Pourquoi est-il important de connecter votre modèle hydraulique au SCADA ?

Chaque jour, les services d’eau sont confrontés à la tâche de prendre des décisions qui garantissent le maintien de services de haute qualité tout en minimisant les coûts et les perturbations. La pression pour prendre les bonnes décisions n’est qu’intensifiée par le changement climatique, le vieillissement des infrastructures et la croissance démographique à grande échelle.

Une prise de décision intelligente est essentielle pour les grands et les petits services publics, ainsi que pour les consommateurs. Mais la collecte de données ne suffit pas ; Elle doit alimenter des outils d’aide à la décision tels que la simulation en temps réel et l’analyse prédictive. Ces outils permettent aux services publics de comprendre le comportement actuel de leurs systèmes et d’anticiper les réponses dans diverses conditions.

Pour une gestion efficace de l’eau dans le contexte de notre paysage actuel, je pense que la connexion SCADA avec des jumeaux numériques ou des modèles hydrauliques est une priorité majeure.

Ci-dessous, je partage mes réflexions sur:

• Pourquoi combiner SCADA avec des modèles hydrauliques ?
• Les principaux avantages de la connexion des deux
• La valeur des modèles hydrauliques, même lorsqu’ils ne sont pas précis à 100 %
• Comment les ingénieurs, les modélisateurs et les opérateurs peuvent-ils travailler ensemble plus efficacement ?

Pourquoi combiner SCADA avec des modèles hydrauliques ?

Lorsqu’il s’agit de rechercher les sources de données les plus avantageuses à intégrer dans des modèles hydrauliques ou pour permettre la création d’un jumeau numérique, les données du système SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) sont de loin les plus importantes.

Les données en temps réel de SCADA aident les opérateurs à mesurer ce qui se passe sur le terrain et dans le système. Les opérateurs peuvent analyser les tendances et les modèles précédents pour prévoir des scénarios potentiels. Cependant, les données SCADA elles-mêmes ne peuvent pas aider à prédire ce qui se passera si l’on apporte des modifications spécifiques au système.

Les modèles hydrauliques standard sont principalement développés pour la planification, ce qui signifie qu’ils se concentrent principalement sur les conditions de conception, les exigences quotidiennes maximales et les conditions d’écoulement d’incendie – ce qui signifie que ces modèles ne représentent pas les opérations du système en temps réel et ne peuvent pas tenir compte des incertitudes.

Mais lorsque les deux sont liés, le modèle se transforme en une image miroir du système qui fonctionne en temps réel, offrant toute une série d’avantages aux opérateurs de réseau.

Quels sont les principaux avantages de la connexion des données SCADA à votre modèle hydraulique ?

Prise de décision stratégique versus réponses réactives

Les modèles hydrauliques peuvent être validés, mis à jour et recalibrés à l’aide de SCADA, ce qui garantit une plus grande confiance. La liaison du SCADA avec les modèles hydrauliques crée un modèle en temps réel doté de capacités prédictives, permettant aux opérateurs de simuler les effets de leurs actions sur le système et d’en comprendre les conséquences avant de les exécuter.

Cela fait passer le processus de prise de décision de réactif à proactif. Au lieu de s’appuyer sur l’expérience passée et les règles standard, les opérateurs peuvent choisir de maintenir le statu quo ou de mettre en œuvre des changements pour l’avenir sur la base des informations d’un modèle en temps réel doté de capacités prédictives. Cela devient encore plus important lorsque l’on considère les opérateurs ayant moins d’expérience qui pourraient ne pas comprendre pleinement l’impact de leurs décisions sur le système.

Optimisation des performances et de la maintenance du système

Les avantages vont au-delà des décisions immédiates : grâce à ce modèle intégré, les opérateurs peuvent également commencer à optimiser leurs systèmes. Comme ils ne savent pas comment le système pourrait réagir aux changements, les opérateurs doivent souvent pécher par excès de prudence. Cependant, grâce aux capacités prédictives offertes par un jumeau numérique, les opérateurs peuvent explorer les limites du système avec beaucoup plus de confiance.

Par exemple, lors de l’évaluation d’un scénario où le niveau d’un réservoir diminue alors que les coûts énergétiques restent élevés, ils pourraient évaluer des actions telles que retarder l’activation de la pompe jusqu’à ce que les coûts énergétiques diminuent dans le but de réduire la consommation d’énergie sans compromettre les performances.

