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Décentraliser les automatismes pour gagner en simplicité et en flexibilité

28 decembre 2016 Paru dans le N°397 à la page 85 ( mots)
Rédigé par : Jacques-olivier BARUCH

La décentralisation des automatismes qui consiste à déporter les entrées/sorties au plus près des équipements pour abaisser les coûts de raccordement électrique, simplifier la mise en route, gagner en flexibilité et en facilité d’exploitation permet aux exploitants de réaliser de grosses économies. Cette solution s’impose naturellement sur les exploitations composées d’un nombre important de sous-ensembles ou d’E/S sur un territoire, même si l’approche centralisée reste privilégiée pour les petites installations mettant en oeuvre des équipements isolés ou un nombre limité d’entrées/sorties. Quelle que soit l’architecture choisie, des sous-ensembles d’automatismes complets, prêts à être installés et intégrant les fonctions de pilotage, de mesure et de diagnostic sont aujourd’hui proposés aux exploitants.

Le secteur de l’eau est entré dans le monde 4.0. En effet, là aussi les différents outils savent aujourd’hui communiquer. Les fabricants d’automatismes qui suivent ce marché de près tels Schneider Electric, Crouzet Automation, Pilz, Faure Technologies, Festo, Apilog Automation ou PL Systems Unitronics innovent en ce sens. 

Plus besoin de concentrer les équipements dans un seul outil. La tendance n’est plus à proposer des gros systèmes d’automatismes centraux mais des sous-ensembles décentralisés et reliés les uns aux autres. 

L’idée est d’abord le fruit des nouvelles possibilités de communication entre les différents instruments que les fabricants d’automatismes intègrent toujours plus vite. 

Les solutions bus de terrain ont rapidement permis de décentraliser les fonctions d’automatisme
au plus près des équipements, en générant des économies importantes et des gains de temps en
phase de mise en oeuvre.

Il faut dire que la solution qui consiste à construire des systèmes d’automatismes dédiés à chaque fonction présente de nombreux avantages.




Développer des automatismes adaptés à chaque fonction

Tout d’abord, le client étant roi, les responsables et les exploitants des ouvrages de gestion de l’eau veulent pouvoir répondre à une demande évolutive qui peut s’avérer rapidement dépassée. 

http://www.wago.fr//


Indépendance et flexibilité comme principes directeurs

L’automatisation décentralisée apporte une solution flexible partout où il est possible de scinder les processus ou installations complexes en petites tâches indépendantes.

La programmation, la mise en service et la maintenance deviennent plus faciles, moins sujettes aux risques d’erreurs et plus économiques.

Ces solutions réparties reposent largement sur les systèmes d’E/S modulaires capables de traiter les signaux décentralisés : commande de mouvements, mesures de températures, de vitesses, acquisition de courants et tensions…. Etc.

Ces modules proposés par Weidmuller, Moeller, Crouzet Automation, Wago ou Lenze permettent de réaliser des applications flexibles à haute disponibilité, indépendantes les unes des autres en n’acquérant que les fonctions dont réellement nécessaires.

Les passerelles permettent de raccorder les modules d’E/S indépendamment du bus de terrain utilisé.


C’est vrai en eau potable, en eaux usées et plus encore dans le domaine des eaux industrielles. « Les secteurs pharmaceutique ou cosmétique doivent aujourd’hui proposer des produits customisés qui ne sont sur le marché que depuis quelques années ou moins, analyse Laurent Damain, chef des ventes en process automation chez Festo. Il leur faut des lignes de production malléables et ajustables ». Ainsi avec des sous-ensembles d’automatismes modulables, ils peuvent s’adapter facilement à différents types de besoins et qualités d’eau qui varient d’un produit à l’autre. Le principe est simple : au lieu d’un gros système, les automatismes sont conçus pour chaque fonction. Les fabricants d’automatismes conçoivent pour l’exploitant le sous-ensemble adapté à son besoin. Ce n’est donc pas une gamme, mais un ensemble de produits connectés qu’ils mettent à disposition.

Grâce à leur conception modulable et fl exible, les automates s’intègrent bien
dans les architectures de communication modernes.

Plutôt qu’un supercontrôleur, on préférera des mini-contrôleurs qui vont dialoguer entre eux et faire remonter les données.

