Projet de Fin D'études [PDF]

Zitiervorschau

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Abderahmane MIRA - BEJAIA Faculté de Technologie Département Génie Electrique

Mémoire de Fin d’Etudes Présenté par : M. Ketam Smail M. Bouguechtouli Tahar

Pour l’obtention du Diplôme de Master Recherche Filière : Electronique Spécialité : Télécommunication

Thème

Stratégies de la Téléconduite d’organes du Réseau Electrique MT-DD-SDE de Bejaïa Soutenu en public en date du : 18 / 06 / 2013 Devant le Jury : Dr H.BELLAHCEN

M.C U.A.M Bejaia

Président de Jury

Pr A. KHERDDINE

Professeur .A.M Bejaia

Examinateur

Dr M. TOUNSI

M.C U.A.M Bejaia

Rapporteur

Mr B. ZEMMOURI

Cadre SONELGAZ

Rapporteur

Promotion 2012-2013

REMERCIEMENTS

REMERCIEMENTS

Au terme de ce travail, on tient à exprimer notre profonde gratitude à notre cher professeur et encadreur M. TOUNSI pour son suivi et pour son énorme soutien, qu’il n’a cessé de nous prodiguer tout au long de la période du projet. On adresse aussi nos vifs remerciements aux membres des jurys pour avoir bien voulu examiner et juger ce travail. Nos remerciements vont à tout le personnel qu’on a contacté durant notre stage au sein du SONELGAZ « SDE » de Bejaia, auprès desquelles on a trouvé l’accueil chaleureux, l’aide et l’assistance dont on a besoin. on ne laisserons pas cette occasion passer, sans remercier tous les enseignants et le personnel de l’université de Bejaia,

et particulièrement ceux de

la

section

télécommunication pour leurs aide et leurs précieux conseils et pour l’intérêt qu’ils portent à notre formation. Enfin, nos remerciements à tous ceux qui ont contribué de prés ou de loin au bon déroulement de ce projet.

Dédicaces Toutes les lettres ne sauraient trouver les mots qu’il faut… Tous les mots ne sauraient exprimer la gratitude, L’amour, le respect, la reconnaissance… Aussi, c’est tout simplement que

Je dédie ce Mémoire… À Mes CHERS PARENTS Aucune dédicace ne saurait exprimer mon respect, mon amour éternel et ma considération pour les sacrifices que vous avez consenti pour mon instruction et mon bien être. Je vous remercie pour tout le soutien et l’amour que vous me portez depuis mon enfance et j’espère que votre bénédiction m’accompagne toujours. Puisse Dieu, le Très Haut, vous accorder santé, bonheur et longue vie et faire en sorte que jamais je ne vous déçoive. A Ma Chère nièce « MAISSA » et mon neveu « ISLEM » A Mes Chère et Adorable frères Amar, Abdenour, Khellaf, Mebrouk A mes sœurs, mes belles sœurs A tous mes cousins et cousines A toute ma famille. A toute la famille Mekhmoukh A tout mes amis exceptionnellement : Karim, zahoua, fahim A mon binôme Smail .

Tahar

Dédicaces Toutes les lettres ne sauraient trouver les mots qu’il faut… Tous les mots ne sauraient exprimer la gratitude, L’amour, le respect, la reconnaissance… Aussi, c’est tout simplement que

Je dédie ce Mémoire… À Mes CHERS PARENTS Aucune dédicace ne saurait exprimer mon respect, mon amour éternel et ma considération pour les sacrifices que vous avez consenti pour mon instruction et mon bien être. Je vous remercie pour tout le soutien et l’amour que vous me portez depuis mon enfance et j’espère que votre bénédiction m’accompagne toujours. Puisse Dieu, le Très Haut, vous accorder santé, bonheur et longue vie et faire en sorte que jamais je ne vous déçoive. A Mes Chère et Adorable frères Zahir, Imad, Djillali. A tous mes cousins et cousines Lounis, Djebar, Salima , souad, Abdelhakim, Adel, Boualem, et Farouk . A toute ma famille. A tout mes amis exceptionnellement :Nidhal, Fahim, Karim, Hanafi, , Boubekar, Tarik, Lila, Zahoua. A mon binôme Tahar A la mémoire de mon grand père qui me manque beaucoup.

Smail

Liste de Figures et Tableaux

Liste des figures :

page :

Figure I-1 : Carte de centrales Hydro-électriques en 1954. ......................................................... 4 Figure I-2 : les différentes parties d’un réseau électrique. ........................................................... 7 Figure I-3 : Vue générale du système de conduite du réseau électrique de Bejaïa. ..................... 11 Figure I-4 : visualisation de valeurs de courant et de tension. .................................................... 13 Figure II-1 : la chaîne de protection et contrôle commande. ....................................................... 17 Figure II-2 : centre de téléconduite de SDE Bejaïa. ..................................................................... 18 Figure II-3 : Architecture de scada. .............................................................................................. 22 Figure III-1 : Exemple d’un motif ............................................................................................... 32 Figure III-2 : Structure générale d’un réseau GSM...................................................................... 33 Figure III-3 : les entités cœur du réseau GPRS. .......................................................................... 34 Figure III-4 : Détails d’un time slot. ............................................................................................ 37 Figure III-5 : Schéma fonctionnel du GPRS/EDGE. ................................................................... 38 Figure III-6 : Schéma général pour la transmission de données. ................................................. 39 Figure IV-1: schéma descriptif de fonctionnement général du système ...................................... 45 Figure IV-2: module GSM genrak 52i ......................................................................................... 46 Figure IV-3 : le principe de modulation BPSK ............................................................................ 48 Figure IV-4 : le diagramme de constellation de la modulation QPSK......................................... 49 Figure IV-5 : le signale originale de l’information ‘abc’ ............................................................. 51 Figure IV-7 : le signale obtenue après modulation (QPSK) ........................................................ 52 figure IV-6 : le signale après modulation (BPSK) ....................................................................... 51

Liste des tableaux : Tableau II-1: constructeurs et leurs protocoles. ........................................................................... 27

SOMMAIRE

Sommaire : ........................................................................................................................... page: Introduction générale ................................................................................................................... 1

Chapitre I : Introduction aux Réseaux Electriques. I.1 Introduction ........................................................................................................................... 3 I.2 Les réseaux électriques ......................................................................................................... 3 I.2.1 Définition ....................................................................................................................... 3 I.2.2 Présentation du groupe industriel Sonelgaz ................................................................... 3 I.2.2.1 La Société de Distribution d’Electricité et du Gaz de l’Est SDE ......................... 5 I.2.3 Les systèmes électriques .............................................................................................. 6 I.2.3.1 Structure générale d’un système électrique .......................................................... 6 I.2.4 Les différents réseaux électriques .................................................................................. 7 I.2.4.1 Le réseau de transport et d’interconnexion Haute Tension niveau B (HTB) ....... 7 I.2.4.2 Le réseau de distribution Haute Tension niveau A (HTA) .................................. 8 I.2.4.3 Le réseau de distribution Basse Tension (BT) ...................................................... 8 I.2.5 Les différents postes électriques .................................................................................... 9 I.2.5.1 Le poste HTB/HTA............................................................................................... 9 I.2.5.2 Le poste HTA/HTA en distribution publique ....................................................... 10 I.2.5.3 Le poste HTA/BT en distribution publique .......................................................... 10 I.2.6 Les Topologies des réseaux électriques ......................................................................... 10 I.2.6.1 Les critères de choix d’une topologie .................................................................... 11 I.3. Stratégie de fonctionnement des réseaux .............................................................................. 11 I.3.1 La prévision journalière .................................................................................................. 12 I.3.2 Le réglage de la fréquence .............................................................................................. 12 I.3.3 Le réglage des tensions ................................................................................................... 12 I.3.4 La maitrise des transits.................................................................................................... 13 I.4 Conclusion ............................................................................................................................ 13

Chapitre II: Généralités sur la Téléconduite des réseaux. II.1 Introduction ......................................................................................................................... 14 II.2 La téléconduite .................................................................................................................... 14 II.2.1 Présentation ................................................................................................................. 14 II.2.2 La télécommande .......................................................................................................... 14 II.2.3 La télésurveillance ........................................................................................................ 15 II.2.4 Protection et contrôle-commande des réseaux ............................................................ 16 II.2.4.1 Le plan de protection .......................................................................................... 16 II.2.4.2 Le plan de contrôle-commande .......................................................................... 17 II.2.4.3 Le Centre de conduit (C.C)................................................................................. 18 II.2.4.4 Les Actionneurs .................................................................................................. 19 II.2.4.5 Les Organes de coupure ..................................................................................... 19 II.2.4.5 .1 Les Sectionneurs ........................................................................................ 19 II.2.4.5.2 Les Disjoncteurs ........................................................................................ 19 II.2.5.5.3 Unité de contrôle pour Interrupteurs Aériens Télécommandé (IAT) ........ 19

SOMMAIRE

II.2.5.6 Les Capteurs de mesure ..................................................................................... 20 II.3 Le Système SCADA ........................................................................................................... 20 II.3.1 Définition ...................................................................................................................... 20 II.3.2 Bref historique ............................................................................................................. 21 II.3.3 Application ................................................................................................................... 21 II.3.4 Différent partie d’un système de supervision ............................................................... 21 II.3.4.1 La partie Logiciel (soft) ....................................................................................... 22 II.3.4.2 La partie physique (hard) ..................................................................................... 22 II.3.4.2.1 Opérateur ................................................................................................. 22 II.3.4.2.2 Interface homme-machine (IHM) ............................................................ 23 II.3.4.2.3 Unité maître terminal (MTU) .................................................................. 23 II.3.4.2.4 Unité terminale distante (RTU) ............................................................... 23 II.3.4.2.5 Moyens de communication ...................................................................... 23 II.3.6 Fonctionnement d’un système SCADA ...................................................................... 23 II.3.7 Points forts et Avantages des systèmes SCADA .......................................................... 24 II.3.8 Évolutions ..................................................................................................................... 24 II.4 Réseau de communication ................................................................................................... 25 II.4.1 Introduction .................................................................................................................. 25 II.4.2 Les type de réseaux de communication ........................................................................ 25 II.4.2.1 Le réseau informatique ........................................................................................ 25 II.4.2.2 Le réseau téléphonique commuté ......................................................................... 25 II.4.2.3 Un réseau de téléphonie mobile .......................................................................... 25 II.4.3 L’organisation des télétransmissions ............................................................................ 26 II.4.4 Les supports de transmission ........................................................................................ 26 II.4.5 Les protocoles de communication ............................................................................... 27 II.4.5.1 Communication selon le modèle OSI .................................................................. 27 II.4.5.2 Le protocole IEC-101 : ........................................................................................ 28 II.4.5.3 Le protocole TCP (Transmission Control Protocol)............................................ 28 II.4.5.4 Le protocole IP (Internet Protocol) ...................................................................... 29 II.4.5.5 Le protocole ModBus ......................................................................................... 30 II.4.5.5.1 Caractéristiques du principe maître/esclave ..................................................... 30 II.5 Conclusion ........................................................................................................................... 30

Chapitre III: La Transmission Radio Mobile de Donnée. III.1 Introduction ........................................................................................................................ 31 III.2 Le Concept Cellulaire ........................................................................................................ 31 III.3 Rappel sur le GSM (Global System for Mobile communications) .................................... 32 III.4 GPRS (General Packet Radio Service) .............................................................................. 33 III.4.1 Présentation du GPRS ................................................................................................. 33 III.4.2 Equipements du réseau GPRS ..................................................................................... 34 III.4.3 La commutation de paquets......................................................................................... 35 III.4.3.1 Avantage de la commutation par paquets ......................................................... 35 III.4.3.2 Inconvénient de la commutation par paquets ................................................... 35 III.5 EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution) .......................................................... 35

SOMMAIRE

III.5.1 Principes généraux .................................................................................................... 36 III.5.2 La Transmission sur l’interface radio ......................................................................... 36 III.5.2.1 Le Time slot ...................................................................................................... 37 III.5.2.3 Description fonctionnelle d’EDGE ................................................................... 38 III.5.2.3.1 Schéma fonctionnel d’EDGE ............................................................... 38 III.5.2.3.2 Mécanismes de transfert de paquets en EDGE .................................... 38 III.5.2.3.3 Le Contexte PDP .................................................................................. 39 III.5.2.4 Emission de données ......................................................................................... 39 III.5.2.5 Réception de données ........................................................................................ 40 III.5.3 Bilan sur l’EDGE ........................................................................................................... 41 III.5.3.1 Avantages ............................................................................................................ 41 III.5.3.2 Limites .................................................................................................................. 42 III.6 Conclusion ......................................................................................................................... 42

Chapitre IV : Chapitre IV- Elaboration d’une stratégie de téléconduit par GSM. IV.1. Introduction ....................................................................................................................... 43 IV.2. Proposition d’un système de supervision par GSM ......................................................... 43 IV.3. Avantage du système ........................................................................................................ 43 IV.4. Structure générale du système ........................................................................................... 44 IV.4.1 Module GSM .................................................................................................................. 45 IV.4.1.1 Le module GSM genrak 52i ........................................................................................ 45 IV.4.1.2 Caractéristique technique de module genrak52i ......................................................... 46 IV.4.2 Les sections d’un module GSM ..................................................................................... 46 IV.4.2.1 Section RF ................................................................................................................... 46 IV.4.2.2 Section de bande de base ............................................................................................ 47 IV.5 Les modulations numériques ........................................................................................... 47 IV.5.1 Choix d’une modulation numérique .............................................................................. 47 IV.5.2. Modulation BPSK .......................................................................................................... 47 IV.5.3. Modulation de phase (QPSK) ......................................................................................... 48 IV.5.4. Démodulation PSK ......................................................................................................... 49 IV.6. Simulation et résultats ........................................................................................................ 50 IV.6. Conclusion ......................................................................................................................... 53 Conclusion générale ..................................................................................................................... 54

Chapitre I: Introduction aux Réseaux Electriques.

