dossier Contrôle-commande et Contrôle

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Contrôle-commande et
Contrôle - commande et supervision :
Des solutions
modulables
et modélisées
Du capteur branché bus de terrain à la suite logicielle à tentacules, tout est devenu
automation et les outils ne manquent pas ! Plus qu’une architecture informatique,
c’est une véritable symbiose que l’on demande entre les acteurs de l’entreprise et
les machines de production, voire même avec chacun de leurs composants. La
modularité des suites logicielles et la programmation par modèles répondent à
cette demande exigeante, mais procurent de nombreux maux de tête quand il
s’agit de conceptualiser le système !
(PSA Peugeot-Citroën)
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Mieux utiliser les informations
issues de la production pour
accroître l’efficacité globale des
équipements et processus : un
rêve pour toutes les usines, une
réalité pour quelques unes. Nombre de suites logicielles d’intelligence industrielle sont pourtant
mises sur le marché par autant
d’entreprises prestigieuses : ABB,
Europ Supervision, Schneider
Electric, Siemens A&D, Wonder
ware, … Leurs produits permettent aux différents acteurs de
l’usine de répondre en temps
réel aux événements, voire à les
anticiper avant qu’ils n’entraînent des pertes de production,
tout en optimisant l’utilisation
des équipements et en améliorant la qualité de fabrication.
La philosophie ambiante consiste à proposer des solutions
modulaires adaptées au cas particulier de chaque industriel tout
en étant évolutives et intégrables. Deux facteurs importants
rendent la tâche complexe : l’hétérogénéité des sources d’informations (capteurs, automates,
PC…) et le volume gigantesque
de données à traiter.
« En déployant la modularité au
sein des entreprises à tous les
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supervision
niveaux – opérateurs, responsables qualité, responsables maintenance, ingénieurs process et
responsables opérationnels –
chacun dispose de données pertinentes pour prendre les bonnes décisions, plus rapidement,
sur des problèmes parfois complexes », expliquent les responsables de Factory systemes.
Technologie d’envergure
Le grand défi de chaque projet
consiste à intégrer plusieurs systèmes ensembles : ERP, contrôle-commande ouvert, MES…
« Les moteurs, variateurs de vitesse, produits basse tension,
robots et instruments de mesure
sont les briques de construction
des solutions technologiques
d’envergure », explique ABB,
dans son rapport « Technologies de l’automation ». Les capteurs restent à la base de l’instrumentation et des outils d’analyse. La mécatronique est au cœur
des systèmes robotisés, de même
que les microsystèmes électromécaniques (MEMS).
La miniaturisation des dispositifs à électronique de puissance
amène sur le marché des appa-
P’TIT DICO :
AIP : Aspect Integrator Platform.
Plate-forme commune intégrant
tous les aspects et objets des
produits pour en faciliter l’utilisation.
Aspect : Ensemble de paramètres dynamiques décrivant un
objet
Bus de terrain : support de transmission numérique reliant les instruments et automatismes de l’usine
CMS : Condition Monitoring Systems
ERP : Planification de ressources d’entreprises
IHM
IHM: Interaction Homme-Machine
Java : Langage de programmation indépendant de toute plateforme matérielle.
MEMS : Microsytème électromécanique.
MES : Manufacturing Execution
System
Objet : Elément constitutif d’un
site industriel (moteur, variateur…) ou action définie (utilisation d’un document)
TIA
TIA: Totally Integrated Automation
reils de plus en plus compacts
(moteurs, variateurs et robots),
dotés de plus en plus d’intelligence embarquée. Des moteurs,
des capteurs et des actionneurs
doués d’intelligence sont capables de s’auto surveiller et de
communiquer leur état automatiquement.
Les différents éléments sont contrôlés par les informations qui
circulent entre eux et le tableau
de commande. Dans les usines,
la technologie de commande
avancée repose donc de plus en
plus sur la technologie de communication industrielle, des bus
de terrain au systèmes sans-fil.
