26 Octobre 2018  |  Vie des entreprises
Publié dans La Revue POLYTECHNIQUE 08/2018

Les gardiens de barrages du XXIe siècle

Ernst Lehmhofer*

Afin d’augmenter la protection contre les inondations, l’entreprise BKW Energie SA a décidé de mettre en œuvre, sur mandat de l’Office des eaux et des déchets du canton de Berne (OED), les solutions Westermo afin de surveiller le niveau des eaux des lacs de Brienz, de Thoune et de Bienne, ainsi que des principaux cours d’eau des bassins versants. Les composants du réseau dotés d’un système d’exploitation intelligent WeOS, ainsi que le logiciel de gestion WeConfig, veillent à l’efficacité de la gestion de la transmission des données.

Les crues sont un phénomène naturel fréquent, entretenu par des conditions météorologiques extrêmes. Là où l’on tentait autrefois de maîtriser manuellement les trombes d’eau au moyen de systèmes mécaniques montés sur d’impressionnants bassins d’accumulation, on utilise aujourd’hui une technique d’automatisation novatrice afin de protéger les personnes et de prévenir les dommages matériels. L’OED, l’Office des eaux et des déchets du canton de Berne, en est un utilisateur.
 
Grâce à une technologie d’automatisation novatrice, le barrage de Port Brügg offre une protection optimale contre les crues. (Source: OED/F.Frank)
 
 
Régler les niveaux des lacs de Brienz, de Thoune et de Bienne
Outre de nombreuses autres tâches, l’OED régule, 24 heures sur 24 et 365 jours par an, les niveaux des eaux des lacs de Brienz, de Thoune et de Bienne. «Il n’y a pas si longtemps, les enregistreurs de données ne transmettaient les différentes valeurs de mesure que brièvement, environ toutes les heures ou minutes. Aujourd’hui, grâce à une technologie des plus modernes, la transmission s’effectue en temps réel. Dans ce contexte, il est essentiel que la technique de communication des données sur laquelle nous nous reposons, nous aide à relever les défis et satisfasse avec fiabilité à toutes les exigences de cette infrastructure de communication cruciale pour l’entreprise», déclare Bernhard Wehren, responsable de la régulation des lacs auprès de l’OED.
 
Protéger les personnes et les biens
«Notre action doit, en particulier, contribuer à protéger les personnes et à prévenir les dommages et ce, idéalement, à un coût économiquement acceptable. Il faut, en outre, effectuer certaines manœuvres de régulation dans des délais très brefs – chaque minute compte», ajoute-t-il. Afin de garantir cette protection à tout moment et le mieux possible, le canton de Berne a décidé de moderniser ses installations, en utilisant au mieux les possibilités techniques. Et ce n’est pas chose aisée, car l’OED exploite, pour la régulation des lacs, quatre écluses historiques, un grand barrage de régulation, ainsi qu’une galerie d’évacuation des crues.
Compte tenu des exigences toujours croissantes concernant la disponibilité des données, l’OED a décidé d’équiper toutes les stations de mesure nécessaires à la régulation des lacs, d’une technologie des plus modernes. À cet effet, dans l’ensemble des applications, la plus grande attention a été portée à la sécurité d’exploitation et à la redondance. Cela concernait non seulement l’ancienne électrotechnique du barrage de Port Brügg, mais aussi la rénovation de l’alimentation électrique et de tous les moteurs, d’une grande partie du câblage, ainsi que de la commande et de la surveillance des cinq segments de vannes. La régulation et la gestion technique figuraient également au cahier des charges. Dans ce cadre, il fallait non seulement tenir compte des exigences et de la redondance, comme la panne d’un appareil ou la coupure d’une conduite, mais également des problèmes liés à la communication, en particulier des possibles interruptions de la liaison Internet.
 
L’armoire de commande équipée des appareils Westermo. (Source: Westermo)
 
