications.
Les différents capteurs :

<figure><img src="image_128.png" /></figure>

### Tag d'identification visuel

LED : 3.2 x 2.8 x 1.9 mm
intensité : 2850 mcd
longueur d'onde : 525nm
angle visualisation : 120°

<figure><img src="image_129.png" /></figure>

### Détecteur Champ RF

LED : 3.2 x 2.8 x 1.9 mm
intensité : 2850 mcd
longueur d'onde : 525nm
angle visualisation : 120°

<figure><img src="image_130.png" /></figure>

### Accéléromètre 3 axes

20Hz en continu
Plage:±2g,±4g, ±8g, ±16g
incertitude : ±40mg
résolution :±1mg

<figure><img src="image_131.png" /></figure>

### magnétomètre 3 axes

2.5Hz en continu
plage:±4/±8/±12/±16
gauss
sensibilité:146 µgauss
(±4gauss)

<figure><img src="image_132.png" /></figure>

### Voltmètre basse tension

0 à 1.5 V
Gain ajustable :1 à 1000
Résolution : de 1.5 mV à
1.5µV
Incertitude : ± 1% résolution

<figure><img src="image_133.png" /></figure>

### Voltmètre 4 voies (BT)

0 à 1.5 V
Gain ajustable :1 à 1000
Résolution : de 1.5 mV à
1.5µV
Incertitude : ± 1%

<figure><img src="image_134.png" /></figure>

### Humidité dans le sol

résistance ohmique
0 à 100 % humidité
ne se corrode pas
câble long et fin

<figure><img src="image_135.png" /></figure>

### Pression et température

260 à 1260mbar ±0.1mbar
résolution : 0.020 mbar
-30 à 85°C ± 2°C
résolution : 0.025°C

<figure><img src="image_136.png" /></figure>

### Humidité-Température

0 à 100% HR±6%HR
résolution : 0.004%HR
0 à 60°C ±1°C
Résolution : 0.016°C

<figure><img src="image_137.png" /></figure>

### Ohmmètre

100 Ohm à 1 MOhm
incertitude : ±1%
10 Ohm à 10 MOhm
incertitude : ±15%

<figure><img src="image_138.png" /></figure>

### Lumière ambiante :

de 0 à 100 (résistance)
0 = Noir
100 = Lumière

<figure><img src="image_139.png" /></figure>

### Moniteur relais mécaniques

2 Hz max
## II.8 ETHERNET INDUSTRIEL (ETHERNET EN TEMPS REEL)

### II.8.1 PRESENTATION DE L'ETHERNET INDUSTRIEL

Le réseau Ethernet, très répandu dans les bureaux, s'impose progressivement dans le milieu industriel. La tendance consiste à équiper tous les appareils de terrain d'un raccordement Ethernet. Le bus de terrain classique est ainsi supplanté. Les niveaux "bureau" et "terrain" sont de plus en plus étroitement liés.

Outre le champ d'application de la technologie Ethernet, les exigences à remplir ont elles aussi évolué. Dans la bureautique, il s'agit essentiellement de transférer de gros volumes de données entre plusieurs ordinateurs tandis que la communication entre les équipements de terrain classiques consiste à transmettre des télégrammes très courts. Cela exige des temps de réponse très rapides, qui plus est hautement déterministes (4) - des exigences que l'Ethernet "standard" n'est pas en mesure de remplir. L'évolution des exigences a entraîné le développement de différents protocoles sur la base matérielle de l'Ethernet. Une partie de ces protocoles implique une séparation entre les lignes Ethernet en temps réel et les réseaux Ethernet standard.

Lenze a élaboré différents modules de communication pour pouvoir remplir les exigences des protocoles Ethernet suivants :

* Ethernet

* Ethernet POWERLINK

* PROFINET®

* EtherCAT®

* EtherNet/IP™

<figure><img src="image_140.png" /></figure>
* Ethernet est une **méthode de transmission** d'un signal entre deux appareils ou plus sur un média **partagé**.

* Cela ne concerne que purement le **média utilisé**, et le traitement du signal.

* Un type de câblage réseau et de traitement de signal développé par Digital, Intel et Xerox dans les années 70
  Ethernet est devenu le standard IEEE 802.3 en 1985

<figure><img src="image_141.png" /></figure>

* Le type de réseau **LAN** le plus utilisé aujourd'hui (**Local Area Network**).

<figure><img src="image_142.png" /></figure>

## Principalement différenciés sur la **vitesse** et le **média**

* 10 Mbits par seconde (Mbps) - **Ethernet**
  - 10BASE-x (Coax, Paire Torsadée, Fibre optique)

* 100 Mbps – **Fast Ethernet (FE)**
  - 100BASE-x (Paire Torsadée, Fibre optique)

* 1000 Mbps – **Gigabit Ethernet (GbE ou 1 GigE)**
  - 1000BASE-x (Paire Torsadée, Fibre optique)

* 10 Gbps – **10 Gigabit Ethernet (10 GbE ou 10 GigE)**
  - 10GBASE-x (Paire Torsadée, Fibre optique)

* 100 Gbps – **100 Gigabit Ethernet (100 GbE)**
  - Groupe IEEE HSSG (802.3ba incluant 40 et 100 GbE)
  - Groupement constructeurs électroniques : Road to 100G

<figure><img src="image_143.png" /></figure>
## II.8.2 LES SERVICES ET PRINCIPAUX CONSORTIUMS

### Les services apportés par Ethernet industriel

Mettre en place Ethernet industriel en tant que réseau de terrain, ce n'est pas forcément la garantie de performances supérieures à celles d'un bus de terrain classique. En revanche, utiliser un réseau Ethernet industriel standard offre un nombre non négligeable de services:

* Une remontée directe des informations venant des équipes de plus bas niveau (capteurs, actionneurs, Entrées/Sorties, balances, etc.). Tous ces produits intègrent de plus en plus d'intelligence et peuvent par eux-mêmes calculer des moyennes ou déclencher des alertes, autant de fonctions qui ne sont pas accessibles par le biais d'une liaison série classique.

* Un interfaçage direct avec les systèmes de supervision et de

gestion des données d'entreprise. Même les réseaux Ethernet industriels les plus performants prennent en charge le transport de ces données lorsque la ligne n'est pas occupée par une transmission critique.

* L'accès aux technologies web pour le paramétrage de tous les équipements IP.

* La commande à distance, via un navigateur web, à supposer que l'entreprise soit équipée d'un routeur.

* La prise en compte de tous types de médias: cuivre, fibre optique, liaisons sans fil, etc.

* L'accès aux fonctions de Machine To Machine (M2M) pour l'envoi de mails ou de sms en cas d'alerte.

### Les principaux consortiums pour Ethernet industriel :

Voici une liste non-exhaustive des principales associations de protocoles Ethernet industriels, et des constructeurs qui participent au développement de ces standards. Bien entendu, les grands groupes de l'automatisation sont présents dans toutes les associations. Il est dans leur intérêt de connaître les technologies concurrentes et de proposer des produits pouvant s'interfacer avec des réseaux concurrents.

**ODVA (Open Devicenet Vendors Association):** 120 membres dont Rockwell Automation, Schneider Electric, Omron Corporation, Eaton Electrical ou Numatics www.odva.org

**Profibus International:** 1 500 membres dont Siemens, Endress + Hauser, Harting, Phœnix Contact, CEA, CERN, Wago ou Woodhead www.profibus.com

**EPSG (Ethernet Powerlink Standardization Group):** 400 membres dont B&R Automation, Alstom Power, Hilscher, Lenze ou Baldor www ethernet-powerlink.org

**EtherCAT Technology Group:** Près de 700 membres dont Beckhoff, Balder, Bosch, Danaher, EADS ou Festo www.ethercat.org

**CLPA (CC-Link Partner Association):** environ un millier de membres, dont Mitsubishi Electric, Hirschmann, Festo, HMS ou Balden www.cc-link.org
II.8.3 ARCHITECTURE DE L'ETHERNET INDUSTRIEL

<figure><img src="image_144.png" /></figure>
<figure><img src="image_145.png" /></figure>

## II.8.4 ARCHITECTURE DE L'ETHERNET INDUSTRIEL ET STANDARD

Légende : Ethernet industriel en jaune et Ethernet standard en rouge

<figure><img src="image_146.png" /></figure>
# I.9 INTERNET INDUSTRIEL (ETHERNET TCP/IP)

## II.9.1 PRESENTATION DE L'INTERNET INDUSTRIEL (ETHERNET TCP/IP)

Une autre évolution en plein essor concerne l'exploitation industrielle des outils développés dans le cadre d'INTERNET. On remarque en effet que la plupart des nouveaux automates programmables et de plus en plus d'équipements de terrain (variateurs de vitesse par exemple) sont dotés d'un serveur WEB et du protocole TCP/IP. C'est ce qui est schématisé à la figure 1.9.

Le serveur WEB contient des pages HTML (HyperText Mark-up Language) qui sont donc accessibles à partir de tout ordinateur à l'aide d'un "navigateur" INTERNET tout à fait standard (Explorer par exemple). La communication peut se faire par le réseau interne de l'usine (INTRANET) ou, de n'importe quel point du globe, par INTERNET. Le cas échéant, les équipements peuvent aussi envoyer spontanément des e-mails au personnel compétent en cas d'anomalie.

Les applications potentielles sont nombreuses : télegestion (réglage de paramètres, voire modification de programmes), télésurveillance (rapatriement d'alarmes), télémaintenance (diagnostic de pannes), téléassistance aux opérateurs locaux, etc.

