ABB. revue. Actualités technologiques du Groupe ABB

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1 ABB revue 1 13 Actualités technologiques du Groupe ABB Des innovations à couper le souffle 6 Alimentations sans interruption 13 Le véhicule électrique adopte le Cloud 24 Des interfaces plus humaines 70 Innovation

2 Il y a plus de 120 ans, Thomas Edison, partisan du courant continu, s inclinait devant George Westinghouse et son courant alternatif. Le courant continu était pourtant loin d être «hors circuit» : en 1954, l une des sociétés à l origine d ABB, le Suédois ASEA, inaugurait à Gotland (photo) la première liaison en courant continu à haute tension (CCHT). ABB est aujourd hui numéro un mondial des solutions CCHT. La technologie ne manque pas d arguments : faibles pertes sur de longues distances, enfouissement ou immersion des câbles... Reste que l absence de disjoncteurs CC la confinait jusqu ici à de simples lignes couplant deux réseaux. ABB a comblé cette lacune avec le déploiement d un réseau CCHT à part entière, redorant ainsi le blason d Edison. 2 revue ABB 1 13

3 Sommaire Innover 6 Trajectoires 2013 Une année d innovations Protéger Gérer Communiquer Améliorer Concentré de puissance Des alimentations sans interruption (ASI) modulaires et intelligentes Facteurs de puissance Qualité du courant : maux et remèdes Secours modulaire Les ASI gagnent en intelligence, modularité, souplesse et disponibilité Stations de services Cloud Des solutions de connectivité ABB pour l électromobilité Prise en main Un disjoncteur «intelligent» gère les charges pour diminuer les coupures Un aiguilleur fidèle au poste Le multiplexeur universel FOX615 d ABB relève les nouveaux défis de la communication industrielle Maille serrée Les réseaux à l épreuve du terrain Simulation avancée du moulage réactif Nouvelle plate-forme numérique eramzes Guet sur le Net Gardez la main sur votre contrôle-commande avec l application web My Control System d ABB Valorisation énergétique Des pistes pour améliorer le bilan énergétique d une machine à papier Grande puissance ABB étoffe sa gamme de moteurs asynchrones haute tension L important, c est l exploitant L ethnographie pour mieux comprendre la conduite opérateur Réactivité à tous les étages ABB échafaude l édifice 800xA en Colombie Sommaire 3

4 Édito L innovation réinventée Prith Banerjee Chers lecteurs, Moteur du progrès, l innovation se décline en trois grandes catégories : l innovation incrémentale se nourrit de l existant pour améliorer et étoffer une ligne de produits, par exemple ; l innovation architecturale engendre de nouvelles offres et gammes ; l innovation de rupture, la plus radicale et la plus ambitieuse, bouscule les acquis, ouvre le champ des possibles, réinvente les méthodes et procédés, repense les applications, redessine le marché et, en de fin de compte, la réalité économique et sociétale. C est dans ce dernier domaine qu ABB vient de s illustrer avec une «révolution» qui fera date dans le transport électrique du XXI e siècle. Quand les centrales d énergie sont d ordinaire implantées à proximité des centres de consommation, les énergies d origine renouvelable sont souvent «excentrées» puisqu elles abondent dans des régions à faible densité de population où l infrastructure de réseau est traditionnellement fragile. La nécessité d acheminer cet afflux d énergie sur de grandes distances, sans perturber le transit local, fait peser de nouvelles contraintes sur les réseaux de transport. ABB relève ce défi avec sa solution de courant continu à haute tension (CCHT). Le prédécesseur d ABB, la société ASEA, en fut l inventeur dans les années Aujourd hui, cette technologie permet le transport massif d électricité sur des milliers de kilomètres, à terre comme en mer. Dès 1992, ABB proposait un superréseau européen pour relier en CCHT les centres de consommation aux centrales hydroélectriques, solaires et éoliennes, éloignées pour certaines de plusieurs milliers de kilomètres. Mais l absence de disjoncteur ad hoc confina cette technologie aux liaisons point à point. Ce dernier obstacle majeur au déploiement d un réseau CCHT à part entière est aujourd hui levé avec le disjoncteur CC d ABB. Il y a beaucoup à dire sur cette innovation. La Revue ABB n en livre ici qu une esquisse ; nous y reviendrons amplement dans les prochaines éditions. Ce premier numéro de l année aborde bien d autres thématiques de progrès : les alimentations sans interruption qui garantissent la continuité de service des datacenters, les appareillages électriques «intelligents», les transmissions sans fil, les interfaces homme-machine, etc. Une moisson d innovations qui améliorent, sécurisent et dopent la productivité des grandes infrastructures industrielles. Confiant dans l utilité de ces sujets pour faciliter votre compréhension de notre offre technologique, je vous souhaite une fructueuse lecture de la Revue ABB. Cordialement, Prith Banerjee Directeur des technologies Vice-président du Groupe ABB 4 revue ABB 1 13

