Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

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1 Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative Alexandre PHILIPPOT Maître de Conférences [email protected] r Centre de Recherche en Sciences et Technologies de l’Information et de la Communication 20 mars 2009 JD-JN-MACS 2009

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CReSTIC. Centre de Recherche en Sciences et Technologies de l’Information et de la Communication. Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative. Alexandre PHILIPPOT Maître de Conférences [email protected]. JD-JN-MACS 2009. - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

1

Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles

distribuées de Partie Opérative

Alexandre PHILIPPOT

Maître de Conférences

[email protected]

Centre de Recherche en Sciences et Technologies de l’Information et

de la Communication

20 mars 2009 JD-JN-MACS 2009

Page 2: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

2

Diagnostic : ContexteContexte : • Systèmes manufacturiers considérés comme des SED• Augmentation de la complexité des systèmes Augmentation du potentiel de pannes

Objectif :• Comparer le système réel avec un modèle de son comportement (normal ou anormal)• Eviter la propagation• Aider à la décision

DETECTION Contradiction

Localisation du défaut

Caractéristiques du défaut

+ -

Evolution

Evolution

ISOLATION

IDENTIFICATION

Modèle

Système

Problèmes : • correspondance de comportement • granularité du modèle • explosion combinatoire

Page 3: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

3

Observateur

Partie OpérativePartie Commande

Implantée

IHM

Opérateur

Maintenance ?Reconfiguration ?

Défaut ?

Décision

?

Diagnostic : Contexte

Page 4: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

4

Plan de présentation

1. Terminologie & Littérature2. Point de vue du CReSTIC3. Modélisation par EPO4. Diagnostiqueurs5. Application – ITS PLC6. Modélisation par PoP7. Conclusion et perspectives

Page 5: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

5

Terminologie & Littérature

Suivi Détection Localisation Identification Décision

SURVEILLANCE SUPERVISION

DIAGNOSTIC FDI

DIAGNOSTIC

Reprise

Selon les techniques utilisées, la détection fait-elle partie du diagnostic ?

Page 6: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

6

Terminologie & Littérature

Diagnostic des SED

Outils de représentation

• Automates à états (Sampath, 95)

• Réseaux de Petri (Genc, 03)

• Expressions logiques (Wang, 00)

• Chroniques (Boufaïed, 03) / Templates (Pandalaï, 00)

Modélisation des défauts

• A base d’événements (Sampath, 95)

• A base d’états (Zad, 03)

• Mixte

Structure de prise de décision

• Centralisée (Sampath, 95)

• Décentralisée inconditionnelle (Wang, 04)

• Décentralisée conditionnelle (Debouk, 00)

• Distribuée (Su, 04)

Notion de diagnosticabilité

• Diagnosticabilité (Sampath, 95), (Lin, 94)

• Co-diagnosticabilité (Wang, 04)

• Diagnosticabilité collaborative (Qiu, 05)

• …

Page 7: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

7

Point de vue du CReSTIC

Spécifications de la commande

Comportement événementiel de la PO

Modèle symbolique

Réactivité temporelle

Langage commun pour réaliser un diagnostic précis du système ?

0 1

2 3

If - Then

Règles

Δt ?

Page 8: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

8

Point de vue du CReSTIC

Problèmes• Systèmes manufacturiers informationnellement et

géographiquement décentralisés• Exposition à l’explosion combinatoire (SED)• Nécessité d’une description détaillée de la PO• Expression des spécificités technologiques difficile

Proposition : Approche décentralisée• Eléments de PO (EPO) local diagnosers

EPO = Actionneur avec détecteurs et pré-actionneurs associés

• Utilisation de langage et d’outils de composition / projection (automates)

• Modèles mixtes : event, state, timed models• Interprétation de (Balemi, 93)

↑, ↓, contrôlables et incontrôlables

Sorting station

Sorting large pieces Sorting small pieces Provisioning

Cylinder 1

Sensor, actuator, pre-actuator

Conveyor 1

Sensor, actuator, pre-actuator

Cylinder 2

Sensor, actuator, pre-actuator

Conveyor 2

Sensor, actuator, pre-actuator

Cylinder 3

Sensor, actuator, pre-actuator

Conveyor 3

Sensor, actuator, pre-actuator

Conveyor 1

Conveyor 2

Conveyor 3

Cylinder 1

Cylinder 2

Cylinder 3

Small piece A Large piece B

ct2

ct3

cp3

cp2

p2ar

p3ar

p1ar

a b

Page 9: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

9

Principe

Control Specifications

Plant Element 1 (PE1)

