Les sys­tèmes pneu­ma­tiques in­té­grés dans le contrôle des pro­cé­dés

Le mo­dule CHARM de la sé­rie 580 d’as­co Nu­ma­tics per­met aux res­pon­sables de pro­jet tra­vaillant sur des pro­cess conti­nus ou par lots, d’in­té­grer des sys­tèmes pneu­ma­tiques au sein de l’en­vi­ron­ne­ment de contrôle des pro­cess dans une approche simple,éco­no­mique

Mesures - - Front Page - Ar­ticle mis en forme par Pas­cal Coutance à par­tir d’un livre blanc d’as­co Nu­ma­tics

Les sys­tèmes pneu­ma­tiques consti­tuent un élé­ment pri­mor­dial dans les in­dus­tries de pro­cess telles que la chi­mie, les sciences de la vie, l’agroa­li­men­taire, etc., et plus par­ti­cu­liè­re­ment en cas d’uti­li­sa­tion de ma­chines auxi­liaires. Même si elles jouent un rôle fon­da­men­tal dans le cadre du pro­cess, ces ma­chines sont bien sou­vent uti­li­sées de fa­çon au­to­nome,sans au­cune connexion avec l’ar­chi­tec­ture de contrôle du pro­cess. En cas de pro­blème sur les sys­tèmes pneu­ma­tiques de ces ma­chines, l’in­for­ma­tion ne se­rait alors pas trans­mise au sys­tème de contrôle et la ma­chine pour­rait tom­ber en panne. L’usine conti­nue­rait alors po­ten­tiel­le­ment à fa­bri­quer des pro­duits qui ne pour­raient pas faire l’ob­jet de trai­te­ments par­ti­cu­liers ou ne pour­raient pas être condi­tion­nés.

Ar­chi­tec­ture ac­tuelle

Les sys­tèmes de contrôle de pro­cess sont nor­ma­le­ment en me­sure de connec­ter des sys­tèmes pneu­ma­tiques à un ré­seau de bus de ter­rain sup­plé­men­taire, tel que Pro­fi­bus-dp ou Mod­bus TCP. Avec la confi­gu­ra­tion et l’adres­sage de don­nées sup­plé­men­taires, une telle approche ne fait, néan­moins, qu’ajou­ter à la com­plexi­té du sys­tème. Mal­gré la pos­si­bi­li­té de diag­nos­tics com­plé­men­taires, un deuxième en­vi­ron­ne­ment de pro­gram­ma­tion - avec tous les coûts qu’il im­plique - n’est pas sou­hai­table et pour­rait ne pas être fa­ci­le­ment pro­pice à la re­don­dance de l’ali­men­ta­tion et des com­mu­ni­ca­tions. En 2016, Emer­son a in­tro­duit l’in­ter­con­nexion élec­tro­nique pour les sys­tèmes pneu­ma­tiques. Cette so­lu­tion per­met aux uti­li­sa­teurs d’in­té­grer les îlots de dis­tri­bu­tion pneu­ma­tique de la sé­rie 580 d’as­co Nu­ma­tics au sys­tème de contrôle Del­tav d’emer­son afin d’ob­te­nir une so­lu­tion com­plète consti­tuée d’un sys­tème pneu­ma­tique et d’un dis­po­si­tif d’en­trée/sor­tie (E/S) d’au­to­ma­ti­sa­tion d’emer­son pour les usines de pro­cess.

Quid de l’in­ter­con­nexion élec­tro­nique ?

