La télé-exploitation – intervention à distance et télésurveillance

Chercher plus loin ce qu’on a sous la main!

La technique de télé-exploitation avec ou sans fil: lecture de valeurs, envoi de messages d’alarmes ou de données.
Vannes pilotées par radio/internet ou par thermostats radios
Raymond Kleger /

Les réseaux de données haut débit sont actuellement à la portée de tout un chacun – que ce soit avec ou sans fil. Cela donne des ailes à la technique de télé-exploitation. Les appareils domestiques, les machines, et même des installations entières peuvent être pilotés et surveillés à distance. Le monde globalisé est dans ce domaine un vrai «village haute technologie».

En Suisse, on répertorie plus de quatre millions de logements, dont environ 420 000 résidences secondaires ou loge-ments de vacances, situés pour la plupart dans les régions montagneuses nécessitant une longue période de chauffage. Au sein des foyers, le chauffage consomme la plus grande quantité d’énergie, soit en moyenne 70 % de la consommation totale. Le taux d’occupation des résidences secondaires ou résidences de vacances s’élève en moyenne à 50 jours par an, mais la température est tout de même maintenue à 15 °C. La consommation énergétique est énorme et correspond environ à la consommation totale de 140 000 personnes (énergie et véhicule). Pour diverses raisons, il serait donc rentable de piloter le chauffage et le chauffe-eau en faisant appel à la technique de télé-exploitation.
Dans le domaine de l’industrie et des installations techniques, la télé-exploitation joue un rôle encore bien plus important. Dans les nations industrialisées, on estime qu’il y a au moins dix machines par habitant. Si l’on observe l’évolution de la communication sur les dix dernières années, il est évident qu’à l’avenir, certains processus seront aussi gérés et surveillés à distance dans les logements et que les machines utiliseront la communication mobile. Nous débuterons cet article par la présentation d’appareils très simples destinés à la télé-exploitation et poursuivrons par des appareils plus complexes.

Appareils simples
Sur le marché, de nombreux fabricants proposent différents appareils destinés à la télé-exploitation, du plus simple au plus complexe. L’intervention à distance la plus simple est réalisée par l’intermédiaire de dispositifs à placer entre la prise et l’appareil, gérés via SMS/GSM ou par e-mail (fig. 2). Une prise téléphonique n’est donc pas indispensable, ce qui est particulièrement intéressant lorsqu’il n’y a pas de ligne fixe. Ces connecteurs intermédiaires enclenchent le consommateur raccordé, quel qu’il soit. Il pourrait par exemple s’agir d’un chauffe-eau. Si celui-ci devait disposer d’un chauffage 400  V, il est nécessaire de rajouter un contacteur comme élément intermédiaire.
Avec les appareils pouvant être montés dans une armoire électrique, les possibilités sont décuplées. La figure 3 en illustre un exemple. Le relais SMS Comat peut traiter les entrées et les sorties, à la fois numériques et analogiques. Il est configuré par l’intermédiaire d’un PC, ce qui permet également d’interroger les états de commutation des entrées. L’asservissement des sorties peut également être effectué par SMS. Et suivant la configuration adoptée, certains états des entrées activent l’envoi de SMS ou d’e-mails. Il existe également des appareils dans ce secteur qui envoient, outre des SMS et des e-mails, également des fax et des annonces vocales.
Dans un passé proche, les automates programmables miniatures (API) ont également subi de fortes mutations. Logo, Easy, Alpha (fig. 4), Comat BoxX ou quel que soit leur nom, disposent aujourd’hui d’un accès direct par internet. L’API offre l’avantage de pouvoir réceptionner les ordres et de les transmettre ensuite au récepteur ou de pouvoir envoyer un e-mail dans certains états de commutation des entrées. Mais ce n’est pas tout! L’API traite tout naturellement les données et se charge également de piloter la machine, autrement dit certaines fonctions domestiques. Il est évident que dans de nombreux cas, cela peut représenter un très grand avantage. Grâce à de tels automates miniatures, il est possible de piloter entre autres l’éclairage dans les garages souterrains ou les pompes pour eaux usées. Dans le secteur de la commande industrielle ou de la commande d’appareillage, les applications sont plus que nombreuses, à condition toutefois que les commandes ne soient pas trop complexes. Il existe de nombreuses machines et appareils automatisés, dont les commandes peuvent facilement et sans aucun problème, être gérées par des automates miniatures. Pouvoir effectuer le pilotage à distance ou le paramétrage par exemple, via GSM ou internet, est un avantage certain. Les responsables peuvent réceptionner des messages d’état ou des messages d’alarme en cas de panne, et peuvent ainsi prendre immédiatement les mesures nécessaires.
Un autre système est représenté sur la figure 5. Le module logique Easy800 du fabricant industriel Eaton peut également être piloté par GSM, via un adaptateur.
Spécialement conçus pour la régulation de la température ambiante, il existe aussi des thermostats sans fil des fabricants Theben HTS, Honywell, Conrad, etc.