I.1 Introduction : L’énergie électrique est de nos jours, un élément incontournable dans la vie quotidienne de pratiquement tous les habitants de la planète. C’est une forme d’énergie facilement transportable, et pratique à convertir en d’autres formes : mécanique, thermique, …etc. Elle représente jusqu’à 45% des énergies primaires, en Algérie, comme dans la majorité des pays développés. La consommation de l’énergie électrique est assurée par les points de production, les points de transport, et de distribution. Cette énergie est acheminée aux points de consommation quasi exclusivement par des réseaux électriques. L’importance de ces points

dans nos

sociétés est donc aujourd’hui tout à fait centrale, et semble ne pouvoir que prendre de l’ampleur à l’avenir. I.2 Les réseaux électriques: I.2.1 Définition : Un réseau électrique est un ensemble d'infrastructures énergétiques plus ou moins disponibles permettant d'acheminer l'énergie électrique des centres de production vers les consommateurs d'électricité. Il est constitué de lignes électriques exploitées à différents niveaux de tension, connectées entre elles dans des postes électriques. Les postes électriques permettent de répartir l'électricité et de la faire passer d'une tension à l'autre grâce aux transformateurs. I.2.2 Présentation du groupe industriel Sonelgaz: En 1969, SONELGAZ était déjà une entreprise de taille importante dont le personnel est de quelque 6000 agents. Elle desservait déjà 700 000 clients. SONELGAZ à contribué à la construction de l’infrastructure économique nationale. Elle à le monopole de la production, du transport, de la distribution, de l’importation et de l’exportation de l’électricité et du gaz manufacturé. Vu la variété des taches du SONELGAZ, elle est aujourd’hui structurée en groupe industriel composé de 35 filiales, et 5 sociétés de participation.

3

Chapitre I: Introduction aux Réseaux Electriques.

Figure I-1 : Carte de centrales Hydro-électriques en 1954.

4

Chapitre I: Introduction aux Réseaux Electriques.

Ainsi, les filiales métiers de base assurent la production, le transport et la distribution de l’électricité, et du gaz par canalisations. On compte: 

La Société Algérienne de Production de l’Électricité (SPE).



La Société Algérienne de Gestion du Réseau de Transport de l’Électricité (GRTE).



L’Opérateur Système électrique (OS), chargée de la conduite du système Production / Transport de l’électricité.



La Société Algérienne de Distribution de l’électricité et du gaz d’Alger (SDA).



La Société Algérienne de Distribution de l’électricité et du gaz du Centre (SDC).



La Société Algérienne de Distribution de l’électricité et du gaz de l’Est (SDE).



La Société Algérienne de Distribution de l’électricité et du gaz de l’Ouest (SDO).

Grâce à sa ressource humaine formée et qualifiée, le Groupe occupe une position privilégiée dans l’économie du pays en tant que responsable de l’approvisionnement de plus de six millions de ménages en électricité et de trois millions en gaz naturel, soit une couverture géographique de 98% en taux d’électrification et 48 % pour la pénétration gaz. I.2.2.1 La Société de Distribution d’Electricité et du Gaz de l’Est SDE : Créée en Janvier 2006, elle dispose d’un réseau électricité d’une longueur très important, en Moyenne et Basse Tension (HTA/BT), et d’un réseau gaz d’aussi important. La Société de Distribution d’Electricité et du Gaz de l’Est (SDE) a pour mission : 

L’exploitation et la maintenance du réseau de distribution de l’électricité et du gaz.



Le développement des réseaux électricité et gaz permettant le raccordement des nouveaux clients.



La commercialisation de l’électricité et du gaz, dans les meilleures conditions de sécurité, de qualité de service au moindre coût.

La Société de Distribution de l’électricité et du Gaz De l’Est « SDE », met en œuvre un programme d‘investissement dans un double objectif : 

Celui de développer ses réseaux et de répondre à la demande.



Celui de la modernisation de son exploitation et de sa gestion.

Dans ce cadre, le bureau de conduite centralisée (BCC) constitue un projet structurant pour l’amélioration de la conduite des réseaux et de l’amélioration de la qualité de service.

5

Chapitre I: Introduction aux Réseaux Electriques.

I.2.3 Les systèmes électriques : La production de l’énergie et de courant électrique dans les centrales nécessite de l’amener jusqu’à l’utilisateur final (consommateur). Ainsi pour atteindre l’adéquation entre la production et la consommation, qui se traduit par la performance économique. Le système électrique s’appuie sur des réseaux structurés en plusieurs niveaux.ces sont caractérisés par des tensions électriques différents (haut tension « HTB », Moyenne tension « HTA », basse tension « BT »), et équipés de moyens de transformation adaptés. Le système electrique est aussi constitué des réseaux de transports et de distribution. Partant des centres de production, le réseau de transport alimente des postes sources qui permettent de délivrer de l’énergie au réseau de distribution. Ce dernier est constitué des ouvrages distribuant l’énergie vers les installations des consommateurs. I.2.3.1 Structure générale d’un système électrique: Un système électrique est toujours décomposé en quatre grandes parties :  Production : Les points de production sont les centrales qui génèrent l’énergie électrique à partir de différentes énergies primaires (nucléaire, hydraulique, charbon,…), en les transformant en électricité. Les unités de production sont diversifiées et classées en fonction de la nature des énergies converties, de leur capacité de production.  Transport et interconnexion : Les réseaux transportent l’énergie électrique sous la forme de systèmes triphasés de tensions (sinusoïdales) dont les caractéristiques sont : la fréquence, les niveaux de tension et les couplages des terminaisons. Les réseaux fonctionnent actuellement en « interconnexion généralisée » internationale. Cela permet essentiellement des échanges commerciaux mais à la base était nécessaire afin de ne pas sur-dimensionner le parc de production de chacun.  Distribution et Répartition : L électricités circule depuis le lieu où elle est fabriquée jusqu’à l’endroit où elle est consommée, par l’intermédiaire d’un réseau de lignes électriques aériennes ou souterraines.

Il permet de transporter et de distribuer

l'énergie électrique sur l'ensemble du territoire et même vers d'autres pays.  Consommation : Les points de consommation, sont des postes ou des ouvrages, à partir desquels l’énergie est livrée aux clients (abonnés), ceci par l’intermédiaire de la «distribution Moyenne tension».

6

Chapitre I: Introduction aux Réseaux Electriques.

La figure suivante illustre les différentes parties d’un système électrique.

Figure I-2 : les différentes parties d’un réseau électrique.

I.2.4 Les différents réseaux électriques: La dispersion géographique entre les lieux de production et les centres de consommation, l’irrégularité de cette consommation et l’impossibilité de stocker l’énergie électrique nécessitent un réseau électrique capable de la transporter sur des grandes distances et de la diriger aux zones de consommation. La structure électrique est généralement décomposée en plusieurs niveaux correspondant à différents réseaux électriques : I.2.4.1 Le réseau de transport et d’interconnexion Haute Tension niveau B (HTB) : Les réseaux de transport sont à haute tension (HTB) (de 50 kV à 400 kV) et ont pour but de transporter l'énergie des grands centres de production vers les régions consommatrices d'électricité. Les grandes puissances transitées imposent des lignes électriques de forte capacité de transit, ainsi qu'une structure maillée (ou interconnectée). Les réseaux maillés garantissent une très bonne sécurité d'alimentation. Ces lignes parcourent plusieurs centaines, voire plusieurs milliers de kilomètres et il est possible de les considérer comme les artères principales des réseaux.

7

Chapitre I: Introduction aux Réseaux Electriques.

La finalité de réseau de transport est triple : 

Une fonction de « transport » dont le but est d’acheminer l’électricité des centrales de production aux grandes zones de consommation.



Une fonction « d’interconnexion nationale » qui gère la répartition de

l’offre en

orientant la production en fonction de la répartition géographique et temporelle de la demande. 

Une fonction « d’interconnexion internationale » pour gérer des flux d’énergie entre les pays en fonction d’échanges programmés ou à titre de secours. I.2.4.2. Le réseau de distribution Haute Tension niveau A (HTA) : Les lignes HTA servent à mailler plus finement les gros apports en puissance aux

niveaux des diverses régions des territoires. Elles à des postes de répartition et d’interconnexion d’où partent une multitude de tronçons de plus faible tension et plus faible puissance, en cela elles constituent les artères secondaires des réseaux. Les réseaux HTA aériens sont majoritaires en zone rurale. Par contre en zone urbaine les contraintes d'encombrement, d'esthétique et de sécurité conduisent à une utilisation massive des câbles souterrains. La finalité de ce réseau est d’acheminer l’électricité du réseau de répartition aux points de moyenne consommation. Ces points de consommation sont : 

Soit du domaine public, avec accès aux postes de distribution publique HTA/BT.



Soit du domaine privé, avec accès aux postes de livraison aux abonnés à moyenne consommation.

Le nombre de ces abonnés ne représente qu’un faible pourcentage du nombre total des consommateurs livrés directement en BT. Ils sont essentiellement du secteur tertiaire, tels les hôpitaux, les bâtiments administratifs, les petites industries…etc. Les tensions sur ces réseaux sont comprises entre quelques kilovolts et 40 kV. I.2.4.3 Le réseau de distribution Basse Tension (BT) : Les lignes BT enfin représentent le maillage le plus fin permettant à consommateur d’être à proximité d’une source d’énergie électrique. La finalité de ce réseau est d’acheminer l’électricité du réseau de distribution HTA aux points de faible consommation dans le domaine public avec l’accès aux abonnés BT. Il représente le dernier niveau dans une structure électrique. 8

Chapitre I: Introduction aux Réseaux Electriques.

Ce réseau permet d’alimenter un nombre très élevé de consommateurs correspondant au domaine domestique. Sa structure, de type aérien ou souterrain, est souvent influencée par l’environnement. Les tensions sur ces réseaux sont comprises entre 100 et 440 V. Ces réseaux sont le plus souvent exploités manuellement. I.2.5 Les différents postes électriques: La vocation d’un poste électrique est avant tout d’assurer la transition entre deux niveaux de tension et/ou d’alimenter l’utilisateur final. Ces postes sont les nœuds du réseau électrique. Ce sont les points de connexion des lignes électriques. Ils peuvent avoir deux finalités : 

L'interconnexion entre les lignes de même niveau de tension : cela permet de répartir l'énergie sur les différentes lignes issues du poste.



La transformation de l'énergie : les transformateurs permettent de passer d'un niveau de tension à un autre.

De plus, les postes électriques assurent des fonctions stratégiques : 

Assurer la protection du réseau : un système complexe de protection permet qu'un défaut sur un seul ouvrage n'entraîne pas la mise hors tension de nombreux ouvrages, ce qui risquerait de mettre une vaste zone hors tension. Cette protection est assurée par des capteurs qui fournissent une image de la tension et du courant à des relais de protection, lesquels élaborent des ordres de déclenchement à destination des disjoncteurs .



Permettre l'exploitation normale du réseau : présence de plusieurs jeux de barre et de couplage afin de pouvoir prendre différents schéma électriques.



Assurer la surveillance du réseau : la tension du réseau et l'intensité dans les lignes sont surveillées dans les postes électriques, via des transformateurs de mesure, de tension et de courant.

I.2.5.1 Le poste HTB/HTA : Cet ouvrage est présent dans toute structure électrique d’un pays ; il est situé entre le réseau de répartition HTB et le réseau de distribution HTA. Sa fonction est d’assurer le passage de la HT (» 100 kV) à la MT (» 10 kV).

9

Chapitre I: Introduction aux Réseaux Electriques.

Son schéma type comporte deux arrivées HT, deux transformateurs HTA/HTB, et de 10 à 20 départs HTA. Ces départs alimentent des lignes en aérien et/ou des câbles en souterrain.  Les postes HTA/HTB de Bejaia : La wilaya de Bejaia est alimentée par 6 postes : 

Le poste 60/30kV Bejaia 1.



Le poste 60/30kV Bejaia 2.



Le poste 220/ 60/30kV akbou 2.



Le poste 220/60/30kV El Kseur .



Le poste 220/60/30kV Ighil EMDA.



Le poste 220/60/30kV Darguina.

I.2.5.2 Le poste HTA/HTA en distribution publique : Ce type de poste peut réaliser deux fonctions : 

Assurer la démultiplication des départs MT en aval des postes HTB/HTA. Dans ce cas, le poste ne comporte aucun transformateur. Il est constitué de deux arrivées HTA et de 8 à 12 départs HTA.

 Assurer le passage entre deux niveaux HTA (MT). De tels postes HTA/HTA intègrent des transformateurs, Ils sont nécessaires dans certaines pays qui utilisent deux niveaux successifs de tension sur leur réseau HTA, c’est le cas par exemple dans notre wilaya.  Les postes HTA/HTA de Bejaia : 

Le poste 30/30 de Sidi Aich.



Le poste 30/30 de Souk EL Tenine.

I.2.5.3 Le poste HTA/BT en distribution publique : C’est une installation électrique raccordée à un réseau de distribution sous une tension nominale de 1 à 35 kV comprenant un seul transformateur HTA/BT dont la puissance est en général inférieure ou égale à 1250 kVA. I.2.6 Les Topologies des réseaux électriques: Par topologie d’un réseau électrique, il faut comprendre l’ensemble des principes (schéma, protection, mode d’exploitation) utilisés pour véhiculer l’énergie électrique en distribution publique. Dans la pratique, pour un distributeur, définir une topologie revient à fixer un certain nombre d’éléments physiques, en tenant compte de critères liés à des objectifs visés et/ou à des contraintes techniques. 10

Chapitre I: Introduction aux Réseaux Electriques.

