Essais & Simulations n°113

Mesures et Methodes de

Mesures et Methodes de Mesure Cas d’applications Campagnes de mesures dans le cadre de diagnostics énergétiques d’installations industrielles Afin de rénover un système d’acquisition de données destiné à effectuer des campagnes de mesures pour caractériser des process thermiques industriels et en effectuer le diagnostic énergétique, Alain Galteau, responsable Essais sur sites du centre de recherche de GDF Suez a fait appel à National Instruments. Avec le spécialiste américain de l’acquisition de données, l’équipe d’Alain Galteau a eu recours à la plate-forme modulaire NI CompactDAQ pour composer des centrales d’acquisition de données compactes, évolutives et compatibles avec le logiciel Vis@ge existant, développé en VB6 par GDF Suez. Entre autres activités, le Centre de recherche et innovation gaz et énergies nouvelles (Crigen) de GDF Suez réalise des campagnes de mesures sur des installations industrielles, soit dans ses laboratoires, soit sur site en France et à l’étranger. Lors de ces campagnes de mesures ponctuelles, d’une journée à deux semaines, l’équipe Moyens d’essais du Crigen a besoin d’enregistrer et de tracer les courbes en temps réel des informations délivrées par divers analyseurs et capteurs équipant un process industriel afin de réaliser sa caractérisation et son diagnostic énergétique. Outre leurs compétences reconnues dans la combustion et l’amélioration des performances thermiques des procédés, les équipes du Crigen possèdent un grand parc d’analyseurs et de matériels de mesure couvrant tous les domaines physico-chimiques. L’efficacité, la flexibilité et la pertinence de ces campagnes de mesures Les centrales d’acquisition de données viennent s’intégrer dans un ensemble d’entrées/sorties gérées par le logiciel Vis@ge. passent aussi par l’architecture même du système d’acquisition et du logiciel utilisés qui permet de centraliser toutes les informations du process en temps réel sur un même écran d’ordinateur portable et de bénéficier de nombreux outils spécifiques permettant de réaliser les diagnostics in situ. Deux anciens systèmes à remplacer Pour effectuer ses campagnes de mesure, le Crigen s’appuyait auparavant sur deux systèmes. Le premier, robuste et très précis, était très encombrant, lourd, coûteux et limité à une fréquence d’échantillonnage de 1 Hz. Le second, basé sur des modules monovoies « 5B », offrait une fréquence d’échantillonnage élevée, mais il était trop modulaire : il fallait remplacer les modules pour changer le type de mesure d’une voie. En outre, le nombre de voies à mesurer par centrale était limité à seize. Enfin, son driver ne fonctionnait pas sous Vista et sa connexion n’était possible que sur le port parallèle d’un ordinateur ; ce qui le rendait inutilisable sur les nouveaux portables qui n’en possèdent plus en standard. Développé en interne en Microsoft Visual Basic 6.0 (VB6), le logiciel Vis@ ge (Visualisation Instantanée et Système d’Analyse GlobalE) remplit de nombreuses fonctions avec succès. La centrale d’acquisition de données se présente sous la forme d’une enceinte (rouge) intégrant un châssis NI CompactDAQ et les borniers de connexions aux capteurs. Il assure l’acquisition et le traitement des données, ainsi que la visualisation instantanée, sur un seul écran, de l’ensemble des mesures et des paramètres de fonctionnement d’un process quel qu’il soit. Le logiciel possède de nombreux outils spécifiques permettant, soit en temps réel, soit a posteriori, d’exploiter ces paramètres afin de réaliser des diagnostics et des bilans des installations étudiées. Enfin ce logiciel Vis@ge permet un gain d’efficacité grâce aux différents types de présentation des données, facilitant ainsi la rédaction des rapports. Bref, il n’était pas envisageable de changer de logiciel pour des raisons pratiques et économiques. Une solution modulaire, compacte et économique Le système NI CompactDAQ nous est apparu comme la solution répondant le mieux à nos besoins. Un châssis accueille un maximum de huit modules qui sont dotés chacun, pour les Essais & Simulations • AVRIL 2013 • PAGE 14