Solutions complexes
Les solutions de commande plus complexes vont encore bien plus loin. Les systèmes d’automates peuvent prendre en charge un grand nombre de fonctions, sans qu’il soit nécessaire de rajouter des modules ou des convertisseurs. Les fonctions suivantes ne nécessitent pas de programmation, mais uniquement un paramétrage:

  • envoyer des messages de service ou des messages de pannes via SMS, e-mail ou fax (technologie quatre bandes)
  • effectuer la maintenance des stations à distance par ligne dédiée; aucun autre outil n’est nécessaire
  • informer le personnel de service et de maintenance de l’état de l’installation
  • enclencher le déroulement de processus à distance
  • optimiser les programmes de commande à distance

C’est surtout ce dernier point qui revêt une importance grandissante. Avant, le spécialiste en logiciel devait parcourir des milliers de kilomètres pour effectuer la mise à jour du logiciel d’une machine ou juste pour procéder à quelques optimisations du programme. Aujourd’hui, le spécialiste peut effectuer ces tâches à partir du siège de la société. La technique utilisée se nomme Remote Services. Le PC installé au siège de la société est mis en relation avec l’automate installé sur place, par l’intermédiaire d’une connexion sécurisée. Réaliser une telle chose est possible uniquement parce que la largeur de bandes utilisée dans les pays industrialisés est généralement disponible en quantité suffisante. Ceci n’est pas le cas depuis longtemps, comme le montre l’exemple mentionné ci-après. En 1996, l’Université de Vienne louait à ACOnet une largeur de bandes internet de 1,5 Mbits/s pour 300 000 CHF par an. Il y a également lieu de rappeler qu’internet n’est disponible, pour une majorité, que depuis 1995. Ces 18 dernières années, les choses ont donc énormément bougé.
Dans de nombreuses applications, il ne s’agit pas seulement de traiter une alarme ou de commuter un appareil. L’appareil doit en général encore prendre en charge toutes les fonctions de commande de l’installation. Un simple appareil de télégestion ne suffit pas, dans ce cas. Selon la complexité des fonctions de commande, un automate programmable tel que Logo, Easy, Alpha, etc. n’est pas suffisant. Il est certain qu’un petit automate est insuffisant lorsque la commande doit par exemple enregistrer d’importantes données de production dans une banque de données. L’idée est alors de transmettre tout le fichier afin qu’il soit interprété. De telles fonctions sont par exemple du ressort de l’automate modulaire relativement simple API S7-1200 de Siemens, des systèmes de commande basés sur PC de Beckchoff et Wago et bien sûr des automates de l’entreprise suisse Saia de Morat (fig. 6). Les appareils sont particulièrement performants et permettent d’enregistrer de grandes quantités de données dans le module lui-même. L’automate dispose d’un grand nombre d’interfaces supplémentaires, en plus des entrées et sorties les plus diverses. Tous les appareils sont équipés d’une interface Ethernet, certains également d’une interface USB, RS485 ou autre. L’automate Saia dispose d’un modem GSM intégré. Le modèle Saia PCD3 est équipé d’un serveur d’automation intégré, avec serveur Web performant, serveur FTP et système de fichiers. Dans le système de fichiers, il est possible de sauvegarder des données sous forme de fichiers CSV compatibles avec Excel. L’accès au serveur d’automation s’effectue avec des outils standards (entre autres navigateur Web, FTP Client, interface CGI), ceci bien sûr localement ou à distance. Il est par conséquent possible de piloter simultanément des infrastructures complexes qui garantissent notamment un contrôle qualité – en enregistrant différentes données de production dans des fichiers CSV – et une surveillance de l’installation à travers le monde via internet. Dans le cas du Saia PCD3, tout est assuré en un seul et unique appareil.

Vieillir chez soi
Les seniors apprécient de vieillir dans leur propre logement et ceci même si des infirmités se profilent. Toutefois, si des problèmes de santé apparaissent, ils doivent être en mesure d’appeler les secours, au moins en cas d’urgence. Dans ce cas de figure, la technique moderne offre d’intéressantes possibilités. Infotel peut transférer automatiquement des messages vocaux ou envoyer jusqu’à quatre messages d’alarme différents, via la ligne téléphonique (fig. 7). Si une alarme est déclenchée, l’appareil établit une liaison avec le participant préprogrammé et transmet le message vocal avec indication du jour, du mois et de l’heure. L’appareil dispose également de deux sorties relais qu’il est possible de commuter à distance, en choisissant la tonalité téléphonique correspondante. Et il est aussi possible d’appeler Infotel 3. La personne appelée peut alors informer oralement la personne qui demande de l’aide, qu’elle va bientôt venir. Les personnes qui ne sont plus en mesure de se déplacer jusqu’à l’appareil ont la possibilité de porter un petit émetteur autour du cou.

