Faciles à mettre en oeuvre et à programmer, toujours plus puis¬sants, plus communicants et moins chers, les automates program¬mables peuvent gérer toutes les phases du traitement de l'eau et bien plus encore? Avec les outils de télégestion qui gagnent en per¬formances tout en restant simples d'emploi, ils aident les exploitants à sécuriser les process, à respecter les normes de qualité, la conti¬nuité du service et à optimiser la conduite des procédés.
C’est le plus souvent à l’occasion de la remise à niveau d'une usine de production d'eau potable, d’une station d’épuration, d'un ouvrage déporté ou de l'instrumentation d'un réseau de distribution ou de collecte que les automatismes pénètrent le monde de l'eau. Ces dernières années, les avancées les plus importantes sont venues des automates programmables qui ont per-
Mais l’éclatement des tâches de gestion, de contrôle et de régulation et la répartition de l’intelligence au niveau des procédés alors qu’auparavant, l’automatisation centralisée pilotée par SNCC (Système numérique de contrôle-commande) avait tendance à prévaloir, notamment sur les grands sites de traitement de l’eau.
Les automates programmables sont aujourd’hui capables de gérer toutes les phases du traitement de l'eau et bien plus encore. Connectés à une kyrielle de capteurs disséminés au sein des ouvrages, ils assurent la gestion des actionneurs, effectuent la totalisation des débits et le cumul des heures de fonctionnement de chaque équipement. Ils génèrent des alarmes lorsqu’ils détectent des situations anormales et récupèrent des informations en provenance des process qu’ils peuvent transmettre directement ou via des postes locaux de télégestion aux postes centraux de supervision.
Sur le marché des automatismes, les intervenants sont nombreux. ABB, Emerson, Yokogawa, Omron, Siemens, Schneider Electric, Crouzet Automatismes, Phoenix Contact, Rockwell Automation, IP Systèmes ou encore PL Systems, proposent une large gamme d’automates programmables industriels (API) tandis que d’autres fabricants comme Westermo, Schneider Electric ou encore eWon proposent des équipements capables de fédérer et d’harmoniser un parc hétérogène d’API tout en interconnectant l’ensemble à des systèmes de télégestion développés en France par Lacroix-Sofrel, Perax, Wit ou Jirums.
Des intégrateurs tels Actemium, ETDE, Ondeo Systems ou IP Systèmes sont spécialisés dans la conception, l’installation et la mise en œuvre de ces équipements au cœur des procédés et des systèmes de contrôle-commande des ouvrages de gestion de l’eau pour optimiser et sécuriser les process.
Omron
Une large gamme d’automates pour des applications simples à complexes
Plus simples à mettre en œuvre et à programmer, plus performants, plus communicants, moins chers, les automates programmables peuvent gérer toutes les phases du traitement de l’eau. Ils sont programmés pour effectuer des opérations cycliques. Les données reçues par leurs entrées sont traitées par un programme approprié avant que le résultat obtenu ne soit délivré par leurs sorties.
Sur les applications simples de traitement de l'eau, notamment au sein des petites unités fonctionnelles décentralisées, des micro-automates ou automates compacts peuvent être mis en œuvre au plus près des équipements. Leurs avantages ? Un gain de place du fait de leur faible encombrement, des coûts de câblage réduits (nombre d’entrées/sorties limité) et des fonctionnalités largement suffisantes au regard des besoins requis. « Les automatismes compacts ont tellement progressé ces dernières années qu’ils offrent un niveau de puissance assez proche des automatismes haut de gamme, explique Olivier Vallée, responsable de l’activité Process Control chez Rockwell Automation. Moins chers à l'achat, ils sont aussi moins chers à installer et à maintenir et sont bien souvent suffisamment puissants pour assurer les automatismes d’une usine de production d'eau potable ou d'une station d’épuration, y compris lorsqu’il s'agit de mettre en place une régulation prédictive pour économiser les floculants ou développer des algorithmes complexes ».