Mais chacun parle dans son langage électronique personnel en
fonction des protocoles de communication standard qu’il utilise : DeviceNet, Profibus, Interface AS, CANBus, … Aucun n’est
bien sûr compatible avec les
autres ! Devant une telle Tour de
Babel, les concepteurs sont donc
obligés de créer des « interprètes » comme les fiches bus de
terrain FBP de ABB. Pour exploiter ces systèmes d’automatisation et de contrôle-commande,
il faut de surcroît des logiciels
robustes et fiables.
Du dialogue de tous les équipements résulte l’augmentation
des performances de l’ingénierie, de l’approvisionnement, et
de la maintenance du site. La
production et la fabrication seront intégrées dans ces processus sur une plate-forme commune. Les CMS (Condition monitoring systems) ont d’ailleurs
fait l’actualité à Hanovre. Systèmes de surveillance, maintenance préventive et surveillance continue ont pour mission
de repérer les signes avant-coureurs d’usure et de prévenir les
pannes de système.
Piloter des objets
La commande par modèles, en
plein essor, consiste à piloter
des objets « réels » (moteurs,
variateurs…) au moyen de modèles informatiques. Cela sim-
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plifie grandement l’installation
du système. Sur le Fleuve Jaune
en Chine, Wonderware a automatisé sous la philosophie ArchestrA les 47 écluses servant à
réguler son débit, réparties sur
4 000 km. La création d’un modèle a consisté à conceptualiser
Contrôle-commande et
informatiquement une première
écluse et ses différentes données d’intérêt, ce qui a pris quelques semaines, puis à « copier
coller » ce modèle sur les 46
autres : en tout, la mise en place
de l’automation n’a pris que quatre mois !
Cette méthode, transposée à une
industrie qui comprend plusieurs
centaines de capteurs, plusieurs
dizaines de moteurs, etc…, offre un gain de temps considérable à la mise en œuvre de l’automation et à ses modifications
ultérieures.
UNE MESURE RAPIDE ET À FAIBLE COÛT
Photos Bibus-Doedijns
Créée en 1996 et spécialisée dans la réalisation de machines spéciales
d’assemblage, d’usinage et de montage, la société Ergos emploie 50
personnes et réalise un chiffre d’affaires de 4,5 millions d’euros.
« Totalement intégrée au niveau de la fabrication, notre entreprise
regroupe en interne l’ensemble des corps de métiers afin de
pouvoir livrer clés en main les machines de sa conception
à des clients appartenant au secteur de l’automobile (75% de
notre activité) ainsi qu’aux domaines de la téléphonie, de la
cosmétique et de l’industrie pharmaceutique », explique son
PDG, Gérard Courtillier.
L’entreprise picarde a récemment procédé à la fourniture d’une
machine d’assemblage de tendeurs de chaîne à un équipementier automobile.
Sur cette machine, il s’agit notamment de vérifier après assemblage une pièce
comprenant un clapet anti-retour, une vis de fuite et un trou d’échappement.
Pour cela, Ergos a fait appel à la société Bibus Doedijns qui lui a livré et installé trois débitmètres miniatures
FSM de marque CKD (2 appareils de +/- 5 l/min et 1 appareil de +/- 10 l/min) avec les trois afficheurs et les trois
régulateur de pression.
« Les débitmètres permettent de vérifier le débit dans la vis de fuite, la présence du trou et le bon fonctionnement
du clapet anti-retour », précise Steve Liebault, Responsable technico-commercial de la région Nord-Ouest chez
Bibus Doedijns.
Sur un premier poste de test, un débitmètre FSM vérifie le débit dans la vis de fuite après la mise en pression.
Sur un deuxième poste, deux débitmètres FSM vérifient la présence du trou et le bon fonctionnement du clapet
anti-retour. Après la mise en
pression pour tester la fermeture du clapet anti-retour, une
mesure est effectuée afin de
vérifier le débit de fuite dans
celui-ci (au-delà d’un certain
débit, le clapet est déclaré
mauvais). L’autre côté du clapet est ensuite mis en pression
(à une pression inférieure afin
de le maintenir fermé). L’opération suivante consiste à vérifier la présence du trou qui se
trouve du côté où la pression
est la plus faible. Le premier
côté mis en pression est ensuite mis à l’échappement et l’on
vérifie que le clapet anti-retour
s’ouvre correctement.