Les grosses installations vont privilégier les automatismes dispersés, tandis que les petites vont les regrouper au sein d’un ensemble modulaire et évolutif.

Les deux concepts permettent de réaliser des applications sur-mesure, ouvertes aux besoins futurs. Grâce à leur conception modulable et flexible, les automates s’intègrent bien dans les architectures de communication modernes. 

L’accès via Ethernet, indispensable à de nombreuses applications, sert d’une part à une communication efficace entre automates et d’autre part aux échanges de données avec des systèmes de conduite de hiérarchie supérieure au moyen de standards de communication comme OPC.

Chaque produit est en mesure d’effectuer de façon isolée l’automatisme d’une partie de l’installation si ce n’est de tout l’ensemble. 

Ils peuvent par exemple ne gérer que l’ensemble des fonctionnalités d’un poste de relevage ou d’une station d’épuration.

Leur configuration se fait sur PC avec des logiciels adaptés. Tous possèdent des systèmes de visualisation par écran et des liaisons soit filaires, fibre optique ou radio. Elles permettent de transmettre les données à un poste central de télégestion ou bien à faire communiquer les différents postes d’automatismes.

Le mixte centralisé/décentralisé, soit la dispersion des points de mesures et de commandes, impacte les offres des spécialistes de la télégestion ou des frontaux de communication.

Indépendamment de garantir l’indépendance du parc matériels vis-à-vis des couches applicatives métier, Technilog a vu l’évolution de sa plateforme d’acquisition de données passer en quelques années d’un modèle propageant des fonctions de contrôle commande centralisées vers des solutions permettant d’unifier les données locales à destination d’applications nationales (Ex : Machine Learning pour la maintenance prédictive et le décisionnel métier). Par ailleurs, ce nouveau modèle a nécessité l’implémentation de processus dédiée à la détection d’attaques de cybersécurité.


Atlantique Industrie propose des solutions complètes
d’automatismes, de régulation et de télégestion
incluant la fourniture d’armoires électriques et le
câblage des installations ainsi que la création et la
mise en place des programmes d’automatismes.

La plateforme d’agrégation de Technilog est un point de passage par lequel transite différents flux de données (Bus locaux, IP, RTC, Radio via les Backend LoRa et Sigfox) et a nécessité des jointures avec des offres de sécurité spécialisées dans le traitement d’attaques ciblées (Ex : SIEM de l’éditeur de sécurité CS).

Chez Festo, le même protocole OPC UA (United Architecture) de la fondation OPC est une trame commune à chaque module.

Les postes locaux S510 et S530 de Lacroix Sofrel sont dotés d’une fonction “intersites” qui leur permettent de dialoguer. « Par exemple, lorsque le seuil de niveau bas est atteint, un réservoir va entrer en communication avec la station de pompage chargée de son remplissage. Un autre poste local se charge donc du process de pompage dans la station, avec éventuellement une temporisation pour favoriser la mise en action des moteurs pendant les tranches de tarification électrique les moins chères », explique Benoît Quinquenel, chez Lacroix-Sofrel. Même si la chaîne de commandement est ainsi automatisée, il est toutefois possible de se connecter à distance pour modifier un paramétrage ou actionner manuellement un moteur. 


Faire évoluer l’existant

L’autre tendance notée par les fabricants est celle qui tend à faire grossir les équipements existants. L’idée est alors de toujours proposer des sous-ensembles indépendants mais de les assembler en modules, ce qui permet de procéder par étape au sein d’un même outil d’automatisme. 

Ifm electronic promeut activement les solutions reposant sur le réseau AS-i, particulièrement bien adaptées aux process du traitement des eaux et aux installations très étendues. Simple, non-propriétaire et ouvert, il permet de diminuer le nombre de câbles nécessaires à l’utilisation
d’un grand nombre d’actionneurs et de capteurs de terrain, quelle qu’en soit la marque et l’origine.

Pour le traitement des eaux usées, Atlantique Industrie propose ainsi deux packs, le deuxième étant une évolution du premier. 