Chez Omron, le CP1L propose la compacité d'un micro-API associée aux capacités d'un API modulaire. Il dispose de toutes les fonctionnalités nécessaires au contrôle des équipements ainsi qu’un port Ethernet intégré avec fonctionnalité de services socket pour offrir une connectivité flexible à des fins de surveillance, de commande, de consignation des données et d’accès à distance.
Chez Siemens, le Simatic S7-200, puissant, communicant et modulaire, est très présent dans les usines de production d'eau potable, les stations d’épuration ou les ouvrages déportés. Les systèmes de conduite de processus Simatic PCS 7 ou Simatic WinCC permettent de regrouper dans un même système l’automatisation d’installations centrales et la supervision d’unités réparties. Ces systèmes assurent la conduite et la supervision des équipements et des installations à partir d’un poste de conduite commun, de même que leur configuration à l'aide d'un même système d’ingénierie.
Chez Wago, l’automate 750-88x, avec sa gamme d’entrées-sorties Wago-I/O-System (comprenant plus de 400 types de modules différents), permet de s’adapter à tout type de signaux et d’interfaces de communication comme le Hart ou des interfaces radio pour la télérelève et le télé-pilotage. Wago propose par exemple des solutions intégrant des vannes radio auto-alimentées, capables de fonctionner en autonome sur plage horaire, mais aussi, lorsqu’elles sont reliées à un compteur d'eau, capables d’assurer des fonctions de détection de fuite ou de rupture de canalisation. Elles fonctionnent alors comme un disjoncteur d’eau et assurent une mise en sécurité tout en évitant des dégâts des eaux. De plus, ces vannes disposent de capteurs de température et peuvent prévenir en cas de gel et, par exemple, assurer l'ouverture d'un circuit pour éviter la rupture de canalisation. Les solutions Wago sont installées par exemple pour approvisionner en eau les fontaines du château de Versailles, ce qui a généré des économies conséquentes en eau potable.
Autres équipements bien positionnés sur les applications simples, notamment en traitement de l'eau : le Millenium 3 de Crouzet Automatismes et l’ILC 150 ETH de Phoenix Contact. La dernière génération des micro-automates Millenium 3, faciles à programmer, est capable de communiquer par modem ou réseaux, avec possibilité de supervision web voire de gestion à distance, et intègre une large gamme d’accessoires tels que des afficheurs, écrans tactiles, écran virtuel sur smartphone, capteurs, alimentations, etc.
Quant à la gamme ILC1xx de Phoenix Contact, elle séduit grâce à sa vitesse de traitement (90 µs pour 1 000 instructions, types de données bit), son interface Ethernet, son serveur web intégré qui peut être utilisé avec tous les navigateurs standards et permet une visualisation indépendante du système d’exploitation, sans connaissance de Java. En outre, la gamme ILC1xx prend en charge un grand nombre de protocoles comme FTP, SNTP, SNMP, SMTP, SQL, MySQL, et de nombreuses bibliothèques fonctions comme régulation, télégestion, gestion d’énergie… Comme le souligne Alain Coville, Responsable Activité Eau et Déchets, « Phoenix Contact… »
Schneider Electric propose le Modicon 340, un automate programmable polyvalent conçu pour les applications simples, les applications procédés infrastructures ainsi que la gestion technique centralisée. Il s’adapte à trois architectures : compacte, modulaire ou distribuée. Le Modicon 340 se situe au cœur du système évolutif et collaboratif PlantStruxure™ développé par Schneider Electric pour permettre aux exploitants de piloter leurs process et d’optimiser leurs consommations énergétiques, le tout dans un environnement unique. Il permet ainsi de regrouper les informations en provenance des procédés pour optimiser la consommation énergétique, depuis chaque équipement jusqu’au niveau de l’exploitation en passant par chacune des filières qui la composent. Schneider Electric a d’ailleurs récemment signé un partenariat avec Krohne en vue de fournir une offre complète associant PlantStruxure™ avec la gamme d’appareils de Krohne en mesure de débit, niveau, pression, température et analyse pour permettre aux industriels d’obtenir un meilleur rendement énergétique.