I.2.6.1 Les critères de choix d’une topologie : Le choix d’une topologie répond à des objectifs : 

Assurer la sécurité des personnes et des biens.



Obtenir un niveau de qualité de service fixé.



Assurer le résultat économique souhaité.

Mais il doit aussi se soumettre à des impératifs : 

Etre en adéquation avec la densité d’habitat et/ou de consommation, aussi appelée densité de charge qui joue un rôle de plus en plus prépondérant.



Tenir compte de l’étendue géographique, du relief et des difficultés de construction.



Satisfaire aux contraintes d’environnement, en particulier climatiques températures minimale et maximale, fréquence des orages, neige, vent, etc. et respect du milieu.

I.3. Stratégie de fonctionnement des réseaux : [1] Les grands réseaux électriques interconnectés fonctionnent à partir d’une stratégie particulière qui consiste à assurer à la fois l’équilibre (production/consommation) et la sureté. Cette stratégie est basée sur un ensemble de réaction précises, en réponse aux fluctuations de la fréquence et des tensions qui sont les conséquences des évolutions de la consommation et de l’apparition de défauts.

Figure I-3: Vue générale du système de conduite du réseau électrique de Bejaïa.

11

Chapitre I: Introduction aux Réseaux Electriques.

Il est possible de classer les différents principes de fonctionnement des réseaux en plusieurs points particuliers : 

La prévision journalière.



Le réglage de la fréquence.



Le réglage des tensions.



La maitrise des transits.



…….

C’est l’ensemble de ces actions, qui sont assurées par les centres de dispatching régionaux et nationaux, qui consiste la conduite des réseaux, opérée en temps réel et en permanence. C’est l’ensemble de ces actions, qui sont assurées par les centres de dispatching régionaux et nationaux, qui consiste la conduite des réseaux, opérée en temps réel et en permanence. I.3.1 La prévision journalière : De façon à mobiliser, chaque jour, un ensemble suffisant de moyens de production, les exploitants des réseaux électriques s’appuient sur des prévisions de consommation. Ces prévisions journalières sont réalisées par des services spécialisés, en concordance avec les données météorologiques, les statistiques et enregistrements de consommation, les rythmes de vie des populations et certains événements particuliers. I.3.2 Le réglage de la fréquence : Sur les grands réseaux interconnectés la fréquence est gérée de telle manière à être quasiment constante malgré les fluctuations de consommation. La volonté de maintien d’une valeur unique et uniforme, est liée au bon fonctionnement d’un grand nombre d’appareillages qui ne tolèrent pas d’écarts supérieurs à quelques Hertz. De façon plus globale, la constance de la fréquence signifie une adaptation constante de niveau de production à la demande des charges. I.3.3 Le réglage des tensions : La présence des impédances des lignes, des câbles, des transformateurs qui forment les ouvrages de transport imposent des chutes de tension qui dépendent principalement des puissances réactive qui transitent sur les lignes. Pourtant, il es nécessaire de garantir le fait que les différentes tensions évoluent dans des plages assez restreintes. Le réglage des tensions est en réalité réparti sur tous les niveaux de tension qui constituent les réseaux. 12

Chapitre I: Introduction aux Réseaux Electriques.

Figure I-4 : visualisation de valeurs de courant et de tension.

I.3.4 La maitrise des transits : Le terme de transit représente la répartition de puissances (active ou réactive) sur les lignes depuis les groupes de production ver les lieux de consommation. La répartition des transits dépend de façon prépondérante à un instant précis : 

De la configuration du réseau.



Des impédances des lignes et câble en service.



Des emplacements des moyens de compensation de puissance réactive.



Des échanges internationaux liés à l’interconnexion (commerciale).

I.4 Conclusion : Ce chapitre à été consacré à la présentation des réseaux électriques, par ces différentes structures, postes, ainsi que ces topologies et stratégies de fonctionnement. Il en sorte que, la dispersion géographique des points de production de l’électricité, et les points de consommation, comme le cas de notre pays, fait appel, à envisagé une stratégie pour une meilleure distribution, et exploitation. Ainsi que la mise en place des systèmes de téléconduite est indispensable, et sa serai l’effet de chapitre suivant.

13

Chapitre II: Généralités sur la Téléconduite des réseaux.

II.1 Introduction : Aujourd’hui, il ne suffit pas de produire et consommer l’énergie, mais, la qualité, la sécurité des entités, les infrastructures, ainsi les humain des entreprises est prioritaire avant tout, qui sont assuré par la téléconduite. Dans la distribution électrique la téléconduite est une source d’économies au niveau de l’exploitation du réseau. En effet, sans avoir à se déplacer, l’exploitant peut en permanence contrôler et intervenir sur le fonctionnement de son réseau. II.2 La Téléconduite : II.2.1 Présentation : La téléconduite est une technique qui permet de gérer, d’exploiter, d’agir et de contrôler à distance et en temps réel, des équipements et dispositifs d’un site qui se trouve loin de la station de contrôle et cela en toute sécurité, et pour le personnel et pour les équipements. Dans la pratique le terme téléconduit englobe les fonctions de télésignalisation, télésurveillance, télémesure, et télécommande. Ces fonctions peuvent se répartir en deux groupes liés au sens de transmission entre l’exploitant et le réseau : 

Télésurveillance, des appareils vers l’exploitant.



Télécommande, de l’exploitant vers les appareils.

Enfin, pour une meilleure efficacité, l’opérateur peut disposer rapidement de l’information la plus pertinente par un prétraitement automatique tel une opération de tri, de mise en forme graphique, de calcul,...etc. II.2.2 La Télécommande : La commande à distance de l’ouverture et de la fermeture des appareils de puissance est l’exemple élémentaire de la télécommande. L’application pratique en est les interrupteurs et disjoncteurs télécommandés. D’autres actions peuvent être télécommandées : réglages, automatisme,… Les ordres de télécommande doivent être exécutés avec le maximum de sûreté. Ce qui est obtenu par l’utilisation d’un réseau de communication performant permettant de disposer des informations nécessaires en temps réel. Ainsi un ordre de manœuvre d’un appareil est transmis via une télécommande double (TCD), et confirmé par le retour d’une télésignalisation double (TSD). 14

Chapitre II: Généralités sur la Téléconduite des réseaux.

Les procédures de télécommande intègrent également des demandes de validation et de confirmation avant l’exécution d’un ordre de manœuvre. Le rôle de la commande est de faire exécuter un ensemble d'opérations au procédé en fixant des consignes de fonctionnement en réponse à des ordres d'exécution. La commande regroupe toutes les fonctions qui agissent directement sur les actionneurs du procédé qui permettent d’assurer :  le fonctionnement en l'absence de défaillance.  la reprise ou gestion des modes.  les traitements d'urgence.  une partie de la maintenance corrective. II.2.3 La Télésurveillance : Pour sa part, elle regroupe les signalisations de position des différents appareils, leur déclenchement éventuel sur défaut, la mesure des consommations instantanées ou pondérées dans les différentes parties du réseau électrique, et toute autre information permettant de connaître l’état, à jour, du réseau. Elle permet par exemple, d’imprimer automatiquement et en continu, sur occurrence ou temporellement, tous les événements nécessaires pour conduire le réseau en temps réel, ou pour en effectuer une analyse ultérieurement. La partie surveillance recueille en permanence tous les signaux en provenance du procédé et de la commande, reconstitue l'état réel du système commandé, et fait toutes les inférences nécessaires pour produire les données utilisées pour dresser des historiques de fonctionnement La partie surveillance d'un superviseur a pour objectifs : 

La détection d'un fonctionnement anormale.



La recherche des causes et conséquences d'un fonctionnement non prévu ou non contrôlé.



L'élaboration de solutions permettant de pallier le fonctionnement non prévu.



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

Toutes ces informations avec leur mode de restitution, sont définies lors de la conception du plan de contrôle commande. En particulier les images synoptiques sont créées en fonction de l’installation réelle et des besoins de l’exploitant. De plus, elles sont animées en temps réel. Ainsi l’exploitant peut visualiser : 15

Chapitre II: Généralités sur la Téléconduite des réseaux.



les schémas d’exploitation (réseau électrique, poste, …etc.) ;



les états de l’installation (positions des appareils, ...) ;



les valeurs des grandeurs d’exploitation (courants, tensions, puissances, ...) ;



les valeurs de réglage des protections;



le contenu détaillé des alarmes, avec leur chronologie d’apparition ;



…

II.2.4 Protection et Contrôle-Commande des Réseaux : [2] Les installations du Réseau de Transport d’Electricité (lignes et transformateurs) sont équipées de systèmes temps réel permettant la surveillance et la commande à distance depuis des centres de conduite régionaux. Les dispositifs qui permettent d’assurer ces fonctions utilisent les technologies de l’électronique, de l’informatique industrielle et des télécommunications par voies optique, hertzienne ou filaire. II.2.4.1 Le Plan de Protection : La protection des réseaux électriques désigne l'ensemble des appareils de surveillance et de protection assurant la stabilité d'un réseau électrique. Cette protection est nécessaire pour éviter la destruction accidentelle d'équipements

coûteux et pour assurer une

alimentation électrique ininterrompue. La plupart des systèmes de fourniture d’énergie électrique sont interconnectés et doivent bénéficier de telles protections. L’ensemble de ces éléments constitue une chaîne de protection qui assure l’élimination de la partie défaillante du réseau en cas de défaut. On peut distinguer plusieurs types de protections pour les réseaux électriques : 

Protection des ouvrages du réseau de transport.



Protection des lignes à haute tension.



Protection des transformateurs de puissance.



Protection des ouvrages du réseau de distribution.



Protection des transformateurs de puissance.



Protection des ouvrages du réseau de distribution.

16

Chapitre II: Généralités sur la Téléconduite des réseaux.

II.2.4.2 Le Plan de Contrôle-Commande : Sous le terme de contrôle-commande sont regroupés tous les éléments liés à l’exploitation des réseaux. Un plan de contrôle-commande définit l’ensemble de ces éléments et l’organisation de leur fonctionnement relatif. En cela le plan de contrôle commande d’un réseau doit permettre à l’exploitant (le distributeur) de tenir compte des trois situations : 

En exploitation normale,



En situation de défaut,



En maintenance (hors et sous tension).

La conduite s'effectue depuis des centres de conduite régionaux (dispatchings) ou nationaux. Ceux-ci disposent d'instruments de téléconduite (des SCADA, notamment) comprenant des dispositifs permettant de: 

Commander les organes de coupure (disjoncteurs, sectionneurs),



Connaître la position de ces organes,



Mesurer un certain nombre de grandeurs (tension, intensité, fréquence),



Signaler des dysfonctionnements (alarmes).

Un réseau électrique peut lui-même être décomposé en zones. Chacune de ces zones est généralement protégée par un disjoncteur en association avec des dispositifs de détection (capteur de mesure : transformateur de courant, de potentiel,..), de protection et de contrôlecommande (relais de protection), et de déclenchement (actionneurs).

Centre de conduit (C.C)

Actionneurs

Capteur de mesure

Organe de coupure

Réseau électrique Figure II-1 : la chaîne de protection et contrôle commande.

17

Chapitre II: Généralités sur la Téléconduite des réseaux.

II.2.4.3 Le Centre de Conduit (C.C) : La plupart des tâches reliées aux mouvements d’énergie de la centrale s’effectuent à distance au moyen d’automatismes, c’est-à-dire de systèmes évolués de surveillance et de commande à distance. Cependant, il faut à tout moment prendre des décisions visant la conduite et la sécurité du réseau, à partir des données les plus pertinentes et les plus récentes. Ce centre décisionnel, au cours du processus d’acheminement de l’électricité, est le « cerveau » du réseau.

Figure II-2 : centre de téléconduite de SDE Bejaïa. En fonction 24 heures sur 24, le Centre de conduite de Bejaïa répond sans délai aux besoins d’électricité. Le C.C commande la production et le transport d’électricité, de même que les échanges avec les réseaux voisins à l’aide des interconnexions, ces postes frontaliers qui constituent le lien physique avec les réseaux à l’extérieur de Bejaïa. Le C.C DE BEJAIA exploite deux réseau de télécommunications pour transmettre des données dites stratégiques, par exemple celles qui commandent ses automatismes, et pour faciliter la communication verbale entre ses employés, en ville comme en région éloignée.

En effet, le

réseau de télécommunications couvre plus de la moitié du territoire, grâce à des moyens techniques qui comprennent la fibre optique, les ondes radio et les câbles téléphoniques. Les signaux qu’il transmet empruntent plusieurs circuits. C’est en quelque sorte le « système nerveux » du réseau de transport de l’électricité.

18

Chapitre II: Généralités sur la Téléconduite des réseaux.

