Omar Bouizaguen et Titouan Forgeard ont réalisé une station de mesure connectée dans le cadre de leur projet en innovation et recherche. L'objectif est de collecter des données pour quantifier l'impact des travaux pratiques sur le réseau électrique de l'INSA et ainsi pouvoir justifier de nouveaux investissements (ex : charge électronique).
Contexte et objectifs
L’objectif principal de ce projet est de surveiller la consommation d’énergie d’un poste de travail au sein de l’INSA Strasbourg afin d’analyser et d’optimiser les usages énergétiques. En déployant des instruments de mesure sur les différentes sorties de tension, nous avons créé une « paillasse connectée » capable de fournir des données en temps réel durant les séances de TP.
Le système est capable de mesurer les paramètres électriques (Tension, Courant, Puissance, etc.) sur quatre sources distinctes :
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L’alimentation triphasée 400V AC.
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La sortie Haute Tension DC (+120V).
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La sortie Haute Tension DC négative (-120V).
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La sortie Basse Tension DC (48V).
À terme, l’enjeu sera de quantifier le coût énergétique exact d’une séance de TP pour l’établissement et de comprendre les profils de charge.
ARchitecture
Afin d’avoir une solution robuste et précise, nous avons utilisé du matériel industriel provenant de fabricants partenaire de l’INSA. Ainsi, pour la mesure du triphasé, nous utilisons une centrale de mesure Schneider, et pour la mesure des alimentations continues, nous utilisons des modules Digiware de chez Socomec.
Les données sont sauvegardées et consultable depuis un cloud mis en place par le partenaire Camex-IA proposant la plateforme d’IoT SCorp-IO. La transmission des données chez SCorp-IO est basée sur le protocole MQTT.
Nous utilisons donc un mini ordinateur, une Raspberry Pi, pour faire le lien entre les mesures réalisées, que nous collectons en Modbus via un bus RS485, et la plateforme SCorp-IO, qui supporte le protocole MQTT.
Architecture de notre projet
Mise en service du matériel
Ce projet nous a fait travailler avec des protocoles industriels dont nous avions beaucoup entendu parler, mais jamais encore approfondis.
La RS485 est un bus reconnu pour sa robustesse, nous avons profité de ce projet pour capturer un paquet circulant dessus afin de l’analyser :
Décodage d’un paquet Modbus circulant sur la RS485
Nous avons ainsi découvert que chaque octet n’était pas codé sur 8 bits, mais nécessitait en réalité 10 modulations (bauds) ! En effet, chaque octet de ce paquet se retrouve ajouté d’un 0 à son début et d’un 1 à sa fin. C’est en vérité quelque chose de courant, peu importe le type de bus, permettant de définir clairement le début et la fin d’octets.
La trame Modbus reconstituée est donc :
0010000001= 0x02 = ID 2 (adresse modbus de l’esclave)0110000001= 0x03 = Code fonction 3 (lire)01100001110000010101= 0xC3 0x50 = Adresse 50000 (emplacement à lire)00000000010001000001= 0x00 0x04 = Quantité 4 (nombre de mots à lire)00001111010111101101= 0x78 0x6F = CRC16 (checksum, permet de vérifier l’intégrité du paquet)
Fort de ces nouvelles connaissances, nous avons désormais pu récupérer sur la Raspberry Pi les données mesurées.
Envoie sur SCorp-IO
Pour les envoyer sur SCorp-IO, nous utilisons le protocole MQTT. Pour cela, à l’aide d’un script sous Node-RED, nous construisons des paquets au format JSON contenant les valeurs à transmettre. Chaque valeur doit être accompagnée d’un TimeStamp, du type de donnée dont il s’agit, et du nom du canal sur laquelle elle doit être enregistrée. Nous obtenons donc un paquet de cette forme, prêt à être publié :
Paquet JSON pour MQTT
Visualisation
Sur SCorp-IO nous avons défini des courbes, affichant les données remontées par la Raspberry-Pi. L’on peut ainsi consulter la puissance en instantanée, la tension, le courant, et divers autres variables. Mais les plus intéressantes au vu de l’objectif du projet sont relatives à l’énergie.
Consommation d’un TP d’électromagnétisme encadré par Thomas Lafont
Lors de ce TP, les étudiants observent principalement l’hystérésis d’un circuit magnétique. Ils consomment en réalité très peu d’énergie (environ 0,5kW.h), et l’on observe une plus grande énergie réactive (1kVAR.h) liée à l’aimantation et désaimantation des circuits magnétique.
Ces données permettent donc de quantifier précisément l’impact d’un TP en salle d’électrotechnique sur le réseau électrique de l’INSA. Elles pourront permettre de justifier par exemple l’achat de charge électronique, qui simulent une résistance, mais renvoyant l’énergie électrique sur le réseau plutôt que la transformant en simple chaleur.
Remerciements
Nous espérons qu’à l’avenir notre projet sera utile à la plateforme génie électrique et remercions particulièrement Benjamin Grandemange, le technicien de la plateforme électrotechnique, d’avoir installé notre platine de mesure dans la paillasse n°7, ce qui nous permet dors et déjà de réaliser des mesures en situation réelle !
Platine de mesure (à gauche) installée dans le tableau électrique de la paillasse 7