Dans le domaine de l’eau, l’absence d’interruption des processus est essentielle. Phoenix Contact garantit le fonctionnement en continu des automatismes avec de nouveaux automates Profinet redondants. Les bases pour établir un système stable sont la mise en place d’une architecture qui garantit un temps de commutation évitant la mise en défaut du processus qu’il gère. Phoenix Contact propose aujourd’hui une solution d’automates redondants sur Profinet. La structure de cette solution est simple :
- - Connecter simplement deux automates redondants RFC 460R PN3 TX via la connexion synchronisée fibre optique.
- - Pour cela, choisir entre différents adaptateurs optiques SFP avant de déterminer la distance entre les deux automates redondants. La solution convient jusqu’à 80 km !
Rockwell Automation développe également une offre orientée solutions plutôt que produits. « Dans le cadre d’une approche globale, nous développons des solutions qui répondent à des applications métiers dans lesquelles nous intégrons les composants nécessaires tels que des automates, des variateurs de fréquence, une supervision, etc., tout ceci au sein d’une architecture unique basée sur Ethernet/IP » explique Olivier Vallée. Dans le cadre d’un partenariat noué en 2004 avec Endress+Hauser, Rockwell Automation a développé des bibliothèques métiers dédiées au domaine de l’eau associant aux équipements d’automatismes l’ensemble de l’instrumentation de process. « Ce partenariat permet aux clients de bénéficier de solutions pré-configurées, pré-testées, avec support technique et maintenance, combinant une instrumentation avancée, des logiciels et des systèmes de commande intégrés » souligne Olivier Vallée. « Aujourd’hui, les architectures développées intègrent désormais de manière plug and play les premiers débitmètres du marché pouvant se connecter à un réseau Ethernet/IP développés par Endress+Hauser. Il suffit de les brancher et toutes les informations sont automatiquement disponibles ». L’association des équipements d’automatismes et de l’instrumentation de process dans le cadre d’un logiciel d’Asset Management a par exemple été mise en œuvre sur la station d’épuration de Bruxelles (1,1 MEH).
Plus haut en gamme en matière d’API, les progrès concernent essentiellement le nombre d’entrées/sorties, la vitesse de traitement, la communication et les fonctionnalités avancées qu’ils intègrent. Bien au-delà des micro-automates dédiés à des tâches simples telles que la détection de seuils d’alerte (signal tout ou rien), les automates séquentiels et multiparamétriques sont par exemple dotés de fonctions bien plus élaborées comme la réalisation de dosages ou d’analyses chimiques. Ces outils, capables d’effectuer rapidement des analyses physico-chimiques de routine, sont couramment utilisés au sein des grandes usines de production d’eau potable ou en station d’épuration pour le suivi notamment des analyses de nitrates, nitrites, chlorures, calcium, fer, silice, etc. Ils pourraient être rapidement concurrencés par le développement de la connectivité Ethernet/IP directement au sein des capteurs.
Des outils devenus ultra-communicants
Les fonctions des automates se sont diversifiées et leurs capacités de communication n’ont plus grand-chose à voir avec ce qu’elles étaient il y a seulement quelques années. Leur mise en réseau s’est généralisée, facilitant le transfert de masses de données de plus en plus importantes.
Dernièrement, l’arrivée d’Ethernet a bouleversé le dialogue entre automates en banalisant la réalisation de diagnostic, la maintenance et la programmation à distance. Ce progrès lié à l’aspect multi-protocoles d’Internet évite le déplacement de techniciens sur des installations distantes en cas de dysfonctionnement. D’où gain de temps et d’argent. Alors que les fabricants d’automates proposent dans leurs offres des processeurs de communication permettant l’intégration directe des appareils dans Industrial Ethernet, Westermo, propose de son côté des solutions permettant le transit de toutes sortes de communications numériques (liaisons séries/Bus de terrain – Profibus – Mbus/Ethernet) au travers de nombreux supports (liaison RTC/liaisons privées/ADSL/2G-3G/SHDSL/Ethernet/Fibre optique mono ou multi-modes/Radio, etc.).