5 Éditorial 5

6 Trajectoires 2013 Une année d innovations Dans le monde entier, les laboratoires de recherchedéveloppement ABB ne cessent d innover pour inventer l avenir. Voici un florilège des nombreuses percées et réussites technologiques du Groupe. Certaines sont abordées dans ce numéro. Pour les autres, nous vous donnons rendez-vous dans les prochaines éditions de la Revue ABB. La revanche d Edison Si l on voulait schématiser la chaîne de fourniture électrique, il suffirait de dessiner un gigantesque câble reliant le producteur au consommateur. La réalité est autrement plus compliquée! L électricité d un foyer ou d une usine provient de plusieurs sources disséminées, faisant de son réseau un complexe écheveau de lignes bâti sur le principe de redondance, qui garantit la continuité de la desserte même si certains ouvrages sont indisponibles. Pièce majeure de ce puzzle, l appareillage de coupure et de commutation permet de réguler le flux d énergie et de sectionner un à un des segments de ligne. Dans l Amérique de la fin des années 1880, le réseau électrique fut le théâtre d une «bataille des courants» entre Thomas Edison, partisan du continu, et George Westinghouse, chantre de l alternatif. Ce dernier en sortit vainqueur. Le fait est que le courant alternatif (CA) a bien des atouts, dont son appareillage. Quand le courant est interrompu, le flux d énergie ne s arrête pas net ; un plasma conducteur se forme entre les contacts ouverts de l appareil, puis s éteint au passage du courant par zéro (100 fois par seconde à la fréquence de 50 Hz, 120 fois à 60 Hz). L interruption du courant continu à haute tension (CCHT) est une autre affaire! Ce qui n empêche pas son transport de faire un retour en force ces dernières décennies avec la technologie ABB. Le courant alternatif est d abord converti en CCHT pour être ensuite acheminé sur de longues distances (jusqu à des milliers de kilomètres) avec de très faibles pertes et une grande aptitude à la commande. Qui plus est, grâce à des techniques comme les câbles sous-marins, le CCHT surmonte quasiment tous les obstacles. Seul écueil : il se cantonne jusqu ici aux liaisons point à point. Tout comme le réseau CA doit sa flexibilité et sa redondance à son architecture maillée, le CCHT pourra accroître son périmètre d action s il est lui aussi couplé à des topologies plus complexes. C est tout l enjeu du «super-réseau CC» qui prêtera main forte au CA tout en le soulageant des transits d énergie massifs sur de grandes distances. Cette évolution se confirme avec l essor de la production d origine renouvelable, située à des centaines, voire des milliers de kilomètres des centres de consommation, là où le réseau est réputé fragile. Fin 2012, ABB annonçait une véritable rupture technologique avec un nouveau disjoncteur CC mêlant électronique de puissance et commutation mécanique pour une coupure rapide et sûre. Nous y reviendrons dans un prochain numéro. 6 revue ABB 1 13