Comme le montre la figure 1.8., les fonctionnalités de contrôle temps réel du processus restent évidemment assurées par l'intermédiaire de bus de terrain.

<figure><img src="image_147.png" /><figcaption>SIMATIC PCS 7:
System structure of the distributed system</figcaption></figure>
<figure><img src="image_148.png" /></figure>
II.9.2 DESCRIPTION GENERALE ET EVOLUTION COMMUNICATION

Description générale

L'Ethernet est basé sur le principe d'accès au media régit par un
mécanisme de détection de collision. Chaque station est identifiée par
une clé globalement unique, appelée adresse MAC, afin de s'assurer que
tous les postes sur un réseau Ethernet aient des adresses distinctes.
Cette technologie connue sous le nom de Carrier Sense Multiple Access
with Collision Detection (Détection de porteuse avec accès multiples et
détection de collision) ou CSMA/CD garantit qu'une seule station à la fois
transmet un message sur le media.

Les évolutions successives d'Ethernet ont donné naissance au standard
IEEE 802.3 (voir le site www.ieee.org). Il définit seulement les caractéristiques
des couches physiques, la façon dont les informations accèdent au réseau
(ainsi que la trame de donnée doivent être définies par des couches
complémentaires). Il y a souvent confusion entre ces différentes notions,
la figure 10 les situe. Les protocoles mentionnés sont explicités dans les
paragraphes suivants.

Ethernet a été présent dans l'industrie depuis de nombreuses années
sans grand succès. Il était perçu comme non déterministe par les
fournisseurs et les clients. Les besoins temps réel les ont détournés de ce
standard au profit de réseaux propriétaires. Finalement, la combinaison
de protocoles, issus de l'industrie à ceux d'Internet a contribué à son
acceptation.
<figure><img src="image_149.png" /><figcaption>↑ Fig. 10</figcaption></figure>

Les différentes couches

<figure><img src="image_150.png" /></figure>
■ Evolution de la communication, les grandes tendances

Avec l'adoption progressive de standards communs par les deux mondes, la frontière entre automatisme et informatique tombe. La communication entre ces deux mondes converge grâce à l'adoption de protocoles standard mondiaux Ethernet et TCP/IP,

mais aussi grâce à la prise en compte de mécanismes normés tels qu'OPC. Ces nouvelles technologies, associées aux Extranet, Intranet et Internet, autorisent un accès aux données de l'automatisme en temps réel, en tout lieu, à toute personne autorisée. Cette convergence est renforcée par l'arrivée de nombreux constituants d'automatismes basés sur cette technologie. Le concept "Transparent Factory" de Schneider Electric s'appuie sur toutes ces nouvelles technologies de l'information et de la communication (NTIC).
II.9.3 L'IMPACT NTIC ETLE STANDARD OPC

□ L'impact des NTIC sur les architectures d'automatismes

La dernière décennie a vu l'apparition des nouveaux langages de programmation et des mécanismes d'échanges de données dans le monde informatique. Depuis dix ans, Ethernet TCP/IP s'est développé sur les architectures d'automatismes et est devenu un réseau fédérateur à partir du niveau 2 du CIM. La généralisation de ce réseau autorise une prise en compte simple de nouveaux outils de conduite et d'exploitation des données : MES (Manufacturing Execution System) et ERP (Enterprise Resource Planning). Parallèlement à l'apparition du MES,

les postes de supervision ont tendance à se repositionner au niveau de la conduite.

Dans la terminologie NTIC, il ne faut pas comprendre seulement l'utilisation d'Ethernet TCP/IP mais également les technologies et mécanismes éprouvés et usités dans le monde informatique tels que les langages JAVA, CORBA, HTML, XML mais également de nouvelles technologies issues du monde des télécommunications telles que WAP, Bluetooth, WML... Ainsi, les NTIC permettent :
* de repenser l'approche dans la conception des architectures d'automatismes,

* d'augmenter les capacités et les performances des réseaux de communication par le développement de nouveaux modèles de communication,

* de développer des services associés aux métiers des différents acteurs du procédé.

Globalement, les NTIC ont tendance à aplanir la pyramide du CIM, c'est à dire à fusionner certains niveaux, car il n'est plus utile de décrire les niveaux sous une approche quantitative mais fonctionnelle.

## Le standard OPC

* Le serveur OPC est une application Windows permettant de lire et d'écrire des variables (items ou tags)

* Ces variables sont mises à disposition des applications clientes OPC :

* Excel, Access,...

* Visual Basic, C++, Java,...

* Supervisions, Labview

* GMAO, GPAO, MRP, MES
<figure><img src="image_151.png" /></figure>

## II.9.3 ETHERNET MODBUS TCP ET LES SERVICES ETHERNET INDUSTRIEL

### ■ Ethernet Modbus TCP

La généralisation d'Ethernet dans les entreprises et sur Internet en a fait un standard de communication incontournable. Son usage généralisé a permis de réduire les coûts de connexion, d'augmenter les performances, la fiabilité et les fonctionnalités. Sa rapidité ne limite pas les applications, son architecture permet facilement les évolutions. Les produits et les logiciels demeurent compatibles, ce qui assure la pérennité des systèmes. Le protocole "Modbus", standard de fait dans l'industrie, fournit une couche application simple et peu onéreuse à mettre en œuvre.
<figure><img src="image_152.png" /><figcaption>t Fig. 9 Les niveaux de communication retenus par Schneider Electric</figcaption></figure>

■ Services Ethernet industriel

En complément des services universels Ethernet (HTTP, BOOTP/DHCP, FTP, etc.), huit types de services de communication Ethernet peuvent être fournis par les produits :

- Service de messagerie Modbus TCP.

- Service d'échange d'entrées/sorties distantes : I/O Scanning.

- Service de remplacement d'équipement défaillant : FDR (Faulty Device Replacement).

- Service d'administration de réseau : SNMP.

- Service de distribution de données Globale : Global Data.

- Service de gestion de la bande passante.

- Service de synchronisation de l'heure : NTP.

- Service de notification d'événement : SMTP (E-mail).
# CHAP.III LE SYSTEME D'INFORMATION INDUSTRIEL ET LE MES

## III.1. Définition du MES

### Manufacturing Execution System

#### DEFINITION

MES est un terme employé pour décrire les systèmes qui dépistent et contrôlent tous les aspects d'un travail en temps réel tandis qu'il a lieu dans la phase d'exécution ou dans le processus il peut inclure la gestion de ressource, capacité programmant, gestion d'entretien, le contrôle de qualité statistique, gestion de l'information de laboratoire, contrôle de processus industriel, collecte de données, plantent la gestion de document et l'optimisation larges de processus. MES est concentré sur le court terme et peut lier au logiciel d'ERP/MRPII pour la planification de niveau plus élevé et la commande charge.

#### DEFINITION DE LA MESA (MES ASSOCIATION):

Le Manufacturing Execution System (MES) fournit les informations nécessaires à l'optimisation des activités de production allant de la création de l'ordre de fabrication au produit fini. Par l'utilisation d'informations à jour et précises, le MES guide, initie, réagit aux activités de l'atelier au fur et à mesure de leur déroulement, et fournit des rapports sur ces activités. Sa forte réactivité à l'évolution des conditions de fabrication, associée à un objectif de réduction des activités à faible valeur ajoutée, conduit à un fonctionnement plus efficace de l'atelier de fabrication, diminue les stocks et augmente les marges. En alimentant un flux bidirectionnel d'informations, le MES fournit à toute l'entreprise et à sa chaîne logistique, les données critiques sur les activités de fabrication.
MES : Manufacturing Execution System

MESA : Manufacturing Enterprise Solutions Association

NORME S95 : Norme publiée par l'ISA définissant la portée et la structure d'un système d'information ayant pour but le contrôle et le pilotage de la fabrication.

ISA : International Society of Automation est une association à but non lucratif qui s'adresse aux professionnels de l'automatisation et à la supervision des procédés industriels. Elle développe des standards qui font référence dans le monde au niveau industriel.

### III.2. MES et flux d'informations

<figure><img src="image_153.png" /><figcaption>Figure 2 FLUX D' INFORMATION SANS MES</figcaption></figure>
<figure><img src="image_154.png" /><figcaption>Figure 3 FLUX D' INFORMATION AVEC MES</figcaption></figure>
<figure><img src="image_155.png" /><figcaption>Figure 4 FLUX D' INFORMATION ERP-MRP-MES</figcaption></figure>
<figure><img src="image_156.png" /><figcaption>Figure 5 COMMUNICATION ENTRE LES SYSTEMES INFORMATIQUES D' ENTREPRISE ET D' ATELIER (ERP-SCADA-MES -CONTROLE ET COMMANDE)</figcaption></figure>
### III.3. Fonctions couvertes par le MES

<figure><img src="image_157.png" /></figure>

Le MESA a défini les fonctions principales du MES, reprises ensuite dans la norme ISA S95. Certaines ont un caractère opératoire tandis que d'autres concernent plutôt des fonctions transversales de l'entreprise

- Gestion des ressources

Personnel, Matériels et Equipements et aussi documents, énergies, matières premières, ingrédients...

Réservation, Mise à disposition pertinente, gestion temps réel des ressources de l'atelier ...