Les in­gé­nieurs et les chefs de pro­jet tra­vaillant dans des ins­tal­la­tions de pro­cess en conti­nu ou pro­cess par lots connaissent bien les pro­blèmes as­so­ciés à la mise en ser­vice d’en­trées et de sorties au sein des sys­tèmes de contrôle dis­tri­bués. La mé­thode tra­di­tion­nelle consiste à rac­cor­der des dis­po­si­tifs de ter­rain par le biais d’un câ­blage mul­ti­fi­laire re­lié à des bor­niers au sein d’ar­moires de com­mande. Chaque connexion fait alors l’ob­jet d’une in­ter­con­nexion croi­sée vers la carte D’E/S cor­res­pon­dante. Plus le sys­tème de­vient com­plexe et plus le nombre de connexions aug­mente (et, avec lui, ce­lui des chan­ge­ments D’E/S), plus il est dif­fi­cile de gar­der la trace de chaque rac­cor­de­ment phy­sique au sein du ta­bleau de rac­cor­de­ment. Chaque mo­di­fi­ca­tion ne fait qu’in­ten­si­fier les coûts, les re­tards et, sur­tout, les risques pour le pro­jet. L’ajout de re­don­dance ne fait que com­pli­quer en­core plus les choses. À ce­la s’ajoutent les chan­ge­ments ef­fec­tués par le per­son­nel, et par­fois le manque d’ex­pé­rience, qui en­traînent sou­vent, à terme, des dif­fi­cul­tés de main­te­nance et de mo­di­fi­ca­tion du sys­tème. Ce qui se ré­per­cute sur les pé­riodes d’im­mo­bi­li­sa­tion, et donc sur les coûts de pro­duc­tion. Même si l’in­ter­con­nexion ma­nuelle est en­core adap­tée aux pro­jets de pe­tite en­ver­gure, les pro­ces­sus en conti­nu ou par lots dans des do­maines tels que la pro­duc­tion chi­mique, phar­ma­ceu­tique et agroa­li­men­taire, où toute perte de pro­duc­tion peut gé­né­rer des coûts vé­ri­ta­ble­ment éle­vés, optent de plus en plus pour des stra­té­gies de concep­tion de sys­tèmes à la fois fiables et moins ris­quées. L’in­ter­con­nexion élec­tro­nique est en rup­ture avec la pra­tique ma­nuelle de l’in­ter­con­nexion croi­sée qui exige beau­coup plus de main-d’oeuvre. Les câbles de ter­rain sont en­core rac­cor­dés à l’ar­moire de rac­cor­de­ment, mais à par­tir de là, les connexions aux contrô­leurs sont prises en charge de fa­çon élec­tro­nique. Il est dé­sor­mais pos­sible de mettre chaque ca­nal D’E/S en cor­res­pon­dance avec n’im­porte quel contrô­leur. Pour une telle mise en cor­res­pon­dance, Emer­son s’ap­puie sur ses mo­dules de ca­rac­té­ri­sa­tion (CHARM).