Plant Element n (PEn)

Controlled Plant Element 1 (CPE1)

Controlled Plant Element n (CPEn)

(2) Local intersection

Diagnoser 1 Diagnoser n

(4) Faults identification

Global Decision

(1) Modelling

(5) Fusion of local decisions

Temporized CPE 1 (TCPE1)

Temporized CPE n (TCPEn)

(3) Integraton of temporal information

Action

Event

Page 10: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

10

Modélisation de la PO

Modélisation : - intuitive (expert)

- théorique/structurée (Chandra, 01)

- pratique avec prie en compte des spécificités technologiques

Un Vérin Double Effet (VDE) piloté par un distributeur pneumatique 5/2 bistable

Spécificités technologiques du distributeur associé au vérin  :– L’activation puis la désactivation d’un même ordre implique une réaction du vérin. – Priorité sur le premier ordre envoyé

a b

SO RE

Préactionneur

Actionneur

Détecteur

A B

Page 11: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

11

Modélisation pratique

0

1 ↑SO

↓SO

4 2

3

↑RE

↓RE

↑RE

↓RE

↓RE

↓SO

↑SO

↓SO

Modèle préactionneur distributeur 5/2 bistable

Modèle actionneur d’un VDE avec distributeur 5/2 bistable

0

1 ↑SO

↓SO

4 2

3

↑RE

↓RE

↑RE

↓RE

↓RE

↓SO

↑SO

↓SO

{↓a, ↑b} {↓a, ↑b}

{↑a, ↓a, ↑b, ↓b}

{↑a, ↓b} {↑a, ↓b}

Demande d’une connaissance experte des spécificités technologiques du matériel

2 1

↑a

↑b

0

↓a

↓b

Modèle des détecteurs pour 2 positions

Page 12: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

12

Modèle EPO

Elément de Partie Opérative d’un VDE avec distributeur 5/2 bistable

0

1 ↑SO

↓SO

4 2

3

↑RE

↓RE

↑RE

↓RE

↓RE

↓SO

↑SO

↓SO

↑b

↓a

↓b ↑a 5

6 ↑SO

↓SO

9 7

8

↑RE

↓RE

↑RE

↓RE

↓RE

↓SO

↑SO

↓SO

10

11 ↑SO

↓SO

14 12

13

↑RE

↓RE

↑RE

↓RE

↓RE

↓SO

↑SO

↓SO

↓a

↑a

↑b

↓b

↓a

↑a

↑b

↓b

Composition synchrone du modèle des détecteurs

avec le modèle actionneur

• Spécificités technologiques :– Priorité sur le premier ordre envoyé (SO RE RE SO) SO SO entraîne la sortie du vérin

Page 13: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

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Spécifications de la commande

Informations du cahier des charges à travers un modèle des spécifications

La Partie Commande (PC) représente le comportement normal désiré

Intégration de cette information par :

1. Spécification de la commande modélisée par GRAFCET

- Algorithme d’intersection entre PC et PO

2. Contraintes du modèle de PO jusqu’à son fonctionnement désiré

- Contraintes sous forme d’automates ou d’équations logiques

Page 14: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

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Algorithme d’intersection Commande spécifiée