Historisation du statut et de l'utilisation de ces ressources

- Ordonnancement

Gestion des ordres de fabrication en tenant compte de l'état réel de l'atelier (ressources disponibles et ou autorisées), en prenant en compte ses performances nominales et en visant l'optimisation de son fonctionnement.
- <u>Cheminement des produits et des lots / Suivi des opérations</u>

Suivi des productions en temps réel, à travers les gammes de fabrication en prenant en compte
les aléas de production, les parcours sur différentes lignes ou machines, cette fonction permet
l'optimisation des stocks et la prise en compte de tâches non prévues (maintenance,
attente,...). Cette fonction participe à la généalogie du produit.

- <u>Gestion des documents de l'atelier</u>

Recettes de fabrication, schémas, organisation, procédures, instructions, avis techniques, modes opératoires aides contextuelles...

Mise à disposition de documents existants et/ou génération de documents sur événements, en particulier pour la traçabilité.

- <u>Collecte et acquisition de données</u>

Interfaçage de toutes formes de données de production acquises manuellement et/ou
automatiquement au niveau du Contrôle Commande (Automates, IHM, Superviseurs, CNC,
SNCC, autres systèmes automatiques d'acquisition)

- <u>Gestion du personnel</u>

Suivi par fonction et par disponibilité de la mise à disposition et de l'affectation avec enregistrement des tâches et du temps passé.

- <u>Gestion de la Qualité</u>

Mise en œuvre de différentes méthodes de contrôle. Processus de conformité libératoire.
Analyse continue et en temps réel des données de qualité demandée et réelle - Alerte sur les
dérives, recherche des causes et suggestion ou exécution des mesures correctives
- <u>Gestion de la maintenance</u>

Planification et enregistrement des actions de maintenance préventive en terme de périodicité et de contenu - déclenchement et enregistrement de la maintenance curative. Historisation par machine et par atelier. La gestion de maintenance des équipements est une nécessité pour l'obtention de l'agrément ISO.

- <u>Tracabilité ascendante et descendante du produit / Généalogie</u>

Permet de connaître à tout moment l'état de chaque batch, lot ou campagne engagés (ensemble de toutes les ressources engagées et consommées et de tous les évènements survenus). Entretien d'un historique à l'origine de la généalogie du produit fabriqué.

- <u>Analyse des performances</u>

Compare les résultats obtenus aux objectifs fixés par l'entreprise, les clients ou les contraintes réglementaires. Un certain nombre d'indicateurs de performance pour la production et la maintenance font l'objet de définitions quasi-normalisées.

Tout ou partie de ces fonctions peut être utile selon le type d'industrie (pharmaceutique, agroalimentaire, chimique, automobile, aéronautique, électronique...), que l'on ait à faire à une fabrication faisant appel à un procédé du type batch, continu ou manufacturier. Compte tenu du caractère modulaire des progiciels MES, leur implémentation peut être progressive.

### III.4. MES et flux matières en production

Le système de MES couvre l'ensemble des flux matières en production. En amont, depuis les approvisionnements des matières premières en production, en aval jusqu'au stockage des produits finis.

Le système durant l'évolution de la production génère de nombreux flux d'informations en temps réels pour obtenir une « image » la plus fidèle possible de la situation dans laquelle est réellement la production. Par exemple :
- Distribution de la production à produire sur les différents postes concernés

- Situation des lots de fabrication en quantité, en qualité et situation géographique dans l'atelier

- Etat des machines et des équipements (En marche, en production, en panne...)

- Prise de postes par les opérateurs

- Déclarations automatiques des productions à l'ERP...

Architecturé avec une base de données relationnelle, le système MES va permettre, à l'aide de tableaux de bord standards au système MES ou par un outil de reporting externe, d'informer les exploitants et les cadres en production pour leur permettre de prendre les bonnes décisions. Par exemple, à l'approche d'un seuil minimum acceptable d'approvisionnement en matière première d'une ligne de fabrication, de permettre au logisticien de savoir quel produit est attendu et en quelle quantité. Autre exemple, en cas de panne d'une machine sur une ligne de fabrication, de savoir sur quelle autre machine il est possible de rediriger la fabrication concernée.

### III.5 Intégration du système d'information industriel MES dans le système d'information global de l'entreprise ERP

La démarche de mise en place d'un système de MES est généralement initié lors d'un schéma directeur informatique d'entreprise. Les fonctions du système, les budgets nécessaires, la planification du développement et de la mise en service doivent être abordés de préférence dans une projection à long terme. Idéalement, réfléchir à la mise en place d'un MES doit se faire en même temps ou immédiatement après le changement d'un système ERP ou GPAO.

La pré-étude permet ensuite de définir avec les futurs utilisateurs les fonctions et les exigences du futur système MES. A la fin de cette pré-étude, le choix d'un système auprès d'un éditeur peut être envisagé pour choisir sa solution.

Une fois la solution choisie, pour le développement et pour le déploiement, il est préférable d'agir de façon itérative en priorisant les fonctions à déployer. Cette démarche vise à diminuer l'impact organisationnel et la conduite du changement qui sont absolument primordiaux et facteurs clés de succès dans le déploiement de ce type de SI.

Un système de MES n'est jamais seul dans un système d'information global. Il est prioritairement interfacé avec un système de type ERP ou GPAO. Cette interface permet généralement au système MES d'obtenir les caractéristiques des ressources et des processus de fabrication ainsi que le plan de charge planifié à produire (Ordres de fabrication). En retour, le système MES fourni à l'ERP les déclarations intermédiaires ou finales de production des ordres de fabrication. Il peut aussi, par exemple, renvoyer les résultats « qualité » d'échantillons de produits analysés.
Un système MES a aussi généralement la capacité à échanger des données « temps réel » avec des équipements automatisés de type automates programmables ou systèmes numériques de contrôle commande (SNCC). En effet et par exemple, il peut être intéressant de relever des données de température, de pression, de débit lors de la production d'un lot sur un four pour connaître les conditions exactes de fabrication.

La principale problématique d'intégration des systèmes d'information de type MES est de s'assurer qu'il n'y a pas redondance des données de fabrication entre le système ERP et le système MES. En effet, beaucoup d'informations nécessaires au fonctionnement d'un MES sont souvent détenues par l'ERP (gammes, nomenclatures, définition des tests « qualité »...). Il faut alors arbitrer entre la duplication de ces données dans les deux systèmes avec les risques d'incohérences associés ou bien définir les interfaces entre les systèmes. Globalement, les solutions de MES sur le marché proposent l'ensemble des connecteurs techniques accessibles (Fichiers structurés de type XML, Web Services, base de données, OPC pour les automates programmables...) pour simplifier la mise en œuvre d'interfaces avec d'autres systèmes.

### III.6 CONCLUSION

Les systèmes de MES sont de plus en plus légitimes au regard des enjeux et des objectifs qu'ils couvrent dans la situation de crise actuelle que connaissent les industriels. Les systèmes MES participent à l'amélioration de la compétitivité des industriels. Le système MES est un système très large et couvre un périmètre étendu à l'ensemble des acteurs impliqués dans la production. L'intégration d'un système MES dans l'entreprise doit faire l'objet d'une démarche construite en amont et d'une étude poussée surtout en complément d'un ERP. Le marché du MES est mature avec de nombreux éditeurs et intégrateurs présents sur le marché. Les grands groupes industriels l'ont souvent déjà adopté (Wrigleys, Danone, Essilor, Areva, Faurecia, Bombardier, General Motors, L'Oréal, Saint Gobain, Becton Dickinson...). Les PME et ETI devraient beaucoup plus s'y intéresser.
# CHAP.IV La supervision industrielle et le SCADA

## IV.1 DEFINITIONS

### SUPERVISION

⇒ Les logiciels de supervision sont une classe de programmes applicatifs dédiés au contrôle de processus et à la collecte d'informations en temps réel depuis des sites distants, en vue de maîtriser un équipement.

**SCADA** (supervisory control and data acquisition)

⇒ Un système SCADA inclut des composants hardware et software. Les éléments hardware assurent la collecte des informations qui sont à disposition du calculateur sur lequel est implanté de le logiciel de supervision.
Le calculateur traite ces données et en donne une représentation graphique réactualisée périodiquement. Le système SCADA enregistre les évènements dans des fichiers ou les envoie sur une imprimante, par mail... Le système surveille les conditions de fonctionnement anormale et génère des alarmes.

<figure><img src="image_158.png" /></figure>
# IV.2 LES PRINCIPALES PROCEDES INDUSTRIELS

## 1 - Les procédés continus

- Cimenterie, alimentaire, chimie, traitement de minéraux, etc...

- Les procédés ne s'arrêtent pas, ils tournent 24/24 et toute l'année.

(difficulté de stockage des produits intermédiaires)

- Les traitements effectués sont de type chauffage, refroidissement, malaxage, etc...

- Ne nécessitent pas beaucoup de postes de travail.

## 2 - Les procédés manufacturiers

- S'appliquent à des transformations de matériaux.

- Essentiellement des opérations d'usinage et d'assemblage.

- Les matériaux en cours de transformation peuvent être stockés pour une durée déterminée à n'importe quel point du cycle de fabrication.

- La traçabilité de la production peut être assurée. Il est possible de déterminer pour un produit fini et pour chaque composant le poste qui l'a fabriqué et celui qui l'a contrôlé.

- Très consommateurs de postes de travail (avant l'automatisation)

## 3 - Procédés intermédiaires

- Selon les cas et les points de vue, il peut être possible de les ranger dans la première ou la deuxième catégorie.

