Monitoring des groupes électrogènes de l'immeuble siège du PAD

REPUBLIQUE DU ****** Paix-Travail ****** MINISTERE L'ENSEIGNEMENT ******* UNIVERSITE Mémoire de fin Supérieure Stage effectué Encadreurs industriels	CAMEROUN -Patrie DE SUPERIEUR DE DOUALA ECOLE NATIONALE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE BP : 2701 DOUALA TEL : +(237) 697542240 E-MAIL : [e-mail] Division de la scolarité et Service de la formation par alternance et		REPUBLIC OF CAMEROON ****** Peace-Work-Fatherland ****** MINISTRY OF HIGHER EDUCATION ****** UNIVERSITY OF DOUALA
			DE DOUALA des études de l'insertion professionnelle
	THEME ELECTROGENES d'études en Filière Option : du 14 :	Polytechnique SEUKO vue de l'obtention du Diplôme d'Ingénieur de Douala (ENSPD) de l'Université : Génie Automobile et Mécatronique : Ingénierie des Systèmes Mécatroniques MONITORING DES GROUPES DE L'IMMEUBLE PAD Février au 30 Juin 2024 au Port Par NJABO MARIE THERESE	à l'Ecole Nationale de Douala SIEGE DU Autonome de Douala Encadreurs Académiques :
Mr EPOH KEM Maxime Mme NGO NYECK			Pr AYISSI Merlin Mr MAH CHARITOS
		Année académique 2023-2024
			I

DEDICACE

II

III

REMERCIEMENTS

Nous manifestons toute notre gratitude et notre reconnaissance à l'endroit de tous ceux qui, de près ou de loin ont contribué à la rédaction de ce mémoire de fin d'étude et qui ont été d'un apport remarquable et indéniable dans notre formation. Notre MERCI va tout particulièrement à :

· Pr MOUANGUE Ruben Martin, Directeur de l'Ecole Nationale Supérieure Polytechnique de Douala, pour avoir mis tous les moyens nécessaires pour le bon déroulement de notre formation à l'ENSPD ;

· M. Cyrus NGO'O, Directeur Général du Port Autonome de Douala pour nous avoir accordé le stage dans sa structure ;

· Nos encadreurs académiques pour le dévouement et la rigueur dans le travail ;

· Nos encadreurs industriels pour le suivi, les connaissances et le soutien ;

· M. EPOH MAXIME pour le suivi, l'encadrement, les conseils et les connaissances ;

· Mme NGO NYECK pour le soutien et l'accompagnement ;

· Pr AYISSI pour son accompagnement tout au long de notre formation ;

· Mr MAH CHARITOS pour l'encadrement tout au long de notre parcours ;

· Dr IDELETTE SOM pour sa disponibilité, ses enseignements et surtout sa souciance.

· Nos parents, M. et Mme NJABO pour les conseils, leur assistance morale et financière ;

· M. KAMGAING pour son soutien indéniable.

· Tout le corps enseignant et personnel d'appui de l'ENSPD pour toutes les connaissances et contributions intellectuelles qu'ils nous ont donné durant ces années de formation.

IV

RESUME

Le présent travail consiste à élaborer un système de surveillance permettant de visualiser les paramètres critiques des groupes électrogènes, ceci dans le but de prévenir les potentielles pannes et de réduire les rondes. En effet, le Port Autonome de Douala inscrit dans sa politique qualité trois grands axes stratégiques à savoir la performance, l'attractivité et la compétitivité. Le Directeur général de la structure propose ainsi plusieurs leviers sur lesquelles chaque acteur peut jouer pour pouvoir atteindre les objectifs fixés notamment la modernisation des installations. C'est donc de là que nait notre projet de fin d'études portant sur le monitoring du parc de groupes électrogènes. Les principaux défis rencontrés avant le lancement de ce projet incluaient des difficultés à surveiller l'état des groupes électrogènes en temps réel, ce qui entraînait des retards dans la détection des problèmes, des pannes inattendues, ainsi que des rondes excessives du personnel de SOPRIM (prestataire au PAD pour la gestion des groupes électrogènes). Face à ces enjeux, le projet vise à mettre en place un système de monitoring permettant une télémétrie en temps réel, une configuration des alertes efficace, un diagnostic d'anomalies précis, et la génération des statistiques. Ces améliorations s'inscrivent dans les objectifs principaux qui sont de réduire dans un premier temps les rondes, ensuite les coûts de maintenance en optimisant les interventions du personnel, et enfin augmenter la sécurité en détectant les problèmes à l'avance pour éviter les arrêts inattendus des groupes électrogènes. Pour mener à bien ce travail, nous sommes partis de l'état des lieux pour l'identification du besoin et des contraintes. Nous avons poursuivi avec une étude de la faisabilité du projet qui a débouché sur un cahier de charge fonctionnel et enfin, nous avons utilisé les outils de conception et de programmation appris en cours. Au terme du projet, nous avons déployé notre application NMT et sa passerelle qui désormais sont utilisés au PAD pour le suivi des groupes électrogènes de l'immeuble siège.

Mots clés : Groupe électrogène, Télégestion, Application mobile, Rondes, Modbus, Monitoring.

ABSTRACT

This work consists in developing a monitoring system to visualize the critical parameters of generators, with the aim of preventing breakdowns and reducing patrols. Indeed, The Port Authority of Douala includes three major strategical axes with are: performance, attractiveness and competitiveness. The Director General of this structure thus proposes several levers on which each actor can play to be able to achieve the objectives set, exceptionally the modernization of the installations. This is where our end-of-studies project relating to the monitoring of the generator fleet take place. The main challenges encountered before the launch of this project included difficulties in monitoring the status of the generator sets in real time, which led to delays in detecting problems, unexpected breakdowns, as well as excessive rounds of SOPRIM staff (service provider to the PAD for the management of generators). Faced with these challenges, the project aims to set up a monitoring system allowing real-time telemetry, efficient configuration of alerts, precise diagnosis of anomalies, and the generation of detailed monthly reports. These improvements are part of the main objectives which are to firstly reduce rounds, then maintenance costs by optimizing personnel interventions and finally increase safety by detecting problems in advance to avoid unexpected stoppages of generators.

To carry out this work, we started from the inventory to identify the needs and constraints. We continued with a study of the feasibility of the project which resulted in functional specifications and finally, we used the design and programming tools learned in class. At the end of the project, we deployed our NMT application which is now used at PAD to monitor the generators in the headquarters building.

V

Keywords: Generator, Remote management, Mobile application, Round, Modbus, Monitoring.

VI

SOMMAIRE

DEDICACE II

REMERCIEMENTS III

PRESENTATION DE L'ENTREPRISE I

RESUME IV

ABSTRACT V

GLOSSAIRE VIII

LISTE DES FIGURES IX

LISTE DES TABLEAUX XI

INTRODUCTION GENERALE 1

CHAPITRE I : REVUE DE LA LITTÉRATURE 4

INTRODUCTION 4

I. GENERALITES SUR LE MONITORING 4

I.1 DEFINITIONS DES CONCEPTS 4

I.2 HISTORIQUE DES SYSTEMES DE SURVEILLANCE 5

I.3 LES DIFFERENTS TYPES DE SURVEILLANCE « MONITORING » 6

I.4 MÉTHODES DE SURVEILLANCE 7

I.5 PRINCIPES DU MONITORING 10

I.6 LES AVANTAGES DU MONITORING 12

II. GENERALITES SUR LES GROUPES ELECTROGENES 13

II.1 DEFINITION 13

II.2 PRESENTATION D'UN GROUPE ELECTROGENE 13

II.3 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT 15

II.4 TYPOLOGIE DES GROUPES ELECTROGENES 16

II.5 CARACTERISTIQUES DU GROUPE ELECTROGENE 17

III. GENERALITES SUR LE MODBUS 18

III.1 DEFINITION 18

III.2 STRUCTURE DES MESSAGES DANS LE MODBUS 19

III.3 LES FONCTIONS MODBUS 19

III.4 MODE DE FONCTIONNEMENT DU MODBUS 20

IV. GENERALITES SUR LES APPLICATIONS MOBILES 21

IV.1 DEFINITION 21

IV.2 HISTORIQUE SUR LES APPLICATIONS MOBILES 21

IV.3 DIFFERENTS TYPES D'APPLICATION MOBILE 22

IV.4 LES CARACTERISTIQUES D'UNE APPLICATION MOBILE 22

VII

V. CONTEXTE ET PROBLEMATIQUE 23

CONCLUSION 24

CHAPITRE II : MATERIEL ET METHODES 26

INTRODUCTION 26

I. MATERIEL 26

I.1 GROUPES ÉLECTROGÈNES DE L'IMMEUBLE SIÈGE DU PAD 26

I.2 RESSOURCES MATERIELLES 28

I.3 RESSOURCES LOGICIELLES 34

II. METHODES 36

II.1 CHOIX DES PARAMETRES A MONITORER 37

II.2 CONCEPTION MATERIELLE 39

II.3 CONCEPTION LOGICIELLE 54

CONCLUSION 59

CHAPITRE III : RESULTATS ET DISCUSSION 61

INTRODUCTION 61

I. CHOIX DES PARAMETRES A MONITORER 61

II. RESULTAT DE LA CONCEPTION MATERIELLE 63

II.1 PRESENTATION DE LA CARTE ELECTRONIQUE FABRIQUEE 63

II.2 PRESENTATION DU BOITIER DE PROTECTION 71

III. RESULTAT DE LA CONCEPTION LOGICIELLE 73

III.1 RESULTAT DE LA PROGRAMMATION DU MICROCONTROLEUR 73

III.2 RESULTAT DE LA PROGRAMMATION DE L'INTERFACE GRAPHIQUE 75

IV. ANALYSE DES COUTS 83

IV.1 COUT DU PROJET 83

IV.2 COUT DU PRODUIT EXISTANT SUR LE MARCHE 83

IV.3 COUT DU PRODUIT PROPOSE 84

CONCLUSION 84

CONCLUSION GENERALE 85

ANNEXES i

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES vi

VIII

GLOSSAIRE

API		Application Programming Interface	APM
Application Performance Monitoring		APTE
Application aux Techniques d'Entreprise		EDA
Electronic design automation		EIA
Electronic Industries Alliance		GE
Groupe électrogène		IOT
Internet on Things		LED
Light-emitting diode		MQTT
Message Queuing Telemetry Transport		PAD
Port Autonome de Douala		PLA
Polylactic Acid		REST
Representational State Transfer		RTU
Remote terminal unit		SADT
Structured Analysis and Design Technique		UML
Unified Modeling Language

IX

LISTE DES FIGURES

Figure 1: Organigramme du PAD ii

Figure 2: Situation géographique du PAD iii

Figure 3: Différents types de surveillance [5] 6

Figure 4 : Classification des méthodes de surveillance [6] 8

Figure 5: Principe du monitoring [7] 10

Figure 6: Structure de l'acquisition numérique [8] 11

Figure 7: Description générale d'un groupe électrogène avec capot de protection [9] 14

Figure 8: Principe de fonctionnement du groupe électrogène 15

Figure 9: Structure du protocole MODBUS [11] 18

Figure 10: Structure d'un message dans le protocole MODBUS [11] 19

Figure 11: Format d'une trame en mode RTU [11] 20

Figure 12: Format d'une trame en mode TCP [11] 21

Figure 13: GE IGH 26

Figure 14 : Actigramme A0 du Groupe électrogène 27

Figure 15: Actigramme A-0 du Groupe électrogène 27

Figure 16: Présentation de l'APM 403 [14] 28

Figure 17: Ordinateur portable DELL 29

Figure 18: Présentation de l'ESP32 29

Figure 19: Module MAX485 30

Figure 20: module GSM SIM800L 31

Figure 21: SIM Orange 32

Figure 22: Module radio NRF24L01 32

Figure 23: fils de connexion 32

Figure 24: Imprimante 3D Kingroon 33

Figure 25: IDE Arduino 34

Figure 26: interface EasyEDA 35

Figure 27: Interface APP INVENTOR 35

Figure 28: Interface SolidWorks 36

Figure 29: Synoptique de la méthodologie utilisée 39

Figure 30: Structure de l'analyse fonctionnelle [16] 40

Figure 31: Phases de l'analyse du besoin [16] 40

Figure 32: Diagramme Bête à cornes [17] 43

Figure 33: diagramme bête à cornes appliqué au système 43

Figure 34: Phases de l'étude de la faisabilité [18] 45

Figure 35: Diagramme Pieuvre[19] 45

Figure 36: Résultat du diagramme pieuvre 46

Figure 37: Diagramme FAST [20] 49

Figure 38: Résultat Diagramme FAST 50

Figure 39: paramétrage de la communication sur le GE SIMAR 52

Figure 40: Présentation des sorties de l'APM403 [22] 52

Figure 41: Schéma synoptique du fonctionnement de notre système 54

Figure 42: Structure linéaire et alternative [23] 56

Figure 43: Structure itérative [23] 56

X

Figure 44: Exemple simplifié d'un diagramme de cas d'utilisation [24] 59

Figure 45: Câblage de l'ESP32 64

Figure 46: Bloc d'alimentation 64

Figure 47: câblage des boutons reset et boot 65

Figure 48: Câblage du module radio NRF24L01 65

Figure 49: Câblage du MAX485 66

Figure 50: câblage de la communication série 66

Figure 51: câblage des LED du circuit. 67

Figure 52: Vue de dessus de notre carte 67

Figure 53 Vue de dessous de notre carte 68

Figure 54: Vue 2D de notre carte électronique 68

Figure 55: Vue de dessous 69

Figure 56: Vue de dessus 69

Figure 57: Vue de dessous 70

Figure 58: Vue de dessus 70

Figure 59: Boitier de protection sur SolidWorks 71

Figure 60: Boitier imprimé 71

Figure 61: Résultat de l'algorigramme 73

Figure 62: Diagramme des cas d'utilisation lors de la communication sur le bus 75

Figure 63: Résultat du diagramme des cas d'utilisation 76

Figure 66: Choix du paramètre à visualiser 77

Figure 66: Page d'accueil 77

Figure 66: Choix du GE 77

Figure 69: Capteurs 78

Figure 69: Alternateur 78

Figure 69: Statistiques 78

Figure 71: Identification du GE 79

Figure 71: Maintenance 79

Figure 74: Mode du GE 79

Figure 74: Liste des Alarmes 79

Figure 74: Entrées et sorties logiques 79

Figure 75: Visualisation des capteurs 80

Figure 76: Visualisation du mode 81

Figure 77: Visualisation du courant Alternateur 81

Figure 78: Visualisation des sorties 82

Figure 79: Visualisation des entrées 82

Figure 80: Fiche de travaux informatiques iii

Figure 81: Extrait de la table Modbus des AMP iv

Figure 82: Extrait du datasheet de l'AMP403 iv

Figure 83: Extrait du datasheet de l'ESP32 v

Figure 84: Extrait du datasheet du max485 v

XI

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1: Historique du PAD

i

Tableau 2: Adresse du PAD i

Tableau 3: Infrastructures et postes de transformation Erreur ! Signet non défini.