Rapidité de mesure
« Nous avons retenu le matériel
CKD lorsque Steve Liebault est
venu procéder à des essais
chez nous, explique Jérôme
Castaigne, Responsable du
Bureau d’Etudes d’Ergos. Ces
essais se sont révélés concluants et le prix intéressant
des débitmètres proposés nous a confortés dans notre choix. La machine a pu être livrée au mois d’avril et
fonctionne depuis à la pleine satisfaction de notre client ».
« Ergos avait envisagé un moment de retenir un système de mesure par différentiel de pression, indique Steve
Liebault. Cette solution s’est cependant révélée trop onéreuse et la précision proposée dépassait de beaucoup
les besoins. Ergos a donc préféré se tourner vers la solution CKD qui, outre un prix tout à fait compétitif, présente
l’avantage d’offrir un débit correspondant exactement à ses besoins, une facilité d’utilisation appréciable, une
compacité remarquable et une grande rapidité de la mesure ».
De fait, les débitmètres FSM de CKD proposés par Bibus Doedijns fonctionnent en vide et pression. La
technologie massique thermique utilisée facilite le montage et n’impose pas d’avoir un circuit rectiligne. Avec
un temps de réponse de 50 msec (5 msec pour le FSM-V), la possibilité d’avoir une sortie analogique et un capteur
avec deux seuils de détection, les débitmètres FSM s’adaptent à de nombreuses applications comme la
détection de pièce, la détection de préhension, le contrôle dimensionnel, la mesure de distance par soufflage,
le test de fuite et d’étanchéité…
La gamme se décline en 3 séries : FSM (0,05 à 100 l/min, -0,7 à 7 bar), FSM-H (0,25 à 100 ml/min, -0,9 à 10 bar)
et FSM-V (bidirectionnel, +/-0,05 à +/- 10 l/min, -1 à 2 bar).
Spécialiste japonais des composants pneumatiques, la société CKD existe depuis 1943 et travaille depuis
environ huit ans avec le groupe Bibus en Europe. En France, CKD a conclu en 2003 un accord de commercialisation avec Bibus Doedijns.
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Le concept de régulation en
boucle fermée est actuellement
hissé du terrain au niveau de la
gestion industrielle : on commence par définir des paramètres de production globaux (objectifs de vente, coût…) puis les
modèles informatiques calculent
les variables du procédé qui répondront à ces exigences économiques. Enfin, on ajuste tous
les points de régulation de la
production en conséquence.
L’exploitation d’une usine fait
donc appel à des milliers de
lignes de code informatique. Le
génie logiciel associé s’échafaude sur une parfaite connaissance du procédé pour chaque application donnée, relayée par
les progiciels du commerce. Le
logiciel d’exploitation du site et
de ses produits ainsi que les
processus d’optimisation de
l’usine revêtent donc une grande importance.
La société Ilog JRules, qui propose des composants logiciels
pour l’entreprise, prend l’exemple d’un aciériste : « chaque mois,
il gère plus d’un millier de plans
de production et coordonne
environ 1,5 million d’étapes de
production. Chaque plan mis en
œuvre repose sur des règles
métiers flexibles automatisées.
Elles doivent être modifiées facilement pour adapter la production aux besoins des clients,
aux tests et procédures d’assurance qualité spécifiques, aux
changements de machine ou au
traitement des exceptions ».
Modifier les processus
Le système logiciel donne aux
collaborateurs de la planification de la production et de l’assurance qualité les moyens de
mettre en œuvre eux-mêmes en
quelques heures seulement les
modifications de processus nécessaires et ce aussi souvent que
l’exige l’environnement opérationnel. « Auparavant, seules les
équipes informatiques avaient
la capacité de modifier ces processus, ce qui pouvait prendre
jusqu’à deux semaines ! », précisent les équipes d’Ilog JRules.