 
La mise en œuvre de la gestion technique
Des experts de l’OED et de BKW ont calculé les variations du niveau des lacs, les bilans des affluents et des écoulements, la saturation des sols et les contraintes de débit. La mise en œuvre de la gestion technique, avec les points de mesure locaux et distants, a été définie sur la base des exigences concernant la protection en aval et la régulation du régime des eaux. De ce fait, quelque quatre-vingts valeurs de mesure, comme les niveaux d’eau, les débits ou les précipitations sont saisies, transmises, contrôlées, évaluées et visualisées à une cinquantaine d’endroits. Sur la base d’une analyse des risques, on a notamment défini un concept de régulation d’urgence, afin de pouvoir maîtriser l’installation en toute sécurité, y compris dans l’hypothèse d’une défaillance partielle. Par ailleurs, on a voulu limiter les frais de gestion et de maintenance, ainsi que de configuration et de mises à jour. Un temps précieux, que l’on peut consacrer à d’autres tâches.
Ces tâches ont été confiées à la société BKW Energie SA, en tant que prestataire de services techniques. Le groupe BKW conçoit, construit et exploite des infrastructures de production d’énergie et d’alimentation destinées aux entreprises, aux particuliers, ainsi qu’au secteur public. Ses prestations s’étendent des techniques de construction aux modèles d’entreprise numériques pour les énergies renouvelables, en passant par les services d’infrastructure traditionnels. Dans trois avant-projets conjoints, des composants d’installations électromécaniques ont été dotés d’un nouveau contrôle-commande; la régulation et l’exploitation ont été testés avec la centrale électrique. Ces avant-projets initiés par la mise en œuvre de la modernisation complète, ont été achevés avec succès en février 2014.
 
Les commutateurs Ethernet de la gamme Lynx, ainsi que d’autres composants de réseau de Westermo contribuent à une haute disponibilité de la transmission des données. (Source: Westermo)
 
 
Une transmission des données évolutive
Au cours de la mise à niveau technologique et après un examen approfondi des propositions de différents fournisseurs, BKW Energie a opté – concernant la transmission des données – pour la solution de Westermo Data Communications. «Ce choix a notamment été fait en raison de la concordance des produits Westermo avec nos hauts standards industriels, ainsi qu’avec nos exigences, comme des services de transmission rapides avec de nombreux ports de routage par appareil, des durées moyennes élevées entre deux défaillances consécutives (MTBF), une large plage de température et une faible consommation d’électricité, par exemple. À cela s’ajoute la simplicité de la commande et du paramétrage du matériel de communication via le système d’exploitation WeOS, ainsi que la distribution efficace et rapide de la mise à jour au moyen du logiciel de gestion de réseau WeConfig, qui permet la configuration centralisée et la gestion de tous les appareils Westermo», affirme Rénald Marmet, ingénieur chef de projet chez BKW Energie AG.
 
Le cœur du réseau de contrôle
Trois centres de contrôle ont été équipés de vingt-neuf sous-stations raccordées (points de mesure), chacune dotée d’un serveur SCADA et d’une commande de régulation redondante. Associés au poste de contrôle de l’OED, ils forment le cœur du réseau de contrôle. Huit clients SCADA accèdent à ce serveur. Un serveur SCADA a également été installé dans la centrale électrique, pour les employés de BKW. C’est le poste de contrôle BKW de Mühleberg qui surveille la partie centrale électrique.
Les composants de réseau de Westermo permettent de transmettre en temps réel l’ensemble des données à tous les sites. En cas d’urgence, les responsables peuvent prendre immédiatement les mesures appropriées, assurant ainsi une protection optimale contre les inondations. Les travaux d’entretien et les mises à jour logicielles de tous les appareils Westermo peuvent également être réalisés simplement et rapidement, en quelques clics de souris.
On a installé au total trente routeurs industriels avec fonctions pare-feu du type RFIR-227, vingt-sept routeurs industriels VDSL de la série FDV, vingt-cinq routeurs industriels 4G MRD-455, trente-cinq routeurs industriels avec fonctions pare-feu L210-F2G, trente-six commutateurs Ethernet industriels L110-F2G, ainsi que plus de quatre-vingts modules SFP émetteurs-récepteurs pour fibre optique, multimode et monomode, de 100 Mbit/s et 1 Gbit/s pour des distances allant jusqu’à 80 km.
 
Les postes de contrôle de l’OED, ainsi que trois centres de contrôle équipés de vingt-neuf points de mesure, chacun avec un serveur SCADA et une commande de régulation redondante, forment le cœur du réseau de contrôle. (Source: BKW Energie)
 