La société suédoise, spécialisée dans la fabrication et la commercialisation de systèmes de communication industrielle en environnement sévère (fortes variations de température, d’humidité, etc.) propose en particulier des prolongateurs Ethernet permettant de réutiliser d’anciens câbles (téléphoniques, etc.) pour passer des réseaux Ethernet selon la technologie SHDSL. « De tels outils représentent un gain énorme en terme d’investissement pour l’exploitant qui n’a pas besoin d’installer un réseau de fibre optique pour mettre son installation sur Ethernet, » souligne Xavier Meunier, Responsable commercial chez Westermo. « Ils répondent à une vraie problématique sur le terrain, celle des infrastructures vieillissantes qui elles aussi veulent utiliser Ethernet. »
Westermo a dernièrement implanté un réseau Ethernet de ce type sur la station de Saint-Malo exploitée par Veolia Eau. La société propose également des Switch facilitant les interconnexions entre process. « Sur la station d’épuration de Grésillons à Triel-sur-Seine (78), nous avons fourni une centaine de Switch Ethernet industriel permettant l’interconnexion des différents automates sur le process. Nous installons également beaucoup de systèmes pour interconnecter les stations d’épuration via des lignes ADSL. Lorsque les distances sont importantes, nous fournissons également des systèmes radio. » Plus de 100 prolongateurs Ethernet DDW-100 ainsi qu’une quinzaine de switchs Ethernet R208 également fournis par Westermo ont été récemment installés pour le compte de la Société des Eaux de l’Est pour gérer les informations provenant des 65 forages d’eau de la commune de Saint Avold (57). Un réseau Ethernet en anneau redondant, reliant des sites à des distances allant jusque 20 km, a ainsi été installé !
Les solutions de communication permettant de relier les automates aux outils de centralisation sont multiples. Schneider Electric vient par exemple de lancer OptiM2M, une solution Cloud de surveillance à distance de parcs de machines ou d’équipements répartis sur plusieurs sites. L’accès à distance aux équipements via la solution OptiM2M, permet de récupérer des données partout et à tout moment, grâce à la connectivité GPRS incluse dans l’offre. Les exploitants bénéficient ainsi d’une surveillance de leurs équipements et de diagnostics de panne qui permet de réduire considérablement les coûts d’intervention.
L’hétérogénéité d’un parc d’API n’est même plus un obstacle. Grâce à sa passerelle transparente, les solutions proposées par eWon permettent d’interfacer n’importe quel API ou dispositif d’automatisation série et Ethernet à des logiciels et à des plates-formes Ethernet : serveurs OPC, postes de travail avec logiciel de programmation d’API… etc. Ces solutions ouvrent la voie à de nombreuses applications dans les domaines de la télémaintenance, télégestion et télérelève. Elles sont particulièrement intéressantes lorsqu’il faut rationaliser l’exploitation et la maintenance d’un site comportant de nombreux équipements d’automatisation, a fortiori lorsqu’ils sont hétérogènes.
La télégestion : des fonctions métiers
En matière d’automatismes, les outils de télégestion, parce qu’ils ont été développés, en grande partie pour le domaine de l’eau, bénéficient d’une antériorité qui leur confère d’indéniables atouts. Après s’être un temps cantonné à la surveillance et au contrôle à distance des installations, ils ont eux aussi évolué vers plus de communication, plus de fonctions de gestion et de process. À tel point qu’ils intègrent des fonctions métiers qui permettent aujourd’hui aux exploitants d’automatiser très facilement leurs installations grâce à un atelier de développement d’automatismes personnalisés, et tout ceci très souvent en ligne…
Visualiser l'état des process n'importe où et n'importe quand via un Smartphone ou une tablette
Les solutions proposées par eWON permettent d'interfacer n'importe quel API ou dispositif d'automatisation série et Ethernet à des logiciels et à des plateformes Ethernet : serveurs OPC, postes de travail avec logiciel de programmation d'API... etc. Ces solutions, intéressantes lorsqu'il faut rationaliser l'exploitation et la maintenance d'un site comportant de nombreux équipements d'automatisation, ouvrent la voie à de nombreuses applications dans les domaines de la télémaintenance, télégestion et des automatismes.