par GRAFCET

EPO1

Graphe Equivalent GE

EPOi

EPO Commandé 1 EPOC1

EPO Commandé n EPOCn

(1) Extraction de la commande

(3) Composition locale

(2) Restriction du langage

GE Restreint au L(EPO1) GEREPO1

GE Restreint au L(EPOn) GEREPOn

(3) Composition locale

1. Extraction Sémantique commune avec la PO

2. Restriction Agréger les états du GE atteints par les événements n’appartenant pas à l’EPOi

Supprimer tout groupe non atteignable ou bloquant

3. Composition synchrone Elément de PO Commandé (EPOCi)

Comportement désiré de l’EPOi de manière détaillée

Page 15: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

15

Exemple

2 Out1

cp2

4 In2

p2ar

a

8 In1

p1ar

C1

b

5 Out1

cp3

6 Out3

ct3

7 In3

p3ar

3 Out2

ct2

In1

In1

In1

In1

1

Equivalent Graph with 28 states

1) Extraction

GRAFCET of the sorting system

0

1

Out2 Out2

4 2

3

In2

In2

In2

In2

In2

Out2

Out2

Out2

ct2 p2ar

ct2 p2ar 5

6

9 7

8 In2

In2

In2

Out2

Out2

Out2

10

11

14 12

13 In2

In2

In2

Out2

Out2

Out2

p2ar

p2ar

ct2

ct2

p2ar

p2ar

ct2

ct2

Out2 Out2

In2

In2

Out2 Out2

In2

In2

Plant Element of cylinder 2 Events of cylinder 2:

{↑Out2, ↓Out2, ↑In2, ↓In2, ↑p2ar, ↓p2ar, ↑ct2, ↓ct2}

3) Local synchronized composition

Controlled Plant Element of cylinder 2

1 Out2

2 p2ar

6 In2

5

In2

3 ct2

4

Out2

8 p2ar

7 ct2

{ p1ar, p1ar, cp2, cp2, cp3}

2 b

15 C1

16 Out1

1

C1

14 26

In1

5 Out1

4 C1

3 a

20 Out3

22 Out3

cp2

6

In2 p3ar p2ar

{ a, b}

{ p1ar, cp2, cp2, cp3, cp3}

17

Out1

7

In1

9

cp3

18

Out1

19

In1

21

8 Out2

10 Out2

In1

ct2

11

Out2

12

In2

13

ct3

23

Out3

24

In3

25 27 In3

p1ar

28

In1

{ a, b} { p1ar, p1ar, cp2, cp3, cp3}

{ p3ar, p3ar, ct3} { p2ar, p2ar, ct2}

{ p1ar, cp2, cp2, cp3, cp3}

{ p1ar, ct2, cp2, cp2, cp3, cp3,

p2ar, p2ar}

{ p1ar, ct3, cp2, cp2, cp3, cp3,

p3ar, p3ar}

{ ct2, ct2, p2ar} { ct3, ct3, p3ar}

{ ct2} { ct3}

Gr1 Out2

Gr2 ct2

Gr6

In2

Gr3 Out2

Gr4 In2

Gr5 p2ar

{ p2ar, p2ar, ct2} { p2ar, ct2, ct2} { ct2}

Restricted Equivalent Graph for cylinder 2

2) Restriction

Page 16: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

16

Par contraintes

Deux grandes catégories de contraintes :• Sécurité → inhibition d’actions• Vivacité → agencement de séquences

Implique de :• n’oublier aucune de ces contraintes• ne pas ajouter des contraintes restrictives

0

1 ↑A+

↓A+

2

↑A-

↓A-

↑a1

↓a0

↓a1 ↑a0 5

6 ↑A+

↓A+

7

↑A-

↓A-

10

11 ↑A+

↓A+

12

↑A-

↓A-

↓a 0

↑a 0

↑a 1

↓a1

0

1 A+

A+

4 2

3

A-

A-

A-

A-

A-

A+

A+

A+

a1

?a0

a1 a0 5

6 A+

A+

9 7

8

A-

A-

A-

A-

A-

A+

A+

A+

10

11 A+

A+

14 12

13

A-

A-

A-

A-

A-

A+

A+

A+

a0

a0

a1

a1

a0

a0

a1

a1

0

1 ↑A+

↓A+

2

↑A-

↓A-

6

7

10

11 ↑A+

↓A+

12

↑A-

↓A-

↓a 0

↑a 0

↑a 1

↓a1

0 1

2 3

a0

a0

a0

a0

a1 a1 a1 a1

A- ; A+ A-

A+

Page 17: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

17

Principe

Control Specifications

Plant Element 1 (PE1)

Plant Element n (PEn)

Controlled Plant Element 1 (CPE1)

Controlled Plant Element n (CPEn)

(2) Local intersection

Diagnoser 1 Diagnoser n

(4) Faults identification

Global Decision

(1) Modelling

(5) Fusion of local decisions

Temporized CPE 1 (TCPE1)

Temporized CPE n (TCPEn)