7 Dépistage précoce MACHsense est un service ABB de télédiagnostic des moteurs, générateurs et autres équipements raccordés à des organes mécaniques de transmission de puissance. Les données collectées sur site ou à distance sont traitées par des algorithmes intelligents développés par ABB. L offre MACHsense d ABB est axée sur la détection précoce des défauts dans les machines pour permettre à la maintenance de planifier de manière opportune les interventions et de régler les problèmes. Les défauts diagnostiqués incluent, entre autres, les problèmes de roulement, les valeurs électromagnétiques anormales des moteurs et générateurs ainsi que toute contrainte d environnement susceptible de dégrader la fiabilité ou la performance des machines. Les mesures vibratoires, électriques (tension et courant) et thermiques sont combinées et analysées conjointement par des bibliothèques d algorithmes pour distinguer le mieux possible l origine des défauts. Ces algorithmes forment l épine dorsale du système de télédiagnostic qui associe approche «PoF» (Physicsof-Failure) et traitement complexe du signal pour extraire des données les paramètres d état clés reflétant l évolution des défauts. En mode télédiagnostic, une alarme est déclenchée au franchissement de seuils préréglés, permettant à la maintenance d agir dès les signes avant-coureurs d un défaut. Les clients suivent sur Internet l évolution des données d exploitation de leur moteur, générateur ou organe de transmission. L appareillage à isolation gazeuse ELK-3 repousse les frontières de la performance ABB présente sa dernière génération d appareillage d interruption à isolation gazeuse (GIS) ELK-3 pour les installations de 420 kilo volts (kv). Elle s inscrit dans la stratégie d innovation ABB, en prolongement des récentes versions 245 kv et 72,5 kv. L ELK-3, environ 30 % plus petit que son prédécesseur, utilise 40 % de SF 6 en moins. Le voici donc plus écolo- gique, plus compact et plus léger! Ce GIS robuste et performant améliore l efficacité et la fiabilité du réseau dans des conditions extrêmes. L appareil est monté et testé en usine, puis expédié sous la forme de tranche, en armoire, sur plate-forme ou camion surbaissé. Cette logistique réduit le temps de transport, d installation sur site et de mise en service jusqu à 40 % par rapport aux exécutions classiques. L accès frontal aux commandes, indicateurs de position et platines de service améliore les procédures d exploitation, d inspection et de maintenance. Les modules et raccordements standardisés permettent de configurer en souplesse le poste électrique et d en optimiser la conception. Doté d un disjoncteur rapide double sectionnement à chambre de coupure unique, ce nouveau GIS est conçu pour des valeurs assignées de courant 5000 ampères (A) maxi. Il protège les réseaux avec des courants assignés de court-circuit jusqu à 63 ka. Trajectoires