Ces mo­dules ne sont ni plus ni moins que des cartes de conver­sion ana­lo­gique-nu­mé­rique pou­vant être ca­rac­té­ri­sées pour réa­li­ser les fonc­tions de si­gnal (AI,AO, DI, DO, RTD, etc.). Ils sont clip­sés sur des cartes D’E/S CHARM (CIOC), elles-mêmes mon­tées sur des bor­niers de rail DIN au ni­veau des­quels est or­ga­ni­sé le câ­blage vers les cap­teurs-ac­tion­neurs. Le câ­blage de ter­rain est iden­ti­fié, la carte CHARM cor­res­pon­dante est alors confi­gu­rée avant d’être connec­tée élec­tro­ni­que­ment vers n’im­porte quel contrô­leur du sys­tème via un bus nu­mé­rique. Une connexion de com­mu­ni­ca­tions et d’ali­men­ta­tion en­tiè­re­ment re­don­dante est in­té­grée. La dé­tec­tion au­to­ma­tique de chaque ca­nal D’E/S per­met au DCS de pro­cé­der fa­ci­le­ment à l’iden­ti­fi­ca­tion, à la confi­gu­ra­tion, au diag­nos­tic et à la mo­di­fi­ca­tion de la concep­tion. Cette tech­no­lo­gie pré­sente de nom­breux avan­tages et ce, dès les pre­mières étapes de la concep­tion jus­qu’à la mise en ser­vice, et tout au long du pro­cess de fa­bri­ca­tion. Les E/S nu­mé­riques ou ana­lo­giques de tout type peuvent être re­liées à des contrô­leurs spé­ci­fiques à n’im­porte quel stade du pro­jet sans né­ces­si­ter de re­prise ma­nuelle du câ­blage, per­met­tant ain­si une op­ti­mi­sa­tion des coûts de ma­té­riel et de concep­tion et ce, dès le dé­part. L’ajout de nou­velles E/S ou le chan­ge­ment de types D’E/S peuvent être ef­fec­tués sans main d’oeuvre im­por­tante ni coûts sup­plé­men­taires de re­prise du câ­blage. Les pro­jets sont plus fa­ciles à mo­du­ler; la sé­cu­ri­té est ga­ran­tie. La confi­gu­ra­tion et les diag­nos­tics sont pris en charge par une seule et même pla­te­forme lo­gi­cielle in­té­grée : Del­tav Ex­plo­rer d’emer­son. Plus grande fia­bi­li­té opé­ra­tion­nelle et plus grande dis­po­ni­bi­li­té des ma­chines… au­tant d’élé­ments qui per­mettent de ré­duire consi­dé­ra­ble­ment le coût de pos­ses­sion to­tal.

In­té­gra­tion d’îlots de dis­tri­bu­tion pneu­ma­tique aux sys­tèmes d’au­to­ma­ti­sa­tion

Le mo­dule CHARM de la sé­rie 580 per­met aux in­gé­nieurs et aux chefs de pro­jet tra­vaillant sur des pro­cess conti­nus ou par lots, d’in­té­grer des sys­tèmes pneu­ma­tiques au sein de l’en­vi­ron­ne­ment de contrôle des pro­cess dans une approche simple, éco­no­mique et ra­pide. L’îlot per­met de dis­po­ser d’une connexion unique entre les ins­tal­la­tions in si­tu et le Del­tav DCS d’emer­son et, par-là, d’une ar­chi­tec­ture de sys­tème en­tiè­re­ment in­té­grée avec in­ter­con­nexion élec­tro­nique, re­don­dance in­té­grée, et confi­gu­ra­tion/diag­nos­tics na­tifs. L’in­tro­duc­tion de l’îlot 580 CHARM d’as­co Nu­ma­tics a per­mis, pour la pre­mière fois, d’in­té­grer des sys­tèmes pneu­ma­tiques par in­ter­con­nexion élec­tro­nique au sein d’une pla­te­forme de ré­seau unique. Un seul boî­tier, un seul four­nis­seur. Le noeud 580 CHARM se connecte di­rec­te­ment au sys­tème Del­tav par le biais de l’em­base CHARM. Grâce à ses ca­pa­ci­tés na­tives à com­bi­ner la dé­tec­tion au­to­ma­tique et l’in­ter­con­nexion élec­tro­nique, le sys­tème pneu­ma­tique ex­ploite toutes les fonc­tion­na­li­tés de diag­nos­tic na­tives du Del­tav. Dans le DCS, chaque élec­tro­vanne pi­lote est gé­rée comme n’im­porte quelle autre E/S CHARM. Le DCS est ca­pable d’iden­ti­fier toutes les connexions pneu­ma­tiques et d’en as­su­rer l’in­ter­con­nexion via une connexion re­don­dante, avec un maxi­mum de 48 sorties d’élec­tro­vannes rac­cor­dées à chaque îlot CHARM. L’îlot 580 CHARM com­mu­nique avec les îlots de dis­tri­bu­tion pneu­ma­tiques de la sé­rie 500 d’as­co Nu­ma­tics. Avec le plus haut dé­bit exis­tant pour des pro­duits de cette taille, ces dis­tri­bu­teurs di­rec­tion­nels en­fi­chables hautes per­for­mances per­mettent de li­mi­ter l’en­com­bre­ment des ma­chines et de ré­duire les coûts. Une gamme d’ac­ces­soires et d’op­tions com­plète vient, quant à elle, fa­ci­li­ter l’ins­tal­la­tion, la confi­gu­ra­tion et la mo­di­fi­ca­tion du sys­tème.