(3) Integraton of temporal information

Action

Event

Page 18: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

18

Information temporelle

Fonction de prévision : FP(α1, α2) = {α1, x1, (α2, [tmin1, tmax2], x2, l1)}

Logique binaire

1

0 t Temps

Logique Floue

1

0 t Temps

Zone de flou

Classe de défaut

Classe de fonctionnement normal

α2

α1 x1 FPx1(α1, α2)

x0 FPx0(α0, α1)

x2 FPx2(α2, α3)

α0 α3

Fonction de prévision FP(α1, α2)

1

0 θ(α2) - θ(α1)

tmin1 tmin2 tmax1 tmax2

θ(α2)

θ(α1)

• Définir le temps de réaction suite à un ordre d’un actionneur

• Utilisation de la logique floue Caractériser les défauts de type progressif

Zone de détection au plus tôt

Zone de détection au plus tard

Prise en compte des paramètres d’usures

et de frottements

Page 19: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

19

Information temporelle

Exemple sur le vérin A

x1 A+

A- A+

A-

a0

a0

a1

a1

x2 FP( A+, a0)

x3 FP( a0, a1)

x4

x8 x7 FP( a1, a0)

x6 FP( A-, a1)

x5

Fonction de prévision de l’état x3 : (temps de course du vérin)

FPx3 = FP(↓a0, ↑a1) = {↓a0, x3, (↑a1, [5s, 15s], x4, F4)}

Page 20: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

20

Diagnostiquer quoi?

Observable sensor

fault

Unexpected change of the sensor value from 0 to 1

Unexpected change of the sensor value from 1 to 0

Non-observable sensor fault

Sensor stuck-off

Sensor stuck-on

Non-observable actuator fault

Actuator stuck-off

Actuator stuck-on

• Identifier tous les défauts possibles sur chaque EPO (observables ou non)• Sur les détecteurs• Sur les actionneurs

F1

f1 Unexpected change of p2ar from 0 to 1

f2 Sensor p2ar stuck-off

f3 Unexpected change of p2ar from 1 to 0

f4 Sensor p2ar stuck-on

F2

f5 Unexpected change of ct2 from 0 to 1

f6 Sensor ct2 stuck-off

f7 Unexpected change of ct2 from 1 to 0

f8 Sensor ct2 stuck-on

F3f9 Cylinder 2 stuck-off

f10 Cylinder 2 stuck-on

Possible faults on a Plant Element

Possible faults on cylinder

10 faulty events defined in 3 partitions

Partition Fj = {f1, f2, …, fi} associée à un label “Fj”

Page 21: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

21

Diagnostiqueurs locaux

• f4 a0 qui reste bloqué à 1

• f9 vérin qui reste bloqué à l’état inactif malgré un ordre A+

• f12 a1 qui reste bloqué à 0

x1

1000

FP( A-, A+)

N, F1, F3, F4

x9

0000

F1

x10

1100

F4

x11

1001

F5

x12

1000

FPx1=1

F2

f3 f11

f15 f7

Etiquette d’indécision

Non diagnosticables par leur observation où par une FP à

partir de x1

f9

x1

1000

FP( A-, A+)

N

x43

1010

FP( A-, A+)

F3

x9

0000

F1

x10

1100

F4

x11

1001

F5

x12

1000

FPx1=1

F2

x41

1000

FP( A-, A+)

F1

x42

1000

FP( A-, A+)

F4

f3 f11

f15 f7

f4

f12

Affectation d’une étiquette de défaut

Page 22: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

22

Diagnostiqueurs locaux• Défauts observables détectés trivialement• Diagnostiqueur simplifié aux défauts non observables

automates à 16 états pour le diagnostiqueur du vérin A

A+

A- A+

A-

a0

a0

a1

a1

x1

1000

FP( A-, A+)

N, F1, F3, F4

x2

1010

FP( A+, a0)

N, F4

x3

0010

FP( a0, a1)

N, F1

x4

0110

FP( a1, A+)

N, F1, F3, F4

x8

1001

FP( a0, A-)

N, F1, F3, F4

x7

0001

FP( a1, a0)

N, F4

x6

0101

FP( A-, a1)

N, F1

x5

0100

FP( A+, A-)

N, F1, F3, F4

x12

1000

FPx1=1

F2

x14

1010

FPx2=1

F1, F3

x18

0010

FPx3=1

F4

x24

0110

FPx4=1

F2

x40

1001

FPx8=1

F5

x34

0001

FPx7=1

F1

x30

0101

FPx6=1

F3, F4

x28

0100

FPx5=1

F5

f7 f4 f12 f8

f18 f2 f14 f17

f9

f10

Hypothèse forte : Une fonction de prévision pour chaque état normal du diagnostiqueur (intervalle d’acceptation obtenu par apprentissage)