Exemple: les procédés "batch": élaboration en continu de lots de produits (industrie pharmaceutique)

I
# IV.3 AVENEMENTS DE LA SUPERVISION INDUSTRIELLE

## 1 - Pour les procédés continus

- **Au début, la supervision des procédés était purement humaine**: L'ouvrier avait connaissance en temps réel des données qui le concernent. Le contre-maître était informé dans l'heure des événements qui concernaient son équipe, puis l'information montait plus ou moins vite et plus ou moins diluée vers le haut.

- Il s'est avéré utile de **centraliser les données** et on a vu apparaître ainsi des **salles de contrôle** avec des mûrs couverts de tableaux, de vues synoptiques et d'indicateurs représentant les états de variables.

**Les opérateurs disposaient de commandes principales sous forme de manettes, rhéostats, boutons poussoirs, etc.**

- Les procédés sont devenus de plus en plus complexes et **il est devenu difficile pour un seul opérateur d'avoir une vue synthétique et globale du procédé**.

La multiplication des écrans avec des synoptiques animées a permis de représenter sur des surfaces beaucoup plus petites une multitude de vues accessibles à volonté.

(Les premiers systèmes étaient complexes et spécifiques)

- D'autres **fonctionnalités sont apparues**: enregistrement d'erreurs "au fil de l'eau", gestion des alarmes, etc.

## 2 - Pour les procédés manufacturiers

Les procédés manufacturiers ont pu se passer pendant longtemps de la supervision, mais avec l'avènement de l'automatisation, il est **devenu nécessaire de centraliser dans un lieu unique les données** concernant l'avancement de la fabrication.

La **conduite flexible** suppose une interaction constante entre les équipements de pilotage et les systèmes d'information de l'entreprise.
# IV.4 FONCTIONS DE LA SUPERVISION DE LA SUPERVISION INDUSTRIELLE

## FONCTION1 : REPRESENTATION SYNOPTIQUE

→ **Synoptique** fonction essentielle de la supervision, fournit une représentation synthétique, dynamique et instantanée de l'ensemble des moyens de production de l'unité

<figure><img src="image_159.png" /></figure>

→ **Synoptique** : permet à l'opérateur d'interagir avec le processus et de visualiser le comportement normal

<figure><img src="image_160.png" /></figure>
→ Synoptique : permet à l'opérateur de visualiser le comportement anormal

<figure><img src="image_161.png" /></figure>

## FONCTION2 : REPRENSATION GRAPHIQUE AVEC DES COURBES

→ Courbes:

- donne une représentation graphique de différentes données du processus

- donne les outils d'analyse des variables historisées

<figure><img src="image_162.png" /></figure>
## FONCTION3 : ALARMES

→ Alarmes: - calcule en temps réel les conditions de déclenchement des alarmes

- affiche l'ensemble des alarmes selon des règles de priorité,

- donne les outils de gestion depuis la prise en compte jusqu'à la résolution complète

- assure l'enregistrement de toutes les étapes de traitement de l'alarme

<figure><img src="image_163.png" /></figure>

## FONCTION4 : HISTORISATION DU PROCEDE

→ Historisation du procédé:

- permet la sauvegarde périodique de grandeurs (archivage au fil de l'eau)

- permet la sauvegarde d'événements horodatés (archivage sélectif)

- fournit les outils de recherche dans les données archivées

- fournit la possibilité de refaire fonctionner le synoptique avec les données archivées (fonction de magnétoscope ou de replay)

- permet de garder une trace validée de données critiques (traçabilité de données de production)

<figure><img src="image_164.png" /></figure>

<figure><img src="image_165.png" /></figure>

Université
## FONCTION5 : GESTION DES GAMMES DE FABRICATION ET RECETTES

<figure><img src="image_166.png" /></figure>

Gestion des gammes de fabrication et recettes:

- donne un outil de gestion des lots de fabrication (batchs)

- gère les paramètres de réglage des machines pour chacun des lots (recettes)

<figure><img src="image_167.png" /></figure>

## IV.5 FOURNISSEURS DE SUPERVISSEURS INDUSTRIELS

<figure><img src="image_168.png" /></figure>

Quelques superviseurs commerciaux:

Schneider
Electric

Monitor Pro, Vidjo
Look, Citect

Codra

Panorama P2,
Panorama E2

<figure><img src="image_169.png" /></figure>

TopKapi

ARC
Informatique

PcVue, PlantVue

<figure><img src="image_170.png" /></figure>

ControlMaestro,
Wizcon

SIEMENS

SIMATIC WinCC
Version 7

<figure><img src="image_171.png" /></figure>

ICONICS

Genesis 32

Wonderware

InTouch,
InControl
<figure><img src="image_172.png" /></figure>

IV.6 DOMAINES D'APPLICATION DE LA SUPERVISION ET EXEMPLE

<figure><img src="image_173.png" /></figure>
Domaines d'application :

↔ Le pilotage de grandes installations industrielles automatisées:

- métallurgie (laminoir) production pétrolière (distillation),

- production et stockage agroalimentaire (lait, céréales...)

- production manufacturière (automobile, biens de consommation...)

↔ Le pilotage d'installations réparties:

- alimentation en eau potable,

- traitement des eaux usées,

- gestion des flux hydrauliques (canaux, rivières, barrages...)

- gestion de tunnels (ventilation, sécurité)

↔ La gestion technique de bâtiments et gestion technique centralisée (GTC):

- gestion des moyens de chauffage et d'éclairage (économies d'énergie)

- gestion des alarmes incendies

- contrôle d'accès, gestion des alarmes intrusion

-

Exemple d'un Système manufacturier :

• Objectif : remonter l'information de l'atelier de production vers le système d'information de l'entreprise

•

• Conduite du procédé

•

• (synoptiques, tracés de courbes, alarmes)

•

• Suivi de fabrication

•

• Suivi des commandes

•

• Qualité

•

• Traçabilité

•

• SPC (statistic Process Control)

<figure><img src="image_174.png" /></figure>
IV.7 ANALYSE DES CARACTERISTIQUES DE LA SUPERVISION
SCADA

* Système d’exploitation

- mono ou multi-utilisateurs (sécurité de gestion des utilisateurs)

- mono ou multi-tâches (traitement de la base de données,
rafraîchissement des vues, alarmes, communications, édition...)

- périodicité des tâches garanties ou non

- interruption de tâches

* Communications

- communications entre tâches (liaison dynamique, protocole, ex DLL, OLE)

- communications matérielles (périphériques, cartes spécialisées, protocoles ex série, CAN, TCP, UDP)

* Supervision répartie

- postes autonomes en réseau

- répartition des tâches ou des variables entre plusieurs postes

- postes clients d'un serveur multi-utilisateur

* Base de données « variables » du superviseur

contient les informations venant des processus relatives aux
automatismes

- rafraîchissement :

- cyclique (mise à jour périodiquement)

- cyclique paramétrable (base partagée en plusieurs blocs)

- sélectif (mise à jour uniquement des variables des vues de l'écran actif)

- flash (mise à jour à l'ouverture d'une vue)

- sur exception (rafraîchissement sur changement d'état des variables)

- capacité
● Conduite

- télécommande directe du processus par forçage des variables depuis l'IHM

- validation de la conduite selon niveau opérateur

● Traitements graphiques

- cartes et résolutions supportés

- redimensionnement des vues, des textes (vectorisation ex SVG)

- affichage multi-lingue

- affichage dédié ou standard, affichage distant (Web)

● Traitement des alarmes

- hiérarchie et priorité des alarmes

- datation

- occurrence multiple

versité - acquittement par des postes multiples

● Archivage

- historique des variables

- archivage sélectif

- archivage court terme/long terme

- capacité et structure d'archivage

- archivage sur structure standard (SQL, Oracle...)

● Programmation

- éditeur graphique

- bibliothèque de composants (ActiveX)

- structure générale de gestion (hiérarchies des objets, instanciation)

- programmation des fonctions prédéfinies

- développement de traitements spécifiques

- extensions matériel (nouveau couplage)

- extension logicielle par ajout de composants externes (ActiveX)
IV.8 ARCHITECTURE MATERIELLE DU SYSTEME DE SUPERVISION

Architecture matérielle du système de supervision

<figure><img src="image_175.png" /></figure>

Architecture matérielle du système de supervision

<figure><img src="image_176.png" /></figure>
IV.9 ARCHITECTURE LOGICELLE DU SYSTEME DE SUPERVISION

Organisation logicielle d'un système de Supervision

<figure><img src="image_177.png" /></figure>

Organisation logicielle d 'un système de Supervision

types particuliers dédiés au contrôle-commande

- variable booléenne ou TOR (0-1, false-true)

- variable numérique (real, double)

- variable chaîne de caractère

GESTIONNAIRE
DE VARIABLES
Temps-Réel

variable "objet"

- valeur de la variable

- unités

- échelle, limites

- horodatage, fraîcheur

- hystérésis

Ces notions ont été intégrées dans la norme OPC (Object for Process Control)
## Organisation logicielle d'un système de Supervision

→ spécificité Temps-réel de la base des variables

GESTIONNAIRE
DE VARIABLES
Temps-Réel

* **synchronisme** avec l'interface IHM par

- mise à jour de l'affichage (valeurs affichées, graphismes)

- prise en compte des actions (boutons, curseurs)

- prise en compte des valeurs (saisie)

* **synchronisme** avec le matériel

- lecture des variables en entrée

- envoi des valeurs en sortie

Le synchronisme peut être obtenu de 2 manières :

- par accès cyclique aux périphériques

- par analyse des changement de valeur et activation des fonctions associées

## Organisation logicielle répartie d'un système SCADA

<figure><img src="image_178.png" /></figure>
IV.9 CAHIER DES CHARGES EXTERNE DU SYSTEME SCADA

→ Accéder aux informations ( **lecture et écriture** ) des unités de traitement (automates, régulateurs, chaînes d'acquisition, cartes E/S, systèmes d'identification, terminaux...

en **temps réel**.