Mesures et Methodes de Mesure grandeurs qui nous intéressent, de quatre à seize voies. Ainsi, le cœur de la centrale, qui consiste en un seul châssis, offre vingt voies de mesure de tension/courant, quatre voies de mesure de PT100 et trente-doux voies de mesure de thermocouples K, B et S, avec une fréquence d’échantillonnage pouvant atteindre 50 kHz ; ce qui est compatible avec la fonction oscilloscope et avec la fonction débit sur comptage d’impulsions du logiciel Vis@ge. En plus d’atouts comme un interfaçage au PC par USB, une précision compatible avec les besoins métrologiques industriels, ainsi qu’un poids réduit et une taille compatible avec la contrainte de volume donnée par les surfaces des deux platines de connecteurs, le système NI Compact- DAQ affichait un coût modéré. Plusieurs centrales en parallèle, si besoin Les campagnes de mesure étant toutes différentes, les besoins varient en termes de nombre de voies nécessaires pour chaque type de mesure. Une seule centrale n’est pas toujours suffisante. Par exemple, la plus grosse campagne de mesure réalisée pour l’instant a nécessité l’utilisation de trois centrales NI CompactDAQ en parallèle sur un hub USB. Ce qui a permis, sur une semaine avec une période d’acquisition de une seconde, de gérer soixante-sept voies (5 tensions +/- 1 V, 13 courants 4-20 mA, quarante-cinq thermocouples type K, deux thermocouples type B et deux sondes PT100). Lors de ces mesures, quatre analyseurs de combustion (mesurant chacun les taux de O2, CO2, CO, NO, NOX, SO2) étaient aussi en liaison avec Vis@ge au travers de quatre ports série fournis par une carte PCMCIA 4 COM RS232 installée dans l’ordinateur. Pour de nouveaux besoins qui se sont présentés depuis et pour ceux à venir, une évolution est possible de manière rapide et aisée grâce aux nombreux autres produits National Instruments qui fonctionnent avec le même driver NI-DAQmx. Par exemple, nous avons récemment eu besoin de fournir à un client des signaux analogiques (4-20 Entretien avec Alain Galteau Responsable Essais sur sites du Crigen Essais & Simulations Pouvez-vous nous présenter en quelques mots l’activité du Crigen et votre rôle au sein du centre ? Alain Galteau J’occupe le poste de responsable des essais sur site qui abritent les campagnes de mesures sur les sites industriels. Cette activité revêt plusieurs types d’intervention, dont le but principal est d’augmenter la performance énergétique des process, la caractérisation des équipements et la mesure d’émission de pollution atmosphérique. Nous intervenons au niveau de l’instrumentation et du suivi des installations. Puis nous analysons en direct ou a posteriori les mesures enregistrées. Ensuite viennent les préconisations de modification des réglages ou des modifications du matériel comme l’installation d’échangeurs. Quels sont vos domaines d’intervention ? Nous représentons l’un des centres de recherche de GDF Suez. Sa spécialité : tout ce qui touche à la combustion et au thermique, auquel s’ajoutent les aspects industriels et la simulation. Notre équipe fait partie du pôle Costi (Combustion, simulation, thermique industriel). Ce service composé d’experts mobilise à la fois des équipes sur les sites des clients et en laboratoire. Au sein des laboratoires, nous travaillons sur des portions d’installations industrielles pour la caractérisation de technologies. D’autres équipes sont quant à elles spécialisées dans la simulation numérique ; celles-ci s’appuient sur les mesures récupérées sur site pour les intégrer dans des modèles numériques. Aussi, nous appartenons à un département qui concerne l’utilisation des produits et des services énergétiques, et qui regroupe toutes les obligations en matière de gaz naturel appliquées au bâtiment et au tertiaire d’une manière générale ainsi qu’à l’industrie. Ce département traite de l’intégration des systèmes d’énergies nouvelles et des systèmes communicants. Notre centre de recherche, qui regroupe environ 450 personnes appartient bien sûr, plus globalement, à la Direction de la recherche et de l’innovation (DRI) du groupe. À qui vous adressez-vous et quels sont les besoins de vos clients en matière de mesure industrielle ? En laboratoire, nous avons travaillé par exemple sur un four de traitement thermique de cinquante mètres ; nous n’avons pris qu’une tranche de deux mètres de même température et, proportionnellement, de mêmes dimensions pour effectuer nos mesures. Cette reproduction était installée dans l’un de nos halls d’essais ; il s’agit d’un procédé nettement moins coûteux pour le client dans la mesure où il n’est pas contraint d’immobiliser son outil de production. Plus généralement, nous nous adressons à deux types de clients : les clients industriels de GDF Suez d’une part et les clients internes au groupe. Pour ces derniers, les problématiques regroupent tous les process industriels de GDF Suez, à savoir le transport de gaz, le réseau sous-terrain ou encore les terminaux métaniers, car là aussi nous procédons à des campagnes de mesure. À quelles problématiques doivent-ils répondre ? Nos équipes interviennent dans deux cadres différents : soit à la demande des clients industriels sous la forme de prestations, soit à la demande des chefs de projet afin de piloter des projets de recherche et développement à travers des campagnes de mesures bien ciblées. Du côté des prestations pour les industriels, les cas « classiques » concernent l’optimisation des installations, les solutions et les clés d’amélioration énergétique, quels qu’en soient les moyens. Nous nous appuyons sur le diagnostic, les conclusions et les préconisations. D’autres demandes de la part de nos clients ont trait à la caractérisation et à la création de nouveaux procédés ou au changement de moyens de mise en oeuvre. Pour eux, nous tenons surtout compte du rapport qualité-coût et de l’aspect budgétaire ; nous n’y utilisons pas de moyens disproportionnés mais des solutions plus « légères » à travers des campagnes plus courtes. Propos recueillis par Olivier Guillon Essais & Simulations • AVRIL 2013 • PAGE 15