Tableau 4 : Légende 14

Tableau 5: Les caractéristiques des groupes électrogènes 17

Tableau 6: fonctions Modbus 19

Tableau 7: Historique des applications mobiles [12] 21

Tableau 8: Caractéristiques des groupes électrogènes 26

Tableau 9: Caractéristiques de l'imprimante 3D 33

Tableau 10: Illustration AMDEC [15] 38

Tableau 11: Méthode QQOQCP[16] 41

Tableau 13: méthode QQOQCP 42

Tableau 14: Validation du besoin 44

Tableau 15 : Caractérisation des fonctions de service du dispositif de monitoring 47

Tableau 16: Cahier des charges fonctionnelles techniques 48

Tableau 12:Méthode WSM 51

Tableau 17: Coût du projet 83

1

INTRODUCTION GENERALE

Le groupe électrogène est un appareil dont le rôle principal est de fournir de l'énergie électrique de façon autonome. Il y'a quelques années encore, il n'était utilisé qu'en cas de panne de courant. Cependant, le scénario est très différent aujourd'hui, avec la croissance des applications critiques portée par l'informatisation accrue de tous les secteurs industriels, tant administratifs que productif. L'industrie des groupes électrogènes a beaucoup évolué et les applications sont très variées. De nos jours, l'alimentation électrique permanente est nécessaire dans plusieurs secteurs d'activités tels que les hôpitaux, les services publiques, etc. il y'a donc nécessité de disposer des groupes électrogènes de haute fiabilité qui soit surveiller à distance afin d'anticiper sur tout désagrément.

Concernant le Port Autonome de Douala, il dispose d'un parc de groupe électrogène qui répond au besoin d'alimentation électrique des différents sites du PAD en cas de coupure ou de disfonctionnement du secteur. L'arrêt brusque des groupes électrogènes en cas de sollicitation, entraine un arrêt des activités ceci ayant de lourdes conséquences aux vues de la sensibilité des activités du secteur portuaire. Particulièrement l'année dernière, après coupure du secteur, les groupes électrogènes n'ont pas démarré, plongeant ainsi dans l'obscurité l'immeuble siège du PAD pendant plus d'une heure. Cet incident a suscité l'attention du personnel sur le suivi des groupes électrogènes. Ainsi donc l'on s'interroge sur comment faire pour ne plus subir les pannes des groupes électrogènes ?

Jusqu'à présent, la solution adaptée par l'entreprise consiste à effectuer des rondes hebdomadaires pour checker les paramètres de fonctionnement des groupes électrogènes. Cependant ; avec les coupures d'énergie qui sont de plus en plus récurrentes, les rondes s'accentuent.

Conscient de la place importante qu'occupe les générateurs pour le bon déroulement de ses activités, aux vues des limites que présentent jusqu'ici les solutions adoptées, et des dépenses qui s'élèvent à environ 10 millions FCFA (maintenance corrective et achat des pièces de rechange) pour les groupes de 550 KVA de l'immeuble siège, le Département de Gestion du Patrimoine du PAD nous a confié le travail de : Monitoring des groupes électrogènes de l'immeuble siège du PAD.

Les objectifs de ce travail sont de mettre en place une télémétrie des paramètres critiques de fonctionnement des groupes électrogènes (température moteur, pression d'huile du moteur,

2

niveau de carburant, tension de la batterie, puissance active et vitesse) ; de configurer les alertes et de générer les statistiques.

Pour mener à bien ce travail, nous allons le structurer ainsi qu'il suit : Dans le 1er chapitre, nous ferons une revue de la littérature sur les systèmes de surveillance des groupes électrogènes. Ensuite dans le second chapitre, nous présenterons le matériel utilisé pour la réalisation de notre système ainsi que les méthodes de conception de la partie matérielle (méthode des Applications aux Techniques d'Entreprises) et de la partie logicielle (méthode du langage de modélisation unifié) de notre solution. Enfin dans le dernier chapitre, nous présenterons les résultats obtenus et nous discuterons.

3

4

CHAPITRE I : REVUE DE LA LITTÉRATURE

INTRODUCTION

Ce premier chapitre a pour but de familiariser le lecteur avec la terminologie et le langage technique utilisé dans la suite. Ainsi donc, nous ferons d'abord une revue de la littérature sur les différents concepts autour desquels s'articule notre travail ; ensuite nous présenterons le contexte et la problématique pour enfin chuter par les objectifs de notre étude.

Démarrons par une revue sur le monitoring afin de mieux cerner ce concept.

I. GENERALITES SUR LE MONITORING

I.1 DEFINITIONS DES CONCEPTS

· Le Monitoring est l'anglicisme du terme surveillance. D'après le dictionnaire Robert, la surveillance est le « Fait de surveiller ; ensemble des actes par lesquels on exerce un contrôle suivi ». [1]

· Un système est un ensemble d'éléments interagissant entre eux selon certains principes ou règles dans le but de réaliser une fonction précise. [2]

· Dans le cadre industriel, le monitoring est encore appelé surveillance des systèmes industriels. Il s'agit donc d'une technique de contrôle industrielle, de suivi et de pilotage informatique des méthodes et procédés de production. Dans notre travail, ce qui nous intéresse est la surveillance à distance des systèmes et donc, nous allons introduire un nouveau concept qu'est le RMM (Remote Monitoring and Management).

· La surveillance et la gestion à distance (RMM) est une technologie utilisée pour observer et entretenir à distance les appareils intelligents liés à l'Internet des objets (IoT). La surveillance est essentielle pour garantir une utilisation efficace des ressources et prévenir les pannes. [4]

· La télégestion est la solution permettant d'interagir avec des systèmes ou sites industriels à distance. Elément clé dans de nombreux domaines (industrie, eau, environnement, énergie, télécommunication, transport...), la télégestion permet de surveiller des sites (installations, systèmes...), de transmettre des informations (données, historiques, pannes, fuites...) et de faire du pilotage à distance (par exemple déclencher des commandes de vannes...). Elle vise à récupérer à distance une information qui fera l'objet d'un traitement en fonction de son type et de sa valeur, sanctionnée par une prise de décision.

·

5

Télémétrie : est la collecte in situ des mesures ou d'autres données à des points éloignés et leur transmission automatique à un équipement de réception ( télécommunication ) pour la surveillance. Le mot est dérivé des racines télé, « à distance » et métron, « mesure ». [3]

I.2 HISTORIQUE DES SYSTEMES DE SURVEILLANCE

Le premier système de surveillance consistait à mettre un thermomètre à l'intérieur d'un congélateur puis à relever les enregistrements sur papier. Cependant, en cas de défaillance du congélateur, le problème n'était pas découvert avant la fois suivante où quelqu'un vérifiait le thermomètre. Par mesure de sécurité, il fallait prévenir le pire. Ainsi donc, en 1888, William Henry Bristol, J. C invente le premier enregistreur graphique. En 1951, Stevens brevète le premier enregistreur de diagrammes environnementaux. Ces enregistreurs permettaient d'améliorer la gestion des environnements contrôlés en générant un enregistrement de la température en fonction du temps. L'innovation faite ici résidait dans le fait, qu'un coup d'oeil sur le graphe permettait de savoir le combien de temps l'environnement avait été hors spécification. On pouvait avoir ainsi une idée de l'ampleur du dommage. Bien que constituant une grande amélioration par rapport à la méthode du thermomètre et du crayon/papier, ils nécessitaient aussi beaucoup de maintenance - réparation des pièces usées ou endommagées, changement de rouleau de papier, de stylos et d'encre, archivage et stockage des graphes pour consultation ultérieure. Les enregistreurs de données électroniques ont pris le relais et amélioré les enregistreurs graphiques. Comme ces derniers, ils génèrent un enregistrement de la température mais ne notifient pas immédiatement les défaillances. Ils présentent l'avantage d'avoir besoin d'une maintenance plus réduite et de produire un enregistrement de la température sauvegardé sous forme électronique et par conséquent facilitant le stockage, la consultation ultérieure et le classement des données. De nos jours, les systèmes de surveillance en continu modernes (désignés par le sigle anglais CMS pour Modern continuous monitoring system) ont changé la façon de protéger les produits sensibles. Un CMS permet de collecter les données de température en continu, de créer un enregistrement permanent des données sous un format conforme à la réglementation et d'alerter instantanément en cas de tendance au dépassement de la limite de température dans un congélateur pour le produit stocké. Un CMS peut être utilisé pour surveiller d'autres paramètres, par exemple l'humidité relative et la pression différentielle. Presque n'importe quel appareil comportant une sortie numérique peut y être raccordé. De plus, un CMS ne demande aucun rituel de lecture quotidien, aucun graphe à charger, aucun enregistreur à charger. Comme la plupart des innovations, le CMS fait gagner

du temps, réduit le risque d'erreur humaine et permet au personnel de se focaliser sur des questions plus importantes.[4]

I.3 LES DIFFERENTS TYPES DE SURVEILLANCE « MONITORING »

Nous distinguons deux types de surveillance : la surveillance du système opérant et la surveillance de la commande. La surveillance du système opérant se décompose elle-même en deux types de surveillance à savoir la surveillance curative et la surveillance prédictive.

Ø Surveillance de la commande

Basée sur la notion de filtre de commande, elle permet de vérifier que les ordres émis sont conformes à l'état de la partie opérative. Le concept d'Objet Commandable Elémentaire (OCE) a été développé pour la conception de ces filtres de commande.

Ø Surveillance du système opérant

Elle a en charge la surveillance des défaillances du procédé qui, dans le cadre de la sureté de fonctionnement, sont classées en deux catégories : les défaillances cataleptiques et les défaillances progressive :

- Les défaillances cataleptiques : ce sont les défaillances soudaines et complètes. Il y a passage, sans transition d'un état de fonctionnement normal à un état de panne ;

- Les défaillances progressives : ce sont des défaillances partielles et graduelles.

La figure suivante présente les différents types de surveillance.

Surveillance de la commande

Directe Indirecte

Surveillance prédictive

Surveillance

Surveillance du système opérant

Directe Indirecte

Surveillance curative

6

Figure 1: Différents types de surveillance [5]

· 7

La surveillance prédictive

Elle peut être directe ou indirecte, le principe de la surveillance prédictive direct est fondé sur l'analyse des signaux, l'analyse des données et sur l'étude des processus stochastiques pour connaitre l'état réel de l'élément et évaluer sa durée de vie restante.

La surveillance prédictive indirecte prend en compte tous les types de matériels ayant des défaillances se manifestant par une baisse de la qualité ou de la quantité des produits fabriqués. Elle utilise des paramètres tels que le flux de production ou la qualité des produits (JER,06).

· La surveillance curative

Elle comporte deux fonctions : la détection et le diagnostic. La détection est formée dépendante de la contrainte temps réel. Son rôle est d'analyser le comportement de la partie opérative pour générer des symptômes en cas de dysfonctionnement.

Le diagnostic est basé sur un mécanisme constitué de deux étapes : la première étape consiste en une localisation du sous-systèmes fonctionnels défaillants, à partir des symptômes signalés par la détection. Elle est réalisée par une interprétation des symptômes au fur et à mesure de leur occurrence. Cette étape utilise un modèle de connaissance obtenu à partir d'une analyse fonctionnelle du système à surveiller. Ce modèle est traduit sous formes de signatures temporelles causales.

La deuxième étape permet l'identification des causes premières des défaillances ainsi que l'analyse de leurs conséquences. Elle est basée sur un graphe fonctionnel qui modélise les relations causales liant les fonctions internes du système à ses fonctions principales.

I.4 MÉTHODES DE SURVEILLANCE

Il en existe deux catégories : les méthodes de surveillance avec modèle et les méthodes de surveillance sans modèle.

En ce qui concerne la première catégorie elle se base sur un modèle analytique du système à surveiller et utilise généralement des techniques de l'automatique.

La deuxième catégorie de méthode se divise en deux sous catégories, la première correspond aux statistiques de traitement du signal qui sont généralement qualifiés d'outils de traitement de bas niveau, parce qu'ils sont en contact direct avec le signal du capteur et ne servent généralement que pour la génération d'alarmes brutes.

Méthodes par
modélisation
fonctionnelle

-Arbre de défaillance

-AMDEC

Redondance matérielle

Méthode à base de modèle

Redondance
analytique et
matérielle

Méthode par
modélisation
physique

approche analyse structurelle

Méthode de surveillance

Estimation Paramétrique

Outils statistiques
et traitement du
signal

Par modèle explicatifs

Méthode à partir des données historiques

Par

reconnaissan ce de forme

Intelligence artificielle

Par modèles
comportemen
taux

8

Figure 2 : Classification des méthodes de surveillance [6]

Ø Méthodes de surveillance avec modèle

Cette catégorie de méthodes à base de modèle, fait appel à des techniques d'automatique,

et elle intervient directement sur les signaux provenant de la chaîne de mesure, elle est la catégorie la plus utilisée dans l'industrie, elle se compose de deux sous catégories de méthodes :

· Méthodes de diagnostic par modélisation fonctionnelle et matérielle

Ce type de méthode consiste à concevoir des relations entre les effets mesurables des défaillances et leurs causes initiales, tel que, à partir des effets d'une défaillance on pourra remonter jusqu'à sa cause initiale, les méthodes les plus couramment rencontrées sont l'Analyse des Modes de Défaillance, de leurs Effets et de leurs Criticité (AMDEC) et les Arbres De Défaillances (ADD). Une autre catégorie de méthodes avec modèle est représentée par les méthodes basées sur une modélisation physique des processus surveillés.

· Méthodes de surveillance par modélisation physique

Le principe de ces méthodes est de comparer les mesures effectuées sur le système aux informations fournies par le modèle analytique. Tout écart est alors synonyme d'une défaillance, une fois un écart est détecté, les outils de la théorie de la décision sont utilisés

9

pour déterminer si cet écart est dû à des aléas normaux, comme par exemple le bruit de mesure ou s'il traduit une défaillance du système, ces méthodes peuvent être séparées en deux techniques : techniques de redondance physique et analytique, et la technique d'estimation paramétrique.