Le système automatisé permet
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supervision
également de réagir plus rapidement aux anomalies de production non conformes aux règles de qualité -limitant ainsi les
rebuts et réduisant le délai global de production- d’ajuster et
de modifier facilement et avec
flexibilité les processus de production au fur et à mesure de
l’évolution des contraintes.
Frédéric Reichert, chef de produits Festo, explique : « L’idée
maîtresse est d’intégrer au maximum les nouvelles technologies
électroniques, informatiques et
de communication à tous les
niveaux des composants et équipements d’automatisation industrielle ». Internet devient le
passage obligé de l’accès et de la
commande à distance, mais aussi le gage d’une meilleure fourniture de services sur le site. Les
transmissions sans fil, déjà intégrées à certains produits, se déploieront parallèlement à l’essor actuel de l’Internet sans fil
(WIFI).
Au final, la démarche implique
aussi bien le niveau bas d’une
application (un composant terrain) qu’une fonction de contrôle / commande (sur PC) du
niveau supérieur. « Les applications monopostes tendent à
disparaître au profit de solutions en réseau » remarque Denis Lubrun, ingénieur support
et application de Factory systemes. Il s’agit alors de concentrer sur un serveur l’ensemble
des logiciels nécessaire à l’usine et de mettre en réseau la
(Schneider Electric)
En intégrant la gestion
complète de l’usine,
l’automation est devenue
le miroir indispensable
à la bonne santé de
sa production.
(Wonderware) Une suite
logicielle récolte toutes les
informations fournies par
chaque élément de production
pour les remonter dans
les centres décisionnels.
totalité des postes de production et de décision.
Exigence d’efficacité
Le marché mondial est en demande croissante de solutions
d’automation. En Amérique du
Nord, l’exigence d’une meilleure
efficacité énergétique – mise en
relief par les pannes d’électricité
de 2003 qui avaient d’abord fait
rire Silvio Berlusconi, juste-avant
que sa Nuit Blanche se transforme en nuit noire avec beaucoup
d’éclat ! – est un levier de croissance de la demande pour les
technologies d’automation aux
Etats-Unis et au Canada.
« Les incitations aux économies
d’énergie sont plus présentes
que jamais. Cette démarche ré-
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sulte à la fois d’une prise de
conscience du problème de
l’énergie et des activités politiques internationales qui se déclinent dans la classification des
rendements et dans la loi fédérale des Etats-Unis », révèlent
les dirigeants de Siemens.
« L’énergie électrique, en tant
que principale source d’énergie
de l’industrie, permet aux moteurs, aux machines et à la production de fonctionner. L’industrie représente 40% de la consommation totale d’énergie»,
insistent-ils.
Le marché est aussi en plein
essor en Asie et au Moyen-Orient.
Mais, l’Europe évolue à un moindre rythme. « Les clients du secteur de l’automation ont surtout
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besoin de gagner en productivité, en qualité et en développement durable », décrivent les responsables d’ABB. D’autant que
« contrairement à leurs confrères allemands, les constructeurs
français ne bénéficient pas des
performances à l’exportation des
fabricants de machines-outils »
commente le Gimelec (Groupement des industries de l’équipement électrique, du contrôlecommande et des services associés). Seuls certains secteurs
comme ceux de la manutention
ou du levage offrent un volume
d’affaires intéressant pour les
ventes de produits et systèmes
de contrôle-commande et d’entraînement, qui évoluent en légère progression.
« Les appareils de mesure et contrôle deviennent indispensables
dans tous les domaines, car les
exigences de sécurité et de qualité se renforcent », remarque le
Sessi. « Le parc d’instruments de
mesure vieillit, il devrait se renouveler pour répondre aux nouveaux standards », prévient-il.
Pour l’instant, le tertiaire, l’énergie, l’eau, les industries des procédés continus et manufacturiers seraient seuls demandeurs
de ces technologies. Ce qui n’est
déjà pas si mal. Mais, incertitudes conjoncturelles oblige, la
volonté affichée par les industriels en France est plutôt
d’« optimiser l’existant que d’investir dans de nouvelles installations. » ❙
E.B.