Piloter le chauffage central
Si un logement est inoccupé, ne serait-ce qu’une semaine, il est rentable de baisser la température ambiante à 6 °C. Il faut nettement moins d’énergie pour monter la température ambiante de 6 °C à 20 °C, qu’il n’en faut pour maintenir la température abaissée à 15 °C pendant toute une semaine. Une étude menée par l’Office fédéral de l’énergie (OFEN) est arrivée à la conclusion qu’il serait possible de réduire jusqu’à 70 % l’énergie consommée dans les résidences secondaires ou les logements de vacances. Réduire la température ambiante et débrancher le chauffe-eau, pour ne citer que ces exemples, serait plus que judicieux dans ce cas. Aujourd’hui ceci est possible de la manière la plus simple.
Les installateurs-électriciens interviennent souvent sur les installations de chauffage central. A ce niveau-là, il n’existe généralement pas de solution simple permettant de diminuer la température ambiante. Les fabricants de chaudière devraient à cet effet prévoir une entrée de commande, mais ce n’est pas le cas.
Les plus simples à traiter sont les logements qui ne disposent que d’un seul thermostat d’ambiance de référence, monté généralement dans le salon. Dans ce cas, il serait tout simplement possible d’installer deux thermostats d’ambiance, l’un pour le fonctionnement en mode abaissé, le second pour le fonctionnement en mode normal. Les contacts de commutation des deux thermostats doivent être montés en parallèle, celui pour le mode normal étant en plus monté en série avec le contact de relais du dispositif GSM. En mode abaissé, le thermostat destiné à la température normale ne fonctionne pas, car le contact du relais est ouvert. Cette solution décrite cidessus comme une solution à deux thermostats est réalisable avec le thermostat radiocommandé GSM-52 de l’entreprise Wunderli Electronics AG. Il est possible de paramétrer sa valeur de consigne, par l’intermédiaire du récepteur GSM intégré. Avec cet appareil, il est toutefois nécessaire de monter de manière déportée deux appareils supplémentaires, un émetteur-récepteur radio et un dispositif de commutation. Un grand nombre d’installations de chauffage central fonctionnent avec une commande à sonde extérieure, sans régulation de température de chaque pièce. En règle générale, il n’y a pas d’entrée de commande au niveau de la cuve, par l’intermédiaire de laquelle il serait possible de régler l’abaissement du chauffage. Le plus simple consisterait alors à manipuler la sonde extérieure, de manière à ce qu’il y ait toujours une erreur de 12 °C par exemple.
A une température extérieure de 8 °C, la sonde donnerait l’illusion à la chaudière que la température est égale à 20 °C. Il existe différents types de sondes extérieures, par exemple des résistances NTC avec 10 kV à 25 °C. Pour ce capteur, on trouve dans la deuxième colonne du tableau la valeur arrondie de la résistance NTC en fonction de la température extérieure. La troisième colonne montre la NTC mise en parallèle avec la résistance de 30 kV, commutée via un contact libre de potentiel du récepteur GSM. Et enfin dans la dernière colonne, est indiquée la température extérieure simulée à différentes valeurs. Cette simple astuce fonctionnerait donc très bien. Aucune intervention au niveau de la commande et même en cas d’erreur, il ne se passerait rien, sauf peut-être un mauvais réglage. Mais attention, il existe une multitude de sondes extérieures différentes, dont également des sondes à comportement CTP, autrement dit avec une élévation de la résistance de la sonde extérieure en cas de température croissante. Dans ce cas, il faudrait non pas monter une résistance en parallèle de la sonde, mais en série.
Une méthode bien plus élégante consisterait à remplacer la commande par sonde extérieure, par une régulation de la température individuelle des pièces. Cette solution existe bien sûr depuis longtemps, mais il n’existe toutefois que quelques rares versions sans fils, pouvant également être installées ultérieurement. Il serait donc souhaitable d’avoir un système avec des régulateurs d’ambiance radio et des vannes radio qui d’une part, fonctionneraient ensemble et qui d’autre part, se laisseraient commander via un dispositif central par l’intermédiaire d’internet (fig. 8). Dans ce contexte, on trouve des offres étonnantes sur internet. Le système MAX! Cube pilote les thermostats des chauffages raccordés, en tenant compte des temps de chauffe et des temps d’abaissement de la température paramétrés par le biais d’un PC, d’une tablette ou d’un smartphone. Le thermostat n’est malheureusement pas de la même société et doit être commandé séparément, mais il est tout à fait adapté au système. 1 Cube, 1 thermostat mural, 2 vannes de régulation radiocommandées, 2 contacts de fenêtre et un bouton-poussoir éco, coûtent, commandés via Amazon, environ 340 CHF, port inclus.