8 Le temps c est de l argent, aussi en maintenance logicielle CoMoGen : un outil commode pour comprimer les coûts de maintenance jusqu à 40 %. Qui donc songerait à acquérir un logement sans s être renseigné au préalable sur le voisinage, les écoles à proximité, etc.? Cette «recherche contextuelle» est tout aussi importante en logiciel. En effet, les développeurs ne peuvent se contenter d un extrait de code source ; il leur faut savoir où se situe précisément l objet et à quoi il est rattaché. Si les moteurs de recherche de code fournissaient des résultats en contexte, les développeurs pourraient prendre des décisions en meilleure connaissance de cause. ABB l a compris : son équipe de spécialistes du logiciel industriel «ISS» (Industrial Software Systems) a mis au point un moteur de recherche évolué, baptisé CoMoGen, qui associe automatiquement un contexte à chaque résultat de recherche de façon à faciliter et à accélérer la prise de décisions. Les résultats de la recherche s en trouvent également améliorés. La maintenance de logiciels commence souvent par l identification des termes clés qui décrivent une tâche. La recherche est ensuite lancée sur une liste de fragments de code pertinents, un peu comme une page de résultats Google. Les liens utiles s affichent et leur contexte est exploré ; plusieurs minutes peuvent alors s écouler avant de voir apparaître... un résultat sans intérêt! Selon l équipe ISS, CoMoGen devrait alléger chaque tâche de maintenance logicielle de 5 à 40 %, faisant économiser à ABB plusieurs millions de dollars par an. La tête et les bras La recherche ABB et ABB Robotique mènent un projet commun sur un robot téléguidé par l opérateur avec retour d effort. Les mouvements du stylet (photo) seront émulés de manière synchrone par le robot qui fournira des informations d effort. Cette technologie de télé-opération associera l acuité et la puissance du robot aux capacités cognitives de l homme pour renforcer la précision et la sécurité de nombreuses applications comme la manutention, l assemblage et l enlèvement de matière. Les robots industriels sont actuellement conçus pour répéter inlassablement les mêmes tâches, dans des environnements bien cadrés. L automatisation robotisée de tâches dynamiques et non répétitives n a à ce jour pas pu être réalisée pour des raisons pratiques ou de coût. Or c est là que l opérateur voudrait pouvoir directement guider le robot. Les fonctionnalités de retour d effort en temps réel du robot permettront de respecter rigoureusement les valeurs limites de force pour empêcher les collisions, et les exigences de qualité. L opérateur pouvant se trouver à n importe quelle distance du robot, sa sécurité est facilement assurée. Les procédés sont optimisés en combinant mouvements pilotés à distance du robot et tâches automatisées. Cette télé-opération à capacités haptiques permettra à l opérateur non seulement de sentir ce que le robot sent, mais aussi de voir ce qu il voit. 8 revue ABB 1 13

9 La voiture électrique sur son nuage Le marché de la recharge des véhicules électriques (VE) est en perpétuelle évolution. Ses acteurs nécessitent des solutions de connectivité sûres et sécurisées pour une exploitation plus efficace et plus fiable que jamais. Chaque borne de recharge ABB est désormais dotée d une connexion internet qui répond aux besoins de flexibilité et de réduction des coûts des clients. L avenir du marché de la recharge des VE passe par les solutions de connectivité. En effet, l informatique en nuage, ou Cloud Computing, libère de la complexité et de la multitude de contraintes d espace, de temps, de puissance et de coût de l environnement informatique traditionnel. Les services en ligne permettent aux clients d ABB d exploiter cette technologie pour adapter le contenu des services qu eux-mêmes proposent à leurs clients, partenaires et fournisseurs. Le cloud constitue un formidable vecteur d économies pour les entreprises par l externalisation de leur informatique. Il autorise également la mise à jour et la maintenance des applications web sans avoir à diffuser ni à installer des logiciels sur des milliers de postes. Enfin, il garantit la compatibilité entre plates-formes. L offre de services en mode cloud d ABB inclut la télémaintenance et le télédiagnostic ainsi que des interfaces pour les applications de gestion des abonnements. La sécurité des données est conforme ISO Lire aussi «Station de services Cloud», p. 24. La maison réactive En 2010, ABB, la ville de Stockholm et l énergéticien Fortum invitèrent des scientifiques et entrepreneurs à plancher sur le futur réseau électrique urbain. Une pré-étude déboucha sur un habitat bâti sur le principe de la gestion active de la consommation électrique, mieux connu sous le concept générique de «réponse à la demande». L architecture, fondée sur les nouveaux standards du réseau électrique du futur (Smart Grid), relie le système électrique à l installation domotique du logement. ABB a réalisé et mis en œuvre un premier démons- trateur du projet en 2012 avec le système de réseau intelligent Ventyx couplé aux solutions domotiques Busch-Jaeger et ABB STOTZ-KONTAKT. (Rappelons que Ventyx et Busch- Jaeger sont des sociétés du Groupe ABB.) Au centre de cet édifice et, plus précisément, dans le tableau électrique du logement se trouve l interface de service énergétique «ESI» (Energy Service Interface), développée par Busch-Jaeger et les chercheurs ABB. L interface utilise la couche logicielle intermédiaire EEBus pour communiquer, notamment sur KNX, ZigBee et IP, avec les équipements domotiques et sécuriser la transmission avec l énergéticien et le compteur électrique du foyer. Tous les jours, elle reçoit des informations telles que la prévision à 24 heures des tarifs de l électricité et de la pollution par le CO 2. Partant des préférences de l occupant, des relevés du compteur et des informations du fournisseur, la logique de gestion énergétique de l interface ESI programme les consommations du logement de façon à réduire sa facture électrique et son empreinte écologique, sans sacrifier au confort. Trajectoires