Page 23: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

23

Co-diagnosticabilité Mixte

Tout défaut f de ПFi est diagnosticable par au moins un diagnostiqueur D j dans un délai fini n par :

• Un modèle du procédé G avec son langage L• m diagnostiqueurs locaux Dj (j {1, 2, …, m}) • Un langage de spécification K• Par rapport aux fonctions de projections PLj (j {1, 2, …, m})• Pour un ensemble de partition de défauts ПFi (i {1, 2, …, r})

2 CNS : - Isoler un défaut avec une décision certaine- Diagnostiquer le défaut dans un temps fini

f ПFi, i {1, 2, …, r}, n , st (L-K) (ПFi), st L, |t| ≥ n

Le modèle G est alors dit co-diagnosticable

(Evénements) j {1, 2, …, m},w PLj-1(PLj(st)) (L-K) w (L-K) (ПFi)

et/ou

(Etats) x Xj, x’ = (st, x), x’’ = (w, x), V’ = V(x’), V’’ = V(x’’) V’, V’’ HFi

et/ou

(Contraintes temporelles) maxFPx = 1 et lx = Fi

Page 24: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

24

Principe

Control Specifications

Plant Element 1 (PE1)

Plant Element n (PEn)

Controlled Plant Element 1 (CPE1)

Controlled Plant Element n (CPEn)

(2) Local intersection

Diagnoser 1 Diagnoser n

(4) Faults identification

Global Decision

(1) Modelling

(5) Fusion of local decisions

Temporized CPE 1 (TCPE1)

Temporized CPE n (TCPEn)

(3) Integraton of temporal information

Action

Event

Page 25: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

25

Coordinateur

Pourquoi ? :Si défauts non diagnosticables localement nécessité d’un coordinateur

Objectif :• Garantir les mêmes performances de diagnostic qu’une approche centralisée

Deux rôles essentiels :

1) Etablir des contraintes de spécifications globales

2) Régler les cas d’indécision entre les diagnostiqueurs locaux

Indécision sur l’occurrence d’un défaut liée aux interactions entre les différents éléments (détecteur commun sur différents actionneurs)

Page 26: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

26

Coordinateur

Soit par règles simples :Règle 1 : b0 A+ = 0 Etiquette F2

Soit par table de décision : Cas DD1 DD2 DC DF

1 - - NF2 NF2

2 Fi (i2) - NF2 Fi, NF2

3 - Fj NF2 Fj, NF2

4 Fi (i2) Fj NF2 FiFj, NF2

5 - - F2 F2

6 Fi (i2) - F2 Fi, F2

7 - Fj F2 Fj, F2

8 Fi (i2) Fj F2 Fi, Fj, F2

9 F2 - F2

10 F2 Fj F2, Fj

DD1 DD2 DC

OU

Décision Finale i {1, 2,…, 5} et j {6, 7,…, 10}

Page 27: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

27

Implantation : Filtre / Intégré ?

Diagnostiqueur 1

(D1) Diagnostiqueur n

(Dn)

Coordinateur (C)

Filtre

Décision globale finale

Partie Commande

(PC) implantée par

l’opérateur

Partie Opérative

(PO)

Interface Homme Machine (IHM)

Maintenance du procédé Reconfiguration de la commande

Communication des décisions locales

Valeur Capteur Validée

Ordre Validé

Ordre Valeur Capteur

Identification du défaut

Pb : Délais de communication entre PO et PC :=> 1. Temps de réactivité augmenté2. Temps de cycle augmenté

Page 28: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

28

Implantation : Filtre / Intégré ?

Partie Commande Partie Opérative

EPO1

EPO2

EPO3

EPOn

Commande

Diag1

Diag2

Diag3

Diagn

Intégration du diagnostic au plus près de la commande

Page 29: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

29

Application ITS PLC

• ITS PLC Professional Edition : logiciel éducatif adapté à l’apprentissage de la programmation des API

• Environnement virtuel réaliste : interactivité, animations 3D en temps réel, dynamiques et sons

• Plusieurs systèmes très réalistes pouvant être connectés à un API bien réel

• La simulation évite tous les risques de blessure pour les apprenants et la dégradation des équipements.