Des applications diverses
Mis à part la télé-exploitation d’un chauffe-eau et l’abaissement de la température ambiante dans une résidence secondaire, il existe une foule d’autres possibilités d’utiliser de manière judicieuse des dispositifs de commande à distance très simples. Le tout étant de voir quelles sont les applications judicieuses. Nous laisserons ici de côté la commande à distance complexe via des systèmes sophistiqués, car un «installateur-électricien classique» ne touchera jamais à de telles installations. Il s’agit là d’un sujet réservé aux spécialistes. Les idées évoquées ci-dessous sont un aperçu des informations trouvées dans le feuillet d’informations de Comat SMS Relay (www.comat.ch).
Surveillance du chauffage central: Le chauffage central d’un grand lotissement fournit non seulement l’eau chaude nécessaire à l’installation de chauffage, mais également l’eau chaude sanitaire. Une entreprise externe est chargée du service de garde 7 × 24  h, pour l’entretien et la maintenance de cette installation. Les alarmes critiques de l’installation sont câblées sur les entrées d’un relais GSM. Pour les appareils disposant d’entrées 0…10 V, les signaux des sondes des capteurs peuvent être traités directement. Une panne de ce type ou toute interruption de la production de chaleur peut être limitée à un temps très court, sans grande intervention. Il est bien sûr également possible d’intervenir à distance.
Surveillance du niveau d’une station de pompage: En général, l’entrée et l’évacuation des stations de pompage fonctionnent de manière coordonnée. Néanmoins, en cas de fortes pluies, le niveau d’eau dans le bassin peut monter plus haut qu’à la normale (afflux plus élevé d’eau, dû aux eaux de pluie). Selon la situation, le responsable de l’entretien peut décider soit de raccorder une pompe auxiliaire, soit d’ouvrir une soupape de trop-plein, si le problème peut être résolu de la sorte. Pour faciliter la prise de décision, interroger les valeurs de niveau et de débit peut être d’un grand secours. Ces deux signaux sont reliés aux entrées analogiques du GSM-Gerts.
Refroidissement du lait à la ferme: Dans bon nombre de fermes, le lait n’est plus collecté quotidiennement pour être acheminé aux fromageries. Un ou plusieurs fermiers stockent pour cette raison le lait dans une citerne réfrigérée. La température du lait est mesurée par un capteur qui génère un signal analogique 0…10 V. L’état de fonctionnement du compresseur frigorifique est également relié à une entrée numérique. Ici, il ne suffit pas de surveiller le fonctionnement de l’installation une fois par jour. En cas de panne, il faut être très réactif, afin d’éviter de perdre plusieurs milliers de litres de lait. Le relais GSM donne l’alerte avant que le lait ne dépasse un seuil critique de température.
Communication entre deux relais GSM: Deux stations de pompage éloignées géographiquement l’une de l’autre sont surveillées par l’intermédiaire de relais GSM. En temps normal, les stations de pompage fonctionnent toutes deux de manière autonome. En cas de fortes pluies, des pompes auxiliaires doivent être mises en marche dans les deux stations. Lorsqu’un problème apparaît, par exemple au niveau de la station de pompage 1, la solution qui se profile ici est que le relais GSM 1 envoie un message au relais GSM 2. La pompe est immédiatement enclenchée et le message est acquitté, afin que le relais GSM 1 sache que son message est arrivé. L’échange d’informations fonctionne également en sens inverse. Si un relais GSM ne reçoit pas le message, il n’y a pas d’acquittement. L’appareil émetteur informe alors automatiquement le responsable de la station par exemple.

Bilan
Avec leur accès instantané à internet, partout dans le monde, de chez soi, du bureau ou via un réseau WLAN, les smartphones apportent une toute nouvelle dimension à la technique de télé-exploitation. Les modules d’intervention à distance ont trouvé leur place dans les commandes industrielles mais également dans le secteur individuel. Des fonctions les plus simples, commander un chauffe-eau à distance, jusqu’à la lecture des données de production via un tableau Excel consulté à distance, tout est possible. Les installateurs-électriciens innovants y voient de nombreuses possibilités et sont à même de proposer à leurs clients des solutions permettant de préserver leurs installations et de les protéger contre d’éventuels dommages en cas de défaillance.