Ø Méthodes de surveillance sans modèle

En pratique, la majorité des systèmes sont non linéaires et très complexes, ce qui rend la modélisation une chose ardue voire impossible, alors pour ce type de systèmes, la supervision avec les méthodes vues précédemment c'est-à-dire les méthodes avec modèle est une chose impossible, les méthodes qui sont applicables pour ce genre de systèmes sont les méthodes sans modèle, appelées aussi méthodes à base de données historiques.

Deux solutions existent dans ce cas : surveillance avec des tests statistiques du traitement de signal et surveillance par intelligence artificielle.

· Surveillance par outils statistiques du traitement du signal

Cette technique de surveillance par outils statistiques de traitement de signal suppose que les signaux provenant de la chaîne de mesure possèdent certaines propriétés statistiques, ces propriétés sont identifiées par des tests et comparées avec les propriétés d'un échantillon de signaux de mesures prélevés en mode de fonctionnement normal.

Une grande variété de tests, applicables sur un échantillon de mesures. Parmi les plus importants, nous mentionnons : le test de franchissement de seuils, le test de moyenne et le test de variance.

· Surveillance par intelligence artificielle

Ces méthodes se basent sur les techniques de l'Intelligence Artificielle (IA), En effet, l'Intelligence Artificielle permet de contourner les obstacles rencontrés par les méthodes classiques et d'une manière générale, l'Intelligence Artificielle, est relativement bien adaptée aux problèmes de surveillance, telle que, elle est capable de traiter : une grande quantité d'informations, des données non homogènes (numériques/symboliques) et aussi des données incomplètes.

Ces méthodes à base de l'intelligence artificielle se divisent en trois groupes : les méthodes à base de modèles comportementaux, les méthodes de reconnaissance de formes et les méthodes à base de modèles explicatifs.

I.5 PRINCIPES DU MONITORING

La surveillance et le pilotage à distance des installations ou sites industriels éloignés et se base sur plusieurs principes fondamentaux :

· Acquisition des données : grande puissance de calcul, cartes d'entrées/sorties analogiques, entrées TOR, sorties TOR...

· Traitement des données : toutes les données sont historisées et archivées dans un journal. Les données sont horodatées et encryptées pour plus de sécurité.

· Transmission des données : serveur web embarqué, réseau de communication radio, wifi.

· Consultation et pilotage à distance : vous avez accès en temps réel à la gestion des alarmes, aux journaux d'évènements, aux statuts des entrées/sorties, aux commandes... vous pilotez vos équipements où que vous soyez.

· Sécurisation des installations : solution hautement sécurisée avec les protocoles SSL, cryptage des données, traçabilité.

Figure 3: Principe du monitoring [7]

10

11

II.2.1 Acquisition des données

L'acquisition de données consiste à enregistrer des signaux physiques sur un support numérique. Dans la grande majorité des cas, l'acquisition de données se ramène à enregistrer une tension. En effet, pour mesurer un courant, on mesure la chute de potentiel aux bornes d'une résistance de valeur connue. Pour mesurer une température, on mesure soit la chute de potentiel aux bornes d'une résistance de platine (dont la variation en fonction de la température est tabulée), soit la tension aux bornes d'un thermocouple. La seule exception notable est l'utilisation de l'effet piézo-électrique, qui nécessite de mesurer une charge. Dans tous les autres cas, on doit enregistrer une tension. Il faut alors effectuer une calibration pour remonter à la valeur originelle qu'on souhaitait mesurer (courant, température, ...). Dans notre cas, le GE possède une carte d'acquisition qui convertie une tension analogique en un signal digital.

Figure 4: Structure de l'acquisition numérique [8]

Les grandeurs physiques que nous visualiseront sont : La température, la vitesse de rotation, la pression, la tension et le niveau de carburant.

II.2.2 Traitement des informations

Une fois l'information acquise, elle sera traitée suivant sa plage de fonctionnement normale puis archivée. Le poste local de télégestion est en charge de traitement. Dans notre étude, l'APM 403 est le module de commande du groupe qui va s'atteler à cette tâche. À l'issue donc de cette opération, les données sont :

- Archivée dans le journal de l'installation.

- Sous forme d'alarme (lorsque la valeur de la donnée est hors de sa plage de fonctionnement).

- Sous forme d'historiques, graphique, statistiques.

- Accessible par un protocole de communication.

12

II.2.3 Transmission de informations

Après traitement de l'information, elle doit tout naturellement être mise à disposition. La transmission de l'information peut se faire :

- Avec un support matériel : (câble électrique, pistes de circuit imprimé, câble téléphonique, fibre optique, ...)

- En mode aérien par ondes électromagnétiques (Wi-Fi, Bluetooth, radiofréquence, infrarouge, GSM) en utilisant des interfaces de commande adaptées.

II.2.4 Consultation et pilotage à distance

Il existe plusieurs terminaux pour la consultation et le pilotage à distance des équipements. Ces derniers permettent la visualisation et l 'exploitation des données, la récupération et traitement des alarmes, la modification du paramétrage sur site, les actions sur les équipements en télécommandant. Comme terminal, nous avons :

- L'ordinateur Portable

- Le téléphone fixe ou mobile

- La tablette

I.6 LES AVANTAGES DU MONITORING

Continuité et qualité de service

· Accès à distance aux informations.

· Connaissance instantanée de tout incident et toute dégradation.

· Alarmes préventives et automatismes de réaction.

· Possibilité d'appels d'astreinte à travers divers médias.

· Certification de process. Aide à la maintenance

· Meilleure connaissance des installations et des usages.

· Maintenance préventive pour conserver le rendement maximal de fonctionnement (court terme) et prolonger la durée de vie des équipements (long terme).

Economies d'exploitation

· Mise en oeuvre facile.

· Réduction des déplacements d'astreinte et des visites systématiques.

· Economies d'énergie, de fluides et de matières premières.

· Ajustement des dépenses énergétiques aux besoins, tarifications et comportements des installations.

13

Aide aux décisions de gestion et d'investissement

· Mise à disposition de journaux, historiques et bilans des informations.

· Simulation de variantes.

· Comparaison des performances des différents sites télégérés.

Après avoir définit le concept de monitoring, nous avons tour à tour présenté l'historique, les différents types de monitoring, les méthodes de surveillance, les principes et enfin les avantages. Ceci nous a permis de mieux cerner ce concept. Dans notre travail, il est question de monitorer des groupes électrogènes. Ainsi donc dans la suite, nous présentons une généralité sur les groupes électrogènes afin de mieux connaitre le système sur lequel nous travaillons.

II. GENERALITES SUR LES GROUPES ELECTROGENES

Dans les secteurs d'activités sensibles tels que les hôpitaux, les industries agro-alimentaires, les services publiques ; les activités ne doivent en aucun cas être interrompus faute d'électricité. Il est donc indispensable d'avoir un groupe électrogène industriel pour se prémunir des coupures d'électricité.

II.1 DEFINITION

Le groupe électrogène est un assemblage d'un moteur et d'un système dynamoélectrique permettant de transformer l'énergie mécanique du moteur en énergie électrique. De façon simple, il est un dispositif autonome capable de produire de l'électricité. Aussi appelé générateur électrique de courant, Il est utilisé dans toutes les activités où une alimentation électrique est nécessaire lorsque le réseau public n'est pas disponible ou en cas de coupure de courant.

II.2 PRESENTATION D'UN GROUPE ELECTROGENE

La figure suivante nous présente un groupe électrogène avec ses différentes parties.

14

Figure 5: Description générale d'un groupe électrogène avec capot de protection SDMO 550

KVA [9]

Tableau 1 : Légende

1	Anneau de levage	6	Moteur	11		Châssis	2
Filtre à air	7	Grilles de protection parties tournantes	12	Plaque d'identification		3
Alternateur	8	Echappement	13	Disjoncteur		4
Plots amortisseurs	9	Radiateur	14	Pupitre de commande		5
Batterie de démarrage	10	Capot de protection	15	Coffret de commande

15

II.3 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

Un groupe électrogène est essentiellement composé de deux parties principales : le moteur et l'alternateur. Le moteur est responsable de la production de l'énergie mécanique nécessaire pour faire tourner l'alternateur, qui convertit ensuite cette énergie mécanique en électricité. Pour fonctionner, le moteur a besoin d'être approvisionné en carburant. L'essence, le gazole, un biocarburant ou du GPL peut être utilisé suivant le type de groupe.

L'accouplement entre le moteur et l'alternateur est directement effectué sur l'axe du moteur. La génératrice recoit donc de son arbre un mouvement rotatif qui produit un champ magnétique ensuite transformée en énergie électrique pour enclencher le groupe électrogène. Grâce à un régulateur de tension, le courant produit est maintenu à une tension constante pour une utilisation efficace.

Figure 6: Principe de fonctionnement du groupe électrogène

II.2.1 Le moteur

Le moteur est le coeur du groupe électrogène. Il est conçu pour convertir l'énergie chimique contenue dans le carburant en énergie mécanique. Les moteurs modernes sont dotés de technologies avancées telles que l'injection électronique, les turbocompresseurs et les systèmes de refroidissement efficaces, ce qui leur confère une grande fiabilité et une efficacité énergétique optimale. [10]

16

Le type de groupes électrogènes peut influer sur le moteur. En effet, certaines offres des systèmes très robustes qui vont durer très longtemps. Les groupes électrogènes diesel ont un moteur qui consomme moins que les groupes électrogènes essences.

II.2.2 L'alternateur

L'alternateur est responsable de la conversion de l'énergie mécanique en énergie électrique. Il génère un courant alternatif grâce à l'induction électromagnétique. Les alternateurs de haute qualité utilisent des aimants permanents ou des excitateurs pour assurer une tension stable et une onde sinusoïdale propre, ce qui est essentiel pour produire l'énergie électrique qui alimente en toute sécurité les appareils sensibles.

II.2.3 Système de régulation

Pour garantir une tension de sortie constante, les groupes électrogènes sont équipés de systèmes de régulation sophistiqués. Ces dispositifs surveillent en permanence la charge et ajustent automatiquement la vitesse du moteur pour maintenir une fréquence et une tension constantes, indépendamment des variations de la charge électrique.

II.2.4 Système de refroidissement

Le groupe électrogène consomme du carburant et produit de l'énergie. Les groupes électrogènes actuels ont un rendement souvent bien inférieur à 50% par rapport à la valeur calorifique du carburant. C'est-à-dire que lors de sa combustion, la moitié du carburant est convertie en énergie électrique tandis que l'autre est convertie en chaleur qui arrive jusqu'à l'ordre de 2000°C. Lors de sa transformation, le carburant réchauffe le groupe et l'augmentation de température qui en résulte peut entrainer : Une surconsommation de carburant par le groupe, Une baisse de son rendement, La destruction du moteur si l'échauffement est excessif. Ainsi, l'installation d'un système de refroidissement pour le groupe électrogène est nécessaire, afin d'éviter l'échauffement du système. Le système de refroidissement comprend : le radiateur, la pompe qui entraine le liquide de refroidissement, le vase d'expansion, le thermostat, le ventilateur, le liquide de refroidissement (eau + additif).

II.4 TYPOLOGIE DES GROUPES ELECTROGENES Suivant le type de carburant utilisé ; nous distinguons :

· Groupe électrogène Diesel : Idéales pour les puissances supérieures à 5 kW et pour un usage intensif. Ils sont souvent utilisés dans les ateliers, les sites éloignés, etc.

·

17

Groupes électrogènes à Essence : Ce sont des appareils économiques, adaptés à un usage plus sporadique que le diesel. Idéal pour une puissance limitée et une utilisation occasionnelle.

· Groupes électrogènes à Nafta : Encore plus économiques que les générateurs à essence, ils sont utilisés pour des puissances inférieures à 2 kW, bien qu'ils puissent être utilisés occasionnellement pour des puissances supérieures. Ils constituent une solution très pragmatique pour les petits établissements.

· Groupes électrogènes à Gaz : Leur champ d'utilisation est similaire à celui des générateurs à essence. L'avantage des groupes électrogènes à gaz est leur haut rendement et leur faible impact sur l'environnement. Ils sont économiques et fiables.

Selon la tension, nous distinguons les groupes électrogènes :

· Monophasé : la majorité des groupes électrogènes de faible puissance (jusqu'à 5 kW) fournissent du courant alternatif à une tension de 220V.

· Triphasé : les générateurs de puissance supérieure, en revanche, intègrent généralement des prises de courant alternatif de 400V.

Selon le type d'usage nous avons :

§ Le groupe électrogène d'appoint qui est utilisé en nomade. Il est un groupe compact pouvant être déplacé facilement dans ses différents usages. Ce groupe électrogène est portatif (groupe électrogène camping-car, groupe électrogène de maison à usage multiple, groupe électrogène de chantier).

§ Le groupe électrogène fixe installer en secours de panne secteur dans des domaines sensibles (hôpitaux, stations militaires et opérationnelles) ou en relève des centrales électriques en période de pic de consommations (groupe EJP) pour la maison ou l'industrie (groupe électrogène de maison (secours domestique), groupe électrogène fixe industriel).

II.5 CARACTERISTIQUES DU GROUPE ELECTROGENE Les principales caractéristiques du groupe électrogène sont :

Tableau 2: Les caractéristiques des groupes électrogènes

Caractéristique	Unités	Caractéristique	Unités
Puissance active P=U x I x Cos (Phi)	kWatts	Facteur de puissance	-
Puissance réactive Q=U x I x Sin (Phi)	kVAR	Nombre de phase	-
Puissance apparente S=U x I	VA	Fréquence	Hz
Tension U	V
Intensité du courant I	A
Vitesse de rotation	Rpm

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A présent que nous avons fait le tour de ce qui a à savoir sur les groupes électrogènes, nous allons nous intéresser au volet communication. Dans le paramétrage de notre groupe, nous avons constaté que la communication avec ce groupe s'effectue via le protocole Modbus qui permet de relier un maitre (téléphone dans notre cas) à plusieurs exclaves (les différents groupe électrogènes). Ainsi donc nous par la suite, nous présentons une généralité sur le Modbus.

III. GENERALITES SUR LE MODBUS

III.1 DEFINITION

En 1979, le protocole de communication série MODBUS a été développé par Modicon pour être utilisé avec ses contrôleurs logiques programmables (PLC). En termes simples, il s'agit d'une méthode utilisée pour transmettre des informations sur des lignes en série entre des appareils électroniques. L'appareil qui demande l'information s'appelle le MODBUS Master et les périphériques fournissant des informations sont MODBUS Slaves. Dans un réseau MODBUS standard, il existe un Master et jusqu'à 247 Slaves, chacun avec une adresse esclave unique de 1 à 247. Le Master peut également écrire des informations sur les Slaves.[10]

Figure 7: Structure du protocole MODBUS [11]

· Le maître envoie une demande et attend une réponse.