• Possibilité de simuler des défaillances

• Téléchargeable gratuitement en version Fr• http://www.realgames.pt/• http://www.univ-reims.fr/index.php?p=1840&art_id

Alimentation en caisses Préhenseur triaxial Postes d’évacuation

Alimentation en pièces

Page 30: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

30

Application ITS PLC

Page 31: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

31

Avantages et inconvénients

Proposition d’une démarche de diagnostic décentralisé avec coordinateur

• Basée sur la construction de modèles enrichis (PO, PC, réactivité des actionneurs et expertise)

• Prise en compte de la technologie

• Constitution d’une bibliothèque d’EPO

• Evaluation de la démarche sur un outil de simulation

Limites et inconvénients de l’approche :

• Diagnostic des défauts liés uniquement au matériel : Introduire le produit

• Intégration de l’information temporelle difficile

• Partage de ressources : Intersection locale difficile

• Prise en compte de la commande

• Détails et précision du diagnostic ?

Page 32: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

32

Plan de présentation

1. Terminologie & Littérature2. Point de vue du CReSTIC3. Modélisation par EPO4. Diagnostiqueurs5. Application – ITS PLC6. Modélisation par PoP7. Conclusion et perspectives

Page 33: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

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Evolution de la modélisation

Modélisation Globale intuitive

Modélisation Locale intuitive 1 Modèle d’Elément de PO 1 actionneur + les détecteurs associés

Modélisation Locale théorique structurée 1 Modèle d’EPO 1 actionneur + les détecteurs associés

Modélisation Locale Pratique 1 Modèle d’EPO 1 actionneur + ses préactionneurs + les détecteurs associés

Modélisation par génération d’événements communicants 1 Modèle pour chaque actionneur, préactionneur et détecteur

Diminution de l’explosion combinatoire

Levée du problème de restriction de comportement lié

à l’intuitivité

Prise en compte des spécificités technologiques

Création d’une bibliothèque

Levée de l’étape de composition synchrone diminution du nombre d’états

Bibliothèque de bas niveau Précision

Page 34: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

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Part of Plant : PoP

Partie Opérative : Composée principalement de 3 familles d’éléments

- les pré-actionneurs, - les actionneurs et - les capteurs

Chaque famille divisée selon des caractéristiques technologiques

Différentiation des comportements distincts besoin de modélisation détaillée

Modélisation distribuée communication entre modèles à travers un échange de messages, d’informations, suivant un protocole

Utilisation des automates de Moore : la sortie d’un automate représentant l’entrée d’un autre

Ne plus prendre en compte la commande

PC PO

Préactionneur Actionneur

Effecteur (Traiter le produit)

Détecteur Transmetteur

Chaîne d’action

Chaîne d’acquisition

Page 35: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

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Part of Plant (PoP)

Pré-actionneurs Actionneurs Capteurs

Contacteur à fermeture, position maintenueMoteur 1 ou 2 sens de

rotation

Détecteurs

Tout Ou Rien

(électromécanique, inductif, capacitif, infrarouge, …)

Distributeurs 2/2 NF et NO

(mono et bistable)

Distributeurs 3/2 NF et NO

(mono et bistable) Vérin Simple Effet

(repos tige rentrée)Distributeurs 4/2

(mono et bistable)

Distributeurs 5/2

(mono et bistable) Vérin Simple Effet

(repos tige sortie)Distrib. 5/3 Centre Ouvert

(tige libre)

Distrib. 5/3 Centre Fermé

(tige bloquée)Vérin Double Effet

Distrib. 5/3 Centre sous pression

(tige équilibrée)

Total : 15 éléments

Page 36: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

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Modélisation des éléments

PC PO

Préactionneur Actionneur

Effecteur (Traiter le produit)

Détecteur Transmetteur

Chaîne d’action

Chaîne d’acquisition

Pré-actionneur Ordres de la PC

Position pour gérer l’énergie

Méthodologie

• Définir les positions du pré-actionneur en fonction de toutes les possibilités d’entrées