II.2.4.4

Les Actionneurs :

Dans un système de commande a distance, semi automatique ou automatique , un actionneur est l’organe de la partie opérative qui, recevant un ordre de la partie commande via un éventuelle pré-actionneur, convertit l’énergie en un travaille utile a l’exécution de tache, éventuellement programmée d’un système automatisé. Le développement de l’automatisation spécifique dans l’industrie a provoquer une croissance exceptionnel de l’utilisations des actionneurs et composant d’automatisation, et notamment dans le domaine d’électronique pour répondre à certain application parmi les plus exigeantes (contrôle de mouvement, température, tension,..). II.2.4.5 Les Organes de Coupure : II.2.4.5 .1 Les Sectionneurs : Le sectionneur est un appareil électromécanique permettant de séparer, de façon mécanique, un circuit électrique et son alimentation, tout en assurant physiquement une distance de sectionnement satisfaisante électriquement. L'objectif peut être d'assurer la sécurité des personnes travaillant sur la partie isolée du réseau électrique ou bien d'éliminer une partie du réseau en dysfonctionnement pour pouvoir en utiliser les autres parties. Le sectionneur, à la différence du disjoncteur ou de l'interrupteur, n'a pas de pouvoir de coupure, ni de fermeture. Il est impératif d'arrêter l'équipement en aval pour éviter une ouverture en charge. Dans le cas contraire de graves brûlures pourraient être provoquées, liées à un arc électrique provoqué par l'ouverture. II.2.4.5.2 Les Disjoncteurs: Un disjoncteur est un dispositif électromécanique, voire électronique, de protection dont la fonction est d'interrompre le courant électrique en cas d'incident sur un circuit électrique. Il est capable d'interrompre un courant de surcharge ou un courant de courtcircuit dans une installation. Suivant sa conception, il peut surveiller un ou plusieurs paramètres d'une ligne électrique. Sa principale caractéristique par rapport au fusible est qu'il est réarmable (il est prévu pour ne subir aucune avarie lors de son fonctionnement). II.2.5.5.3 Unité de Contrôle pour Interrupteurs Aériens Télécommandé (IAT) : L'unité de contrôle est destinée à être installée sur un poteau pour le contrôle commande d'interrupteur Aérien. Cette unité devra être étudiée pour recevoir et se connecter aux équipements nécessaires à la télétransmission. 19

Chapitre II: Généralités sur la Téléconduite des réseaux.

Compte tenu des conditions d’environnement extérieures difficiles (température, humidité, vibrations, environnement électrique, foudre, ...) et de la très grande sécurité de fonctionnement requise, cette unité de contrôle devra faire l’objet de tests de qualification et de fiabilité extrêmement sévères conformément aux normes internationales CEI. La commande électrique d'ouverture/fermeture des interrupteurs est déclenchée soit par une action de télécommande provenant du poste de téléconduite, soit par une commande locale opérateur (bouton poussoir). Les principales fonctions de l'unité de contrôle sont :  détections des courants de défaut lors de la mise sous tension de la ligne.  Détection des courants de défaut entre phases permanents.  Automatisme d'ouverture de l'interrupteur.  Communication avec le centre de conduite. II.2.5.6 Les Capteurs de mesure : Un capteur, est un petit appareil autonome capable d'exécuter des mesures simples sur son environnement immédiat. Son rôle est de transformer l'état de ces grandeurs physiques observées afin qu'elles soient plus aisément manipulables. Les capteurs sont les éléments de base des systèmes d’acquisition de données. II.3 Le Système SCADA : II.3.1 Définition : SCADA est l’acronyme de « supervisory control and data acquisition », qui se traduit en français par « système de contrôle et d’acquisition de données ». SCADA est un système de télégestion à grande échelle situé au cœur d’un aménagement. Il fournit une interface graphique conviviale qui informe, en temps réel, sur l’état des installations d’un aménagement. Le système permet aussi l’archivage et l’interprétation de données sous la forme de courbes de tendances. Ces archives peuvent être conservées sur le long terme à des fins de statistiques. SCADA est la technologie qui permet à un utilisateur de collecter des données à partir de l'un ou installations plus éloignées et / ou envoyer des instructions de contrôle limitées à celles installations. Les systèmes SCADA d’aujourd’hui contrôlent non seulement les processus mais sont aussi utilisés pour mesurer, prévoir, facturer, analyser, planifier, en temps réel.

20

Chapitre II: Généralités sur la Téléconduite des réseaux.

II.3.2 Bref historique : Les premiers systèmes SCADA sont apparus dans les années 1960. Pour la première fois il devenait possible d'actionner une commande de terrain (une vanne par exemple) depuis un centre de contrôle à distance, plutôt que par une intervention manuelle sur site. Aujourd'hui, les dispositifs SCADA ont intégré de nombreuses avancées technologiques (réseaux, électronique, informatique...) et sont devenus omniprésents sur les installations à caractère industriel. De ce fait, leur fiabilité et leur protection sont également devenues des enjeux importants. II.3.3 Application : Le SCADA est un système qui permet de piloter et de superviser en temps réel et à distance des procédés de production embarqués sur des plates-formes souvent géographiquement très éloignées d’un site central. Mais c’est aussi un précieux outil d’aide à la prise de décisions concernant le procédé de fabrication, et sur les choix stratégiques de conduite. La collecte des mesures et données physiques de production permet d’améliorer les rendements d’exploitation, de réduire les temps d’arrêt, d’effectuer des interventions de maintenance à distance, de renforcer la sécurité des accès, et de se prévenir des perturbations réseaux susceptibles d’entraîner des coupures ou la paralysie des principaux systèmes de transport dans le cadre d’une éventuelle attaque informatique ou terroriste. La supervision à distance facilite aussi l’acquisition et le traitement des données requises par les réglementations et les normes en vigueur. On trouve par exemple des systèmes SCADA dans les contextes suivants :  Distribution électrique.  Surveillance de processus industriels.  Systèmes municipaux d'approvisionnement en eau.  Commande de la production d'énergie électrique.  Canalisations de gaz et de pétrole.  …etc. II.3.4 Différent partie d’un système de supervision : Un dispositif de supervision comporte du matériel, des contrôleurs, des réseaux et communications, une base de données, un logiciel de gestion d'entrées-sorties et une interface homme-machine.

21

Chapitre II: Généralités sur la Téléconduite des réseaux.

Figure II-3 : Architecture de scada. Les informations de terrain du dispositif sont centralisées sur une unité centrale. Celle-ci permet à l'opérateur de commander tout ou partie des actionneurs d'une installation souvent très étendue (usine, réseau de distribution...). Le contrôle sur le terrain est réalisé par des instruments automatique de mesure et commande dits « terminaux distants » (abrégés RTU de l'anglais Remote Terminal Units). Les systèmes SCADA sont constitués en générale de deux parties essentielles: II.3.4.1 La partie Logiciel (soft): Un système SCADA doit être muni d'un logiciel permettant d'assurer

la

communication entre les éléments du SCADA et les opérateurs (interface homme-machine), et d'accomplir des tâches telles que le traitement des données, la sauvegarde des données, le déclenchement d'alarmes, et le contrôle automatique de processus de haut niveau. Les logiciels SCADA gèrent des informations concernant les dispositifs connectés au SCADA, mais généralement l'information concernant la topologie et la structure du réseau de canalisation n'existe que sous forme de vues graphiques. Dans aucun de ces logiciels cette information existe sous forme de tableau ou de matrice. L'information sous forme matricielle est très utile (voir indispensable) pour la modélisation et le traitement des données en vue d'assister automatiquement les opérateurs. II.3.4.2 La partie physique (hard) : II.3.4.2.1 Opérateur: opérateur humain qui surveille le système SCADA et parformes des fonctions de contrôle et de surveillance pour les opérations d'installation distante.

22

Chapitre II: Généralités sur la Téléconduite des réseaux.

II.3.4.2.2

Interface homme-machine (IHM): présente les données de

l'opérateur et prévoit des entrées de commande dans une variété de formats, y compris les graphiques, menus schémas, fenêtres, déroulant, écrans tactiles, etc. II.3.4.2.3

Unité maître terminal (MTU): Equivalent à une unité maître en

maître / architecture esclave. Le MTU présente des données à l'opérateur par l'HMI, recueille des données provenant du site distant, et transmet des signaux de commande pour le site distant. La vitesse de transmission des données entre le MTU et l'site distant est relativement faible et le procédé de commande est habituellement ouvert boucle en raison de retards possibles ou des interruptions de flux de données. II.3.4.2.4 Unité terminale distante (RTU): Fonctionne comme un esclave dans le maître / esclave l'architecture. Envoie des signaux de commande au dispositif sous contrôle, acquiert les données provenant de ces dispositifs, et transmet les données à l'unité MTU. une RTU peut être un automate. Le débit de données entre le dispositif RTU et contrôlée est relativement élevée et le procédé de commande est généralement fermé en boucle. II.3.4.2.5 Moyens de communication: méthode de communication entre le MTU et télécommandes. La communication peut se faire par Internet, réseaux sans fil ou filaire ou le réseau téléphonique public commuté. II.3.6 Fonctionnement d’un système SCADA : Un logiciel d'assistance aux opérateurs peut exploiter les données provenant des dispositifs du réseau et gérés par le système SCADA, et peut agir directement sur le système grâce à des actionneurs commandés à travers le SCADA. Le développement d'un logiciel d'assistance doit donc tenir compte d'une possible communication avec les systèmes SCADA des réseaux concernés. Ils sont implantés dans des systèmes tels que des réseaux de distribution d'eau, des oléoducs de pétrole et de gaz, des réseaux de distribution électrique, des réseaux ferroviaires. Le centre de contrôle du SCADA réalise une surveillance des sites à travers des réseaux de communication longue distance. Très souvent le SCADA est équipé avec un système d'alarmes et un système de traitement des données. Les dispositifs distribués dans le site permettent de contrôler des opérations locales comme l'ouverture et la fermeture des vannes, l'acheminement des données provenant des capteurs, et la surveillance des conditions environnementales locales pour évaluer les conditions d'alarme. 23

Chapitre II: Généralités sur la Téléconduite des réseaux.

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

L'assistance de l'opérateur dans ses actions de commande du processus de production par l’IHM.



La visualisation de l'état et de l'évolution d'une installation automatisée de contrôle de processus, avec une mise en évidence des anomalies.



La collecte d'informations en temps réel sur des processus depuis des sites distants (poste électriques,…) et leur archivage.

II.3.7 Points forts et Avantages des systèmes SCADA :  Réduction des frais de déplacement : la surveillance à distance, par communication satellitaire bidirectionnelle en quasi-temps réel, des équipements lointains ou inaccessibles permet de réduire les interventions sur site et de réaliser ainsi des économies substantielles pour l’exploitant.  Amélioration de l’efficacité des réglages : nos systèmes SCADA permettent de corriger instantanément l'installation d'exploitation, ce qui permet de prolonger la durée de vie des installations et de réduire les réparations coûteuses.  Stockage et affichage des données sous différents formats, notamment sous forme de fichiers Microsoft Excel, afin de faciliter les analyses et les comparaisons.  Souplesse et polyvalence : nos produits comportent de nombreuses fonctions leur permettant d’être utilisés dans des cadres et des applications de surveillance très divers. IEC Telecom s’engage à trouver des solutions nouvelles pour répondre au mieux à vos exigences particulières. II.3.8 Évolutions : Parmi les évolutions récentes on peut remarquer l'utilisation du Web pour la visualisation, la commande et le contrôle à distance. Quelques évolutions actuelles et futures : • La mobilité (services de gestion mobile sur assistants personnels numériques (APN ou PDA en anglais) communicants). • La sécurité des personnes, des systèmes et des installations (authentification forte par biométrie et/ou cartes à puce et/ou jetons, gestion des utilisateurs centralisée par une connexion à l'annuaire LDAP de l'entreprise (Lightweight Directory Access Protocol en anglais), intégration de la vidéosurveillance, etc.) • La gestion et l'optimisation de la consommation d'énergie. 24

Chapitre II: Généralités sur la Téléconduite des réseaux.

• L'intégration des données de terrain dans les autres systèmes d'information de l'entreprise. • L'intégration de fonctions concernant non seulement le pilotage des installations de terrain, mais aussi les processus de décision stratégiques de l'entreprise. • Le M2M (machine-to-machine en anglais permettant la télémesure, la communication et le contrôle à distance, sans fil, par ex. grâce aux technologies GSM/GPRS). II.4 Réseau de communication : II.4.1 Introduction : Un réseau désigne au sens concret « un ensemble de lignes entrelacées » et, au figuré « un ensemble de relations ». Les RTU sont connectés au MTU par à un réseau de communication qui peut avoir déférentes architectures. Les protocoles de communication du logiciel SCADA utilisé doivent tenir compte du type d'architecture. II.4.2 Les type de réseaux de communication : Il existe trois types de réseau de communication essentiel : II.4.2.1 Le réseau informatique : c’est un ensemble d'appareils électroniques (ordinateurs, ...), géographiquement éloignés les uns des autres, interconnectés par des télécommunications, généralement permanentes, qui permettent d'échanger des informations entre eux. Le réseau Internet en est l'illustration la plus complexe. Celui-ci est issu de l'interconnexion à l'échelle globale de réseaux régionaux et locaux (extranet, intranet). Il constitue ainsi un réseau de réseaux. Les opérations réseau-centrées (net-centric) sont un concept d'organisation en réseau qui emploie des technologies informatiques. II.4.2.2 Le réseau téléphonique commuté : (ou RTC) est le réseau du téléphone (fixe et mobile), dans lequel un poste d’abonné est relié à un central téléphonique par une paire de fils alimentée en batterie centrale (la boucle locale). Les centraux sont eux-mêmes reliés entre eux par des liens offrant un débit de 2 Mb/s, ce sont les Blocs Primaires Numériques (BPN) ou par des liaisons optiques PDH ou SDH plus performantes. II.4.2.3 Un réseau de téléphonie mobile : est un réseau téléphonique qui permet l'utilisation simultanée de millions de téléphones sans fil, immobiles ou en mouvement, y compris lors de déplacements à grande vitesse et sur une grande distance.

25

Chapitre II: Généralités sur la Téléconduite des réseaux.

Tous ces échanges sont regroupés dans la fonction télétransmission définie par les paramètres suivants : Son organisation, Ses supports matériels, Son protocole de communication. L’ensemble de ces paramètres devant permettre de garantir que tout message émis est reçu correctement (sans erreur). II.4.3 L’organisation des télétransmissions : La solution la plus simple est de faire communiquer deux émetteurs récepteurs. Ce système est vite limité dans ses applications car seuls deux points sont reliés. Lorsque plusieurs unités participent au contrôle commande, la liaison point à point devient insuffisante, d’où la notion de multipoint. Dans ce cas, deux organisations sont possibles: 

maître-maître : Toutes les unités placées dans cette organisation peuvent prendre l’initiative de communiquer.



maître-esclave : L’unité de contrôle-commande de niveau le plus élevé dans la hiérarchie de l’architecture est généralement le maître. Il est chargé de gérer toutes les transmissions, pour cela il interroge tous les esclaves à tour de rôle de façon continue ou suite à un événement. Les esclaves répondent aux interrogations et exécutent les instructions fournies par le maître.