· Deux esclaves ne peuvent dialoguer ensemble.

· Le dialogue maître - esclave peut être schématisé sous une forme successive de liaisons point à point.

· Mode de communication : half-duplex (2 fils ou 4 fils).

· Le maître parle à l'ensemble des esclaves, sans attente de réponse (diffusion générale).

Il ne peut y avoir sur la ligne qu'un seul équipement en train d'émettre. Aucun esclave ne peut envoyer un message sans une demande préalable du maître. Le dialogue direct entre les esclaves est impossible.

19

III.2 STRUCTURE DES MESSAGES DANS LE MODBUS Le maître envoie un message constitué de la façon suivante :

Figure 8: Structure d'un message dans le protocole MODBUS [11] III.3 LES FONCTIONS MODBUS

Les fonctions offertes par le protocole MODBUS sont les suivantes : Tableau 3: fonctions Modbus

Fonction		Signification	1
Lire l'état d'une bobine		2
Lire l'état d'une entrée		3
Lire les registres de maintien		4
Lire les registres d'entrée		5
Ecrire dans une bobine		6
Ecrire dans un registre de maintien		15
Ecrire dans plusieurs bobines		16
Ecrire dans plusieurs registres de maintien		17
Renvoyer l'ID de l'esclave (série uniquement)		43 (sous code 14)
Lire l'identification de l'appareil		100
Lire des registres de maintien éclatés.

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III.4 MODE DE FONCTIONNEMENT DU MODBUS

III.4.1 En mode RTU (RS232, RS422, RS485)

Il est utilisé dans la communication série et utilise une représentation binaire compacte des données pour la communication par protocole. Le format RTU suit les commandes/données avec une somme de contrôle de redondance cyclique comme mécanisme de contrôle d'erreur pour garantir la fiabilité des données. Modbus RTU est l'implémentation la plus courante disponible pour Modbus. Un message Modbus RTU doit être transmis en continu sans hésitation entre les caractères. Les messages Modbus sont encadrés (séparés) par des périodes d'inactivité (silencieuses).

Il fonctionne sur le mode Maître/Esclave. Seul le maître est actif, les esclaves sont complètement passifs. C'est le maître qui doit lire et écrire dans chaque esclave. Il est constitué de trames contenant le numéro de l'esclave concerné, la fonction à traiter (écriture, lecture), la donnée et le code de vérification d'erreur appelé contrôle de redondance cyclique sur 16 bits ou CRC16.

Figure 9: Format d'une trame en mode RTU [11]

III.4.2 En mode TCP (Ethernet)

Il s'agit d'une variante Modbus utilisée pour les communications sur les réseaux TCP / IP. Il fonctionne sur le mode Client / Serveur. Les clients sont tous actifs, le serveur est complètement passif. Chaque client lit et écrit dans le serveur, il est constitué de trames contenant la fonction à traiter (écriture, lecture) et la donnée, l'adresse du serveur concerné est son adresse IP. Le code de vérification d'erreur est inutile en mode TCP, ce mode de transmission comporte déjà un CRC appelé contrôle de redondance cyclique sur 32 bits géré par la carte réseau.

Nous retenons de cette partie que le Modbus est un protocole de communication qui permet la communication entre un maitre et plusieurs exclaves. Elle fonctionne soit en mode RTU soit en mode Ethernet. De plus, en ce qui concerne le volet communication, nous serons amenés à concevoir une application mobile qui va jouer le rôle de maitre dans la communication

21

à distance. Ainsi donc la suite de notre document présente les généralités sur les applications mobiles.

Figure 10: Format d'une trame en mode TCP [11]

IV. GENERALITES SUR LES APPLICATIONS MOBILES

IV.1 DEFINITION

Une application mobile est un logiciel applicatif développé pour un appareil électronique mobile, tel qu'un assistant personnel, un téléphone portable, un smartphone, un baladeur numérique, une tablette tactile, ou encore certains ordinateurs fonctionnant avec le système d'exploitation Windows Phone ou Chrome Os. Elle peut être soit installée directement sur l'appareil dès sa fabrication en usine, soit téléchargée depuis un magasin d'applications dit « application store » telle que : Google Play (Plateforme Google/Android), App Store (Plateforme d'Apple), Windows Phone Store (Plateforme de Microsoft). [12]

IV.2 HISTORIQUE SUR LES APPLICATIONS MOBILES

Le tableau suivant nous fait un bref résumé de l'historique des applications mobiles. Tableau 4: Historique des applications mobiles [12]

1990		Norme GSM 2G	1992
1er smartphone : IBM Simon		1999
Nokia 3210, Blackberry OS (C++)		2002
BlackBerry 5810		2006
Norme GSM 3G		2007
iPhone 1, lancement d'iOS (XNU)		2007
Lancement d'Android (Linux)		2008
App store et Android Market		2009
Smartphone Samsung Galaxy i7500		2010
Norme GSM 4G, Windows Phone (C++/C#)		2012
Google Play : Android Market + Google Movies + Google Music

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IV.3 DIFFERENTS TYPES D'APPLICATION MOBILE

On en distingue trois familles d'applications mobiles : les applications natives, les applications web et les applications hybrides.

L'application native : est une application mobile spécifiquement conçu pour un seul système d'exploitation mobile. Elle est conçue avec le langage et les outils associés à son système d'exploitation, et installée directement sur le mobile. L'installation se fait par :

- Téléchargement

- Déploiement depuis un ordinateur connecté au mobile.

L'application Web : Ce type d'application correspond à des sites web. Ils sont mis en place pour proposer un affichage entièrement optimisé pour les téléphones mobiles. Contrairement aux applications natives, qui nécessitent un téléchargement préalable, les applications Web sont accessibles depuis un navigateur pour mobile.

L'application hybride : elle est accessible depuis toutes les plateformes mobiles. Par ailleurs, elle se présente comme un mix entre les Natives Apps et les Web Apps. Contrairement aux applications natives elles ne sont pas dépendantes d'une plateforme particulière. D'autre part, contrairement aux applications Web, elles ont la possibilité d'accéder à toutes les fonctions qui sont présentes sur un téléphone mobile.

IV.4 LES CARACTERISTIQUES D'UNE APPLICATION MOBILE

La qualité d'une application peut parfois être très subjective. Néanmoins selon RECURSYVE, elle repose sur les caractéristiques suivantes :

Rapidité : une application interne développée pour une entreprise permet l'optimisation

d'un processus et donc le temps des employés, temps qui pourra ensuite être utilisé pour

des tâches créant beaucoup plus de valeur au sein de l'organisation.

Sécurité : l'attention portée à la sécurité n'est plus un luxe, c'est une obligation. Il n'a

jamais été aussi important de se conformer aux normes de sécurité logicielles en vigueur et

de tenir à jour les technologies utilisées dans nos applications.

Stabilité

Flexibilité

Design moderne

Intuitive

Interopérable

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A présent que nous avons fait le tour des différents concepts employés dans le cadre de notre travail, entrons de pleins pieds dans le vif du sujet en présentant le contexte de travail et la problématique qui s'en dégage.

V. CONTEXTE ET PROBLEMATIQUE

Les groupes électrogènes jouent un rôle important pour l'alimentation électrique des différents sites du PAD en cas de coupure ou de disfonctionnement du secteur. L'arrêt brusque des groupes électrogènes en cas de sollicitation, entraine un arrêt des activités provoquant ainsi des lenteurs administratives, l'insécurité des bateaux.

Au cours de l'année 2023, suite à une coupure du secteur, les groupes électrogènes n'ont pas démarré, plongeant ainsi dans l'obscurité l'immeuble siège du PAD pendant plus d'une heure. Le sujet est donc très vite devenu une préoccupation pour l'entreprise. Ainsi donc l'on s'interroge sur comment faire pour ne plus subir les pannes des groupes électrogènes ?

Jusqu'à présent, la solution adoptée par l'entreprise consiste à effectuer des rondes hebdomadaires pour checker les paramètres de fonctionnement des groupes électrogènes. Cependant ; avec les coupures d'énergie qui sont de plus en plus récurrentes, les rondes s'accentuent.

Conscient de la place importante qu'occupe les générateurs pour le bon déroulement de ses activités, aux vues des limites que présentent jusqu'ici les solutions adoptées, et des dépenses qui s'élèvent à environ 10 millions FCFA (maintenance corrective et achat des pièces de rechange) pour les groupes de 550 KVA de l'immeuble siège, le Département de gestion du Patrimoine du PAD nous a confié le travail de : Monitoring des groupes électrogènes de l'immeuble siège du PAD.

Les attentes de ce travail sont :

· Effectuer une télémétrie des paramètres de fonctionnement des groupes électrogènes (température du moteur ; tension de la batterie, pression d'huile du moteur, puissances active, régime et niveau de carburant).

· Configuration des alertes

· Programme de maintenance préventive

· Générer les statistiques : nb de démarrage ; nb d'arrêts d'urgence ; programme de maintenance, nb d'heures de fonctionnement, nbre d'arrêt immédiat.

· Changer le mode de fonctionnement du groupe (MAN, AUTO ou OFF)

·

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Suivre la consommation de carburant et optimiser.

CONCLUSION

Dans ce chapitre, il était question de présenter de manière générale le cadre de notre étude tout en épiloguant sur les différents concepts autour de notre thème. Pour cela, nous avons tour à tour présenter de façon subtile les GE en insistant leur principe de fonctionnement ; nous avons parlé du monitoring, du protocole de communication Modbus, et des applications mobiles. Pour la suite, nous allons présenter le matériel et la méthode utilisés pour la conception de notre système de monitoring.

25

26

CHAPITRE II : MATERIEL ET METHODES

INTRODUCTION

Dans cette partie, nous allons présenter le matériel utilisé ainsi que les méthodes nous ayant permis de réaliser le monitoring des GE du PAD.

I. MATERIEL

Cette partie est essentiellement consacrée à la description du matériel sur lequel a

porté notre étude. Il s'agit ici principalement de la description des différents groupes électrogènes, des ressources logicielles et matérielles utilisées pour mener à bien notre travail.

I.1 GROUPES ÉLECTROGÈNES DE L'IMMEUBLE SIÈGE DU PAD

Dans le souci d'assurer une alimentation électrique ininterrompue, l'immeuble siège du PAD s'est doté de deux groupes électrogènes de marque SDMO à savoir : IGH et SIMAR. La figure ci-dessous nous présente ces groupes.

Figure 11. GE IGH Figure 12 . GE SIMAR

Ces deux GE possèdent des caractéristiques similaires qui sont les suivantes : Tableau 5: Caractéristiques des groupes électrogènes

CARACTERISTIQUES GENERALES
Puissance active	440 KW	Vitesse de rotation	1500 rpm
Puissance apparente	550 KVA	Puissance sonore	104 dB
Tension	400V	Facteur de puissance	0.8
Fréquence	50 Hz	Nombre de phase	3
Année	2018
N° série	18010180

Carburant

Afin d'avoir une vision globale et synthétique de nos générateurs, nous utilisons par la suite la méthode SADT.

Ø SADT DU GROUPE SIMAR La figure suivante nous présente le SADT du GE SIMAR.

E R C W

Consignes utilisateur

Tension Fréquence

MAN AUTO

Energie chimique

Energie mécanique

Energie thermique

Produire l'énergie électrique

Informations sur l'état

Carburant

Energie électrique

Bruit, fumée

Groupe électrogène

A-0

Figure 13: Actigramme A-0 du Groupe électrogène

Energie électrique

Energie électrique Bouton Start/Stop

DC	24V					Convertir l'énergie chimique en énergie mécanique

A0

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Figure 12 : Actigramme A0 du Groupe électrogène

Ø

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PRÉSENTATION DU COFFRET DE COMMANDE APM 403

Les APM403 (S et P) sont des contrôleurs pour générateurs qui fonctionnent dans des applications autonomes (standby, PRP, COP, etc.) ou plusieurs unités en parallèle. Ils sont équipés d'un écran graphique qui affiche icônes, symboles et barres pour une utilisation intuitive et conviviale opérateur.

La figure suivante nous présente l'APM403 dont nos GE sont équipés.

1-2 Sélectionner le mode de fonctionnement, sélectionner un paramètre

3 Arrêter le klaxon

4 Reseter une anomalie

5-7 Changer d'écran de visualisation, choisir un écran de réglage, sélectionner un paramètre

6 Accéder au menu général, revenir à l'écran précédent

8 Accéder à l'écran de réglage sélectionné, valider un réglage

9 Démarrer le GE (mode MAN)

10 Arrêter le GE (mode MAN)

11 Fermer/ouvrir le DJ motorisé (mode MAN)

13 LED état du GE

14 LED état physique du DJ

15 LED état de la charge (LED : diode

électroluminescente)

Figure 14: Présentation de l'APM 403 [14]

I.2 RESSOURCES MATERIELLES

Il s'agit dans cette partie de présenter tout le matériel utilisé pour la réalisation du système électronique de monitoring des GE.

§ Ordinateur Portable

Doté d'un disque dur de 500 Go (Technologie SSD), d'une mémoire vive (RAM) de 16Go DDR4, d'une carte graphique NVIDIA Gforce, 2Go GDDR5 de mémoire dédiée et d'un processeur core i7, notre ordinateur de marque « DELL » a été une pièce importante pour mener à bien notre travail. En plus de nous permettre d'effectuer les recherches, il a servi par l'intermédiaire des outils de développement, à la modélisation de l'application.

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Figure 15: Ordinateur portable DELL

§ Microcontrôleur ESP32

La carte ESP32 est une carte de développement électronique open-source basée sur un microcontrôleur ESP32 de chez Espressif Systems. Elle est particulièrement utilisée dans les projets de domotique et de IoT (Internet des Objets) en raison de ses fonctionnalités de connectivité sans fil (Wi-Fi et Bluetooth) et de sa grande puissance de calcul. Les caractéristiques courantes de cette carte sont les suivantes :

· Microcontrôleur ESP32 à double coeur avec un processeur principal à 160 MHz et un coprocesseur à 240 MHz ;

· Support de la connectivité Wi-Fi 802.11b/g/n et Bluetooth v4.2 ;

· 32 Mo de mémoire flash et 520 Ko de mémoire RAM ;

· 34 broches d'entrée/sortie, dont 18 PWM et 8 entrées analogiques ;

· Support de l'OTP (One-Time Programmable) pour la mémoire flash et de la mémoire FRAM (Ferroelectric Random Access Memory) ;

· Alimentation via USB ou 3,3 V externe.

