Réduire les coûts du cycle de vie des usines de traitement d'eau avec les instruments intelligents

Degrémont et OTV dans un document récent ont opportunément rappelé le rôle du système de contrôle/commande dans une usine de traitement de l’eau.

Le contexte

« Le système de contrôle/commande représente pour l’usine ce qu’est le système nerveux d'un être humain.

Perception des sens, actions réflexes, communication avec le système central, actions coordonnées, mémorisation, sont quelques exemples des fonctionnalités du système humain qui retrouvent ces équivalents dans les systèmes de contrôle/commande de l’usine de traitement d'eau.

Ainsi, poursuivant ce parallélisme, le système de contrôle/commande devra être :

• intégré dans l'ensemble de l’usine et capable de piloter et de surveiller tous les équipements électromécaniques installés ;
• cohérent avec les technologies des procédés mis en œuvre et en particulier à la pointe de la technologie ;
• doté d’une sûreté de fonctionnement importante ;
• doté de capacités d’évolution aisées pour suivre les modifications futures de la station.

Les fonctionnalités du système de contrôle/commande ont pour objectifs de réaliser l’exploitation avec le minimum de personnel en réalisant notamment :

• - l'automatisation des équipements qui le nécessitent ;
• - la régulation des process qui le nécessitent ;
• - l'alerte en cas de dysfonctionnement ;
• - la présentation des informations à l'opérateur sous la forme la plus ergonomique possible ;
• - le traitement des décisions de l'opérateur ;
• - la mémorisation des données pertinentes et la gestion de la synthèse ;
• - l'aide à la maintenance des équipements.

Le problème est bien posé sur le plan de l'architecture mais cette architecture sera inutile si le système ne dispose pas d'information précise, fiable, pertinente au moment adéquat. Cela souligne l'extrême importance de la qualité des capteurs domaine. Dans ce premier article nous introduirons PlantWeb et l'Asset Management. Dans un second article nous présenterons les bus de terrain de la Fieldbus Foundation. Dans un troisième article nous présenterons les bénéfices économiques des systèmes d'entraînement intelligents.

Nouvelles orientations et nouvelle architecture

Nouvelles orientations stratégiques

Toutes les entreprises actuelles sont orientées vers la création de valeur et le système de contrôle/commande sera un élément essentiel de réduction des Coûts du Cycle de Vie (CCV) :

• - Réduction des coûts d'investissement grâce à un démarrage de l'usine plus rapide ;
• - Réduction des coûts d'exploitation grâce à la réduction du personnel, de la consommation d'énergie et de réactifs ;
• - Réduction des coûts de la gestion de la réglementation ;
• - Réduction des coûts de maintenance grâce à une Maintenance Orientée vers la Fiabilité ;
• - Réduction des besoins en capital circulant en minimisant les stocks (donc la taille des ouvrages en béton) et des fuites.

Cela implique sur le plan stratégique trois changements majeurs :

1. 1. Le management au plus haut niveau doit comprendre que le système de contrôle/commande est un outil stratégique et il doit s'impliquer dans son choix.
2. 2. Un véritable partenariat doit s’établir entre les Consultants, Ingénieries et Utilisateurs pour optimiser les solutions sur le Cycle de Vie de l'usine et non plus seulement pour faire un projet au moindre coût.
3. 3. L’architecture informatique doit être conçue pour supporter les objectifs de réductions du Coût du Cycle de Vie.

Nouvelles orientations technologiques

L'instrumentation intelligente qui arrive en force sur le marché est une avancée technologique majeure qui va fortement optimiser la conduite des process de traitement des eaux. On distingue 4 progrès majeurs.

1. 1. Les capteurs, actionneurs, moteurs électriques et variateurs de vitesse deviennent « intelligents ».
2. 2. Les bus de terrain numériques permettent de transporter des « fonctionnalités » et non plus seulement des informations.
3. 3. Les logiciels d’Asset Management (Gestion de Patrimoine) permettent d'améliorer la fiabilité des installations grâce :
   • * à des fonctions de diagnostic permanent des équipements de terrains intelligents (instruments, moteurs et variateurs)
   • * à sa liaison à la GMAO (Gestion de la Maintenance Assistée par Ordinateur)
4. 4. Le développement de variateurs de vitesse « intelligents » qui apportent des économies d'énergie et souplesse dans le contrôle des fluides.