10 À la carte Les dispositifs électroniques intelligents IED RIO600 d ABB (Intelligent Electronic Devices) dopent la capacité d entrées-sorties (E/S) des relais de commande et de protection Relion et des calculateurs de poste électrique COM600. Les E/S déportées RIO600 se composent d un module processeur et de communication, d un maximum de dix modules d entrées et de sorties logiques (40 canaux), et d une alimentation. Elles prennent en charge la messagerie GOOSE normalisée CEI Les RIO600 viennent ainsi étoffer la périphérie d un IED hôte en communiquant avec ce dernier sous protocole GOOSE. Elles se distinguent par une modularité standardisée qui se reflète aussi bien dans leurs caractéristiques constructives que dans la communication entre modules et leur conception. C est là une garantie d autonomie et d interchangeabilité. On peut combiner ces modules pour multiplier ou, à l inverse, réduire le nombre de variantes fonctionnelles, selon les besoins de l application. Le facteur de forme mécanique étant donné, inutile de revoir la conception du boîtier quand il s enrichit d une nouvelle fonction : le développement en est simplifié. Tous les modules existants (alimentation, communication et E/S) sont exploitables en l état. Et si l on a besoin d une fonction métier, il est toujours possible de concevoir et de greffer le module à l existant pour créer une toute nouvelle unité fonctionnelle standardisée. Prêt-à-porter informatique Les récents progrès des technologies de l information et de la communication ouvrent de nouveaux horizons aux applications nomades. Dans l industrie, les dispositifs mobiles sont capables de véhiculer toute l information utile permettant au personnel de mieux appréhender la situation mais aussi d assurer les tâches complexes issues de la high-tech. Cette informatique «à porter sur soi» promet d autres gains de performance, comme la possibilité pour l opérateur d interagir à sa guise avec l environnement, tel un kit mains-libres, tout en gardant un œil sur sa sécurité et sa santé. La recherche logicielle ABB explore de nouvelles pistes dans ce domaine. Elle a notamment mis au point une combinaison de sécurité qui, à l aide de capteurs cousus dans le vêtement et commandés d un mobile, collecte des données sur l environnement ( présence de gaz, température, etc.) du porteur. Autres applications prometteuses : des smartphones, tablettes ou lunettes spéciales à réalité augmentée qui fournissent au «mobinaute» l information contextuelle pour travailler mieux et en sécurité. Ventilation minière Un bon système de ventilation souterraine est vital pour la santé et la sécurité du personnel. Cet aérage interagit fortement avec la production. C est d ailleurs un poste extrêmement énergivore (de l ordre de 100 GWh/an) qui peut absorber 50 % de la consommation énergétique totale du site. Dans les mines souterraines modernes, de gros ventilateurs de surface insuf flent l air frais qui est ensuite diffusé par des ventilateurs de renfort et régulateurs sous terre. La «ventilation à la demande» est ici à la pointe des techniques de régulation, même si de nombreux sites miniers en sont dépourvus. Elle a pourtant ses lacunes : l absence de commande en boucle fermée et une modélisation complexe ou insuffisante du réseau de ventilateurs. ABB propose une nouvelle méthode exclusive de régulation coordonnée des ventilateurs pour la totalité de la mine, qui garantit une alimentation en air fiable et écoperformante. La modélisation s appuie sur les données remontées des capteurs d air. Des modèles multivariables décrivent la façon dont les variations de régime des ventilateurs influent sur les débits d air et la pression. S appuyant sur des paramètres obtenus par empirisme à partir des données d exploitation, ces modèles s adaptent sans peine aux nouvelles conditions du site. 10 revue ABB review ABB