En ce qui concerne le contrôle-commande des réseaux électriques, l’organisation la plus souvent utilisée et la plus sûre est celle de type maître-esclave. Quant à la transmission des données, elle est de type série. Ceci signifie que les informations codées en binaire (0/1) sont envoyées les unes après les autres sur un même support. Les avantages de cette transmission sont avant tout un câblage très simple et une bonne immunité aux perturbations extérieures. II.4.4 Les supports de transmission : Nous appelons support de transmission tout moyen permettant de transporter des données sous forme de signaux de leur source vers leur destination. La transmission des informations nécessite aussi de disposer d’un ou de plusieurs supports matériels. Dans le cas du contrôle-commande des réseaux électriques, les supports utilisés sont :

26

Chapitre II: Généralités sur la Téléconduite des réseaux.

•

les supports limites (palpables) : la paire torsadée, le câble coaxial, la fibre optique

•

les supports non limites tels que l'air (ondes électromagnétiques, infrarouges ou ondes radios). II.4.5 Les protocoles de communication : [4] Pour que deux ou plusieurs entités présent de communiquer, ils doivent parler le

même langage (protocole) et se conformer à certaines règles de déclenchement, de conduite, et d’arrêt de la communication. SCADA protocoles évolué sur la nécessité d'envoyer et de recevoir des données et de contrôle d’informations au niveau local et sur des distances en temps déterministe. Pour accomplir la communication en temps déterministe pour des applications dans, les services d'électricité et d'autres utilisateurs de systèmes SCADA, des fabricants de dispositifs de commande, comme les automates, ont développé leurs propres protocoles de communication. Le tableau suivant résume certains de ces constructeurs et leurs protocoles correspondants. fabricant Allen Bradley

Protocole DeviceNet, ControNet, DFI, Data Highwau, Data Highway 485

Siemens

Profibus

Modicon

MODBUS, MODBUS plus, MODBUS TCP/IP Tableau II-1: constructeurs et leurs protocoles.

II.4.5.1 Communication selon le modèle OSI : Le modèle de référence d'interconnexion de systèmes ouverts (OSI) a été développé par l'Organisation internationale de normalisation (ISO) dans le début des années 1980. La communication entre des équipements de type identique est possible uniquement avec des normes d’interconnexion qui définissent le comportement de chacun d’eux par rapport aux autres. Ces normes ont été développées par l’organisation internationale de normalisation ISO, qui a défini une architecture réseau normalisée, plus connue sous le nom de modèle OSI (interconnexion de systèmes ouverts). Ce modèle est structuré en sept couches auxquelles est attribué un ensemble spécifique de fonctions pour interconnecter des systèmes. Ces couches communiquent avec les couches équivalentes d’autres équipements via des protocoles normalisés. 27

Chapitre II: Généralités sur la Téléconduite des réseaux.

Dans le modèle OSI, la couche application ( couche 7), est une interface à l'utilisateur. Traverse de données du modèle vers le bas à partir de la couche 7 à la couche 1, où un message paquet est transmis sur un support tel qu'un fil ou un câble à fibre optique. Des impulsions électriques ou optiques, respectivement. Sur l'extrémité de réception, l'inverse procédure a lieu, avec le paquet de messages traversant le modèle de la couche 1 jusqu'à la couche 7. Chaque couche du modèle OSI utilise des protocoles spécifiques pour mettre en ouvre ses fonctions. II.4.5.2 Le protocole IEC-101 : C’est

norme

internationale

spécifiée

par

la

Commission

Electrotechnique

Internationale. Le protocole IEC 101 spécifie le codage des données et les règles d'échange de ces données entre deux

équipements. Le protocole IEC101 est basé sur le modèle de

référence à 3 couches qui est une version simplifiée du modèle ISO à 7 couches. Les 3 couches utilisées sont les couches : Physique, Liaison. Application. Le protocole CEI 60870-5-101 permet de fonctionner selon 2 modes de transmission : Les échanges peuvent être de type asymétrique (mode maître - esclave) ou de type symétrique (mode maître – maître). Dans le mode asymétrique, le Superviseur est le maître et les équipements à commander, en tant qu'esclave, se limite à répondre aux demandes du maître. Dans le mode symétrique, chaque équipement peut initier un dialogue. Le protocole IEC-101 spécifie les données qui peuvent être échangées et la forme sous laquelle elles sont transmises. Parmi les nombreuses informations auxquelles le protocole donne accès, on trouve: •

Des signalisations (simples ou doubles).

•

Des mesures (suivant plusieurs formats).

•

Des compteurs.

II.4.5.3 Le protocole TCP (Transmission Control Protocol) Est un protocole de transport fiable. Aussi appelé modèle TCP/IP, TCP est situé au niveau de la couche transport (entre la couche réseau et la couche session).

28

Chapitre II: Généralités sur la Téléconduite des réseaux.

Les applications transmettent des flux de données sur une connexion réseau, et TCP découpe le flux d'octets en segments, dont la taille dépend de la MTU du réseau sous-jacent (couche liaison de données). Une session TCP fonctionne en trois phases : 

l'établissement de la connexion ;



les transferts de données ;



la fin de la connexion.

Le protocole TCP se charge de la communication entre les applications, c’est-à-dire entre les logiciels utilisés par les ordinateurs. Il vérifie que le destinataire est prêt à recevoir les données. Il fractionne les messages en paquets plus petits

et numérote les paquets.

A la réception, il vérifie que tous les paquets sont bien arrivés et peut redemander les paquets manquants. Il

réassemble

les

paquets

avant

de

les

transmettre

aux

logiciels.

Il envoie des accusés de réception pour prévenir l'expéditeur que les données sont bien arrivées. II.4.5.4 Le protocole IP (Internet Protocol) : Internet Protocol (abrégé en IP) est une famille de protocoles de communication de réseau informatique conçus pour être utilisés par Internet. Les protocoles IP sont au niveau 3 dans le modèle OSI. Les protocoles IP s'intègrent dans la suite des protocoles Internet et permettent un service d'adressage unique pour l'ensemble des terminaux connectés. Lors d'une communication entre deux postes, le flux de données provenant de la couche transport niveau 4 du modèle OSI est encapsulé dans des paquets par le protocole IP lors de leur passage au niveau de la couche réseau. Ces paquets sont ensuite transmis à la couche de liaison de données niveau 2 du modèle OSI afin d'y être encapsulés dans des trames (par exemple Ethernet). Les protocoles IP sont considérés comme « non fiables ». Cela ne signifie pas qu'ils n'envoient pas correctement les données sur le réseau, mais qu'ils n'offrent aucune garantie pour le s paquets envoyés sur les points suivants : 

corruption de données ;



ordre d'arrivée des paquets (un paquet A peut être envoyé avant un

paquet B, mais le paquet B peut arriver avant le paquet A) 

perte ou destruction de paquet



duplication des paquets. 29

Chapitre II: Généralités sur la Téléconduite des réseaux.

II.4.5.5 Le protocole ModBus : Le protocole Modbus (marque déposée par MODICON) est un protocole de dialogue basé sur une structure hiérarchisée entre un maître et plusieurs esclaves. Sa vitesse de transmission est de 9600 ou 19200 bits/seconde sur une trame de 8 bits. Il utilise un mode de communication « half-duplex », c'est-à-dire, le maître parle à un esclave et attend sa réponse, le maître parle à l'ensemble des esclaves, sans attente de réponse (diffusion générale). II.4.5.5.1 Caractéristiques du principe maître/esclave Le principe maître/esclave présente les caractéristiques suivantes :  Un seul maître à la fois, est connecté au bus.  Un ou plusieurs esclaves peuvent être connectés au même bus en série. Seul le maître est autorisé à initier une communication, c’est-à-dire à envoyer des requêtes aux esclaves. Le maître ne peut initier qu’une seule transaction Modbus à la fois. Le maître peut adresser chaque esclave individuellement (mode de diffusion individuelle) ou tous les esclaves simultanément (mode de diffusion générale). Les esclaves peuvent répondre uniquement aux requêtes qu’ils reçoivent du maître. Ils ne sont pas autorisés à initier de communications, que ce soi vers le maître ou vers tout autre esclave. Dans les communications Modbus, les esclaves génèrent un message d’erreur et l’envoient en réponse au maître si une erreur survient lors de la réception du message ou si l'esclave n'est pas en mesure de réaliser l'action requise. II.5 Conclusion: Ce chapitre a été consacré à la présentation de la téléconduite, par ces différentes structures, Il est aussi l’effet d’une étude, de système scada, et les réseaux de communications. La protection des réseaux électriques nécessite la mise en œuvre de nombreuses et différentes techniques, dont l’organisation, ou plan de protection, nécessite les compétences d’un spécialiste. Il en ressort que la téléconduite est le regroupement en un ou quelques points de tout ce qui est nécessaire au contrôle-commande à distance d’un réseau électrique .Ces points de regroupement sont des postes de conduite fixe ou mobile (embarqués dans un véhicule). Ils sont aussi appelés, selon les distributeurs, centre de conduite, dispatching ou SCADA.

30

Chapitre III - La Transmission Radio-mobile de Données

III.1 Introduction : Les systèmes de télécommunication ont subi en l’espace de deux décennies des évolutions et bouleversements profonds. Si le principal usage des téléphones portables est aujourd’hui le transport de la voix, le marché montant, pour ces périphériques, est le transport des données, et l’accès au réseau internet, ou bien de manière plus générale, les réseaux de type protocolaire TCP/IP. C’est ainsi qu’ont vu le jour des technologies comme le HSCSD (High Speed Circuit Switched Data), GPRS (General Packet Radio Service), EDGE (Enhanced Data rates for Gobal Evolution), qui ont permis aux utilisateurs de transmettre non seulement la voix, mais aussi les données depuis leurs appareilles mobile. Ces nouveaux service de données cellulaire, à faciliter au monde industriel le fonctionnement de ces entités, grâce à l’intégration de ces technologies dans les différents processus des entreprises, tel que la surveillance, la gestion, et la sécurité de leurs infrastructures. III.2 Le Concept Cellulaire : Les premiers services de radiotéléphone ont pour principal défaut le traitement d'un nombre très limité d'abonnés. De nouveaux concepts sont alors nécessaires afin de partager les bandes de fréquences radio entre un plus grand nombre d'utilisateurs. Le concept de partage des ressources est introduit dans les réseaux de radiotéléphonie. Le réseau alloue dynamiquement un canal radio à une nouvelle communication pour sa durée. C'est une évolution importante car le nombre d'abonnés peut être supérieur au nombre de canaux radio. La bonne gestion de l'allocation des fréquences radio est absolument nécessaire pour que soit viable et surtout extensible une application dans le domaine des télécommunications mobiles. En effet, l'utilisation de la ressource radio est le domaine sensible de ce type de système. Cette allocation est faite au moyen d'une découpe géographique basée sur le paradigme hexagonal (cellule) permettant la réutilisation des fréquences sur des cellules éloignées. Cette méthode présente l'avantage d'être évolutive en fonction du trafic : 

Réduction de la taille des cellules en cas de saturation du réseau.



Augmentation de la taille des cellules.

Cette méthode permet de résoudre les phénomènes d'interférences, qui diminuent fortement la qualité d'un service de transmission de voie et/ou de données. Afin d'éviter qu'un niveau

31

Chapitre III - La Transmission Radio-mobile de Données

d'interférence trop élevé perturbe les communications, la réutilisation des fréquences est faite en respectant une autre notion, c’est le concept « motif ». On appelle "motif" le plus petit groupe de cellules contenant une et une seule fois l'ensemble des canaux radio. Ce motif est répété sur toute la surface à couvrir. Plus le motif est grand, plus la distance de réutilisation est grande. Dans GSM, la bande de fréquences est limitée à 25 MHz (par exemple sur la voie montante) répartie sur 124 porteuses, soit au maximum 868 communications simultanées. La réutilisation des fréquences est donc une contrainte importante, essentiellement dans les zones à fort trafic potentiel (zones urbaines).

Figure III-1 : Exemple d’un motif III.3 Rappels sur le GSM (Global System for Mobile communications) : Le GSM, est un système cellulaire et numérique de télécommunication mobile. Il a été rapidement accepté et a vite gagné des parts de marché telles qu’aujourd’hui la majorité des pays ont adopté cette norme et plus d’un milliard d’utilisateurs sont équipés d’une solution GSM. Le système GSM fournit différents services comme le transport de la voix, données, SMS….etc. Autrement dit pour des communications en mode circuit à faible débit. Certains choix techniques du GSM sont faits en conséquence, notamment en matière d’architecture réseau et de mise en forme des ondes (modulation, codage, etc.). Ces choix se révèlent toutefois contraignants pour les services de données (transfert de fichier, vidéo, …etc.). Le standard GSM évolue sans cesse. Dans un premier temps, le GSM a standardisé des règles pour réaliser du transfert de données en utilisant les circuits de voix. C’est pourquoi un certain nombre de normes et de protocoles ont été conçus à la foi pour contourner le problème de monopolisation de canal, ainsi que pour permettre également de débit résolument plus important.

32

Chapitre III - La Transmission Radio-mobile de Données

Les fonctions mises en œuvre dans le réseau GSM sont celles requises dans tout réseau de mobiles comme la numérotation, l'acheminement vers un usager mobile, le transfert de données…etc.

Figure III-2 : Structure générale d’un réseau GSM.