Il en va de même pour la maintenance du système. Considérez un système d’égout qui nécessite un nettoyage périodique. Traditionnellement, les tuyaux sont nettoyés de manière préventive pour éviter les blocages, ce qui peut parfois entraîner un nettoyage excessif. Cependant, en connectant un modèle aux données SCADA qui surveillent les niveaux d’égout et prédisent l’accumulation de sédiments, le nettoyage peut être chronométré avec plus de précision. Cette approche « juste-à-temps » permet d’optimiser les ressources, de retarder le nettoyage dans certaines zones tout en s’attaquant plus fréquemment aux points critiques pour prévenir les problèmes potentiels.

Amélioration des interventions d’urgence

Les interventions et la planification d’urgence bénéficient également de cette intégration. Les situations d’urgence plongent souvent les systèmes dans des états inconnus, ce qui rend difficile la prise de décisions précises. Encore une fois, étant donné que le modèle tient compte de divers scénarios dans lesquels les opérateurs peuvent simuler différentes réactions pour atténuer l’impact d’une situation, les opérateurs sont en mesure de pratiquer une préparation proactive.

Par exemple, lorsqu’un exploitant n’est pas certain des conséquences potentielles d’une défaillance critique d’un pipeline, il peut simuler la défaillance dans le modèle afin d’identifier des stratégies de réponse efficaces, par exemple en augmentant le stockage de l’eau dans un réservoir.

Amélioration de la capacité à prédire les fuites et les ruptures de canalisations

Enfin, l’intégration de modèles hydrauliques et de SCADA peut aider à mieux prévoir les fuites et les ruptures. Alors que les ruptures se manifestent par des chutes de pression soudaines, les fuites sont souvent plus subtiles, provoquant des dérives de pression progressives au fil du temps. Ces petits changements de pression peuvent passer inaperçus lorsque les opérateurs examinent les données jour après jour. Cependant, un modèle lié au SCADA peut détecter les anomalies et prédire les fuites en comparant les pressions et les débits observés et modélisés.

Pouvez-vous toujours tirer de la valeur de votre modèle hydraulique même s’il n’est pas précis à 100 % ?

Même si un modèle hydraulique n’est pas parfait, il peut tout de même apporter une valeur substantielle. Comme l’a déclaré le Dr George Box : « Tous les modèles sont erronés, mais certains modèles sont utiles. » C’est là que réside l’intérêt de lier les modèles avec le SCADA. La comparaison continue entre les prédictions du modèle et les données SCADA en temps réel favorise une compréhension approfondie des incertitudes et des hypothèses du modèle. Il s’agit d’une relation symbiotique dans laquelle le SCADA affine non seulement la précision du modèle, mais nous fait également prendre conscience de ses limites.

Nous pouvons également acquérir une compréhension suffisante de l’incertitude pour prendre des décisions avec un modèle imparfait. De plus, nous pouvons relier les modèles à l’IA ou effectuer des simulations de Monte-Carlo, ce qui implique de reconnaître notre connaissance limitée de toutes les entrées et d’expérimenter à la place divers scénarios d’entrée pour observer un large éventail de résultats possibles.

Par exemple, lorsque nous examinons les conditions initiales et aux limites, le modèle s’adapte aux données SCADA, en tenant compte de l’état et des règles de la pompe, même lorsque les opérateurs apportent des modifications. Cette adaptation en temps réel garantit que le modèle reflète le comportement actuel du système, y compris les changements de pompe initiés par l’opérateur. Le SCADA permet également de saisir avec précision les niveaux des réservoirs afin d’établir un point de départ précis pour la simulation.

Deuxièmement, considérons la validation du modèle qui consiste à comparer les sorties du modèle avec les conditions réelles du système. Lorsque nous comparons les prédictions du modèle avec les données réelles de SCADA, nous obtenons une image claire de la mesure dans laquelle le modèle s’aligne sur le comportement du système. Si des disparités apparaissent et que les prédictions du modèle commencent à s’écarter, cette divergence pourrait signaler la nécessité d’affiner le modèle ou, plus intéressant encore, de réévaluer la compréhension du système lui-même.