Le pack de base gère les défauts de l’équipement (basse pression, palpeur d’arrêt activé, blocage), envoie des alertes par SMS, ferme les vannes si besoin et compte les volumes d’eau. Le second est construit sur mesure. Selon le choix de l’exploitant,

il intègre le contrôle des fuites du réseau en fonction du nombre d’équipements en fonctionnement ou des opérations effectuées à distance : consultation des états instantanés, modification des consignes d’exploitation y compris la fermeture des équipements en cas de problème. 

Ce deuxième pack propose aussi la visualisation à distance de la station sous forme de synoptique animé, l’enregistrement des mesures et l’édition de graphiques (niveau, débit, pression, temps de marche des équipements) ou de bilans d’exploitation, de maintenance ou de consommation. C’est une avancée car les remontées d’informations ne sont pas toujours le fort des automates industriels qui sont plus des calculateurs que des communicants.

Unitronics, grâce à sa nouvelle gamme d’automates programmables Unistream, permet de gérer plus de 2000 entrées/sorties déportées via bus propriétaire ou/et bus de terrain (CANopen, Ethernet IP).

Ces possibilités d’évolution concernent l’ensemble des solutions développées parmi les grands de la télégestion dont Lacroix Sofrel, le Groupe Aqualabo avec sa gamme Perax, Schneider Electric ou encore Mios dont les cartes d’entrées/sorties intelligentes MiosCube sont développées avec les toutes dernières technologies sous OS Linux. Raccordées aux cartes unités centrales de la gamme, ces cartes offrent l’ensemble des fonctionnalités nécessaires à une gestion optimale à distance d’installation techniques par l’intermédiaire de modem LoRa/3G/ GPRS. Elles permettent également la réalisation d’automatismes dans des domaines tels que les processus industriels, les chaufferies /climatisations, les réseaux d’eau, les réseaux d’éclairage ou le contrôle d’accès. Les gammes des différents modules d’extension permettent le raccordement d’une multitude de capteurs et d’actionneurs en fonction des besoins du terrain. Par ailleurs, Mios propose le concentrateur Cube LoRa pour le monitoring et le pilotage énergétique.

Les avantages de ces sous-ensembles indépendants, isolés ou regroupés en modules, sont multiples. Relié aux outils de planification, un secteur d’un site peut être mis à disposition ou retiré selon le besoin.

Le système d’automatismes PSS 4000 de Pilz permet une répartition cohérente des fonctions de commande pour une production optimale. Il est possible d’assembler le système d’automatismes PSS 4000 de manière personnalisée en fonction des exigences requises. Il est doté pour cela de systèmes de commande en différentes classes de performance, de nombreux modules d’entrées/
sorties ainsi que d’un logiciel de visualisation et d’un logiciel d’ingénierie.

Le câblage est réduit limitant le risque de panne, comme les délais d’intervention qui sont raccourcis puisqu’ils se font à distance. La compatibilité mécanique et électrique directe avec les entrées/sorties déportées standards développées par Siemens, Rockwell Automation, Wago, Festo ou Phoenix Contact est garantie.

Autre avantage, le besoin en énergie. Quelques fabricants d’automatismes en conçoivent sur batteries, parfois alimentées par panneaux solaires, mais la plupart du temps, les modules sont reliés au réseau. Mais si chacun d’entre eux requiert une alimentation électrique, l’ensemble ne doit pas nécessairement fonctionner tout le temps. Certains postes locaux sont ainsi mis en veille ou à l’arrêt pendant que les autres travaillent. Autant de kilowattheures économisés.


Phoenix Contact et Flowserve rejoignent le programme Open Integration

 

Le programme Open Integration lancé par Endress+Hauser vise à favoriser la coopération entre les fournisseurs de systèmes d’automatismes industriels et les fabricants de composants en bus de terrain en développant des tests pratiques d’interopérabilité dans des systèmes d’automatisation multi-fournisseurs.

Jusqu’à ce jour, huit sociétés faisaient partie de ce programme : AUMA Riester, HIMA Paul Hildebrandt, Honeywell Process Solutions, Mitsubishi Electric, Pepperl+Fuchs, Rockwell Automation, R. Stahl et Schneider Electric. Ils viennent d’être rejoints par Phoenix Contact et Flowserve. 