Un réseau cellulaire GSM est composé de trois (03) parties fondamentales (cf. figure III.2) Le terminal : C’est le vecteur qui permet de transmettre et de recevoir les données générées et destinées par ou à l’utilisateur. Le réseau d’accès radio : Son rôle est l’acheminement de l’information depuis le terminal jusqu’au réseau cœur et vice versa. Le réseau cœur : Il assure la gestion du service et l’acheminement des communications vers les autres réseaux tels que le réseau public de téléphonie fixe, le réseau internet…etc. Une évolution des réseaux GSM en termes de services et de débits, Toutefois, la transition du GSM vers l’autre norme (GPRS) demande plus qu’une simple adaptation logicielle, mais aussi l’intégration de nouvelles entités qui offre ces nouveaux services et débits. III.4 GPRS (General Packet Radio Service): III.4.1 Présentation du GPRS: La norme GPRS spécifie un nouveau support de transmission de données en mode autre que le mode circuit, c’est le mode paquets. Ce mode permet de transporter des données en optimisant l’utilisation des ressources du sous système radio et du sous système fixe. Le GPRS est une technologie orientée paquets à fonctionner sur des réseaux GSM fonctionnant eux en commutation de circuit. Cette technologie (GPRS) est destinés à remplacer les 33

Chapitre III - La Transmission Radio-mobile de Données

technologies CSD (Circuit Switched Data) et SMS (Short Message Service) qui est utilisée pour le transport des données sur les réseaux GSM. Le déploiement de GPRS ne nécessitera que la mise en place de nouvelles couches logicielles pour gérer ce mode, ainsi que le déploiement de nouvelles cellules afin de densifier le réseau, condition incontournable si l’on souhaite augmenter le débit des transferts de données.

Figure III-3: les entités cœur du réseau GPRS.

Le fonctionnement de GPRS à nécessiter d’adapter en second cœur de réseau chez les operateurs GSM, et de développer une maitrise des technologies de routage TCP/IP. La figure suivante illustre les équipements du réseau GSM et le nouveau second cœur de réseau GPRS. III.4.2 Equipements du réseau GPRS: Dans cette partie on procédera à la description de chaque entité du réseau GPRS :  PCU (Packet Control Unit) : Unité de contrôle chargé de la gestion de l’allocation des ressources radio pour des services GPRS, la congestion, et de la diffusion d’informations système liées au GPRS. La PCU est Localisée dans la BTS (Base transceiver Station) ou BSC (Base Station Controllers) ou SGSN (Serving GPRS Support Node).  SGSN (Serving GPRS Support Node): Nœud GPRS en charge de la gestion des services à commutation de paquets des abonnés attachés au réseau. En GPRS, il est relié via l’interface Gb à un ou plusieurs BSC.  GGSN (Gateway GPRS Support Node): le nœud passerelle GPRS est un routeur qui effectue le routage des paquets, venant des réseaux PDP (Packet Data Protocol) externes, vers le SGSN du destinataire. Il est également en charge de l’acheminement des paquets sortant vers le réseau PDP correspondant. 34

Chapitre III - La Transmission Radio-mobile de Données

III.4.3 La commutation de paquets: La technologie de transport des données utilisée par GPRS s’appelle la commutation paquets. Bien connue sur les réseaux informatiques, cette technique est en revanche nouvelle pour les réseaux sans fil. Le principal avantage de la commutation de paquets réside dans le fait que les ressources radio ne sont utilisées que lorsque les utilisateurs émettent ou reçoivent des données. Dans le cas de GPRS, le canal de données est partagé entre les utilisateurs au rythme émission/réceptions de données de chacun. Cette technologie permet d’une part d’optimiser l’utilisation des ressources radio et d’atteindre des débits de 171,2 Kbits/s ou de 126,4 Kbits/s en ce qui concerne l’infrastructure du réseau, et d’autre part d’envisager d’autres modes de facturation de l’usager. Ce mode de fonctionnement permet d’utiliser les services protocolaires TCP/IP sur des périphériques portables. III.4.3.1 Avantage de la commutation par paquets :  La commutation de paquets est particulièrement adaptée aux applications générant un trafic sporadique.  La facturation est alors basée sur la quantité de données transmises.  Il permet une exploitation optimale des ressources grâce à une allocation dynamique de canal. III.4.3.2 Inconvénient de la commutation par paquets : Le principal inconvénient de ce mode de transfert est l’augmentation des délais de transfert par rapport à la commutation de circuit. Lorsque les informations a transmettre deviennent volumineuses, le débit du GPRS n'est plus suffisant, c’est cette contrainte qui a donné naissance à EDGE, qui offre des débits plus supérieurs. III.5 EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution) : Le standard EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution.) est une évolution de la norme GSM, modifiant le type de modulation. Tout comme la norme GPRS, le standard EDGE est utilisé comme transition vers la troisième génération de téléphonie mobile (3G). On parle ainsi de 2.75G pour désigner le standard EDGE. Il s'agit d'une simple évolution de la technologie GSM/GPRS permettant d'obtenir des débits multiplier par un facteur 3 allant jusqu’à 384 kbit/s pour les stations fixes (piétons et véhicules lents) et jusqu’à 144 kbit/s pour les stations mobiles (véhicules rapides) avec une couverture plus réduite. 35

Chapitre III - La Transmission Radio-mobile de Données

La particularité d’EDGE réside dans l’adaptation du schéma de modulation, en fonction de la qualité de la liaison de façon à obtenir des débits plus élevés qu’avec le GPRS. Cette nouvelle technique de modulation permet d’offrir des services et des applications multimédias. III.5.1 Principes généraux : EDGE permet à ces utilisateurs de bénéficier de transmissions plus efficaces, augmentant par conséquent le trafic moyen offert dans la cellule. En réalité, EDGE fait correspondre à chaque condition radio rencontrée le schéma de modulation et de codage, ou MCS (Modulation and Codage Scheme), le plus approprié en regard de la qualité de service requise sur la liaison. Pour cela, EDGE a évidemment introduit de nouveaux MCS, en comparaison de ceux existant dans le GSM ou le GPRS. Les codes protecteurs d’erreurs utilisés sont des codes convolutifs, comme en GSM ou en GPRS, mais de nouveaux polynômes générateurs ont été introduits. De plus une modulation supplémentaire est apparue. Il s’agit d’une modulation linéaire à huit états (3 bits par symbole) c’est la 8-PSK. Dans le GSM, le codage s'effectue de manière simple : on utilise deux signaux qui correspondent soit à un "0", soit à un "1". Un signal radio transporte donc 1 bit (modulation GMSK Gaussian Multiple Shift Keying). Dans EDGE, le codage utilise une modulation de phase permettant de transporter 3 bits par signal, la modulation 8PSK (8-Phase Shift Keying) Le débit est alors multiplié par 3 par rapport au GPRS. III.5.2 La Transmission sur l’interface radio : Dans cette partie nous nous intéresserons à l’interface radio qui relie le MS et le BTS, et comment transmettre les paquets sur cette interface. La couche protocolaire utilisée pour faire le lien entre ces deux éléments est la couche Global System for Mobile Radio Frequency (GSM RF) qui utilise une technique d’accès TDMA (Time Division Multiple Acces). Cette technique d’accès permet à différents utilisateurs de partager une bande de fréquence donnée. Sur une même porteuse, les slots sont regroupés par paquets de 8 et chaque utilisateur en utilise un avec les terminaux mono-slot ou plusieurs avec les terminaux multi-slots. Un « canal physique » est donc constitué par la répétition périodique d’un slot dans une trame TDMA.

36

Chapitre III - La Transmission Radio-mobile de Données

Chaque slot accueille un élément de signal radioélectrique appelé « burst ». L’utilisation d’un canal physique plein étant trop coûteuse en ressources on définit des structures de multitrames qui permettent d’allouer moins d’un slot par trame. Un ensemble de slots dans une multi-trame va donc permettre de transporter, avec une périodicité bien définie, un certain type d’information de contrôle ou de signalisation. Cet ensemble de slots forme un « canal logique ». III.5.2.1 Le Time slot : Nous avons expliqué comment avec GPRS l’on peut obtenir des débits supérieurs à celles de GSM, grâce à l’utilisation du multiplexage temporel TDMA. Une trame TDMA est composée de 8 times slots qui en sont les éléments élémentaires. Voyons en détail un time slot : 1 slot = 156, 25 bits , la duré d’un bit est 577us 3 bits D’en-tête

57 bits de données chiffrées et encodé (burst)

Séquence d’aprentissage 28 bits

57 bits de données chiffrées et encodé (burst)

3 bits D’en-tête

148 bits

8,25 bits de periode de garde

8,25 bits Figure III-4: Détails d’un time slot.

Un time slot est composé de plusieurs parties : En-tête, En-queue, Burst. 

Burst : élément du signal transmis. C’est dans cet élément que se trouvent les données. Le burst est divisé en deux sous parties, ceci sert pour l’entrelacement des trames.  séquence d’apprentissage : suite d’éléments binaires possédant

des

caractéristiques particulières d’auto corrélation. Elle permet au récepteur de se synchroniser sur l’émetteur et d’analyser la qualité du signal reçu.  période de garde : utilisée pour éviter les chevauchements entre les slots. En utilisant plusieurs time-slots dans le GPRS, un utilisateur peut augmenter son débit. Le GPRS offre de surcroît différents taux de codage, permettant d’augmenter le débit lorsque les conditions de propagation sont correctes. Néanmoins, le débit brut sur un time slot reste celui du GSM, c’est-à-dire environ 270 Kbit/s. EDGE (Enhanced Data for GSM Evolu-tion) permet de s’affranchir de cette limite, moyennant l’introduction d’une nouvelle modulation, de nouveaux schémas de codage et la généralisation du principe de l’adaptation de lien. 37

Chapitre III - La Transmission Radio-mobile de Données

III.5.2.2 Description fonctionnelle d’EDGE: [3] Dans cette partie, nous allons montrer le fonctionnement général d’EDGE, et en particulier comment l’on échange les données dans EDGE. En effet, après avoir vu les caractéristiques générales ainsi que son architecture détaillée, il est temps de voir comment fonctionne l’EDGE. Pour cela, il était nécessaire d’introduire de nombreuses notions, surtout au niveau de l’architecture. III.5.2.2.1 Schéma fonctionnel d’EDGE : Ce schéma présente l’architecture du GPRS/EDGE

en soulignant

l’importance du réseau IP comme support du réseau GPRS/EDGE.

Figure III-5: Schéma fonctionnel du GPRS/EDGE. Ce schéma introduit également le principe d’inter fonctionnement d’un réseau GPRS/EDGE avec un autre réseau, indispensable en cas d’itinérance de l’utilisateur, via les borders gateways qui relient le réseau GPRS/EDGE à tout réseau de données par paquet externe (réseau GPRS ou autre). III.5.2.2.2 Mécanismes de transfert de paquets en EDGE : Lors d’une communication, le réseau GPRS est interconnecté à un autre réseau à commutation par paquet. Ainsi, lorsqu’un utilisateur désire transmettre des paquets vers un réseau de données en mode paquet, il utilise le protocole PDP (Packet Data Protocol). Cette notion de PDP est associée à la notion de contextes au niveau de la mobilité d’un utilisateur GPRS. 38

Chapitre III - La Transmission Radio-mobile de Données

III.5.2.3 Le Contexte PDP : Le protocole PDP (Packet Data Protocol) est spécifique aux données paquet. On lui associe un contexte et une adresse. Chaque adresse PDP est décrite par un contexte PDP dans le terminal mobile, le SGSN et le GGSN. Il contient les paramètres de la gestion de session, définis relativement à l’adresse PDP allouée à l’utilisateur et que celui-ci utilise pour cette session GPRS. Il est ainsi composé d’un ensemble d’informations qui permettent de caractériser l’émission et la réception des données GPRS, Un contexte PDP doit être créé afin que l’abonné puisse émettre ou recevoir des données. Chaque contexte PDP existe indépendamment dans l’un des états PDP (INACTIF ou ACTIF). L’état PDP indique si l’adresse PDP est activée pour le transfert de données ou non.

Figure III-6: Schéma général pour la transmission de données.