Avan­tages d’une ar­chi­tec­ture sim­pli­fiée

Pour les pro­cess en conti­nu et par lots, les avan­tages d’une so­lu­tion ba­sée sur la tech­no­lo­gie CHARM avec in­ter­con­nexion élec­tro­nique par rap­port à un sys­tème ma­nuel à un rac­cor­de­ment croi­sé sont évi­dents. Pour l’in­té­gra­tion de sys­tèmes pneu­ma­tiques, la com­pa­rai­son de cette so­lu­tion avec l’in­tro­duc­tion d’un bus de ter­rain tel que le Pro­fi­bus-dp fait res­sor­tir en­core plus les avan­tages du re­cours à la sim­pli­ci­té de l’en­vi­ron­ne­ment d’in­gé­nie­rie du Del­tav ba­sé sur les tâches. La sup­pres­sion du ré­seau se­con­daire per­met de réa­li­ser d’im­por­tantes éco­no­mies en termes de com­po­sants, D’E/S connexes, de câ­blage et de temps de mise en ser­vice. La so­lu­tion de ré­seau d’emer­son re­groupe toute la ges­tion re­la­tive aux pro­duits, à la do­cu­men­ta­tion et à l’as­sis­tance, li­mi­tant ain­si les be­soins en termes de per­son­nel, de res­sources de pro­gram­ma­tion et de for­ma­tion au sys­tème. La ré­duc­tion du nombre de com­po­sants et le rac­cor­de­ment di­rect se tra­duisent par un risque moindre de dé­faillance du sys­tème. L’in­té­gra­tion d’un contrôle in­tel­li­gent avec fonc­tion­na­li­tés de dé­tec­tion au­to­ma­tique et mes­sages de diag­nos­tic des sta­tions de tra­vail per­met de mo­di­fier plus fa­ci­le­ment la concep­tion tout au long de la phase de dé­ve­lop­pe­ment du pro­jet, ain­si que de ré­soudre les pro­blèmes qui pour­raient sur­ve­nir ul­té­rieu­re­ment. L’in­té­gra­tion de fonc­tions de diag­nos­tic sur l’îlot de dis­tri­bu­tion pneu­ma­tique et leur af­fi­chage à la fois sur ce­lui-ci et sur la sta­tion de tra­vail des sys­tèmes Del­tav per­mettent de ré­duire consi­dé­ra­ble­ment les temps d’im­mo­bi­li­sa­tion. La fia­bi­li­té et la re­don­dance de la connexion ga­ran­tissent la sé­cu­ri­té et ré­duisent les temps d’im­mo­bi­li­sa­tion as­so­ciés aux tra­vaux de main­te­nance. Par­mi les autres avan­tages si­gni­fi­ca­tifs fi­gurent la flexi­bi­li­té du contrôle des pro­cess grâce aux dif­fé­rentes E/S CHARM, aux élec­tro­vannes pi­lotes et à leurs alarmes par­ta­geant la même confi­gu­ra­tion Del­tav Ex­plo­rer, ain­si que la dis­po­ni­bi­li­té dans le « cloud » pour n’im­porte quel contrô­leur du ré­seau. La com­bi­nai­son de tous ces fac­teurs per­met d’ob­te­nir une so­lu­tion étroi­te­ment in­té­grée pour les E/S et les îlots de dis­tri­bu­tion pneu­ma­tique, ga­ran­tis­sant une op­ti­mi­sa­tion des pro­jets et la fia­bi­li­té opé­ra­tion­nelle des pro­cess.

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