⇒ Ces périphériques sont généralement **hétérogènes** :

communications physiques diverses:

- liaison série standard RS 232 ou RS485

- liaison dédiée (ASI, CAN, Profibus )

- réseau Ethernet...

protocoles différents

- Modbus ASCII, RTU, TelWay

- CanOpen, DeviceNet

- UDP, TCP/IP, ModbusTCP ...

⇒ **Visualiser** les informations dans un interface HMI du type graphique **réactif** aux données et **interactif** avec l'opérateur ..

L'environnement graphique peut être propriétaire (logiciel graphique intégré au
superviseur) ou standard (utilisation d'un interface de type navigateur Web).

La visualisation graphique sur poste distant (Web?) est souvent demandée par l'exploitant.

La visualisation est répartie sur plusieurs postes graphiques pour les applications de
grande dimension.
IV.10 DU SCADA AU MES

V.10.1 LES VERITES QUI DERANGENT

<figure><img src="image_179.png" /></figure>

Piloter sa production, c'est souvent une question d'intégration entre trois logiciels : ERP (Enterprise resource planning, pour la gestion des ressources de l'entreprise), MES (Manufacturing execution system, pour le suivi de la production) et SCADA (Supervisory control and data acquisition, pour le pilotage des machines automatisées). La répartition des tâches entre ces logiciels se révèle un casse-tête pour de nombreux industriels. Pour l'expert Philippe Allot, PDG d'Ordinal Software, éditeur français de logiciels pour l'industrie, la représentation habituelle sous forme de pyramide ne correspond pas vraiment à la réalité du terrain.

De nombreux articles ont été consacrés à la comparaison entre MES et ERP et à leur
positionnement respectif. Toutefois, une fois épuisé le questionnement initial : "Ai-je
vraiment besoin d'un système MES dès lors que j'ai déjà un ERP ?", il ressort rapidement
qu'ERP et MES sont des logiciels parfaitement complémentaires, et que le MES permet entre
autres de tirer un meilleur parti de l'ERP.
Le débat sur la ligne de partage entre ERP et MES, certes variable suivant les process et même suivant les choix de l'industriel, va rarement au delà de l'arbitrage des responsabilités sur la gestion des stocks d'ateliers et les recettes de fabrication des produits. Dans quatre-vingt quinze pour cent des cas, l'ERP fournira au MES une liste d'ordres de fabrication que le MES aura pour tâche d'exécuter, en maitrisant le déroulement des opérations et leur traçabilité, fournissant en retour à l'ERP les consommations de matières, la performance de production et la qualité des produits fabriqués. Ce travail de clarification a plus rarement été mené sur la ligne de partage entre MES et supervision (ou SCADA, pour Supervisory Control And Data Acquisition). Et pour cause, l'existence même de cette ligne de partage étant une véritable énigme...

## IV.10.2 LE SECRET DES PYRAMIDES

Pour percer le secret de cette énigme, il faut prendre conscience de la puissance qu'a longtemps exercé (et continue de le faire) une représentation très consensuelle dans le monde de l'automation, à savoir la *pyramide du CIM*.

Le CIM (Computer Integrated Manufacturing) a connu une large diffusion dans les années quatre-vingt. On en a surtout retenu la représentation pyramidale des différentes strates matérielles et logicielles qu'il suppose dans l'architecture digitale de la production d'une entreprise.
<figure><img src="image_180.png" /><figcaption>Figure 6 DIAGRAMME CIM D'ORIGINE</figcaption></figure>

Le diagramme CIM d'origine ne mentionne pas le positionnement du SCADA, car ces logiciels sont
embryonnaires au moment où le CIM est mis en place. Il peut être tentant de l'ajouter sous forme
d'une couche supplémentaire, et de caractériser plus précisément chacune des couches, ce qui
donne la représentation suivante.
<figure><img src="image_181.png" /><figcaption>Figure 7 DIAGRAMME CIM ACTUEL</figcaption></figure>

Cette représentation pyramidale repose implicitement sur plusieurs hypothèses, même si celles-ci ne sont jamais exprimées très clairement.

La première est une hiérarchie fonctionnelle, dont l'effet est renforcé par la représentation.
Elle suppose que l'on va des fonctions les plus simples (au bas de la pyramide) aux fonctions
les plus complexes (en haut de la pyramide). La seconde hypothèse - c'est sans doute la plus
importante - est que chaque bloc fonctionnel ne peut communiquer qu'avec celui qui est
juste au dessus et celui qui est juste au dessous. Cette dernière hypothèse est à la fois dictée
historiquement par une analogie avec les structures managériales traditionnelles et
l'existence de types de communication matérielle très différents à chaque niveau : dans les
années quatre-vingt, les réseaux de capteurs, les réseaux automates, et les réseaux
informatiques étaient de types très différents, incapables de cohabiter sur le même support
physique.

Aujourd'hui, on ne pense plus forcément que l'intelligence est essentiellement concentrée
en haut des pyramides. Surtout, les standards Ethernet et TCP/IP se sont imposés comme
couche universelle de base de la plupart des réseaux, qu'il s'agisse de réseaux de capteurs et
d'actionneurs, d'automates ou de systèmes informatiques, sans oublier la connexion à
l'Internet mondial. Sans aller jusqu'à prétendre que la pyramide du CIM a éclaté, le moins que l'on puisse dire est que cette représentation s'impose beaucoup moins naturellement qu'à cette époque.

Il n'empêche, le "secret" des pyramides est de véhiculer subrepticement un découpage qui ne correspond pas nécessairement àune réalité fonctionnelle, ni aujourd'hui àune contrainte technique, ni même comme nous le verrons plus tard àune réalité sur le terrain !

Mais voyons d'abord si l'ISA, principal contributeur dans le travail d'analyse sur le MES au travers du standard ISA-95, définit mieux les domaines du SCADA et du MES...

IV.10.3 MES et SCADA selon les travaux de l'ISA

Rappelons d'abord que l'objectif premier des travaux de l'ISA-95 a été de définir un mode d'échange entre le MES et l'ERP, avec comme première conséquence positive de justifier l'existence de chacun de ces deux grands logiciels au sein de toute architecture de production.

Dans le positionnement fonctionnel du MES, l'ISA n'a pas repris la représentation pyramidale du CIM, mais elle en a néanmoins conservé les niveaux, affectant le niveau 4 àl'ERP et le niveau 3 au MES, de manière assez proche de la représentation que nous avons faite dans la figure 2.

En allant un peu plus au détail de la figure, on constate que l'ISA-95 n'identifie pas plus clairement que les premières versions du CIM le positionnement du SCADA. Dans l'acronyme SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), si Monitory Control et Supervisory Control sont bien considérés comme de niveau 2, Data Acquisition (le DA de SCADA) et Recipe Control, souvent considérés comme des fonctions SCADA, sont rattachés au niveau 3 dans l'ISA-95. Le niveau 2 étant plutôt celui des "automatismes".

D'ailleurs, si on trouve, en particulier dans la partie 2 du standard, de longs développements
sur la modélisation des échanges entre MES et ERP, on chercherait en vain une définition
des échanges entre MES et SCADA. Comment expliquer cette absence ?
#### IV.10.4 La réalité du terrain - les vies parallèles

Pour comprendre exhaustivement la réalité du terrain, il faut prendre conscience d'un autre présupposé de la pyramide du CIM : emportés par leur élan vers une automatisation complète des installations industrielles, les concepteurs du CIM ne font aucunement apparaître les opérations manuelles, pourtant nombreuses voire prépondérantes suivant le type d'industrie. Or les automates et les logiciels SCADA n'ont pas été spécialement conçus pour la gestion des opérations manuelles. Faute de mieux, les industriels ont longtemps considéré qu'un SCADA était nécessaire pour réaliser des Interfaces Homme-Machine (IHM), mais en réalité cette fonction n'appartient en propre à aucun logiciel.

Dans la pratique donc, lors de l'arrivée des logiciels de MES, ceux-ci ont pris en compte directement, généralement par des interfaces de saisie, les opérations manuelles. Pour faciliter la collecte d'information et la traçabilité, des dispositifs tels que les lecteurs de codes à barres et les imprimantes d'étiquettes sont gérés par le logiciel MES soit directement, soit par l'intermédiaire des automates, mais pratiquement jamais au travers du logiciel de supervision. Présenter le SCADA comme un étage entre le terrain et le MES par l'intermédiaire des automatismes ne correspond donc que très rarement à une réalité.

Dans la pratique, supervision et MES suivent des vies totalement parallèles. Les outils sont, de plus, souvent attachés à des cultures différentes : les développements de supervision reflètent une vision "automatismes" de la production, très orientée "bits et mots", c'est-à-dire "entrées/sorties élémentaires", alors que les développements de MES en reflètent une vision "opérationnelle", plus structurée et généralement plus "informatique". De ce fait, aucun échange structuré n'a réellement été défini entre SCADA et MES, et il est plus simple pour les logiciels de MES de collecter les données à la source. Le diagramme fonctionnel de l'ISA-95 met aussi en évidence que le MES travaille à quelques exceptions spécifiques près sur les mêmes échelles de temps que le SCADA.

