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Les systèmes pneumatiques sont un élément primordial dans les industries de process telles que chimie, sciences de la vie, agro-alimentaire, 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 pneumatique de ces machines, l’information ne serait alors pas transmise au système de contrôle et la machine tomberait 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’E/S d’automatisation d’Emerson pour les usines de process.

Qu’est-ce que 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 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.

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 agro-alimentaire, 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’œuvre. 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 cablâge de terrain est identifié, la carte CHARM correspondante est alors configurée 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’œuvre 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 à des systèmes d’automatisation grâce à la technologie CHARM

Le module CHARM de la série 580 permet aux ingénieurs et aux chefs de projet travaillant sur des process continu 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’ilot 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’ilot 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 nœud 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 ilot CHARM.

L’ilot 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.

Les avantages d’une architecture simplifiée en termes de coûts et de gain de temps

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.

http://www.emerson.com