M2Web est une toute nouvelle solution qui permet de visualiser rapidement et directement l'état des variables de sa machine distante via un simple navigateur connecté à Talk2M (talk to machine), une méthode intelligente d'accès distant basée sur le Web qui permet de dialoguer avec les machines et les sites distants en toute sécurité. « C'est une application qui sera très utile pour nos clients, les constructeurs de machines mais également pour leurs clients finaux », souligne Serge Bassem, CEO d'eWON. « Aujourd'hui, il est déjà possible pour un client d'un constructeur de machines d'avoir accès à certaines données du routeur eWON via Talk2M. Cela implique toutefois qu'il ait installé notre logiciel client eCatcher au préalable sur son PC Windows », poursuit Pierre Crokaert, CTO et cofondateur d'eWON. « Avec M2Web, aucune installation ne sera requise. C'est une nouvelle manière d'accéder à Talk2M ; la connexion se fait directement grâce à un navigateur internet ». M2Web est bien entendu compatible avec les navigateurs les plus courants. L'autre avantage important de cette innovation réside dans le fait qu'eWON se rend désormais entièrement compatible avec le monde mobile. Pour les constructeurs de machines et leurs clients, il est souvent impératif d'avoir un accès rapide aux variables des API et cela peu importe l'endroit où ils se trouvent. Grâce à M2Web, les utilisateurs auront maintenant la possibilité de visualiser l'état de leurs machines via un smartphone ou une tablette. « Par exemple, avec une simple connexion wifi, il sera désormais possible de visualiser les pages web du routeur eWON, voire celles de l'IHM (panel opérateur) même. C'est un avantage considérable tant du point de vue de la réactivité que de la rapidité d'accès à distance », concluent Serge Bassem et Pierre Crokaert.
Chez Lacroix Sofrel, la gamme S500 composée de postes locaux S510, S530 et S550 propose des solutions avancées en matière d'automatismes. « Elle permet à bien des exploitants d'éviter la mise en œuvre plus complète d'automates industriels », indique Benoît Quinquenel, chez Lacroix Sofrel. « Un outil tel que le S500 permet de dialoguer avec les automates et de collecter leurs informations avant de les transmettre au poste central. Il est alors utilisé en relais de communication des automates ». Mais pour les stations de moins de 3 000 EH, le S500 est aussi capable de contrôler tout le process épuratoire comme un automate le ferait sur un site plus important. « Bien au-delà d'un poste de télégestion, on peut alors parler d'un automate de télégestion », avertit Benoît Quinquenel. « Grâce à une configuration intuitive et des fonctions métier intégrées, cet outil permet à des collectivités d'être autonomes et de concevoir librement leurs propres automatismes ». Ce qui ne les empêche pas, si elles le souhaitent, de faire appel à des intégrateurs.
En complément de ses fonctions de télégestion, le S550 dispose en option d'un module d'automatismes programmable très complet. Ainsi, le syndicat mixte du Lac d'Annecy qui exploite 7 stations d'épuration et 81 postes de relevage s'est équipé de S550 pour remplacer des automates programmables qui communiquaient en radio puis en RTC. Chacun des postes de relevage a été équipé d'un S550 doté de la fonction « application Poste de Relevage » et du module d'automatisme complémentaire.