Figure 16: Présentation de l'ESP32

30

La carte ESP32 est compatible avec une grande variété de langages de programmation, tels que C, C++ et Python. Elle est également compatible avec de nombreux Framework de développement comme Arduino.

§ Module MAX485 TTL to RS485 Converter

Le module MAX485 TTL vers RS485 convertit le signal TTL en RS485 pour une communication différentielle à longue portée et à débit de données élevé. Ce convertisseur permet d'envoyer et de recevoir des données via le réseau RS485 depuis un microcontrôleur (l'ESP32 dans notre cas) .RS485 est un protocole standard de l'industrie pour le transfert de données et offre de nombreux avantages. Il permet de transférer des données entre 32 appareils maximum, via la même ligne de données sur une longueur de câble allant jusqu'à 1,2 km (4 000 pieds) avec un débit de données maximum de 10 Mbit/s. les caractéristiques de ce convertisseur sont les suivantes :

§ Puce MAX485 intégrée, faible consommation d'énergie pour la communication RS-485, émetteur-récepteur à débit lent.

§ Borne 2P à pas de 5,08 (mm) intégrée pour faciliter le câblage de communication RS-485.

§ Émetteur-récepteur limité à débit lent.

§ Toutes les broches de la puce peuvent être contrôlées via le microcontrôleur.

§ Câblage de communication RS-485 pratique.

§ Plusieurs unités peuvent être connectées au même câblage de bus RS-485.

§ Toutes les broches de la puce sont sorties pour des contrôles appropriés.

Figure 17: Module MAX485

§ Module GSM SIM800L

SIM800L est un module cellulaire miniature qui permet la transmission GPRS, l'envoi et la réception de SMS ainsi que l'émission et la réception d'appels vocaux. Son faible coût, son

31

faible encombrement et sa prise en charge des fréquences quadri bandes font de ce module la solution parfaite pour tout projet nécessitant une connectivité longue portée : raisons pour lesquelles nous l'avons adopté.

Figure 18: module GSM SIM800L

Les caractéristiques de ce dernier sont les suivantes :

· Tension d'alimentation : 3,8 V - 4,2 V

· Tension d'alimentation recommandée : 4 V

· Consommation d'énergie : - Mode veille < 2,0 mA - Mode veille < 7,0 mA

· Transmission GSM (moyenne) : 350 mA

· Transmission GSM (coup d'oeil) : 2000 mA

· Taille des modules : 25 x 23 mm

· Interface : UART (max. 2,8 V) et commandes AT

· Prise pour carte SIM : micro SIM (côté inférieur)

· Fréquences prises en charge : Quad Band (850/950/1800/1900 MHz)

· Connecteur d'antenne : IPX

· Signalisation d'état : LED

· Plage de température de fonctionnement : -40 do + 85 °C

§ SIM Orange

Pour l'envoi des sms par la SIM800L, l'on doit y introduire une puce de communication. Dans notre cas, nous avons opté pour une SIM Orange car sa couverture de réseau est très large par rapport aux autres opérateurs à travers le pays.

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Figure 19: SIM Orange

§ Module radio NRF24L01

Le NRF24L01 est utilisé dans une grande variété d'applications nécessitant un contrôle sans fil. Ce sont des émetteurs-récepteurs, ce qui signifie que chaque module peut transmettre et recevoir des données.

Figure 20: Module radio NRF24L01

Les caractéristiques sont les suivantes :

· Circuit intégré d'émetteur-récepteur RF GFSK 2,4 GHz mono puce à faible coût

· Portée avec antenne : débit de 250 Ko (zone ouverte) > 1 000 mètres

· Alimentation : consommation d'énergie ultra faible

· Tension d'entrée : 3,3 V

· Broches : tolérantes à 5 V

§ Câbles de connexion

Ces câbles nous permettent d'effectuer des liaisons entre les différents composants. Nous avons utilisés les câbles male-femelle, femelle-femelle et male-male.

Figure 21: fils de connexion

§ Imprimante 3D

L'imprimante 3D nous permet de créer des objets physiques à partir des modèles numériques. Ainsi, par fabrication additive, nous avons réalisé notre boitier de protection par ajout de la matière en couche successives.

Les caractéristiques de l'imprimante à notre disposition sont les suivantes :

Tableau 6. Caractéristiques de l'imprimante 3D

Nom	Spécifications	Software		Spécifications électriques
-Taille d'impression (X Y Z)	-Slicer Cura/Repetier-	-Besoin		Imprimante
220×220×300 mm	Host	alimentation		3D
-Vitesse 200 mm/sec	-Fichiers supportés	Input-AC		KINGROON
-Résolution 50 microns	STL, Gcode, OBJ	110V/220V		KP3S
-Hauteur de couche 0.05-	-OS	50/60Hz Output-
0.4mm	Windows/Mac/Linux	DC 24V
-Diamètre du filament 1.75		-Alimentation :
mm		250W max
-Diamètre de la buse 0.4 mm
-Filaments compatibles PLA, ABS, PETG, TPU, Carbon
Fiber, etc.

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Figure 22. Imprimante 3D Kingroon

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I.3 RESSOURCES LOGICIELLES

Il s'agit dans cette partie de présenter tous les logiciels ayant permis la conception du système électronique et la simulation. Nous avons utilisé 05 logiciels à savoir : Arduino IDE, EasyEDA, App Inventor et SolidWorks.

§ Arduino IDE

L'environnement de développement intégré (IDE) Arduino est une application multiplateforme (pour Windows, MacOs, Linux) et libre dont les langages de programmation utilisés sont le C et le C++. Il sert d'éditeur de code, de compilateur et permet de téléverser les programmes vers les cartes Arduino ou ESP au travers de la liaison série (RS-232, Bluetooth ou USB selon le module).

Dans le cadre de notre projet, nous l'avons utilisé pour écrire et téléverser du code vers notre ESP32.

Figure 23: IDE Arduino

§ EasyEDA

EasyEDA est un outil de CAO pour l'électronique (EDA= Electronic design automation) fonctionnant dans un navigateur web, donc sans installation. Ce logiciel permet la conception, la simulation de fonctionnement et la création du circuit imprimé (PCB). Sa particularité réside dans la possibilité de commander directement les pièces du circuit dans l'interface.

Nous avons utilisé ce logiciel pour concevoir notre carte électronique, la simuler et la commander en ligne chez JLPCB pour sa fabrication.

Figure 24: interface EasyEDA

§ App Inventor

App Inventor est un outil de développement en ligne pour les téléphones et les tablettes qui fonctionnent avec le système d'exploitation Android. Il faut donc une liaison internet et un navigateur comme Mozilla Firefox ou Chrome pour s'en servir. La programmation est réalisée sans taper une seule ligne de code, mais simplement en associant et en paramétrant des briques logicielles toutes faites (langage Scratch). Un émulateur ou son smartphone connecté permet de visualiser les applications créées.

Ce logiciel nous a permis de concevoir notre application mobile MyGENERATOR.

35

Figure 25: Interface APP INVENTOR

§

36

SolidWorks 2019

SolidWorks est un logiciel de conception assistée par ordinateur capable de modéliser des objets en 3D. cette application de conception mécanique permet aux concepteurs d'esquisser rapidement des idées, d'expérimenter des fonctions et des côtes afin de produire des modèles et des mises en plan précises. SolidWorks dispose également de plusieurs outils de visualisation et d'analyse d'impression 3D.

Dans le cadre de ce projet, nous utilisons le logiciel SolidWorks pour concevoir et générer le fichier d'impression 3D du boitier qui abrite notre carte électronique.

Figure 26: Interface SolidWorks

II. METHODES

Le système de surveillance à distance des paramètres critiques des GE conçu dans ce travail est constitué d'une partie matérielle et d'une partie logicielle. Pour la conception de la partie matérielle, nous avons utilisé la méthode APTE et pour la partie logicielle, nous avons utilisé la méthode UML.

37

La figure suivante nous présente les étapes pour la réalisation de notre produit.

Choix des
paramètres à
monitorer

(AMDEC)

Conception matérielle

(APTE)

Conception logicielle

(UML)

Réalisation et Analyse

Tests déploiement des coûts

II.1 CHOIX DES PARAMETRES A MONITORER

Le choix des paramètres à monitorer se fera par la méthode AMDEC. L'Analyse des modes de défaillance, de leurs effets et de leur criticité (AMDEC) est un outil de sûreté de fonctionnement et de gestion de la qualité. Le but recherché ici est la hiérarchisation des actions d'amélioration à mener sur un processus, un produit ou un système en travaillant par ordre de criticité décroissante.

La mise en oeuvre de cette méthode comporte :

· Une phase préliminaire : Elle permet de définir les limites de l'étude et constituer les groupes.

· Analyse des défaillances : Il s'agit d'identifier les schémas du type :

- Le mode de défaillance : Il exprime de quelle manière une fonction ne fait plus ce qu'elle est sensée faire, L'analyse fonctionnelle recense les fonctions.

- La cause de la défaillance : C'est l'anomalie qui conduit au mode de défaillance. Un mode de défaillance peut résulter de la combinaison de plusieurs causes. Une cause peut être à l'origine de plusieurs modes de défaillances.

- L'effet de la défaillance : L'effet concrétise la conséquence du mode de défaillance. Un effet peut lui-même devenir la cause d'un autre mode de défaillance.

· Calcul de la criticité : L'évaluation de la criticité se fait selon 3 critères principaux : la gravité, la fréquence, la non-détection.

38

- La gravité (G) : Elle exprime l'importance de l'effet sur la qualité du produit (AMDEC procédé) ou sur la productivité (AMDEC machine) ou sur la sécurité (AMDEC sécurité). Le groupe doit décider de la manière de mesurer l'effet.

- La fréquence (F) : On estime la période à laquelle la défaillance est susceptible de se reproduire.

- La non-détection(D) : Elle exprime l'efficacité du système permettant de détecter le problème.

- La criticité(C) : Lorsque les 3 critères ont été évalués dans une ligne de la synthèse AMDEC, on fait le produit des 3 notes obtenues pour calculer la criticité.

Après avoir calculé la criticité en fonction des modes de défaillance, nous allons monitorer les sous-systèmes dont la criticité sera égale ou supérieur à 12.

Le tableau suivant nous montre comment l'AMDEC doit être disposé pour favoriser sa compréhension. Il nous donne les critères des modes de défaillances utilisés pour établir notre AMDEC :

Tableau 7: Illustration AMDEC [15]

Equipement s

Fonction s

Défaillance

Evaluation

Observation s

Effe t

Cause s

Mode de détectio n

F

D

G

C

39

II.2 CONCEPTION MATERIELLE

La conception de la partie matérielle se fera à l'aide de la méthode APTE qui est méthode universelle d'analyse fonctionnelle et d'analyse de la valeur pour la conduite de projets d'optimisation et d'innovation. La figure ci-dessous représente le schéma synoptique des étapes suivies :

OUTILS

· Diagramme Bête à cornes

· Diagramme
pieuvre

· Diagramme FAST

CONCEPTION

ÉTUDE DE LA FAISABILITÉ

ANALYSE DU BESOIN

ETAPES

RESULTAT

Besoin validé

Besoin exprimé (cahier de charge fonctionnel)

Dossier avant-projet

·

· Méthode WMS

ANALYSE
MULTICRITERE

EASYEDA

· SolidWorks

SIMULATION
ET

REALISATION

Choix des

composants

Validation du

produit et
amélioration.

Figure 27: Synoptique de la méthodologie utilisée

40

II.2.1 ANALYSE FONCTIONNELLE

Nous avons utilisé ici la méthode APTE « Application aux Techniques d'Entreprise » en abrégé APTE. C'est une méthode universelle d'analyse fonctionnelle et d'analyse de la valeur pour la conduite des projets. Du fait que cette méthode exprime les besoins en termes de fonctions de service, elle permet au concepteur de mieux cerner le problème à résoudre en analysant le besoin à travers ses outils tels que le QQOQCP, l'outil bête à cornes et le diagramme pieuvre. Par la suite il guide le concepteur, dans le choix des solutions technologiques adaptées au cas d'étude pour la mise sur pied du système.

La structure de l'analyse fonctionnelle est la suivante.

Figure 28: Structure de l'analyse fonctionnelle [16]

Débutons par l'analyse fonctionnelle externe.

II.2.1.1 Analyse fonctionnelle externe

II.2.1.1.1 Analyse du Besoin

L'analyse du besoin se décompose et se structure en trois phases telles que présentées à la figure

ci-dessous :
Figure 29: Phases de l'analyse du besoin [16]

L'objectif est de saisir, d'énoncer et de valider le besoin (c'est-à-dire l'exigence fondamentale nécessitant la création du produit).

a) Saisie du besoin

Afin de décrire avec clarté la nécessité de la mise en place d'un système de surveillance à distance des GE, nous avons utilisé la méthode QQOQCP.

La méthode QQOQCP : Quoi, Qui, Où, Quand, Pourquoi, est un outil adaptable à diverses problématiques permettant la récolte d'informations précises et exhaustives d'une situation et d'en mesurer le niveau de connaissance que l'on possède. Le tableau suivant nous résume cette méthode.

Tableau 8: Méthode QQOQCP[16]

Lettre Question Question à se poser Cibles

Q	Quoi ?	De quoi s'agit-il ? Que s'est-il passé ? Qu'observe-t-on ?		Objet, actions, procédés, phase, opération, machine	Q
Qui ?	Qui est concerné ? Qui a détecté le problème ?	Personnel, clients, fournisseur...		O
Où ?	Où cela s'est-il produit ? Où cela se passe-t-il ? Sur quel poste ? Quelle machine ?	Lieux, atelier, poste, machines...		Q
Quand ?	Quel moment ? Combien de fois par cycle ? Depuis quand ?	Depuis quand ? Mois, jour, heure, durée, fréquence, planning, délais...		C
Comment ?	De quelle manière ? Dans quelles circonstances ?	Moyens, fournitures, procédures, mode opératoire...		P
Pourquoi ?	Dans quel but ? Quelle finalité ?	Action correctives, préventives, former, atteindre les objectifs...

41

En appliquant cette méthode à notre cas, nous obtenons le tableau suivant.