Le recalibrage du modèle, qui se produit lorsque le modèle et le système réel divergent de manière significative, peut également être amélioré. Parfois, le modèle lui-même peut rencontrer des difficultés pour suivre le rythme. Par exemple, les changements dans les demandes – une variable dynamique dans le modèle – pourraient échapper aux intrants, ce qui entraînerait des divergences. Mais, en reliant le modèle au SCADA, nous pouvons intégrer des données de demande en temps réel dans le modèle, en veillant à ce que le modèle reste synchronisé avec le comportement du système.

Cependant, la divergence n’est pas toujours la faute du modèle. Parfois, le système lui-même évolue de manière inattendue. Par exemple, des anomalies réelles telles qu’une vanne fermée qui ne devrait pas être fermée ou une pompe dont les performances diminuent progressivement peuvent fausser les disparités supposées entre le modèle et la réalité. En utilisant les données SCADA pour comparer les prédictions du modèle avec les performances réelles du système, nous pouvons non seulement affiner le modèle, mais aussi obtenir des informations sur le comportement du système et améliorer notre compréhension.

Comment les ingénieurs, les modélisateurs et les opérateurs tirent parti de l’intégration des modèles avec SCADA et collaborent plus efficacement

Les ingénieurs, les modélisateurs et les opérateurs bénéficient tous des avantages de l’intégration entre les modèles hydrauliques et le SCADA, et tous contribuent à garantir une approche collaborative pour une gestion réussie des services publics.

Génie

Les ingénieurs fournissent les données d’entrée cruciales, les informations sur les actifs et les tailles de tuyaux qui sont vitales pour la construction de modèles hydrauliques. En retour, ils récoltent les fruits d’une utilisation accrue des données, ce qui signifie également qu’ils peuvent justifier d’investir dans des systèmes SIG utilisés dans le jumeau numérique. Grâce à ce jumeau numérique, les ingénieurs acquièrent une meilleure capacité à identifier les problèmes au sein du système.

Mais l’impact le plus convaincant des ingénieurs est peut-être dans le domaine de la justification du projet. Lorsque les ingénieurs proposent de nouveaux projets, comme la construction d’un pipeline, la présence d’un jumeau en temps réel facilite l’obtention des approbations de projet. Armés d’un jumeau numérique qui peut aider à démontrer comment le projet proposé maintient la résilience du système et assure la continuité de l’approvisionnement, les ingénieurs sont bien mieux placés pour obtenir le feu vert pour les projets.

Modélisateurs

Les modélisateurs sont les experts qui fournissent le modèle lui-même. En raison du fait que le modèle fait partie intégrante de l’écosystème du jumeau numérique, les modélisateurs sont récompensés par un modèle qui n’est pas seulement créé, mais également utilisé. Cela encourage également de nouveaux investissements dans le perfectionnement et l’amélioration du modèle.

En retour, les modélisateurs bénéficient de mises à jour et de recalibrages automatisés, ce qui garantit que le modèle continue d’évoluer pour refléter le système avec une précision croissante. Cependant, ils aident également à repérer les écarts qui révèlent des problèmes de fonctionnement du système ou des incohérences de données, ce qui entraîne à son tour les ajustements et les améliorations nécessaires. En fin de compte, les modélisateurs fournissent non seulement le modèle, mais alimentent également un processus d’amélioration continue et de compréhension de la dynamique du monde réel.

Opérateurs

Les opérateurs jouent un rôle crucial dans la fourniture d’un système SCADA inestimable qui sert de base aux données en temps réel. En conséquence, ils constatent une augmentation significative de l’utilisation des données SCADA.

Cependant, leur impact va encore plus loin. Les opérateurs libèrent tout le potentiel des outils d’analyse prédictive, alimentés par les données SCADA, qui offrent des perspectives proactives sur le comportement du système qui permettent aux opérateurs de prendre des décisions éclairées et d’améliorer les performances du système.

En fin de compte, cette interaction dynamique entre les ingénieurs, les modélisateurs, les opérateurs et les jumeaux numériques façonne un avenir où les informations basées sur les données et les efforts collaboratifs garantissent le fonctionnement efficace et résilient des services publics de l’eau.

Qatium Experts

Saša Tomič, responsable de l’eau numérique chez Burns & McDonnell, est conseiller chez Qatium. Qatium est co-créé avec des experts et des leaders d’opinion de l’industrie de l’eau. Nous créons du contenu pour aider les services publics de toutes tailles à faire face aux défis actuels et futurs. Saša est l’un des nombreux experts que nous co-créons avec Qatium.