Diagnostic de systèmes complexes par comparaison de listes d’alarmes : application aux systèmes de contrôle du LHC

Diagnosis of complex systems by comparison of alarm lists : application to LHC control systems

• Auteur / Autrice : Nabil Bouchair
• Direction : Sylvie Charbonnier, Philippe Gayet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique et productique
• Date : Soutenance le 16/04/2014
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Grenoble Images parole signal automatique (2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Bérenguer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvie Charbonnier, Philippe Gayet, Bernard Dubuisson
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Audine Subias, Bernard Riéra

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes échantillonnés

Systèmes complexes

Mots clés libres

Supervision

Diagnostic

Filtrage d'alarmes

Systèmes à évènements discrets

SCADA

Supervision

Diagnosis

Alarm filtering

Discrete event system

SCADA

Résumé

Au CERN (Organisation européenne pour la recherche nucléaire), le contrôle et la supervision du plus grand accélérateur du monde, le LHC (Large Hadron Collider), sont basés sur des solutions industrielles (SCADA). Le LHC est composé de sous-systèmes disposant d’un grand nombre de capteurs et d’actionneurs qui rendent la surveillance de ces équipements un véritable défi pour les opérateurs. Même avec les solutions SCADA actuelles, l’occurrence d’un défaut déclenche de véritables avalanches d’alarmes, rendant le diagnostic de ces systèmes très difficile. Cette thèse propose une méthodologie d’aide au diagnostic à partir de données historiques du système. Les signatures des défauts déjà rencontrés et représentés par les listes d’alarmes qu’ils ont déclenchés sont comparées à la liste d’alarmes du défaut à diagnostiquer. Deux approches sont considérées. Dans la première, l’ordre d’apparition des alarmes n’est pas pris en compte et les listes d’alarmes sont représentées par un vecteur binaire. La comparaison se fait à l’aide d’une distance pondérée. Le poids de chaque alarme est évalué en fonction de son aptitude à caractériser chaque défaut. La seconde approche prend en compte l’ordre d’apparition des alarmes, les listes d’alarmes sont alors représentées sous forme de séquences symboliques. La comparaison entre ces deux séquences se fait à l’aide d’un algorithme dérivé de l’algorithme de Needleman et Wunsch utilisé dans le domaine de la Bio-Informatique. Les deux approches sont testées sur des données artificielles ainsi que sur des données extraites d’un simulateur très réaliste d’un des systèmes du LHC et montrent de bons résultats.

In the context of the CERN Large Hadron Collider (LHC), a large number of control systems have been built based on industrial control and SCADA solutions. Beyond the complexity of these systems, a large number of sensors and actuators are controlled which make the monitoring and diagnostic of these equipment a continuous and real challenge for human operators. Even with the existing SCADA monitoring tools, critical situations prompt alarms avalanches in the supervision that makes diagnostic more difficult. This thesis proposes a decision support methodology based on the use of historical data. Past faults signatures represented by alarm lists are compared with the alarm list of the fault to diagnose using pattern matching methods. Two approaches are considered. In the first one, the order of appearance is not taken into account, the alarm lists are then represented by a binary vector and compared to each other thanks to an original weighted distance. Every alarm is weighted according to its ability to represent correctly every past faults. The second approach takes into account the alarms order and uses a symbolic sequence to represent the faults. The comparison between the sequences is then made by an adapted version of the Needleman and Wunsch algorithm widely used in Bio-Informatic. The two methods are tested on artificial data and on simulated data extracted from a very realistic simulator of one of the CERN system. Both methods show good results.