Bien que les composants en bus de terrains (HART, PROFIBUS, FOUNDATION Fieldbus, EtherNet / IP ou PROFINET) soient rigoureusement testés, il existe encore d’innombrables façons de les combiner et un risque demeure que des problèmes mineurs apparaissent lors de leur déploiement sur site. « Avec le programme Open Integration Partner, nous atténuons ce risque », explique Peter Rippen, Marketing Manager Open Integration chez Endress + Hauser. 

Les partenaires du programme Open Integration vont bien au-delà des méthodes de test traditionnelles en vérifiant la fonctionnalité d’architectures de systèmes spécifiques dans un environnement dédié. « Nous assurons une mise en service et un démarrage rapides et nous économisons aux clients des ressources, du temps et donc de l’argent », explique Peter Rippen. « Cette démarché profite aux clients autant qu’aux fournisseurs d’automatismes, car il est plus pertinent de découvrir tous les problèmes à résoudre ensemble avant que l’équipement ne soit installé et mis en service dans l’usine du client ». 

Phoenix Contact et Flowserve vont apporter des savoir-faire différents en matière d’automatisation, contribuant ainsi à élargir les gammes de produits et de solutions couvertes par le programme Open Integration Partner.

Le fait que les technologies de communication évoluent très vite n’est même plus un obstacle grâce aux passerelles de communication et autres routeurs développés par eWon ou IP Systèmes qui permettent de fédérer des familles d’équipements hétérogènes dans environnements ouverts et évolutifs.

Rockwell Automation facilite la transition vers l’usine intelligente

Les solutions logicielles développées par Rockwell Automation contribuent à réduire le coût et le délai de rentabilisation d'un système de conduite de la production. Ces systèmes permettent à une entreprise de connecter, gérer, valider et optimiser son ou ses processus de fabrication et d'accéder ainsi à la dématérialisation des informations de production.

Jusqu'ici, ces systèmes étaient trop coûteux pour bien des entreprises.

Désormais, les fabricants peuvent choisir parmi les différents modules du système FactoryTalk Production Centre de Rockwell Automation, dont chacun résout un des défis de la production, notamment la qualité, le rendement des machines, le suivi de la production et sa généalogie. La solution peut être déployée pour une seule machine ou un atelier, sans nécessiter d'aménagement coûteux, pour ensuite être étendue à un système MES global à mesure que le retour sur investissement contribue au financement de l'extension. 

La gamme MiosCube de Mios permet de réaliser rapidement et de façon fi able tout projet d’exploitation, d’information,  d’optimisation et de traçabilité exigeant un niveau élevé d’interactivité entre les éléments fixes ou mobiles du terrain (capteurs, automates,... LoRa,3G/LTE, smartphone, lecteur RFID/NFC, interphonie,…) et les organes de supervision fonctionnant sous IP. Véritable fédérateur de communications intelligent, la MiosCube est composée de produits modulaires pour toute application de sécurité et d’optimisation des process.

Le découpage des applications en sous-ensembles permet également d’abaisser les coûts de maintenance qui se limitent à la fraction des applications utilisées.

De même, les postes locaux d’automatismes étant à proximité des lieux qu’ils gèrent, il y a moins besoin de personnels qui font des rondes de surveillance et repèrent des anomalies. Pour Jean-Pierre Murzeau, directeur général d’Atlantique Industrie« la généralisation des automatismes décentralisés permet à l’installateur de garantir à l’exploitant une meilleure gestion des process : contrôle du process (état, gestion des débits et niveaux...), gestion de la maintenance des équipements (maintenance préventive avec alerte...), pilotage et maintenance à distance avec ou sans fil, établissement des journaux et tableaux de bord… et tout ceci en économisant beaucoup de temps. Mais leur mise en oeuvre, comme leur exploitation, nécessite des personnels plus qualifiés qu’ils ne l’étaient auparavant ».

Autre avantage et non des moindres, l’intelligence décentralisée qui fédère les sites techniques isolés ou répartis, comme les réserves de capacité du matériel, peuvent contribuer à améliorer la sécurité de certains ouvrages particulièrement sensibles tels qu’un réservoir ou un réseau d’eau potable, par exemple. De plus, le fait que les sous-unités fonctionnent de manière autonome permet d’augmenter la disponibilité des installations.













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