Cette figure illustre les différentes correspondances qui sont faites dans les équipements du réseau GPRS pour identifier de manière unique les flux qui transitent entre les MS du PLMN et leurs cibles. Sur les liens on montre les identificateurs qui sont transportés Entre une station de base et les mobiles GPRS actifs de la cellule, de nombreux échanges simultanés de données se déroulent. Chaque flux de données est appelé TBF (Temporary Block Flow). III.5.2.4 Emission de données : Imaginons qu’un utilisateur GPRS/EDGE, désire envoyer des paquets de données à un utilisateur situé sur le réseau Internet. Voici un descriptif des étapes à réaliser pour cette situation, et

ceci dans l’ordre

chronologique. L’établissement de la liaison montante :

39

Chapitre III - La Transmission Radio-mobile de Données

 le terminal mobile doit récupérer le BCCH (Broadcast Control CHannel, qui est le canal logique sur lequel sont diffusées de façon périodique des informations système) de la cellule afin de déterminer si un canal GPRS est présent (terminal en état IDLE).  le terminal mobile effectue un GPRS Attach (procédure permettant de déclarer le mobile sur le réseau GPRS et établi un lien logique entre lui et le SGSN) afin d’établir un contexte GPRS avec le SGSN, en précisant son identité ainsi que la qualité de service désirée.  après négociation de ces paramètres avec la station de base, le SGSN la charge de la réservation du canal (les times slots) et de l’établissement de la liaison.  le terminal reçoit des informations concernant le canal alloué sur le BCCH et passe à l’état STANDBY.  le terminal passe à l’état READY en transmettant sur la liaison montant au SGSN un message identifiant le canal courant. Un échange de paquets commence :  les données sont transmises dans les times slots réservés.  un accusé de réception positif est envoyé par la station de base si l’ensemble des données a été bien reçu.  les données sont dés-encapsulées et envoyées au SGSN.  le SGSN encapsule les données à l’aide du protocole GTP et les envois au GGSN.  le paquet est dés-encapsulé, et l’adresse et le protocole sont vérifiés afin que la bonne route soit sélectionnée. Le paquet est alors envoyé via le réseau de données externe jusqu’au destinataire. Ce transfert se termine par un accusé réception de la part du SGSN qui peut être positif ou négatif. III.5.2.5 Réception de données : Si un utilisateur désire envoyer des paquets de données IP à un utilisateur GPRS. Voici un descriptif des étapes à réaliser pour cette situation :  les paquets venant du réseau de données externe sont acheminés jusqu’au GGSN du réseau GPRS.  le GGSN effectue les conversions de formats de données, de protocoles de signalisation et d’informations d’adresses.  le GGSN vérifie s’il possède un contexte GPRS pour ce terminal mobile :

40

Chapitre III - La Transmission Radio-mobile de Données



si le terminal mobile est dans l’état IDLE, le trafic paquet sera rejeté.



si le terminal mobile est dans l’état STANDBY ou ACTIF, le GGSN achemine le paquet, dans un format encapsulé, vers le SGSN (utilisation du GTP).



si le terminal mobile est en état STANDBY, le SGSN demande au MSC de réaliser un paging GPRS dans la zone de routage du terminal.

 le terminal mobile répond au paging en précisant la cellule dans laquelle il est situé, et se met dans le mode ACTIF.  le paquet est acheminé du SGSN via la MSC à la station de base une fois que la route a été établie.  la station de base réserve un time slot sur le PDCH (Packet Date CHannel), encapsule le paquet et l’envoie au terminal mobile.  si cette donnée est reçue correctement, un accusé de réception positif est généré.  le terminal dés-encapsule le paquet, et l’envoie au destinataire final, par exemple l’application sur un ordinateur portable connecté au téléphone mobile. Pour tous les paquets qui seront ensuite envoyés pendant une période de temps donnée, le terminal mobile restera dans un mode ACTIF et indiquera au réseau lorsqu’il change de cellule. Le chemin vers le terminal mobile est connu, donc tous les paquets seront acheminés vers ce terminal comme via un tunnel. III.5.3 Bilan sur l’EDGE : III.5.3.1 Avantages : Donc, comme nous avons pu le voir dans ce chapitre, il se dégage trois avantages principaux dans GPRS/EDGE: Le premier est le débit. En effet, GPRS/EDGE a un débit supérieur à celui du GSM. On peu atteindre théoriquement un débit de 384 kbit/s, et pratiquement jusqu’à 171 kbit/s. Le second est la commutation de paquets. En effet, cette méthode permet de ne pas monopoliser les ressources radios lors de la consultation sur Internet, consultation d’email, …etc. De plus, avec la commutation de paquets, on peut interconnecter le réseau GPRS/EDGE avec un réseau de données paquets externe. Enfin, le dernier avantage non négligeable, est l’apparition de la tarification au volume. Cela permet à un utilisateur de ne plus se soucier du temps de téléchargement des données, il payera seulement la taille de ce téléchargement et non sa durée.

41

Chapitre III - La Transmission Radio-mobile de Données

III.5.3.2 Limites: Cependant, bien que GPRS/EDGE apporte une réelle avancée dans le monde de transfert de données, il existe des limites. La première est que le débit réel observé

est très inférieur à celui annoncé dans les

spécifications théoriques. En effet, on peut constater qu’en moyenne, le débit est d’environ 50 kbit/s, et l’on peut atteindre un débit d’environ 115 kbit/s dans des conditions optimales. En fait, la réalité montre que l’on est plus souvent proche des 50 kbit/s que des hauts débits. Ceci peut poser un problème au développement du GPRS/EDGE et mettre en frein, car sur le papier on nous propose des débits intéressants, et en réalité, il y a une grande différence. Egalement, une autre limite est le coût de la mise en place de l’infrastructure GPRS/EDGE. En effet, bien que GPRS/EDGE utilise une partie de l’architecture GSM, comme nous l’avons vu, la mise en place des équipements GPRS/EDGE est onéreuse. De plus, avec l’arrivée des nouvelles technologies (3G par exemple), les opérateurs de téléphonie mobile peuvent hésiter à investir dans une technologie qui va être dépassée prochainement. III.6 Conclusion : Le service GPRS/EDGE, technologie 2,5G, est implémenté sur une majeure partie du réseau GSM, et permet alors le transfert de données avec des débits beaucoup plus élevés. Ainsi, comme nous avons pu le voir, lors de ce chapitre, le GPRS/EDGE est basé sur le réseau GSM existant ainsi que son sous-système radio. En effet, vu les limites que nous avons évoquées, on peut se demander si mettre en place un réseau GPRS/EDGE est intéressant au point de vue financier. La réponse à ce problème pour une entreprise d’électricité, découle du fait que le GPRS/EDGE est assez facile à mettre en œuvre malgré des coûts onéreux. L’avenir se tournant vers des technologies de troisième génération (3G), telle que l’UMTS, on peut penser que le GPRS/EDGE a encore un bel avenir devant lui. Enfin, terminons en précisant que GPRS/EDGE est le premier protocole à commutation par paquets dans le monde de transmission mobile de données, et c’est lui qui fait découvrir aux industriels les possibilités en matière de services, d’intégrer ce réseau dans leurs applications telles que la supervision, la téléconduite…etc.

42

Chapitre IV- Elaboration d’une stratégie de téléconduit par GSM

IV.1. Introduction : Les moyens traditionnels de transfert d’information ne répondent plus aux critères d’efficacité et aux contraintes de temps qui deviennent de plus en plus sévère. Le recourt aux moyens de communication sophistiqués devient incontournable pour assurer une maîtrise des aléas qui peuvent être rencontrées, ainsi que satisfaire notre besoin au confort. Il est moins évident de penser, qu’en se servant des services fournis à travers le système GSM/GPRS, il est possible de contrôler et de commander des systèmes à distance. Des applications peuvent être utilisées dans divers domaines comme le contrôle et la commande à distance des machines, des systèmes d’alarme et de surveillance, de commander des portes ou d’allumer des lampes… En fait, la supervision par GSM, se présente comme une solution simple et facile qui peut nous aider à assurer une bonne manipulation de l’existant afin d’aboutir à concrétiser notre objectif. IV.2. Proposition d’un système de supervision par GSM : Dans ce chapitre, on se propose de modéliser un système

d’acquisition et de

commande autour d’un module GSM permettant le contrôle et la commande des systèmes à distance. L’utilisation de ce système est facile dont l’utilisateur pourra, commander, contrôler ou surveiller une machine ou n’importe quel autre organe, à travers l’envoie d’un simple SMS qui contient une information ou un ordre, ou bien la réception d’un message de compte rendu qui l’informe sur l’état récent de l’équipement surveillé. IV.3. Avantage du système : Notre système présente des avantages autant importants pour l’industrie que pour l’individu, qui se manifestent par : 

Réduire le temps de coupure :

En cas de défaut, 50% de l’alimentation du réseau peuvent être rétablis en à peine quelques minutes. 

Améliorer la qualité de l’énergie distribuée : Avoir une information précise concernant les défauts permanents

et

transitoires permet de mettre en place des actions de maintenance non seulement corrective mais également préventive pour réduire le risque d’occurrence d’un nouveau défaut. 43

Chapitre IV- Elaboration d’une stratégie de téléconduit par GSM



Réduire les coûts opérationnels :

Avoir une information précise sur le défaut et sa localisation diminue le temps nécessaire à l’intervention. 

Surveiller un nombre important du poste : le réseau cellulaire dans

notre pays couvre presque tout le territoire, pour cela l’accès aux poste électrique est assez facile et rapide par rapport a l’accès via un réseau propriétaire. Dans le monde des communications cellulaires, deux options de réseau, voix et données, sont disponible. Chacun a des capacités différentes pour les applications SCADA. La Communication réseau GPRS /EDGE est Evolution pour les communications de données. Sur le réseau GPRS, tous les appareils sont adressables via une adresse IP, ce qui rend les communications de données facile. Donc on remarque que le gain principal d’une telle solution est un gain de point de vue temps ce qui se traduit par un gain d’argent. IV.4. Structure générale du système : Un logiciel de supervision fonctionne généralement sur un ordinateur en communication, via un réseau local ou distant industriel, avec un ou plusieurs équipements : Automate Programmable Industriel, ordinateur, carte spécialisée. L’application peut-être monoposte ou multiposte. Dans le cas d’une supervision multiposte, l’architecture peut-être de type redondante, de type client-serveur (un poste gère les communications pour les autres) voire les deux en même temps. Ce système assure aussi un rôle : de gestionnaire d’alarmes, d’événements déclenchés par des dépassements de seuils (pour attirer l’attention de l’opérateur et d’enregistrement d’historique de défauts), de temps de fonctionnement (TRS : Taux de Rendement Synthétique),.... Le fonctionnement du système est simple il suffît d’envoyer à l’aide d’un téléphone portable un SMS comportant une commande AT au module GSM qui serais acquis par le central de messagerie et puis il s’envoie de ce dernier vers le module GSM qui va traiter le SMS et envoyer de son tour des messages sur le port série vers la carte d’acquisition pour commander ou contrôler les entrés ou les sorties, en cas d’une erreur le module GSM nous envoie un SMS d’erreur.

44

Chapitre IV- Elaboration d’une stratégie de téléconduit par GSM

Figure IV-1: schéma descriptif de fonctionnement général du système

Il existe deux méthodes d’envoie et de réception des SMS (Short Message Service). Soit en utilisant le mode texte, soit en utilisant le mode PDU (Protocol Description Unit). On à opter, pour notre application, pour le premier mode du fait qu’il est plus simple à utiliser. Le mode texte se base sur les commandes AT. Donc avec ces commandes, on peut lire, envoyer, effacer et recevoir des SMS en mode texte. IV.4.1 Module GSM : Les applications de supervision, de télégestion et de télérelève du segment de marché "machine to machine" font appel à des technologies de pointe, utilisant une multiplicité de vecteurs de communication. IV.4.1.1 Le module GSM genrak 52i : le module GENRAK 52i est un module GSM/GPRS fonctionne à trois bandes fréquences GSM 900MHz, 1800MHz et 1900MHz. Ce module nous permet la transmission et la réception des données numérique en utilisant la norme du réseau GSM et GPRS. Le module genrak 52i est utilisé dans divers application. Le GenRack 52i permet la collecte et la transmission d'information par une liaison RTC ou LS pour des applications industrielles nécessitant fréquemment un grand nombre de points d'accès au sein d'une même application.

45

Chapitre IV- Elaboration d’une stratégie de téléconduit par GSM

Notre solution respecte nos standards de robustesse, de fiabilité et de pérennité et permet la multiplicité des canaux d'interconnexion sur une même application. Au sein d'un même rack, il est possible d'associer les technologies RTC/LS du GenRack 52i et celles du GSM/GPRS du GenRack 52i. IV.4.1.2 Caractéristique technique de module genrak52i : Le module GENRAK 52i incorpore tous les solutions qu’on peut créer à rendement élevé grâce à son architecture qui est composer principalement d’un microcontrôleur de bande de base, l'alimentation d'énergie ASIC (Application Specific Integrated Circuit), le circuit complet de fréquence radio qui compris un amplificateur de fréquence et un émetteur récepteur des fréquences radio, d’une autre part le GENRAK 52i nous offre une flexibilité pour l'intégration facile avec l'interface homme-machine dont il comporte deux interface série (ASC0 et ASC1), aussi il est conçu avec une technique d'économie d’énergie.

Figure IV-2: module GSM genrak 52i. IV.4.2 Les sections d’un module GSM : Le module GSM est constitué principalement de deux sections : la première est la section de bande de base et la deuxième est la section RF (fréquence radio). IV.4.2.1 Section RF : Les émetteurs récepteurs de RF sont des dispositifs électroniques qui reçoivent et démodulent des signaux de la fréquence par radio, et puis modulent et transmettent de nouveaux signaux. Ils sont employés dans divers applications de vidéo, de voix et de données. Les émetteurs récepteurs de RF se composent d'une antenne pour recevoir des signaux transmis et un amplificateur de RF pour séparer un signal spécifique de tous les autres 46

Chapitre IV- Elaboration d’une stratégie de téléconduit par GSM

signaux que l'antenne reçoit. Les détecteurs ou les démodulateurs extraient l'information qui a été codée avant la transmission. RF utilise des canaux radio différents selon le type d’information échanges, données utilisateur ou signalisation, et selon le sens de l’échange : Abonné réseau Réseau  abonné IV.4.2.2 Section de bande de base : Cette section présente la partie intelligente du module GSM dont elle gère les données et les informations entrantes et sortantes. Cette section est composée d’un microcontrôleur de bande de base, une alimentation ASIC (Application Specific Integrated Circuit) ..etc. Le module GSM nous permet la transmission et la réception des données numérique en utilisant la norme du réseau GSM. Il est utilisé dans divers applications, parmi lesquelles notre système. Dans le chapitre précédent on a parlé sur le débit de transmission radio-mobile, dans la quelle on a introduit la notion de modulation numérique PSK, ce type de modulation nous a permis d’augmenter le débit, c’est pour cette avantage qu’on a choisie de détaillé les modulation numérique, suivi d’une simulation sur MATLAB. IV.5 Les modulations numériques : Elles sont utilisées pour des liaisons hertziennes uniquement. Par opposition aux transmissions par fibre optique qui s'effectuent, elles, en base de base (signal numérique non modulé). Comme pour les modulations analogiques, trois possibilités sont offertes : 

A) Modulation d'amplitude ASK.



b) Modulation de fréquence FSK.



c) Modulation de phase PSK.