 
La redondance est indispensable
Les trois centres de contrôle disposent chacun de deux routeurs avec pare-feu afin de créer une liaison avec le fournisseur et d’accepter ou d’établir les tunnels IPsec et OpenVPN. S’y ajoutent deux automates programmable industriel (API) redondants (Simatic S7-400) dans une zone démilitarisée (DMZ) et un serveur WinCC-SCADA dans le réseau local. La station de l’OED est conçue de la même manière, mais sans la fonction de commande.
BKWa veillé à installer non seulement des redondances réseaux, mais également à établir des voies redondantes chez le fournisseur d’accès à Internet, sachant que les routeurs VDSL utilisent le prestataire de services Swisscom et que le routeur 4G MRD-455 est doté de cartes Sunrise.
La pièce maîtresse du réseau principal, c’est-à-dire des trois centres de contrôle et du poste de commande à l’OED, sont reliés par des tunnels IPsec-VPN et par le protocole GRE. Ils forment, via le protocole de routage OSPF, l’ossature de la communication entre les sites. Cela signifie que même en cas de panne simultanée de la liaison Internet chez un fournisseur sur un site ou d’un autre fournisseur de l’autre station, ou encore en cas de défaillance complète d’un fournisseur, une communication entre tous les centres et les stations extérieures raccordées, ainsi que l’accès à distance de BKW ou de l’OED sont toujours possibles.
 
La sécurité informatique est essentielle
Afin de pouvoir garantir la haute disponibilité, non seulement les redondances, mais également la sécurité informatique font partie du cahier des charges. Les solutions de réseau réalisées par BKW et Westermo prennent en compte les aspects sécurité, conformément aux recommandations actuelles du livre blanc de la BDEW et de la norme CEI 62443. Ce faisant, les stations extérieures ne forment pas qu’une propre zone, elles sont également segmentées dans d’autres domaines, là où cela s’avère nécessaire. Le réseau destiné aux serveurs SCADA dans les centres de contrôle est découplé de l’ossature par deux routeurs redondants VRRP.
 
Les responsables du projet après son achèvement réussi. De g. à dr.: Kim-Dong Nguyen (Westermo), Rénald Marmet (BKW Energie) et Bernhard Wehren (OED du canton de Berne). (Source: Westermo)
 
 
Deux types de stations de mesure
Les employés de service de l’OED peuvent se relier aux centres de contrôle au moyen d’un tunnel OpenVPN. Ils ont, à partir de là, accès aux système SCADA de tous les sites. Il y a, en outre, deux types différents de stations de mesure, le type à haute disponibilité et le modèle standard.
La station à haute disponibilité est composée de deux systèmes totalement séparés (communication, API et alimentation). Chaque API est situé derrière un routeur Lynx 210 servant de pare-feu, établissant via un tunnel OpenVPN, une liaison avec le site de régulation. L’accès Internet se fait par le routeur VDSL FDV relié à Swisscom pour le premier API de la station de mesure et par le routeur 4G MRD-455 connecté à Sunrise pour le deuxième.
La station standard dispose uniquement d’un API doté d’un routeur avec fonction pare-feux Lynx 210, qui établit l’accès sécurisé VPN redondant par les deux routeurs Internet, ce qui lui permet de continuer à communiquer sans interruption lors d’une panne de Swisscom ou de Sunrise.
 
La meilleure protection possible contre les crues
Le projet dispose maintenant d’une application de transmission des données des plus modernes en Suisse. Pourquoi est-ce si important pour l’OED ? Berhard Wehren le résume ainsi: «Étant donné que la disponibilité des valeurs de mesure peut être d’une importance capitale en fonction de la situation météorologique ou hydrologique et que l’accès aux stations de mesure dans les vastes régions du canton est généralement très chronophage, les dysfonctionnements d’appareils et les temps d’arrêt doivent être réduits au minimum. Notamment parce qu’il faut toujours garantir la protection contre les inondations. Il est donc extrêmement important que tous les composants de nos installations satisfassent aux normes les plus élevées, offrent une extrême fiabilité et soient évolutifs en cas de nouvelles exigences.»
Le prestataire de services BKW Energie peut désormais, lui aussi, se fier à une technologie moderne et se consacrer efficacement à ses tâches. «Dans l’ensemble, nous avons pu simplifier le déroulement des processus, les sécuriser via les liaisons VPN, les rendre redondants et aussi plus transparents pour le département d’ingénierie. Cela s’avère décisif pour la simplicité, la fiabilité et l’efficacité de la maintenance», souligne Rénald Marmet, ingénieur chez BKW.
 
Westermo Data Communications GmbH
8305 Dietlikon
Tel. 043 508 05 07
 
BKW Energie SA
3013 Berne
Tél. 058 477 51 11
 
Office des eaux et des déchets du canton de Berne
3011 Berne
Tél. 031 633 38 11
www.bve.be.ch
 

*Ernst Lehmhofer est un journaliste indépendant qui écrit dans des revues d’automatisation en Allemagne, en Autriche et en Suisse.


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