On représentera donc mieux la réalité du positionnement du SCADA et du MES avec le schéma de la figure 3.
<figure><img src="image_182.png" /><figcaption>Figure 8 POSITIONNEMENT DU SCADA ET DU MES</figcaption></figure>

Ce schéma rend compte d'une beaucoup plus grande confusion des rôles entre SCADA et MES que ne le laisse présager la représentation pyramidale, et qui explique pour une bonne part les questions que les industriels peuvent se poser sur le rôle de chacun de ces logiciels. L'acquisition des données et une partie du contrôle des opérations sont directement en doublon entre les deux blocs logiciels, dont les écrans seront présentés chacun de leur côté aux mêmes opérateurs. Parfois, le parallélisme va jusqu'à l'historisation, chacun des deux outils stockant quasiment les mêmes données dans des systèmes différents. Dans une telle
confusion, on peut trouver logique de demander à l'intégrateur de la solution de supervision
de se connecter directement à l'ERP, ce qui ne veut pas dire pour autant, comme on l'a
parfois cru, que les outils de supervision se sont dotés de fonctions de MES ! Les intégrateurs
sont en fait conduits à faire des développements spécifiques importants, difficiles à mettre
au point et à maintenir, et généralement éloignés par les contraintes du logiciel des bonnes
pratiques de l'ISA-95.

Pour éviter cette confusion, il apparaît plus sain de regrouper SCADA et MES au sein d'une
même plateforme logicielle, mettant en commun a minima les fonctions communes entre
ces logiciels : communication avec les automates, communication avec les périphériques de
production, acquisition et historisation des données, interface homme-machine, etc. Une
approche modulaire permettra à l'industriel d'adapter le périmètre fonctionnel à ses besoins
propres. L'organisation est alors celle de la figure 4, beaucoup plus claire et efficace.

<figure><img src="image_183.png" /><figcaption>Figure 9 SCADA et MES regroupés</figcaption></figure>
IV.10.5 SCADA et MES peuvent fusionner

SCADA et MES, qui se partagent souvent les rôles au sein d'une installation industrielle, coopèrent de manière beaucoup moins claire et efficace que ne le laissent penser les représentations pyramidales inspirées du CIM. La réalité du terrain montre que le MES ne dialogue que très rarement avec les outils de supervision.

La coexistence des deux outils correspond plus à un développement historique qu'à un partage naturel des rôles entre les deux logiciels. A l'inverse, une fusion de ces outils au sein d'une même plateforme logicielle représente un gain important pour l'industriel en termes de simplicité et coût de déploiement, de maintenabilité des applications et d'efficacité des opérateurs.
# CHAP.V LE SYSTEME D'INFORMATION D'UNE ENTREPRISE INDUSTRIELLE ET ERP

## V.1.1 PRESENTATION DU ERP

L'acronyme ERP signifie "Enterprise Ressource Planning" traduit en français par Progiciel de Gestion Intégré ou PGI. ERP est le terme le plus couramment utilisé.

Emanant d'un concepteur unique, un ERP est un progiciel qui permet de gérer l'ensemble des processus d'une entreprise intégrant l'ensemble de ses fonctions comme la gestion des ressources humaines, la gestion financière et comptable, l'aide à la décision, la vente, la distribution, l'approvisionnement, la production ou encore du e-commerce.

Le principe fondateur d'un ERP est de construire des applications informatiques correspondant aux diverses fonctions citées précédemment de manière modulaire sachant que ces modules sont indépendants entre eux, tout en partageant une base de données unique et commune au sens logique.

L'autre principe qui caractérise un ERP est l'usage de ce qu'on appelle un moteur de workflow et qui permet, lorsqu'une donnée est enregistrée dans le SI, de la propager dans les modules qui en ont l'utilité, selon une programmation prédéfinie.

Ainsi, on peut parler d'ERP lorsqu'on est en présence d'un SI composé de plusieurs applications partageant une seule et même base de données, par le biais d'un système automatisé prédéfini et éventuellement paramétrable, un moteur de workflow.

Les ERP sont principalement destinés aux grandes entreprises ou multinationales du fait d'un coût important. Cependant, le marché des ERP tend à se démocratiser vers les PME/PMI. Certains éditeurs conçoivent un
ERP uniquement pour ce type de structure. Enfin, il existe des ERP open source ce qui revient moins cher, puisqu'il n'y a pas de coût de licence (ils sont gratuits). En revanche, il faut inclure dans le calcul du coût d'acquisition total, les frais de maintenance et l'assistance technique.

Concrètement, les avantages de la mise en place d'un ERP sont les suivants:

* L'intégrité et l'unicité du SI, c'est à dire qu'un ERP permet une logique et une ergonomie unique à travers sa base de données, elle aussi unique au sens "logique". Ceci se traduit par le fait qu'il peut exister plusieurs bases de données "physiques" mais celles-ci respectent la même structure. En bref, un ERP permet d'éviter la redondance d'information entre différents SI de l'entreprise.

* L'utilisateur a la possibilité de récupérer des données de manière immédiate, ou encore de les enregistrer. Un avantage important, les mises à jour dans la base de données sont effectuées en temps réel et propagées aux modules concernés.

* Un ERP est un outil multilingue et multidevise, il est donc adapté au marché mondial, en particulier aux multinationales.

* Pas d'interface entre les modules, il y a synchronisation des traitements et optimisation des processus de gestion. De même, la maintenance corrective est simplifiée car celle-ci est assurée directement par l'éditeur et non plus par le service informatique de l'entreprise. (Celui-ci garde néanmoins sous sa responsabilité la maintenance évolutive: amélioration des fonctionnalités, évolution des règles de gestion, etc.).

* Un ERP permet de maîtriser les stocks, élément important pour la plupart des entreprises car les stocks coûtent chers

Par conséquent, les ERP gèrent et prennent en charge plusieurs périodes (pour les exercices comptables par exemple), plusieurs devises, plusieurs
langues pour les utilisateurs et clients, plusieurs législations, plusieurs
axes d'analyse en informatique décisionnelle.

Mais l'implantation comporte plusieurs risques: des risques
**organisationnels** (le progiciel et l'organisation de l'entreprise doivent
cohabiter), de **mise en œuvre** (au niveau formation utilisateur),
**fonctionnels** ( fonctions offertes par le progiciel par rapport aux fonctions
attendues), **techniques, contractuels** entre l'éditeur et l'entreprise et
enfin des risques **économiques** du fait de l'investissement.

Concernant le déploiement d'un ERP, celui-ci est la plupart du temps
**client/serveur** comme le décrit le schéma ci-dessous:

<figure><img src="image_184.png" /></figure>

Avant de découvrir en quoi consiste une architecture modulaire et ses
modules, nous allons voir les principaux acteurs du marché des ERP (au
niveau mondial).
<figure><img src="image_185.png" /></figure>
L'évolution de l'informatisation des entreprises a suivi un cheminement
systémique mais a abouti à une conception de l'entreprise qui est cloisonnée
et fragmentée, favorisant la redondance des données et des applications. La
redondance des données en particulier n'a pas été sans défavoriser l'intégrité
de l'information. En effet, si plusieurs unités gèrent la même information, il est
inévitable qu'avec le temps, ces informations ne soient plus synchronisées et
deviennent, de ce fait, différentes.

L'évolution vers les systèmes intégrés s'est faite sur plusieurs décennies.

* Dans les années 1960, la gestion des inventaires était l'objet de l'Inventory control.

* Dans les années 1970, le MRP (Material Requirement Planning) s'efforçait de planifier les besoins en composants et matières premières.

* Dans les années 1980, le MRP II (Manufacturing Resource Planning) remontait vers la gestion de l'ensemble de la production et de la distribution.

* Au début des années 1990, le MRP II s'étendait aussi aux domaines de l'ingénierie, de la finance, des ressources humaines, etc.). Si l'ERP parachève le concept du MRP II, la différence est surtout d'ordre technologique: les logiciels de MRP étaient des systèmes «propriétaires» alors que l'ERP s'appuie sur une architecture client/serveur, des bases de données relationnelles et une programmation orientée objet.

Suite à ces évolutions, les ERP (Enterprise Resource Planning) ou PGI (Progiciels de Gestion Intégrés) sont venus à point nommé pour répondre à certaines des inquiétudes des entreprises.

Un des problèmes des entreprises d'aujourd'hui est la gestion de la pléthore de données et Dans un système intégré, chaque donnée qui est saisie dans le système est d'abord vérifiée pour sa cohérence avec le reste des données de la base.
Ainsi, par exemple, il devient certain, grâce à la saisie et la gestion uniques des données, que la marchandise qui est livrée a été facturée et vice-versa. Les avoirs, les retours de marchandises, les freintes', les stocks négatifs et autres ex- ceptions sont également gérés conformément aux paramètres introduits lors de l'installation du logiciel et qui tiennent compte de la spécificité de l'entreprise. Une information unique est plus fiable et permet donc une meilleure prise de décision puisqu'elle est dénuée d'ambiguïté.

Les entreprises n'ont pas attendu les ERP pour parler d'intégration ou de sys- tèmes intégrés. Le mot en lui-même est utilisé un peu évasivement par les édi- teurs, qu'ils développent des logiciels d'ERP ou des systèmes intégrés, car, comme on s'en douterait, tout système intégré n'est pas nécessairement un ERP. Mais tous les logiciels d'ERP sont intégrés. Si les systèmes intégrés sont des fê- dérations de systèmes, les ERP sont des conglomérats de systèmes.