42

Tableau 9: méthode QQOQCP

Questions		Réponses	De quoi s'agit-il ?
Il s'agit des problèmes de : -Rondes excessives. -Arrêts de groupes électrogènes dus au manque de combustibles ; -Distance entre les différents locaux des groupes.		Qui est concerné par le problème ?
Le service de maintenance des équipements techniques du PAD et le prestataire en charge des groupes SOPRIM.		Où se produit ce problème ?
Dans les sites et résidences du PAD.		A quelle fréquence le problème apparait il ?
Le problème est de plus en plus fréquent à cause de l'accroissement des coupures d'énergie au sein de la ville.		Comment se manifeste ce problème ?
Après coupure d'énergie de la source principale, le groupe électrogène (la source secondaire) prend le relai puis au bout d'un certain temps s'arrête.		Pourquoi vouloir résoudre ce problème ? Quels sont les raisons qui poussent à résoudre ce problème ?
-Limiter les rondes des équipes de maintenance pour contrôler les différents paramètres (température moteur, pression d'huile, niveau de carburant...). -Planifier et anticiper de manière plus optimale les opérations de maintenance.

b) Enoncé du besoin

Par la suite, nous avons énoncé le besoin en utilisant le diagramme bête à cornes. C'est un outil d'analyse fonctionnelle qui définit le besoin auquel répond le produit en trouvant la réponse au trois questions suivantes :

· À qui le produit rend-il service ?

· Sur quoi agit- il ?

· Dans quel but existe-t-il ?

Ce questionnement est représenté par la figure suivante :

43

Figure 30: Diagramme Bête à cornes [17]

Nous obtenons pour notre système de monitoring le diagramme suivant.

Groupe

Utilisateu

électrogène

Système de Monitoring

Visualiser les paramètres de
fonctionnement en temps réel et le

Figure 31: diagramme bête à cornes appliqué au système

Il ressort donc que le système de monitoring à mettre en place permet à l'utilisateur de visualiser les paramètres de fonctionnement des GE en temps réel et de le commander à distance.

c) Validation du besoin

Après avoir déterminé le besoin satisfait par le produit, il faut vérifier sa stabilité. Pour cela, il est nécessaire de rechercher si ce besoin risque de disparaître ou d'évoluer dans un délai plus ou moins long. En effet il est inutile et dangereux de poursuivre la réflexion si le produit risque d'être obsolète dans un avenir proche.

Ce contrôle de validation consiste à se poser les questions suivantes :

·

44

Pourquoi ce besoin existe-t-il ?

· Qu'est-ce qui pourrait le faire disparaître ? le faire évoluer ?

· Quel est le risque de le voir disparaître ? le voir évoluer ?

Le tableau suivant nous présente cette validation. Tableau 10: Validation du besoin

Questions		Réponses	Pourquoi ce besoin existe-t-il ?
Visualiser les paramètres de fonctionnement des GE en temps réel et les commander à distance.		Qu'est ce qui pourrait le faire disparaître ?
· Disparition des téléphones · Le développement de nouvelles plates formes mobiles · Installation d'une nouvelle technologie d'alimentation en énergie électrique de secours (solaire ; éolienne...)		Qu'est ce qui pourrait le faire évoluer ?
· Exigence de la qualité · Sollicitation plus accrue des GE due à l'augmentation de la fréquence de coupure du courant.		Quel est le risque de le voir disparaître ?
Très bas		Quel est le risque de le voir évoluer ?
Élevé

II.2.1.1.2 Etude de la Faisabilité

Il s'agit ici de l'expression fonctionnelle du besoin ; l'objectif est d'établir le cahier de charge fonctionnel (CdCF). Cette étude comporte 4 phases à savoir :

· Identification des fonctions de service ;

· Caractérisation des fonctions de services ;

· Hiérarchisation des fonctions de service ;

· Rédaction du cahier de charges fonctionnel. La décomposition de cette étude est présentée comme suit :

45

Figure 32: Phases de l'étude de la faisabilité [18] a) Identification des fonctions de service

Le diagramme pieuvre est issue de la méthode APTE (Application des Techniques d'Entreprise). Cet outil permet d'identifier les fonctions d'un système ou d'un produit et de rechercher les fonctions attendues.

Figure 33: Diagramme Pieuvre [19]

46

En appliquant le diagramme pieuvre à notre produit, nous obtenons la figure suivante.

GE

Utilisateur

FP3

FC6

Alimentation

FP1 FC1

F

FP2

Système de
Monitoring du
GE

FC5

Milieux ambiants

Téléphone

FC4

FC3

Maintenance

Encombrement

Figure 34: Résultat du diagramme pieuvre Les fonctions de services sont :

Fonctions principales :

· FP1 : Récupérer les informations du GE.

· FP2 : Traiter les informations récupérées du GE.

· FP3 : Mettre les informations du GE à la disposition de l'utilisateur en temps réel.

Fonctions contraintes :

· FC1 : Être alimenté à partir de la batterie (alimentation autonome) ;

· F : Communiquer avec le téléphone (se connecter à lui et lui envoyer les données) ;

· FC3 : Être peu encombrant ;

· FC4 : Nécessiter une maintenance réduite, aisée et une installation simple ;

· FC5 : Résister au milieu ambiant ;

· FC6 : Garantir la sécurité de l'utilisateur.

47

b) Caractérisations des fonctions de services

Les fonctions de service ayant déjà été identifiées, cette phase aura pour objectifs de :

· Énoncer les critères d'appréciation de chaque fonction de service ;

· Définir le niveau de chaque critère ;

· Assortir chaque critère d'une flexibilité.

Le tableau ci-dessous nous présente les caractéristiques de chaque fonction de service. Tableau 11 : Caractérisation des fonctions de service du dispositif de monitoring

N°	FONCTIONS	CRITERES		NIVEAU	1
FP1 : Récupérer les informations du GE.	Liaison	Filaire		2
FP2 : Traiter les informations récupérées du GE.	Capacité de stockage	Ko
		Mb/s
		Mhz		3
FP3 : Mettre les informations du GE à la disposition de l'utilisateur en temps réel.	Temps de réponse	De 1ms à 1s		4
FC1 : Être alimenter à partir de la batterie	Type énergie	Électricité continue (DC)
		9 Volts		5
F : Communiquer avec le téléphone	Vitesse de communication	9600 s		6
FC3 : Être peu encombrant	Espace	mm^3		7
FC5 : Résister au milieu ambiant	Étanchéité	Très bonne
		-20°C à 70°C

c) Rédaction du cahier de charges fonctionnels

C'est un document par lequel le demandeur exprime son besoin en termes de fonctions de

service. Pour chacune d'elle, sont définis les critères d'appréciation et leur niveau ; chacun de ces niveaux est assorti d'une flexibilité (tolérance).

Le CdCF n'exprime que des exigences de résultats et en principe aucune exigence des

moyens. Il permet de spécifier le besoin, favoriser l'innovation, restaurer la concurrence, clarifier les relations, augmenter la compétitivité du produit.

48

Le tableau qui suit nous présente le cahier des charges fonctionnelles techniques. Tableau 12: Cahier des charges fonctionnelles techniques

N°	FONCTIONS	CRITERES	NIVEAU		Flexibilité	1
FP1 : Récupérer les informations du GE.	Type de Liaison	Filaire	F0
		USB, RS485	F2		2
FP2 : Traiter les informations récupérées du GE.	Capacité de stockage	Ko	F1
		Mb/s	F0
		Mhz	F0		3
FP3 : Mettre les informations du GE à la disposition de l'utilisateur en temps réel.	Temps de réponse	De 1ms à 1s	F0		4
FC1 : Être alimenter à partir de la batterie	Type énergie	Électricité continue (DC)	F0
		24 Volts	F0		5
F : Communiquer avec le téléphone	Vitesse de communication	9600 s	F1		6
FC3 : Être peu encombrant	Espace	mm^3	F0		7
FC5 : Résister au milieu ambiant	Étanchéité	Très bonne	F1
		-20°C à 70°C	F1

· F0 flexibilité nulle

· F1 niveau peu négociable

· F2 niveau négociable

· F3 niveau très négociable

II.2.1.2 Analyse fonctionnelle interne

Elle permet d'analyser les modalités de réalisation des fonctions identifiées par l'analyse

fonctionnelle externe. Elle conduit à la détermination des fonctions techniques à mettre en oeuvre pour la satisfaction du cahier des charges fonctionnelles de notre système.

49

II.2.1.2.1 Diagramme FAST

Le diagramme FAST (Function Analysis system technic) est une traduction rigoureuse de chacune des fonctions de service sur le plan technique puis de manière matérielle en solution constructive. En effet la lecture ou encore la compréhension du diagramme FAST se fait en répondant à la question « pourquoi ? » (De la droite vers la gauche) et « comment ? » (De la gauche vers la droite). Elaborons donc le diagramme FAST du système.

Figure 35: Diagramme FAST [20]

La figure suivante nous présente le résultat de la méthode FAST qui nous permet de dégager tous les composants nécessaires à la réalisation de notre système de monitoring des GE.

Consultation et
pilotage à distance

Transmission des informations

Acquisition des
données du GE au
niveau du pupitre

Traitement des informations

Alimentation

Envoie des
alertes par SMS

Microcontroleur

Convertisseur

Transmission des

informations à distance

Consultation

Pupitre de commande

APM403

Liaison

Sortie

Module

Bluetooth HC05

ModbusDocto

r

Cable de
transmission de
données LIYY

Connecteur
RS485

Module radio

NRF24L01

Module WIFI

RV2

MyGenerator

Arduino Uno

USB HOST

SIM800L

24 VOLTS

Max485

Rasberry

APM403

RS485

ESP32

USB

Permettre le fonctionnement

suivi des _des ^paramètres GE

de

50

Figure 36: Résultat Diagramme FAST

II.2.1.3 Analyse multicritère

Une analyse multicritère est une méthode de comparaison permettant de déterminer le meilleur élément dans une situation précise. L'analyse se mène en confrontant plusieurs caractéristiques des éléments à comparer. Ces caractéristiques seront nommées critères. Chaque critère sera pondéré selon son importance.

La démarche à suivre comporte 05 étapes :

·

51

Identifier l'objectif de la démarche et le type de décision

· Dresser la liste des solutions possibles ou envisageables

· Dresser la liste des critères à prendre en considération et les hiérarchiser

· Juger chacune des solutions par rapport à chaque critère

· Désigner la solution qui obtient la meilleure évaluation.

Il existe plusieurs approches mathématiques d'analyse multicritère. Dans notre cas, nous alors utiliser la méthode WSM (Weight Sum Method) car elle est l'idéal pour les problèmes à une seule dimension.

II.2.1.3.1 Méthode WSM

Également appelée la somme pondérée, cette méthode est la plus simple des méthodes multicritères. Elle requiert que les critères soient quantitatifs, qu'ils aient tous la même unité et qu'ils s'étendent sur une même échelle ou gamme de valeurs ou qu'ils soient tous normalisés.

En considérant la matrice de décision suivant ;

Tableau 13:Méthode WSM [21]

Critères	C1		C3	....		Cn	Poids relatifs aux critères
P1	P2	P3	....	Pn		A1
a11	a12	a13	.....	a1n		A2
a21	a22	a23	.....	a2n		A3
a31	a32	a33	.....	a3n		....
....	....	....	....	....		An
am1	am2	am3	.....	amn

La solution idéale est donnée par la formule suivante :

II.2.1.3.2 Choix des composants

Le boitier de commande APM 403 dispose de trois sorties à savoir : RS485, USB et USB HOST respectivement 14, 15 et 16 sur la figure suivante.

52

Figure 38: Présentation des sorties de l'APM403 [22]

Le constructeur du groupe a prévu que la communication se fasse par le protocole Modbus via le port série RS485 raison pour laquelle nous l'avons adopté pour la récupération des informations du groupe électrogène. La figure suivante nous présente le paramétrage de la communication du groupe SIMAR.

Figure 37: paramétrage de la communication sur le GE SIMAR

a) Choix du microcontrôleur

Pour le choix du microcontrôleur adéquat pour le projet, nous utiliserons la méthode WSM (Weight Sum Method). Les critères retenus pour ce faire sont les suivants :

· C1 : Puissance de calcul

· : Consommation d'énergie

· C3 : Prise en main

· C4 : Faible coût

53

Critère	Score
		C3	C4
4	3	3	2
16	16	10	10	162	Arduino
15	16	18	18	198	ESP32
18	18	17	15	207

Il apparait clairement de cette étude que le meilleur microcontrôleur pour ce projet est l'ESP32. b) Choix du media de transmission des données à distance

Tout comme pour le microcontrôleur, nous allons utiliser la méthode WSM pour le choix de l'équipement de transmission des données à distance. Ici, les critères retenus sont :

· C1 : Portée

· : Consommation d'énergie

· C3 : Prise en main

· C4 : Faible coût

	Critère					Score
			C3	C4
5	3		2	2
16	15		10	10	165	Bluetooth
11	12		17	15	155	Wifi
14	15		13	13	167

Nous optons donc pour le wifi comme moyen de transmission des données à distance.

Le choix des composants étant fait, nous pouvons donc établir le schéma synoptique du fonctionnement de notre système :

Liaison

Filaire

Liaison

filaire

Internet

Convertisseur RS485/TTL

Routeur

SMS

SIM800L

54

Figure 39: Schéma synoptique du fonctionnement de notre système

II.3 CONCEPTION LOGICIELLE

Dans cette partie, nous présentons les étapes suivies pour la simulation de partie matérielle conçue, la programmation du microcontrôleur et la création de l'interface graphique.

II.3.1 Conception du circuit sur EasyEDA

Après avoir dégagé les solutions techniques, nous avons effectué le choix des composants en nous basant sur plusieurs critères. Une fois les composants choisis, il est question de réaliser un circuit qui regroupera ces derniers afin d'assurer l'acquisition, le traitement et l'envoie des données des GE.

Pour donc concevoir notre circuit sur EasyEDA, nous avons de façon chronologique :

· Ouvrir le logiciel EasyEDA ;

·

55

Lancer un nouveau projet ;

· Créer le schématique : Ce schéma comprend les composants utilisés dans la conception, les connexions entre les composants et les relations entre les groupes de composants dans différents schématiques ;

· Effectuer le routage ;

· Simuler.

II.3.2 Programmation du Microcontrôleur

Pour élaborer un programme, l'on passe par 03 étapes à savoir : l'analyse, la traduction dans un langage de programmation et enfin la production du programme.

II.3.2.1 L'analyse

L'analyse est la première étape. Elle consiste à décrire ce que doit réaliser le programme partant du cahier des charges et ce sans tenir compte du langage dans lequel il sera écrit.