• Etablir une table de vérité du modèle par l’expert

• Prendre en compte l’effet « Memory » pour les entrées en cas de non évolution

Page 37: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

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Modélisation des éléments

Chambre A Chambre B

Distributeur 5/2 bistable

Illustration

Out1 Out2

A B

/Out1 . /Out2 M M

Out1 . /Out2 1 0

Out1 . Out2 M M

/Out1 . Out2 0 1

Table de vérité

A B

/Out1.Out2

Out1./Out2

/Out1./Out2 +

Out1.Out2

/Out1./Out2 +

Out1.Out2 L’effet « Memory » est représenté par une boucle

Page 38: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

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Modélisation des éléments

PC PO

Préactionneur Actionneur

Effecteur (Traiter le produit)

Détecteur Transmetteur

Chaîne d’action

Chaîne d’acquisition

Méthodologie

• Définir les états de l’actionneur en fonction de toutes les positions du pré-actionneur

• Etablir une table de vérité du modèle par l’expert

• Prendre en compte la dynamique du modèle (temps de déplacement d’une situation stable à une autre)

Actionneur Etat de l’actionneur

Positions du pré-actionneur

Page 39: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

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Modélisation des éléments

Vérin double effet

Illustration

VIN

Table de vérité

VOUTV-> V<-

VIN V-> VOUT V<-

A 0 1* 1 0

B 1 0 0 1*

Dynamique représentée par 1*

Temps de course Tc de la tige (selon course, diamètre, débit d’air, taux de charge …)

caractéristiques techniques fournies par la doc ou déterminées par apprentissage

VOUT

V-> VIN

V<-

A.t := ∆

A, Tc->∆

B, Tc->∆

B, t->∆

A, t->∆

B.t := ∆

Le temps t évolue selon une horloge mesurant l’intervalle entre 2 événements Il est réinitialisé à chaque entrée dans un état dynamique

∆ pour affectation (->) ou test d’égalité (:=)

Page 40: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

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Modélisation des éléments

PC PO

Préactionneur Actionneur

Effecteur (Traiter le produit)

Détecteur Transmetteur

Chaîne d’action

Chaîne d’acquisition

Méthodologie

• Retransmet une information sur la présence d’un produit ou d’un actionneur par sa mise à 1

• L’état du détecteur est alors renvoyé à la partie commande.

Détecteur

Présence du produit ou de l’actionneur

Etat du détecteur E d

Page 41: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

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Modélisation des éléments

Détecteur mécanique

Illustration

d /d

/E 0 1

E 1 0

Table de vérité

d /d

/E

E

Page 42: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

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Modélisation des éléments

De la bibliothèque des pré-actionneurs : • pilotage en monostable ou bistable • nombre de positions (2 ou 3)

Nombre d’orifices et NO ou NF ne changent en aucun cas la structure des modèles

De la bibliothèque des actionneurs : • Pour les moteurs

- si 1 sens de rotation alors 1 contacteur- si 2 sens de rotation alors 2 contacteurs

• Pour les vérins, seule particularité, les vérins pilotés par une structure à 3 positions (possibilité de situation stable intermédiaire)

Total : 8 modèles (pour 15 éléments)

Engendre 3 types de modèles différents - monostable à 2 positions, - bistable à 2 positions et - bistable à 3 positions

Page 43: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

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• A partir de la chaîne fonctionnelle Granularité de bas niveau

• Décomposition de la PO selon : famille : pré-actionneur, actionneur et détecteur technologie : électrique, pneumatique, monostable, bistable…

• Pour : diminuer l’explosion combinatoire éviter les outils de composition diagnostiquer avec précision et indépendamment de la commande

• Constitution d’une bibliothèque des éléments les plus utilisés et validation sous simulation

Perspectives :• Prendre en compte les interactions : contraintes physiques de haut niveau 2 vérins avec une zone commune

• Modéliser le produit

Conclusion et perspectives

Page 44: Elaboration de diagnostiqueurs locaux à partir de modèles distribuées de Partie Opérative

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• Application sur logiciel de simulation de PO avec génération de défauts : ITS PLC (www.realgames.pt)

• Application sur système réel : Cellflex (http://meserp.free.fr/)

• Projet MOSYP (Mesures des performances et Optimisation des SYstèmes de Production) : Axe CPER ICOS – Tâche « diagnostic et surveillance »

Contrôle/commande et ordonnancement d’atelier de Production

• Thèse Noureddine MALKI : Diagnostic des SDH

Travaux en cours