La définition de «intégré» que Tomas a empruntée au CXP est telle que reproduite ci-après.

Pour être «intégré», un progiciel doit:

* provenir d'un concepteur unique

* garantir l'unicité de l'information

* garantir la mise à jour, en temps réel, des informations et ce, dans tous les modules concernés

* fournir les outils nécessaires pour assurer la traçabilité des opérations de gestion

* couvrir entièrement soit une fonction de gestion, soit plusieurs de ces fonc- tions, soit la totalité du système d'information de l'entreprise.

Quoique standards, les logiciels d'ERP sont supposés fonctionner dans des environnements organisationnels différents par définition. Ils doivent néan- moins tenir compte des spécificités de chaque entreprise. Pour ce faire, une étape de paramétrage est nécessaire avant le déploiement du système et son utilisation effective par l'entreprise.

Dans le paramétrage, il s'agit par ailleurs de mettre en place un langage commun aux différentes fonctions de l'entreprise pour la saisie, la diffusion et l'utilisation des informations (IUP, 2000).
Les logiciels d'ERP peuvent coûter cher. Désormais, des solutions relativement plus économiques mais souvent aussi performantes existent sous le label du logiciel libre.

Rappelons que quoiqu'en anglais, le nom de cette catégorie de logiciel, soit free software, elle n'en est pas nécessairement plus gratuite que les autres catégories de logiciel (voir le chapitre III du premier tome de cet ouvrage). De même, les logiciels libres peuvent être acquis gratuitement ou contre payement, mais ils sont caractérisés par le fait que l'utilisateur soit encouragé à (1) faire des copies et distribuer le programme et à (2) le modifier à sa guise pour l'adapter à ses besoins.

Les logiciels d'ERP sous le label du logiciel libre sont donc forcément plus économiques puisqu'il n'y pas de coût de licence.

Le site http://www.entreprise-erp.com/les-principaux-erp.html énumère les logiciels d'ERP suivants:

* Aria

* Compiere

* OpenSI

* ERP5

* Fisterra

* OFBiz (Open for Business)

* PGI Suite

* Value Enterprise

* Tiny ERP

## V.2.LE SYSTEME D'INFORMATION FONCTIONNEL D'ENTREPRISE

### V.2.1 PRESENTATION

Comme leur nom l'indique, les systèmes d'information fonctionnels, dont un exemple d'architecture est donné ci-après, sont destinés à soutenir les principales fonctions de l'entreprise.
<figure><img src="image_186.png" /></figure>

Quoique ceci constitue une vue des systèmes devenant obsolète, il importe de la comprendre, avant de pouvoir comprendre la nécessité de la vue des systèmes d'information comme des outils non plus au service de fonctions, mais comme des outils au service d'une entreprise. Ce que nous verrons dans le contexte des ERP, des systèmes intégrés et des logiciels d'entreprise.
## V.2.2 LE SYSTEME D'INFORMATION DE PRODUCTION

Adoptant la structure hiérarchique inspirée d'Anthony, les systèmes d'information de production sont représentés ci-dessous en fonction des sous-systèmes qui les composent:

<figure><img src="image_187.png" /></figure>
## V.2.2 LE SYSTEME D'INFORMATION FINANCIER

Les systèmes d'information financiers composés de sous-systèmes de planification financière, de production de rapports et de traitement transactionnel, soutiennent les décisions concernant le financement, l'allocation et le contrôle des fonds au sein d'une entreprise.

<figure><img src="image_188.png" /></figure>

## V.2.3 LE SYSTEME D'INFORMATION COMPTABLES
Les principaux systèmes d'information comptables sont des sous-systèmes de traitement transactionnel et des états financiers. Il est important de s'intéresser à la manière dont ils sont inter-reliés entre eux sur le plan des flux d'entrée et de sortie.

<figure><img src="image_189.png" /></figure>
V.1.3 LE SYSTEME D'INFORMATION DE GESTION DES RESSOURCES HUMAINES

Les systèmes d'information de gestion des ressources humaines (SI-GRH), quant à eux, soutiennent les aspects stratégiques, tactiques et opérationnels de l'utilisation des ressources humaines d'une entreprise.

Un SI-GRH est un système qui assiste ses utilisateurs dans la planification, le contrôle, la coordination, l'administration, la gestion et le suivi des ressources humaines d'une entreprise.

<table><thead><tr><th></th><th>Dotation</th><th>Formation et perfectionnement</th><th>Evaluation du rendement</th><th>Administration de la rémunération</th></tr></thead><tbody><tr><td>Systèmes d'information stratégiques</td><td><ul><li>Planification de la main d'œuvre</li><li>Suivi de la main d'œuvre</li></ul></td><td><ul><li>Planification de la relève</li></ul></td><td><ul><li>Planification de l'évaluation du rendement</li></ul></td><td><ul><li>Coûts des contrats</li><li>Prévisions des salaires</li><li>Suivi des avantages sociaux</li></ul></td></tr><tr><td>Systèmes d'information tactiques</td><td><ul><li>Analyse des budgets</li><li>Analyse du roulement</li><li>Évaluation des coûts du roulement</li><li>Absentéisme/rendement</li></ul></td><td><ul><li>Efficacité de la formation</li><li>Choix de carrière</li></ul></td><td><ul><li>Corrélation rendement/formation</li></ul></td><td><ul><li>Efficacité de la rémunération</li><li>Modèles de choix d'avantages sociaux</li></ul></td></tr><tr><td>Systèmes d'information opérationnels</td><td><ul><li>Recrutement</li><li>Entrevues structurées / évaluation</li><li>Planification de la main d'œuvre</li><li>Horaires de travail</li><li>Modèles de sélection</li></ul></td><td><ul><li>Évaluation des compétences</li></ul></td><td><ul><li>Programmes d'évaluation assistée par ordinateur</li></ul></td><td><ul><li>Égalité de la rémunération</li></ul></td></tr></tbody></table>
# V.3. EVOLUTION VERS LE SYSTEME INTEGRE

## V.3.1 INTRODUCTION

On appelle l'ensemble de ces systèmes, apparemment séparés, les systèmes d'information fonctionnels, que nous avons déjà vus.

De nombreux nouveaux systèmes d'information basés sur l'outil informatique sont arrivés à point nommé en réponse à plusieurs problèmes rencontrés par les entreprises qui, au fil des années, et suite à des efforts soutenus de développement de leur système d'information, ont évolué avec les contraintes imposées par la gestion moderne s'appuyant sur les technologies de l'information et de la communication.

L'évolution de l'informatisation des entreprises a suivi un cheminement systémique mais a abouti à une conception de l'entreprise qui est cloisonnée et fragmentée, favorisant la redondance des données et des applications. La redondance des données en particulier n'a pas été sans défavoriser l'intégrité de l'information. En effet, si plusieurs unités gèrent la même information, il est inévitable qu'avec le temps, ces informations ne soient plus synchronisées et deviennent, de ce fait, différentes.

L'évolution vers les systèmes intégrés s'est faite sur plusieurs décennies.

* Dans les années 1960, la gestion des inventaires était l'objet de l'Inventory control.

* Dans les années 1970, le MRP (Material Requirement Planning) s'efforçait de planifier les besoins en composants et matières premières.

* Dans les années 1980, le MRP II (Manufacturing Resource Planning) remontait vers la gestion de l'ensemble de la production et de la distribution.

* Au début des années 1990, le MRP II s'étendait aussi aux domaines de l'ingénierie, de la finance, des ressources humaines, etc.). Si l'ERP paraît chère le concept du MRP II, la différence est surtout d'ordre technologique: les logiciels de MRP étaient des systèmes «propriétaires» alors que l'ERP s'appuie sur une architecture client/serveur, des bases de données relationnelles et une programmation orientée objet.

Suite à ces évolutions, les ERP (Enterprise Resource Planning) ou PGI (Progiciels de Gestion Intégrés) sont venus à point nommé pour répondre à certaines des inquiétudes des entreprises.
<figure><img src="image_190.png" /></figure>

V.3.2 INTERGRATION DES APPLICATIONS ET DES SYSTEMES

<figure><img src="image_191.png" /></figure>

Sigles

■ CRM: Customer Relationship Management (GRC)

■ DSI: Direction des Systèmes d'Information

■ ERP: Enterprise Resource Planning (PGI)

■ GCL: Gestion de la Chaîne Logistique (SCM)

■ GPAO: Gestion de Production Assistée par Ordinateur (MRP)

■ GRC: Gestion de la Relation Client (CRM)

■ MRP1: Materials Requirement Planning (GPAO)

■ MRP2: Manufacturing Resources Planning (GPAO)

■ PGI: Progiciel de Gestion Intégré (ERP)

■ SCM: Supply Chain Management (GCL)
Une fois équipée du matériel, du logiciel et des outils applicatifs nécessaires, l'entreprise doit résoudre les problèmes d'intégration avec ses systèmes existants, avant de se lancer effectivement dans d'autres activités telles que, par exemple, une activité commerciale en ligne.

Ce faisant, l'entreprise établit un pont entre ses systèmes de e-business et les applications légataires (legacy systems), aussi appelées «héritage».

<figure><img src="image_192.png" /></figure>

1. Au départ, les applications fonctionnelles de l'entreprise sont indépendantes et mal intégrées.

<figure><img src="image_193.png" /></figure>

2. Des interfaces spécifiques, non nécessairement informatisées, sont ensuite créées entre les différents systèmes et applications.