L'enchainement chronologique des activités qui confèrent à la matière d'oeuvre sa valeur ajoutée est appelé processus. Le processus est donc un ensemble de tâches qui permettent de réaliser la fonction globale du système automatisé. Le processus précise non seulement l'ordre de succession des tâches mais également les évènements qui déclenchent leur activité ou leur arrêt. Ces évènements sont des informations en provenance de la partie opérative (capteurs) et de l'opérateur (ordres, consignes de réglages...).

L'analyse du processus peut être représenté sous 3 formes différentes : un chronogramme, un GRAFCET ou un algorigramme.

Dans ce travail, nous avons opté pour l'algorigramme car sa transcription facile en langage de programmation évolué propre au microcontrôleur. C'est une représentation graphique de l'algorithme utilisant des symboles normalisés. Il s'agit d'un diagramme qui permet de représenter et d'étudier le fonctionnement des automatismes de types séquentiels comme les chronogrammes ou le GRAFCET mais davantage réservé à la programmation des systèmes microinformatiques ainsi qu'à la maintenance. Le diagramme est une suite de directives composées d'actions et de décisions qui doivent être exécutés selon un enchaînement strict pour réaliser une tâche (ou séquence).

Figure 40: Structure linéaire et alternative [23]

Figure 41: Structure itérative [23]

56

Il existe trois différentes structures possibles dans un algorigramme à savoir : la structure linéaire, la structure alternative et la structure itérative. Elles sont toutes présentées sur les deux figures ci-dessous.

57

II.3.2.2 La traduction dans un langage de programmation

L'algorithme produit par l'analyse est traduit dans un texte appelé code source. Celui-ci est écrit dans un langage choisi par le programmeur ou imposé par les circonstances. Le langage choisi devra pouvoir exprimer parfaitement toutes les subtilités de l'algorithme issu de l'analyse. Dans le cadre de ce travail il s'agit du langage C.

Le C est un langage compilé (par opposition aux langages interprétés). Cela signifie qu'un programme C est décrit par un fichier texte, appelé fichier source. Ce fichier n'étant évidemment pas exécutable par le microprocesseur, il faut le traduire en langage machine. Cette opération est effectuée par un programme appelé compilateur.

Un certain nombre de mots, appelés mots-clefs, sont réservés pour le langage lui-même et ne peuvent pas être utilisés comme identificateurs. L'ANSI C compte 33 mots clefs qui sont: bit; auto; const; double; float; int; short; struct; unsigned; break; continue; else; for; long; signed; switch; void; case; default; enum; goto; register; sizeof; typedef; volatile; char; do; extern; if; return; static; union; while.

II.3.2.3 La Production du programme

Les algorithmes une fois traduits dans un ou des langages de programmations sont des textes à encoder à l'aide d'un éditeur de texte. Des éditeurs spécialisés offrent la possibilité d'avoir une syntaxe colorée qui selon le langage de programmation distingue les mots clés, labels, mots réservés, signes de ponctuation, délimiteurs, nombres, chaînes de caractères etc. en attribuant à chacun de ces éléments des couleurs distinctes ce qui en facilite la lecture. Mieux encore, on dispose souvent d'Environnements de développement Intégrés (IDE Integrated Development Environment) qui regroupent dans une même application l'éditeur de texte, des éditeurs graphiques pour les formulaires, les boîtes de dialogue et les images, ainsi que d'autres outils indispensables à la construction d'une application : le compilateur, l'éditeur de liens, le débogueur, un système de gestion des versions etc. Le code source rédigé dans un langage adapté à notre esprit humain est par la suite interpréter ou compiler puis charger dans la mémoire programme du microcontrôleur.

II.3.3 Conception de l'interface graphique

Le Langage de Modélisation Unifié, de l'anglais Unified Modeling Language (UML), est un langage de modélisation graphique à base de pictogrammes conçu comme une méthode normalisée de visualisation dans les domaines du développement logiciel et en conception

58

orientée objet. UML est destiné à faciliter la conception des documents nécessaires au développement d'un logiciel orienté objet, comme standard de modélisation de l'architecture logicielle.

En effet, Dans la plupart des cas les concepteurs et les utilisateurs ne sont pas des informaticiens. Il leur faut donc un moyen simple d'exprimer leurs besoins. C'est précisément le rôle des diagrammes de cas d'utilisation qui permettent de recueillir, d'analyser et d'organiser les besoins, et de recenser les grandes fonctionnalités d'un système. Il s'agit de la première étape UML d'analyse d'un système.

Un diagramme de cas d'utilisation capture le comportement d'un système, d'un sous-système, d'une classe ou d'un composant tel qu'un utilisateur extérieur le voit. Il scinde la fonctionnalité du système en unités cohérentes, les cas d'utilisation, ayant un sens pour les acteurs. Les cas d'utilisation permettent d'exprimer le besoin des utilisateurs d'un système, ils sont donc une vision orientée utilisateur de ce besoin au contraire d'une vision informatique.

Les éléments d'un diagramme de cas d'utilisation sont :

· Un acteur : C'est l'idéalisation d'un rôle joué par une personne externe, un processus ou une chose qui interagit avec un système. Il se représente par un petit bonhomme avec son nom (son rôle) inscrit dessous.

· Un cas d'utilisation : C'est une unité cohérente représentant une fonctionnalité visible de l'extérieur. Il réalise un service de bout en bout, avec un déclenchement, un déroulement et une fin, pour l'acteur qui l'initie. Un cas d'utilisation se représente par une ellipse contenant le nom du cas (un verbe à l'infinitif), et optionnellement, au-dessus du nom, un stéréotype.

· Une association : permet de relier un acteur et un cas d'utilisation.

59

Figure 42: Exemple simplifié d'un diagramme de cas d'utilisation [24]

CONCLUSION

Dans ce chapitre, nous avons présenté le matériel utilisé, tout en insistant sur leur spécification, ainsi que la méthodologie de conception de la partie matérielle (APTE) et de la partie logicielle (UML). A travers la formulation détaillée des différentes méthodes utilisées pour la conception du système, nous pourrons facilement dégager des résultats dans le prochain chapitre.

60

61

CHAPITRE III : RESULTATS ET DISCUSSION

INTRODUCTION

Dans ce chapitre, il sera question pour nous de présenter et d'analyser les résultats de notre travail notamment les résultats de la conception matérielle et logicielle. Enfin, nous ferons une étude comparative entre la solution technologique que nous proposons et celle existante sur le marché.

I. CHOIX DES PARAMETRES A MONITORER

Comme annoncé dans le chapitre précédent, le choix des paramètres à monitorer se fera à

l'aide de la méthode AMDEC. Le tableau suivant nous présente l'AMDEC du groupe électrogène SDMO.

Elément	Défaillance				Evaluation					Choix
	Effet	Causes	Mode de détection	F	D		G	C
Coupure des enroulements	Pas de tension à la sortie	Accidentelle	Visuel	1	3		3	9
			Visuel	1	3		3	9		Stator
Coupure des enroulements			Visuel	1	3		3	9
			Visuel	1	3		3	9		Ventilateur
Insuffisance d'air	Arrêt du GE	Rupture courroie			4		4	32		Radiateur
Obturation					4		4	16		Pompe à eau
Débit insuffisant					4		4	16		Réservoir
Fuite	Arrêt du GE	Rouille, choc			4		4	16

Injecteur	Injection à baisse pression	Baisse de performan ce	Déréglée		2	3	3	12			Batterie
Tension insuffisante	Pas de démarrage	Défaut alternateur	Mesure	2	3	3	12			Capteurs
Pas de signaux	Aucune sécurité	Pas d'alimentation, vieillissement, court-circuit	Visuel	1	4	4	16			Vilebrequin
Jeu	Baisse des performan ces	Usure des coussinets			4	4	16
					4	4	16			Bielle
Jeu	Baisse des performan ces	Usure des coussinets			4	4	16			Piston
Jeu					4	4	16

Maintenance corrective Maintenance préventive

62

De ce qui précède, il ressort clairement que le système d'alimentation en carburant, le système de refroidissement, l'alternateur, le système de démarrage et les parties mobiles et fixes doivent faire l'objet d'une surveillance permanente afin d'éviter des arrêts brusques du groupe électrogène. Nous retenons ainsi les paramètres suivants :

· Température du moteur : Cette valeur permet de connaître les conditions thermiques de fonctionnement, en tenant compte de la charge du moteur, de la température ambiante et de l'efficacité de sa ventilation. Il est donc important de surveiller cette température afin de s'assurer qu'elle ne sorte pas de sa plage de fonctionnement faute de quoi on assiste à une surchauffe qui peut occasionner l'usure des pièces.

· Pression d'huile : il est important de surveiller la pression d'huile car si elle baisse, le moteur du Groupe électrogène ne sera plus refroidi correctement ce qui pourrait causer le grippage de ses organes et des pannes bien plus graves.

·

63

Niveau de carburant : le carburant sert au fonctionnement direct du moteur thermique du groupe électrogène. En cas de manquement, le GE cessera automatiquement de fonctionner. La surveillance du niveau de carburant permettra donc d'assurer un fonctionnement ininterrompu du GE, une réduction des coûts de carburant et d'exploitation, la prévention des pannes et donc la prolongation de la durée de vie du GE.

· Régime moteur : la tension de sortie du générateur est étroitement liée à la vitesse de rotation du moteur. Il est donc important de garder le moteur au bon régime ou à peu près pour maintenir le courant électrique à une fréquence de 60 Hz et produire la tension appropriée.

· Tension de la batterie : pour la mise en route du GE, le démarreur a besoin d'être alimenté en tension continue pour fonctionner et c'est à la batterie de le faire. Cependant, lorsque la tension de la batterie est inférieure à 12 V, elle ne peut plus accomplir sa mission : le groupe ne pourra donc pas démarrer. Il est donc primordial pour celui en charge des groupes, d'avoir une visibilité sur la valeur de la tension de la batterie.

· Puissance active : la puissance représente la quantité d'énergie fournie par unité de temps d'un système à un autre. Pour dimensionner la puissance du GE, il est primordial de recenser toutes les charges. Nous comprenons donc qu'il y `a une corrélation entre la puissance et la charge. En fonctionnement, on peut se trouver en surcharge et ceci aura un impact significatif le groupe.

II. RESULTAT DE LA CONCEPTION MATERIELLE

II.1 PRESENTATION DE LA CARTE ELECTRONIQUE FABRIQUEE
II.1.1 PRESENTATION DU FICHIER SCHEMATIQUE CONCUE SUR EASYEDA

Les figures suivantes présentent le câblage des différents groupes fonctionnels (du point de vue schématique) nécessaires à la réalisation de la fonction de monitoring par la carte.

La première figure présente le bloc d'alimentation. Sur notre APM403, nous avons une source d'alimentation disponible de 24 Volts. Dans notre projet, les composants ESP32, SIM800L et MAX485 consomment du 3.3 et 5 Volts pour leur fonctionnement. Ainsi pour alimenter ces derniers, nous avons intercalés des régulateurs de tension LM2596S-5.0/TR (tension d'entrée : 4.5-40V, tension de sortie :5V) et LM1117IMPX-3.3/NOPB (tension d'entrée max : 15V, tension de sortie : 3.3V).

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Figure 44: Bloc d'alimentation

La seconde figure nous présente le câblage de notre microcontrôleur ESP32. Ce dernier est connecté à quasi tous les composants de notre carte électronique et c'est lui qui se charge du de la récupération et l'envoie des données.

Figure 43: Câblage de l'ESP32

La troisième figure présente le circuit de BOOT et de RESET de notre microcontrôleur. Les deux boutons EN et BOOT de la carte permettent de contrôler l'état de l'ESP32. EN : Ce bouton, appelé également RESET permet de redémarrer de force l'ESP32. BOOT : L'utilisation seule de ce bouton n'a pas grand intérêt. Il agit sur le comportement de l'ESP32 lors du démarrage (lors du boot).

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Figure 45: câblage des boutons reset et boot

La quatrième figure nous présente le schéma de câblage du module radio NRF24L01. Ce module est connecté à l'ESP32 d'où il recoit des informations et les émet à une fréquence de 2.4 GHz.

Figure 46: Câblage du module radio NRF24L01

La cinquième figure présente le schéma de câblage de notre convertisseur TTL to RS485 encore
appelé MAX485. Ce dernier se charge de récupérer les informations au niveau du groupe

électrogène, via le protocole de communication MODBUS, puis il convertit ces données en langage compréhensible par notre microcontrôleur.

Figure 47: Câblage du MAX485

La sixième figure présente le câblage de la communication série. Ici il s'agit du port USB. Nous allons utiliser ce port pour téléverser le programme sur notre carte et pour des éventuelles opérations de maintenance.

En outre, sur ce schéma, on peut voir qu'en dehors de notre sortie USB, on dispose également d'un convertisseur CP2102-GMR. Il se branche sur le port USB et permet d'envoyer et recevoir les signaux TTL/CMOS. C'st grâce à lui que l'ESP32 se met automatiquement en mode FLASH lors du téléversement.

Figure 48: câblage de la communication série

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La dernière figure nous présente le câblage des diodes électroluminescentes témoins de fonctionnement des différents composants.

Figure 49: câblage des LED du circuit. II.1.2 PRESENTATION DU FICHIER PCB

Les fichiers PCB stockent des informations sur la disposition, les connexions et d'autres spécifications de conception d'une carte de circuit imprimé. Ils contiennent diverses données telles que des dimensions, des couches, des guides de perçage, des masques, etc.

Les figures suivantes nous présentent respectivement les faces de dessus et de dessous de notre carte de circuit imprimé.

Figure 50: Vue de dessus de notre carte

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68

Figure 51 Vue de dessous de notre carte II.1.3 VUE 2D DE LA CARTE ELECTRONIQUE

La figure suivante nous présente une vue 2D de notre carte de circuit imprimé.

Figure 52: Vue 2D de notre carte électronique

II.1.4 VUE 3D DE LA CARTE ELECTRONIQUE

Figure 54: Vue de dessus

Figure 53: Vue de dessous

69

Cette vue nous permet de visualiser notre carte avec ses composants. Elle nous donne un aperçu de la carte physique avant fabrication. La suite nous en fait une représentation.

70

II.1.5 PRESENTATION DE LA CARTE FABRIQUEE

Figure 56: Vue de dessus

Figure 55: Vue de dessous

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II.2 PRESENTATION DU BOITIER DE PROTECTION II.2.1 PRESENTATION DE LA CONCEPTION SUR SOLIDWORKS

Les figures suivantes nous présentent la conception du boitier de protection de carte électronique sur SolidWorks.