IV.5.1 Choix d’une modulation numérique : Les principaux critères caractérisant une modulation numérique à savoir : Le débit, Le taux d’erreur sur les bits, L’efficacité d’occupation spectrale, L’efficacité de la puissance émise, La simplicité de réalisation. IV.5.2. Modulation BPSK : La modulation BPSK (Binary Phase Shift Keying) est une modulation de phase à 2 états de la fréquence intermédiaire par un signal numérique sérialisé, Dans les communication 47

Chapitre IV- Elaboration d’une stratégie de téléconduit par GSM

numérique correspondant à une transmission d’un message binaire codé par un signal en bande de base avec seulement deux valeurs possibles pour la phase du signal sinusoïdal, la modulation de phase est qualifiée de binaire et elle est notée BPSK. Les périodes pendant lesquelles le signal à l’une de ces deux phases correspondent respectivement aux états bas et haut du signal non-modulé. La phase d’une porteuse analogique sinusoïdale de fréquence f0 issu d’un oscillateur locale peut prendre deux valeurs : 

Soit 0 quand le Bits à transmettre est « 1 » (ou « 0 « ).



Soit 180° quand le bit a transmettre est « 0 » (ou « 1 »).

Le signal modulé en BPSK est donc de la forme :

Où m(t) est l’information binaire à transmettre. L’allure du signal BPSK est représentée sur la figure suivante :

Figure IV-3 : le principe de modulation BPSK Ce type de modulation (BPSK) est extrement robuste vis-à-vis des perturbations. IV.5.3. Modulation de phase (QPSK) : La modulation a déplacement de phase QPSK (Quadrature phase shift keying) présente quatre états de modulations distinctes. Chaque état résulte de la combinaison de deux bits, conformément au diagramme de constellation (figure suivante) sur lequel on peut faire les constatations suivantes :

48

Chapitre IV- Elaboration d’une stratégie de téléconduit par GSM



A la combinaison de deux bits (00) correspond la phase π/4.



A la combinaison de deux bits (01) correspond la phase 3 π/4.



A la combinaison de deux bits (10) correspond la phase - π/4.



A la combinaison de deux bits (11) correspond la phase -3 π/4.

Figure IV-4 : le diagramme de constellation de la modulation QPSK

Les états de phases du signal modulé se représentent en coordonnés polaires dans le plan I, Q. Suivant les combinaisons de I et Q, on obtient alors un diagramme que l'on appelle communément constellation. Le schéma ci-dessous montre les constellations de la modulation BPSK et QPSK. A chaque fois que le nombre d'états de phase augmente pour un même débit binaire, la largeur de canal se réduit. Cependant, l'augmentation du nombre d'état de phase entraine une complexité accrue du système de modulation et de démodulation. IV.5.4. Démodulation PSK : Pour démoduler, on multiplie le signal modulé avec la porteuse. Le processus de démodulation peut être divisé en trois grandes sections. Premièrement, étant donné la forme d'onde entrant est porteuse supprimée dans la nature, la détection cohérente est nécessaire, la récupération de porteuse, est serai pris en charge en premier. Ensuite, les données brutes sont obtenues par cohérent multiplication positif, et utilisés pour obtenir des informations horloge synchronisation. Les données brutes sont ensuite passées à travers un filtre, qui met en forme le train d'impulsions de manière à minimiser les effets de distorsion interférence inter-symbole-, Ce train d'impulsions en forme est ensuite acheminé, avec l'horloge dérivée, à l'échantillonneur de données qui fournit en sortie les données démodulées.

49

Chapitre IV- Elaboration d’une stratégie de téléconduit par GSM

La démodulation est la l’opération inverse de la modulation. IV.6. Simulation et résultats : Dans notre simulation on a choisie de présenter les deux types de

modulation

numérique BPSK et QPSK sous MATLAB. Le programme consiste alors d’introduire l’information à transmettre sous forme de chaine de caractère (message) et le nombre de bit sur combien de bit est codé chaque caractère, ensuite une partie du code source se charge d’appliquer le codage de l’information, obtenant une séquence binaire correspond à l’information (codage de source). Voici à quoi ressemble le fonctionnement de cette partie du programme : Donner votre message :'abc' Donner le nombre de bit 4 La séquence binaire obtenue est: y = 110000111000101100011

Remarque : on considère que le codage de canal est établi sur la séquence binaire. La seconde partie de notre programme consiste à modulé la séquence binaire obtenue après le codage de l’information, on appliquant le type de modulation choisie, avec les données suivantes : P1 P2 P3 P4

= = = =

pi/4; %45degrees 3/4*pi; %135 degrees 5/4*pi; %225 degree 7/4*pi; %315 degree

f = 1; % la fréquence de modulation % taux d’échantillonnage pour sinus ondulatoire fs = 100; % temps pour un bit t = 0: 1/fs : 1;

50

Chapitre IV- Elaboration d’une stratégie de téléconduit par GSM

Pour la modulation BPSK appliqué sur la séquence binaire précédente on obtient les résultats suivants :

Figure IV-5 : le signale originale de l’information ‘abc’ On constate bien d’après la figure précédente que la chaine de caractère (l’information) est transformé en un signale numérique sur lequel on va appliquer un type de modulation afin de le rendre plus rapide dans le temps et plus robuste contre les erreurs de canal.

figure IV-6 : le signale après modulation (BPSK) 51

Chapitre IV- Elaboration d’une stratégie de téléconduit par GSM

la modulation BPSK consiste à multiplier par la porteuse (A0*sin(2pf 0*t)) par +1 si le bit a transmettre vaut « 1 » et par « -1 » si ce dernier vaut « 0 ». Ceci permet d'obtenir un signal modulé avec deux états de phases 0 et 1 Le changement de phase s'effectue alors au passage à zéro de la fréquence intermédiaire. Cela a un effet bénéfique sur le spectre (transitions moins violentes) Sans la synchronisation préalable du signal. Cette synchronisation n'est pas indispensable d'un point de vue fonctionnel. Les résultats de la figure précédente montrent que chaque front sur la donnée étalée se traduit par un saut de phase, et si on analysant bien le signal obtenu on remarque qu’il est complètement modifie par apport au signal originale, la phase de ce dernier varie dans le temps, ce qui rend la propagation meilleur. Le deuxième type de modulation s’agit de la QPSK, On constate que ce type de modulation est plus complexe par apport a la modulation BPSK, l’allure du signale modulé en QPSK montre que les variation de phase dans une meme periode que la BPSK est plus important, de tel sort que deux signaux BPSK sont additionner pour former le signal QPSK. Le résultat obtenu avec la même information est illustré sur la figure suivante :

Figure IV-7 : le signale obtenue après modulation (QPSK) Pour revenir a un point essentiel, on remarque que, les formats de modulation les plus complexes peuvent envoyer la même quantité d’information sur une portion réduit du spectre 52

Chapitre IV- Elaboration d’une stratégie de téléconduit par GSM

radio fréquence. L’inconvénient étant, bien entendu, que les formats les plus complexes nécessitent des récepteurs et des émetteurs plus complexes. IV.6. Conclusion Dans ce chapitre nous avons présenté une solution de téléconduite par liaison radiomobile GSM, destinés à surveiller et commander des organes de postes MT d’un réseau électrique. Vu la large disponibilité du réseau GSM sur le territoire national, cette solution de transmission de données par GSM est adéquate pour des postes isolés situés dans des endroits difficiles d’accès.

53

Conclusion Générale

CONCLUSION GENERALE

D

e nos jours, les facteurs temps et distance rencontrent des contraintes de plus en plus sévères. Vu l’importance donnée en industrie et dans la vie moderne à ces facteurs, on se trouve devant l’obligation d’améliorer les

méthodes et les outils de communication. En effet, dans le domaine de l’électricité, les points de production, de transport, et de consommation, sont des sites de haute importance. Par conséquent la technique de téléconduite s’est avérée indispensable et très utile pour la bonne gestion des différentes tâches dans ses points en toute sécurité et délai. Dans cette optique et dans le souci de se conformer aux standards et lois internationaux dans le domaine d’électricité, la SONELGAZ ainsi que ses filiales de tous types, se sont dotées de systèmes de téléconduite dans leurs différents sites et installations, et cela pour une meilleure maitrise de leur réseau électrique. Notre présente étude sur la supervision de réseaux électriques nous a permis d’affiner nos connaissances dans le domaine, et de proposer une solution de téléconduite d’organes de postes MT via une liaison radio-mobile GSM. Nous avons pu ainsi vérifier qu’un tel système de transmission apporte des solutions fiables et même est indispensable pour certains services et applications comme exemple la télé-relève. Nous signalons que ce travail est une simple application dans le domaine de la téléconduite. En perspectives, notre proposition peut être améliorée pour devenir plus autonome, plus pratique, et assez évolutive vu les progrès réalisés dans les technologies de communication actuelles. Au terme de ce travail, nous mesurons combien ce projet nous a été d’un grand apport. En effet, il nous a permis d’approfondir nos connaissances techniques en électrotechnique, électronique et télécommunications et de maitriser divers concepts technologiques. De plus, nous avons eu l’opportunité de découvrir l’environnement industriel et les conditions de travail des ingénieurs en entreprise. Il a constitué en ce sens une expérience très riche aussi bien au niveau technique qu’au niveau relationnel.

54

ANNEXE

ANNEXE 1. Quelques définitions utiles 1.1. Débit binaire Nous appellerons débit binaire D (bit/s) ou vitesse de canal le nombre d’informations élémentaires (ou bits) que ce canal transporte pas unité de temps. D=1/Tb où Tb représente la durée du bit d’information, exprimée en seconde. 1.2. Taux d’erreur sur les bits Les modulations numériques sont évaluées grâce au taux d’erreur par bit (TEB). Il permet de chiffrer l’influence du bruit (grâce au rapport signal sur bruit ou à l’efficacité de puissance) pour chaque modulation et en fonction du nombre d’états de la modulation. Il se définit de la manière suivante : TEB=(nombre d’élément binaire faux / nombre d’élément binaire émis).

1.3L’efficacité spectrale L’efficacité spectrale (en Bit/Seconde/Hertz) d’un signal numérique est le nombre de bits par seconde de données qui peuvent être supportés pour chaque hertz de la bande de fréquence utilisée (B en Hertz) : Η= Debit / Bande occupé. = (D(bit/s)/B(Hertz)). On peut aussi noter que pour des applications où la bande passante est limitée par des contraintes physiques, il faut choisir une technique qui donne la plus haute efficacité spectrale, laquelle doit permettre d’obtenir de faibles taux d’erreur sur le bit en sortie du système.

ANNEXE

2. La simplicité de réalisation La complexité d’un système dépendra de

la sensibilité de la modulation aux

imperfections et de la cohérence de la démodulation. Dans le premier cas, la sensibilité augmente le nombre d’états pour la modulation, tandis que dans le deuxième cas, c’est la récupération de la porteuse qui augmente la complexité du système. La modulation choisie devra permettre de minimiser l’occupation spectrale pour un débit binaire donné et la probabilité d’erreur selon la puissance et donc du rapport signal sur bruit. A la vue de ces critères sur les modulations et sachant que le milieu de propagation est particulièrement hostile, les critères qui ont été retenus sont la simplicité et la résistance aux multi-trajets. C’est pourquoi la modulation différentielle PSK a été choisie et est de plus avantageuse pour le CDMA On propose d'étudier les principes de base de la modulation numérique PSK permettant de transmettre des signaux numériques sur une porteuse. Ces procédés sont abondamment utilisés dans le domaine des faisceaux hertziens et téléphonie cellulaire. Et on s’intéresse à la modulation PSK. Ce dernier est décomposé en plusieurs versions, la modulation BPSK, QPSK et 8-PSK.

BIBLIOGRAPHIE

REFERENCE BIBLIOGRAPHIE

[1]Guide de conception des réseaux électriques industriels (Schneider). [2]Les protections du réseau électrique a sonelgaz : mohamed Bachir Benabid. [3]Cours : Architecture protocolaire des réseaux mobiles BSS : Fabrice Valois, INSA de Lyon. [4]Documentation interne de SONELAGAZ.

Site internet interessant numérique : 

www.dunod.com



www.techniques-ingenieurs.fr



www.livregroup.com



www.sun.com



http://www.innopart.com



http://fr.wikipédia.org

Résumé

Résumé Pour faire face aux évolutions accélérées d’un marché de plus en plus concurrentiel et aux nouveaux enjeux en termes de supervision, les entreprises ne cessent de chercher les moyens de fiabiliser leur systèmes. Sur le plan industriel, les technologies numériques, les systèmes automatisés et supervisés jouent un rôle primordial dans ce processus d’amélioration de services. En effet, la maîtrise de tels systèmes permet, aux entreprises, le pilotage des processus de production pour répondre aux attentes des clients et aux besoins du marché. Dans le cadre d’une vision stratégique de l’amélioration du fonctionnement des postes de distribution électriques, le groupe SDE (Société de Distribution Est) de Bejaia a opté pour procéder à la rénovation de l’automatisation, l’instrumentation et la supervision de ses postes électriques haute tension. La solution proposée prend en considération non seulement l’intégration de nouvelles technologies mais aussi la faisabilité de la solution et aussi les contraintes technico-économiques. Pour ce faire nous avons procédé à l’étude critique des fonction de supervision analogique existant, puis l’élaboration de la quantité de relais numérique ainsi une liste de matériel de la nouvelle gamme d’automates programmables industriels choisis, ensuite on a établit une architecture de réseaux de communication entre les modules GSM et les postes électriques superviser , afin de conclure par une application de la supervision qui sert au contrôle et de commande à distance ainsi un système de centralisation de l’information.