<figure><img src="image_194.png" /></figure>

3. L'intégration réelle des applications et systèmes fonctionnels se fait grâce à ...

<figure><img src="image_195.png" /></figure>

4. ... un ERP, un système de gestion intégrée

<figure><img src="image_196.png" /></figure>

5. L'ERP est quant à lui intégré au CRM qui supporte les activités de marketing et commerciales

<figure><img src="image_197.png" /></figure>

6. Et, éventuellement, à un système de logistique globale, c'est l'intégration interne de l'e-entreprise.

L'intégration des systèmes internes de l'entreprise constitue un prélude au e-business et à l'entreprise étendue.

Le SCM et le CRM sont des ouvertures vers l'extérieur. Le SCM connecte les deux extrémités de la chaîne de valeur et le flux informationnel de bout en bout, à savoir les commandes des clients et les achats chez les fournisseurs.

Alors que l'ERP peut incorporer les fonctions de gestion de la production, du stock et des achats, le SCM s'y spécialise et couvre une complexité plus grande grâce à ses logiciels intégrés et spécialisés dans les maximisations et les prises de décisions multicritères.

En ce sens, un SCM est le prolongement du module MRP (Material Requirement Planning) d'un ERP. Plus sophistiqué que ce dernier, il peut déterminer la capacité de production et le débit d'écoulement, l'optimum de la gestion de la logistique en fonction de données historiques sur la fluctuation de la demande.

Rappelons que le SCM diffère des systèmes traditionnels tels que le MRP par ses capacités à interfacer avec l'extérieur grâce aux technologies de l'Intranet (pour les aspects internes à l'entreprise), de l'Extranet (pour les relations avec des partenaires privilégiés) et l'Internet (pour le commerce électronique tous azimuts).
Le CRM, quant à lui, assure l'ouverture de l'entreprise sur les clients exclusive-
ment. Un CRM assure en ce sens non seulement la gestion (réclamations, suivi,
etc.) de la clientèle mais également la gestion des relations de l'entreprise avec
ses clients futurs ou potentiels.

<figure><img src="image_198.png" /></figure>
## V.4 ERP (Entreprise Ressource planning ou PGI :
Progiciel de Gestion Intègre)

Pourquoi un cours sur les outils d'ERP (Enterprise Resource Planning) dans un cursus d'informatique ou d'école d'ingénieurs ?

* Intégration fonctionnelle des directions Informatique et Système d'Information (et donc de leurs collaborateurs) dans les moyennes et grandes entreprises.

* Intégration de plus en plus importante des processus métier dans les programmations, développements, administrations et autres activités de ces services informatiques.

* Importance accordée dans les profils des informaticiens recherchés, aux connaissances fonctionnelles de l'entreprise, métiers, processus, business intelligence, etc.

Pourquoi l'ERP?

Dépasser les limites du SI traditionnel:

* Traiter l'activité en flux continu

* Fiabiliser les données

* Unifier la Base des données

* Délivrer les informations en temps réel

* Principe de mise à jour

* Ouverture sur l'environnement partenaires (fournisseurs, clients)

* Multi-langues
Pour résumer: L'ERP

C'est un logiciel qui intègre toutes les fonctions de l'entreprise dans une logique de flux transversaux autour d'une base de données commune.

C'est un logiciel de « planification des ressources » humaines, matérielles, financières.

C'est une réforme de l'organisation de l'entreprise

Définition

* Un **Progiciel de Gestion Intégré** ou **PGI (Enterprise Resource Planning** ou **ERP**)
  est un « logiciel qui permet de gérer
  l'ensemble des processus opérationnels d'une
  entreprise, en intégrant l'ensemble des
  fonctions de cette dernière comme la gestion
  des ressources humaines, la gestion
  comptable, financière, mais aussi la vente, la
  distribution, l'approvisionnement, le
  commerce électronique, etc. »
<figure><img src="image_199.png" /></figure>

Description

* Le terme ERP provient du nom des méthodes de Planification des besoins en composants ou matières ou matériaux (MRP ou GPAO) suivant l'intégration de plus en plus poussée des fonctions de gestion de l'entreprise :

* MRP1, *Materials Requirements Planning 1*: première application industrielle de la gestion intégrée des flux de production, mise au point dans les années 1960 par Joseph Orlicky,

* MRP2, *Manufacturing Resources Planning 2*: en plus du calcul des besoins nets en matières premières et composants, effectue une planification des lancements en tenant compte des capacités des ressources par période.

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<figure><img src="image_200.png" /></figure>

Principes

* Construire des applications informatiques (paie, comptabilité, gestion de stocks...) de manière modulaire (modules indépendants entre eux) tout en partageant une base de données unique et commune.

* Les données sont désormais supposées standardisées et partagées

* Usage systématique d'un moteur de workflow qui permet, lorsqu'une donnée est entrée dans le système d'information, de la propager dans tous les modules du système qui en ont besoin, selon une programmation prédéfinie

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Utilisation

■ Un ERP peut être orienté en fonction du métier de l'utilisateur:

■ En gestion de production, un MRP constitue le module central

■ Une entreprise de négoce développera davantage la gestion de stock et la logistique.

■ Il existe encore des modules de relation clients ou des modules financiers.

■ Véritable cerveau de l'entreprise,

■ L'ERP permet une gestion globale et simplifiée,

■ Le choix du logiciel et la finition de l'intégration sont capitaux.

■ Un ERP doit être personnalisé à la société et un intégrateur est souvent nécessaire pour la mise en place et le déploiement.

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Utilisation

■ Un ERP peut être orienté en fonction du métier de l'utilisateur:

■ En gestion de production, un MRP constitue le module central

■ Une entreprise de négoce développera davantage la gestion de stock et la logistique.

■ Il existe encore des modules de relation clients ou des modules financiers.

■ Véritable cerveau de l'entreprise,

■ L'ERP permet une gestion globale et simplifiée,

■ Le choix du logiciel et la finition de l'intégration sont capitaux.

■ Un ERP doit être personnalisé à la société et un intégrateur est souvent nécessaire pour la mise en place et le déploiement.

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# Données

* La base de données d'un ERP contient toutes les informations nécessaires à l'entreprise, communes aux différents modules, et sous formes de tables:

* produits

* nomenclatures

* gammes

* matières premières

* capacités de production

* clients

* fournisseurs

* commandes

* livraisons

* catalogues des fournisseurs

* stocks

* durées de conservations

* délais d'acheminement des transporteurs

* données financières de l'entreprise

* ressources humaines

* etc.

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# Avantages 1/2

* optimisation des processus de gestion (flux économiques et financiers)

* cohérence et homogénéité des informations (un seul fichier articles, un seul fichier clients, etc.)

* intégrité et unicité du Système d'information

* partage du même système d'information facilitant la communication interne et externe

* minimisation des coûts

* globalisation de la formation (même logique, même ergonomie)

* maîtrise des coûts et des délais de mise en œuvre et de déploiement

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## Avantages 2/2

* Les ERP/PGI vont pouvoir gérer et prendre en charge:

* Plusieurs entités et organisations

* Plusieurs devises

* Plusieurs langues pour les utilisateurs et les clients

* Plusieurs législations

* Plusieurs plans comptables

* Plusieurs axes en comptabilité analytique

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## Mise en œuvre stratégique

* La mise en œuvre d'un ERP/PGI dans une entreprise est fréquemment associée à une révision en profondeur de l'organisation des tâches et à une optimisation et standardisation des processus, en s'appuyant sur le « cadre normatif » de l'ERP/PGI.
Inconvénients

- la mise en œuvre est compliquée à comprendre, lourde et rigide

■ coût élevé (cependant, il existe des ERP/PGI qui sont des logiciels libres)

* périmètre fonctionnel souvent plus large que les besoins de l'entreprise

- diminution du nombre de salariés ayant pour mission principale la saisie comptable

- difficultés d'appropriation par le personnel de l'entreprise

* nécessité d'une bonne connaissance des processus de l'entreprise

- nécessité parfois d'adapter certains processus de l'entreprise au progiciel

- nécessité d'une maintenance continue

- captivité vis à vis de l'éditeur

<figure><img src="image_201.png" /></figure>

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Exemple de coûts réels de
SAP R/3

Pour 100 utilisateurs :

- Coûts d 'acquisition du PGI : 150 000 Euros

■ Mise en place : 330 000 Euros

- Formation : 50 000 Euros

* Assistance technique: 15 000 Euros

- Soit un Coût fixe initial : 545 000 Euros

* Coût d 'exploitation sur un an y compris serveur, maintenance, assistance, télécommunications: 150 000 Euros/an

- Coût annuel par utilisateur sur une durée de vie de 5 ans: 2590 Euros/an/utilisateur
<figure><img src="image_202.png" /></figure>

Impact

■ Les progiciels de gestion intégrés permettent à l'entreprise une meilleure maîtrise de ses activités de production.

* Le paradigme sur lequel ils se basent repose essentiellement sur une optimisation de l'utilisation des ressources, qu'elles soient humaines ou matérielles.

- Le PGI induit donc une orientation stratégique vers la réduction des coûts comme vecteur essentiel de la création de valeur donc de la croissance de l'entreprise.

* Ce modèle est critiqué car il met l'entreprise (et éventuellement ses fournisseurs) au centre de l'attention, au détriment du client.

- Les principaux éditeurs de PGI se sont donc efforcés d'intégrer des fonctionnalités marketing afin d'évoluer vers le nouveau modèle de la gestion de la relation client (GRC, CRM)

FIN