Figure 57: Boitier de protection sur SolidWorks

II.2.2 PRESENTATION DU BOITIER APRES IMPRESSION 3D

Figure 58: Boitier imprimé

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II.2.3 PRESENTATION DE LA PASSERRELLE

Figure 59: Passerelle

III. RESULTAT DE LA CONCEPTION LOGICIELLE III.1 RESULTAT DE LA PROGRAMMATION DU MICROCONTROLEUR III.1.1 RESULTAT DE L'ANALYSE

Comme évoquée dans la partie méthode, la programmation d'un microcontrôleur nécessite une analyse préalable. Cette dernière est présentée sous forme d'un algorigramme.

Initialisation Initialisation des modules radio ; sim800l.

Début

Configuration des paramètres de communication (vitesse =9600b/s)

Envoie des données du GE vers l'ESP32

Envoie des données de l'ESP32 vers le
téléphone

Réception des données par le téléphone

Visualisation

Fin

73

Figure 60: Résultat de l'algorigramme

III.1.2 PRESENTATION D'UN ECHANTILLON DU CODE

Code Arduino

Code APP INVENTOR

74

75

III.2 RESULTAT DE LA PROGRAMMATION DE L'INTERFACE GRAPHIQUE
III.2.1 DIAGRAMME DES CAS D'UTILISATION

Le diagramme des cas d'utilisation suivant présente les différentes actions que la passerelle est en mesure d'assurer.

Envoyer une requête

Gérer les registres

Gérer les

paramètres Modbus

Communication via le protocole Modbus

Technicien

Groupe électrogène

Figure 61: Diagramme des cas d'utilisation lors de la communication sur le bus

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Lors de la communication Modbus avec l'APM403, plusieurs actions peuvent être menées notamment l'envoie des requêtes, la modification des paramètres de communication et la gestion des registres.

Dans ce projet, il est question de communiquer à distance avec l'APM à partir d'une interface. Ainsi donc, le diagramme des cas d'utilisation suivant illustre nos attentes vis-à-vis de notre interface.

Se connecter au GE

Configurer le GE

Technicien

Observer les
paramètres en
temps réel

Consulter
l'historique des
données

Figure 62: Résultat du diagramme des cas d'utilisation

Dans un premier temps l'utilisateur se connecte au système, (via une connexion internet), faute de quoi aucune action n'est possible.

Une fois connecté il pourra :

v Configurer le système : c'est-à-dire choisir le GE dont il souhaite visualiser les paramètres.

v

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Observer les paramètres en temps réels : notre application MyGenerator propose une fenêtre dans laquelle l'utilisateur peut visualiser la température du moteur, la pression, la tension, le régime, la puissance, le niveau de carburant. En plus, on aura le programme de maintenance préventive.

v Consulter l'historique de fonctionnement des données : il s'agit ici de renseigner l'utilisateur sur les états passés. Bien exploité il peut servir de retour d'expérience afin de mieux évaluer le fonctionnement. On aura une interface pour la présentation des statistiques.

Une fois ces différentes attentes cernées nous avons procédé à la mise sur pied d'une interface graphique.

III.2.2 PRESENTATION DE L'APPLICATION NMT

La figure 64 nous présente la page d'accueil de notre application. Sur cette page, l'utilisateur d'identifie en renseignant son nom d'utilisateur ains que son mot de passe. Lorsque ces deux

informations sont authentiques, il peut passer à la page suivante.

Figure 65: Page d'accueil Figure 65: Choix du GE Figure 65: Choix du paramètre

à visualiser

78

La page suivante (figure 65) recense tous les groupes que l'on monitore. Pour l'instant, nous nous sommes arrêtés sur le cas du groupe SIMAR. A ce stade, l'utilisateur clique sur le groupe dont il souhaite visualiser les paramètres. Une fois fait, la connexion s'établira entre le groupe et son téléphone, puis la page suivante s'ouvrira automatiquement.

Désormais l'utilisateur peut visualiser les paramètres su GE à travers cette page qui suit (figure 66). Il peut avoir accès aux données des capteurs au niveau du moteur et de l'alternateur, il peut visualiser les statistiques, les entrées et sorties logiques, le mode du générateur ainsi que les anomalies de ce dernier. Il suffit donc de cliquer sur le bouton qui nous intéresse.

Les pages suivantes nous présentent donc les différentes interfaces fonction du choix effectué.

Figure 68: Capteurs Figure 68: Alternateur Figure 68: Statistiques

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Figure 73: Mode du GE Figure 73: Liste des Alarmes Figure 73: Entrées et sorties

logiques

Figure 70: Identification du GE Figure 70: Maintenance

80

III.2.3 PRESENTATION DE L'APPLICATION MyGeneratorWeb et Vérification

Ici, il s'agit de se rassurer de l'authenticité de l'information visualisé. Pour ce faire nous allons présenter simultanément les photos de l'interface APM403 et celles de notre application Web MyGenerator.

Figure 74: Visualisation des capteurs

Figure 75: Visualisation du mode

Figure 76: Visualisation du courant Alternateur

81

Figure 78: Visualisation des entrées

Figure 77: Visualisation des sorties

82

83

IV. ANALYSE DES COUTS

IV.1 COUT DU PROJET

Pour la réalisation de notre projet, nous avons engagé des dépenses. Ces dernières sont recapitulés dans le tableau suivant.

Tableau 14: Coût du projet

DESIGNATION	COUT (FCFA)	QUANTITE	TOTAL (FCFA)
Matériel Pour Les Tests
Module ESP32	7 000	1	7 500
Cordon type C	1 000	1	1 000
Module NRF24L01 (récepteur et transmetteur)	15 000	1	15 000
Max485	5 000	2	10 000
Module Bluetooth hc05	3 000	1	3 000
USB TO RS485	10 000	1	10 000
SIM800L GPRS GSM	7 000	1	7 000
Message du mois	500	-	500
Câbles	2 000	-	1 000
Plaque à essaie	1 000	2	2 000
Réalisation De La Carte
Fabrication de la carte chez JLPCB	99 500	-	99 500
Pièces manquantes (ESP32 et SIM800L) + soudure	15 000	2	30 000
Frais de douanes	66 000	-	66 000
Transport	20 000	1	20 000
Réalisation Du Boitier
Un rouleau de filament PLA	18 000	1	18 000
Frais d'impression	20 000	-	20 000
TOTAL			310.500 FCFA

La réalisation de ce projet nous a couté la somme de 310 500 FCFA.

IV.2 COUT DU PRODUIT EXISTANT SUR LE MARCHE

Sur le marché, il existe des modules de monitoring. Le fabricant des groupes SDMO lui-même en propose. Le tableau suivant nous présente ces différents produits avec leur prix.

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SOLUTIONS DISPONIBLES SUR LE MARCHE

DESIGNATION	PRODUIT	PRIX	REFERENCES
Carte TARJETA APM403 GSM/GPS		1 760 000FCFA	Bon de Commande PAD.
Passerelle de surveillance à distance ELMAG DSE 890 Webnet pour groupe électrogène.		3 196,80 € soit 2 097 100,14 FCFA	PROFISHOP

IV.3 COUT DU PRODUIT PROPOSE

Maintenant que nous détenons le produit, il sera question de se lancer dans une production en série. Ainsi, nous proposons notre produit à la somme de 500 000FCFA l'unité. Les avantages sont les suivantes :

- Acquisition de la technologie,

- Main d'oeuvre pour la maintenance sur place,

- Possibilité de revoir le cahier de charges,

- Consommation locale,

- Très bon rapport qualité prix.

CONCLUSION

Dans ce chapitre, il était question de présenter l'ensemble des résultats de nos travaux. En rappel, notre système de monitoring comporte une partie matérielle et une partie logicielle. Concernant la première partie, elle s'est soldée par la réalisation d'une carte électronique (dont le rôle est de récupérer les informations du GE et de les mettre à disposition dans le serveur) et d'un boitier (qui sert à protéger la carte électronique du milieu ambiant). Pour la seconde partie, nous avons conçue et déployé l'application mobile MyGenerator. Au terme de ceci, nous avons fait une évaluation des coûts et avons opté pour la mise du produit sur le marché au prix de 120.000FCFA l'unité.

85

CONCLUSION GENERALE

L'objectif de ce travail était de mettre sur pieds un système de surveillance des groupes électrogènes en temps réel. Avec les coupures d'énergie qui sont de plus en plus fréquentes, les rondes de vérification des paramètres des générateurs s'accentuent, mettant ainsi en mal le service en charge de la gestion de ces groupes. Nous avons proposé dans ce projet un moyen de réduire ces rondes en créant une application mobile pour le personnel et une passerelle. Pour mener à bien ce travail, nous avons tout d'abord présenté les généralités notamment sur la surveillance en nous attardant sur son principe qui consiste en l'acquisition, le traitement, la transmission et la consultation des données. Par la suite, nous avons utilisé la méthode APTE pour la conception de la passerelle ce qui a débouché sur une carte électronique et la méthode ULM pour la conception de notre application mobile MyGenerator. Enfin, nous avons effectué une analyse des coûts. Il en ressort que le projet nous a coûté en tous 310 500FCFA. Nous comptons initier la production en série de notre produit et le positionner sur le marché au prix imbattable de 500 000FCFA par groupe électrogène.

ANNEXES

PRESENTATION DE L'ENTREPRISE

HISTORIQUE DU PORT AUTONOME DE DOUALA (PAD)

Le PAD a été créé par décret d'application n°99/130 du 15 juin 1999 de la loi cadre n°98/021 définissant la reforme portuaire au Cameroun. C'est une société à capital public dotée d'une autonomie financière.

Tableau 15: Historique du PAD

Date	Evènement
1881	Premiers travaux de la « woermann line » en vue de faciliter l'accostage des embarcations
1922	Adoption du plan d'extension du port de douala
1950	Création d'un service spécial des ports et voies navigables du Cameroun
1960	Indépendance, le service des ports et voies navigables est rattaché au ministère des transports
1971	Création de l'office national des ports du Cameroun
1976	Vaste programme d'extension du port du Cameroun
1980	Extension du port de douala (1000ha)
1997	Table ronde sur l'activité maritime
1998	Loi d'orientation
1998	Création d'une autorité portuaire nationale et de 04 ports autonomes
2000	Réduction des couts de passage portuaire
2002	Modernisation du terminal à conteneurs
2005	Mise en concession des activités industrielles et commerciales (remorquage/lamage, terminal à conteneurs)
2008	Installation des systèmes de vidéo surveillance et radars

ADRESSE COMPLETE DU PAD Tableau 16: Adresse du PAD

Nom complet	Port Autonome de Douala
Sigle	PAD
Année de création	15 juin 1999
Siège social	Douala, Bonanjo (guichet unique)

II

Boite postale

	4020 Douala
Téléphone	([phone]/ ([phone]	22
Fax	([phone]
Site internet	Https : www.portdedouala-cameroun
E-mail	[e-mail]
Nom du directeur	Cyrus NGO'O
Secteur d'activité	Secteur portuaire

ORGANIGRAMME DU PAD

Figure 79: Organigramme du PAD

SITUATION GEOGRAPHIQUE

Le PAD est situé dans la ville de Douala, au niveau de l'estuaire du fleuve Wouri sur la cote littorale et donne sur l'océan Atlantique. C'est la principale porte maritime de la façade atlantique du Cameroun, à mi-chemin entre l'Afrique du Nord et l'Afrique du Sud. Il a pour coordonnées géographiques 04°03'5 de latitude Nord, 09°41'8 de longitude Est et couvre une superficie de 1000 ha donc 600 ha en exploitation. La figure suivante nous permet d'observer la position géographique du Port Autonome de Douala sur la carte de la ville.

Figure 80: Situation géographique du PAD

III

Figure 81: Fiche de travaux informatiques

iv

Figure 83: Extrait du datasheet de l'AMP403

Figure 82: Extrait de la table Modbus des AMP

V

Figure 84: Extrait du datasheet de l'ESP32

Figure 85: Extrait du datasheet du max485

vi

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

[1] Dictionnaire Robert. (s.d.). Surveillance. Dans Dictionnaire de la langue française, consulté le [06/05/2024], de https://www.dictionnaire.com/francais/surveiller

[2] Larousse. (s.d.). Système. Dans Dictionnaire Larousse en ligne, consulté le [insérer la date de

consultation]de https://www.larousse.fr/dictionnaires/francais/syst%C3%A8me/74617.

[3] -Wikipédia, Télémétrie

[4] GREENBERG.PATTERSON. CANLAS, LA MACHINE NE FERME JAMAIS LES YEUX, UNE HISTOIRE DE LA TELESURVEILLANCE de « 1984 » à Facebook.

[5] VINCENT COCQUEMPOT. Contribution à la surveillance des systèmes industriels complexes. Automatique / Robotique. Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2004. (tel-00197595)

[6] VINCENT COCQUEMPOT. Contribution à la surveillance des systèmes industriels complexes. Automatique / Robotique. Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2004. (tel-00197595)

[7] « http://champphotovoltaique.free.fr/telegestion.php »

[8] « http://geii.en.free.fr/MN03.pdf »

[9] Manuel d'utilisation et d'entretien des groupes électrogènes KHOLER SDMO.

[10] « https://fr.wikipedia.org/wiki/Modbus »

[11] HARNESS. « Cours systèmes embarqués : le bus rs485 modbus-profibus » 2020.

[12] CYBELLIUM LTD. Mastering SCADA. (n.d.). (n.p.).

[13] SAMI HADHRI , « Developper des applications mobiles avec Android Studio » 2019.

[14] Manuel d'utilisation AMP403

[15] Pr ESSOLA, Université de Douala, « cours ANALYSE FONCTIONNELLE » 2023.

[16] BERTRAND DE LA BRETESCHE, « ANALYSE DE LA VALEUR, ANALYSE FONCTIONNELLE » 2000...

[17] Pr ESSOLA, Université de Douala, « cours ANALYSE FONCTIONNELLE » 2023.

[18] Pr AYISSI, Université de Douala, « cours ECOCONCEPTION » 2024.

[19] Mr MAH, Université de Douala, « cours de MOTEURS A COMBUSTION INTERNE ».

[20] Pr ESSOLA, Université de Douala, « cours ANALYSE FONCTIONNELLE » 2023.

[21] M ISSONDJ, Université de Douala, « cours ANALYSE MULTICRITERE » 2023.

[22]

vii

KHOLER SDMO « APM403 Communication », 16/11/2018

[23] Dr IDELLETTE SOM, Université de Douala, « cours AUTOMATISME INDUSTRIEL », 2022

[24] M NANFACK, Université de Douala, « cours PROGRAMMATION DES MICROCONTROLEURS » ; 2023