PlantWeb : une nouvelle architecture virtuelle

PlantWeb est l'architecture proposée par Emerson/Fisher-Rosemount pour tirer partie de la puissance des instruments intelligents.

L'architecte, au sens étymologique du terme, était celui qui commandait et par extension, il est devenu celui qui donnait le principe directeur.

Le principe directeur des systèmes actuels est le principe de subsidiarité : ce qui signifie qu'une fonction doit être la plus proche possible du terrain, de l'action et du réel. Les exemples abondent : décentralisation de l'action, technologies embarquées (PC, mobiles, GPS, etc.). Mais comme chaque action entraîne une réaction (3ᵉ loi de Newton), on assiste également à une très forte centralisation de la mémoire collective des organisations. Cet étonnant paradoxe a donné naissance au web, formidable outil et de décentralisation de l'action et de centralisation de la mémoire collective qui nous permet d’entrer dans un monde virtuel.

Pourquoi une telle évolution ?

Tout simplement parce que les technologies embarquées ont changé le rôle des équipements de terrains qui sont de véritables ordinateurs, des serveurs d'information, capables de faire localement du diagnostic. Ils font intégralement partie du système de contrôle/commande.

Bénéfices attendus des logiciels d’Asset Management

Un tiers des coûts de maintenance est gaspillé en activités inutiles ou même maladroites. Les bénéfices attendus des logiciels AMS sont les suivants :

1. 1. Réduction des coûts de démarrage
2. 2. Réduction des coûts d'exploitation

3 Virtuel : qui porte en soi les forces de sa propre réalisation (Le Robert).

4 Mobley, R. Keith, An Introduction to Predictive Maintenance.

5 La dernière version AMS (Release 1.4.1) va permettre à l'utilisateur d’avoir une vue d'ensemble non seulement de ses instruments mais aussi de toutes les machines tournantes, aura donc sur son PC une vue générale de toute son usine. Ce progrès est le fruit de la collaboration de la Société Computational Systems Incorporated (CSI) et de Fisher-Rosemount. CSI produit également des logiciels de surveillance et de diagnostic de moteurs, de pompes et de variateurs pour gérer la maintenance et les performances des équipements.

La réduction des coûts de démarrage se fera grâce au téléchargement des paramètres de configuration des instruments et de l’étalonnage, au test automatique de l'intégrité de la boucle, au test automatique du câblage.

Quelques résultats chiffrés :

• • Eastman Chemical : 900 F par capteur.
• • Elf Atochem : 1200 F par vanne.
• • CI : 66 % de réduction des coûts de M.O.

Réduction des coûts d’exploitation et de démarrage

• • Réduction des coûts de maintenance
• • Configuration automatique : 600 F par capteur et par an*
• • Automatisation des procédures d’étalonnage : 300 F par capteur et par an*
• • Réduction des coûts de documentation : 800 F par capteur et par an*
• • Réduction du temps passé en déplacement du personnel : 600 F par capteur et par an*

• • Réduction du temps passé à réparations inutiles : 64 % des déplacements sont inutiles.

Quelles sont les exigences de cette évolution ?

Sur le plan humain, il y aura un besoin de formation mais les outils, tous basés sur Windows, n’offrent pas de difficulté.

Sur le plan technique, deux cas se présentent :

1. Les installations existantes :

Il suffit de changer les instruments à sortie analogique classique (4-20 mA) et d’installer des instruments compatibles au standard HART® ou au standard de la FieldBus Foundation®. L’on peut garder le câblage existant.

2. Les nouvelles installations :

Deux possibilités se présentent : une installation avec des capteurs compatibles HART ou une installation avec des capteurs numériques au standard Fieldbus Foundation avec du câblage en paire torsadée blindée. Nous reparlerons de Fieldbus Foundation dans un prochain article.

À suivre…

* Un signal HART est analogique et numérique. Il utilise des câbles classiques.

* Un signal Fieldbus Foundation est numérique.

© Yves Chesnaud