La transmission se fait par liaison ADSL (via carte Ethernet du S550 raccordée à un modem externe ADSL) avec secours par modem RTC en cas de problème. Afin de réduire le nombre d'adresses IP fixes, le poste central a été doté d'une adresse IP unique. Ce sont les S550 qui envoient un message demandant l'ouverture d'un tunnel IP sécurisé. On parvient ainsi à avoir 81 tunnels (VPN) ouverts en permanence. Les S550 envoient une trame toutes les minutes afin de s'assurer de la bonne communication du tunnel. Si la liaison ADSL est coupée, le S550 bascule automatiquement en RTC afin de sécuriser les renvois d'alarmes. « Grâce au module d'automatisme ST du S550, il a été possible de réaliser des fonctions qui auraient nécessité de recourir à un automate programmable complémentaire », souligne Benoît Quinquenel. En plus de la gestion des alarmes, chaque S550 assure l'automatisme du poste de relevage : gestion des temps de marche des pompes et des permutations, commande par sonde piézoélectrique, secours électromécanique en cas de défaut, gestion « anti anneau de graisse », commande agitateur, etc. Chaque S550 effectue les calculs des débits entrants, des volumes pompés ainsi que les bilans de marche des pompes, des temps de pompage, etc. Ainsi, l'automate de télégestion répond à l'ensemble des besoins de l'exploitant et lui permet, grâce à une bonne connaissance du fonctionnement de son réseau, de répondre aux exigences réglementaires auxquelles il est astreint.
Chez Perax, c'est le P400XI qui permet, à distance, d'automatiser, surveiller et gérer les installations techniques. Il repose sur une architecture modulaire de 1 à 8 racks, de 4 cartes enfichables reliées par bus RS485.
et en option d’un afficheur 4 lignes de 20 caractères relié sur le même bus. Il est évolutif jusqu’à une capacité d’acquisition de 1500 variables et permet l’envoi d’alarmes ou de données par email, SMS, fax ou vocal. Il peut être intégré dans une architecture intranet/internet et son fonctionnement multiprotocole permet de le raccorder à de nombreux équipements : automates, compteurs, capteurs, régulateurs, etc. L’outil de paramétrage développé sous Windows permet de réaliser la configuration hors ligne de façon simple et intuitive puis de la télécharger en local ou à distance. En option, le P400Xi peut être équipé d’un afficheur et clavier interactif déporté, d’interfaces compteur EDF, de lecteurs de clé sans contacts.
Oxygène, turbidité, matières en suspension, pH, redox, température, conductivité, le P400Xi peut gérer jusqu’à 248 capteurs pour surveiller la qualité de l’eau avec les sondes numériques optiques Ponsel (Groupe Aqualabo également).
Wit développe de son côté son automate e@sy qui intègre en option un générateur de scripts permettant à l’exploitant de programmer ses propres automatismes en langage évolué. Sans compilation, en ligne et avec un simple navigateur, il devient possible de paramétrer de puissantes fonctions d’automatisme en faisant évoluer l’installation : automatisme de réaction et de sécurité, interactivité entre les données, personnalisation d’actions en chaîne... etc.
« La particularité d’e@sy, en plus des fonctions de télégestion et d’automatismes classiques, est de fournir un tableau de bord permettant de conduire les actions d’économie et de maîtrise de l’eau (mesure d’indicateurs de qualité, détection de fuites, surveillance de niveaux, contrôle de l’impact des actions entreprises, optimisation de process...) mais aussi de maîtriser les consommations énergétiques des sites », explique Paul Raad, Responsable des Ventes chez Wit. « Comme tous les secteurs, le domaine de l’eau n’échappe pas à la contrainte de mieux consommer. Nos fonctions d’optimisation des process garantissent une exploitation plus rationnelle et plus économe en énergie : remplissage de réservoir en heures creuses, commande de pompes à débit variable... »
E@sy équipe et pilote par exemple l’ensemble des process de la station d’épuration biologique de l’usine agroalimentaire Hénaff, ce qui permet à l’exploitant de visualiser et d’agir sur la conduite de la station en temps réel via un simple navigateur web. À noter que la compatibilité d’e@sy avec les autres produits de la gamme Wit permet de rendre interactives les installations, d’automatiser des actions prédéfinies entre sites distants et de transférer des données sans paramétrage supplémentaire.