11 Mesure éclairée En 2005, ABB lançait son capteur optique FOCS pour la mesure des courants forts (jusqu à 600 ka) de l électro-extraction. Ce capteur à effet Faraday (influence du champ magnétique créé par le courant à mesurer sur la vitesse de propagation de la lumière dans une fibre optique) trouve sa place dans bien des secteurs comme l électrolyse de l aluminium, la production de cuivre et de chlore. ABB a amélioré la technologie pour l adapter aux postes électriques. Nombreux sont ses avantages sur les transformateurs de courant traditionnels : fidélité (absence de saturation magnétique, par exemple), sécurité d exploitation, moindre empreinte écologique. Un premier capteur sera implanté dans des disjoncteurs à cuve sous tension de 420 kv ou 550 kv, permettant aux clients de réduire considérablement l encombrement du poste, surtout quand ce dernier se conjugue à des disjoncteurs-sectionneurs. C est en usine que le capteur est installé dans le disjoncteur de façon à ne pas gêner le montage sur site de l appareil. Aucune isolation supplémentaire n est nécessaire. Une armoire d extérieur, à proximité du disjoncteur, abrite l optoélectronique triphasée du capteur. Un bus de procédé optique CEI LE relie le capteur à la commande de tranche et aux circuits de détection. La redondance totale assure une disponibilité élevée : deux capteurs distincts par point de mesure sont logés dans un boîtier de tête de mesure et partagent le même câble optique de raccordement à l électronique. Un prototype de capteur pour poste électrique est opérationnel depuis près de trois ans. Les premières installations commerciales auront lieu courant Nouveaux composants de puissance BIGT En électronique de puissance, les topologies courantes intègrent des diodes en antiparallèle (con duction en sens inverse) aux composants actifs de commutation. Pour simplifier la fabrication et augmenter les densités de puissance, la tendance est à l intégration des deux dispositifs sur une même puce de silicium. En raison de difficultés techniques inhérentes, cette intégration a jusqu à présent été réservée aux semi-conducteurs de faible puissance comme les IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistors) et les MOSFET (Metal-Oxide Semi-conductor Field-Effect Transistors) ainsi qu aux applications spéciales 1. ABB vient de créer un nouveau produit qui intègre sur une seule puce un IGBT de forte puissance et une diode de protection (snubber). Ce nouveau concept, baptisé BIGT (Bimode Insulated Gate Transistor), cible en priorité les onduleurs à commutation dure. Les premiers prototypes de tensions nominales supérieures à 3300 V affichent des densités de puissance élevées et des performances globales accrues. Reprenant les principes de conception des IGBT de dernière génération, le BIGT intègre dans la même structure une diode antiparallèle optimisée. Outre l impact en termes de puissance et de taille, il offre une plus grande souplesse à l extinction dans les deux modes de fonctionnement ; il supporte des températures de service élevées et résiste mieux aux défauts en cas de court-circuit dans l IGBT et de courants de surcharge dans la diode, même lorsque ces deux composants fonctionnent en parallèle. De plus, en utilisant le même volume de silicium disponible dans les modes IGBT et diode, le nouveau composant présente une meilleure endurance thermique et, donc, une fiabilité accrue. La technologie monopuce BIGT constituera une solution idéale pour les applications haute tension de prochaine génération qui réclament des systèmes à la fois plus compacts et plus puissants. Note 1 Les semi-conducteurs bipolaires de grande surface comme les IGCT (Integrated Gate- Commutated Thyristors) sont également à intégration monolithique mais, dans ce cas, la diode et l IGCT utilisent des zones totalement séparées du silicium. Trajectoires Topic

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13 Concentré de puissance Des alimentations sans interruption modulaires et intelligentes Nicole Nägele Le rachat du spécialiste suisse des alimentations sans interruption (ASI), Newave Energy, permet aujourd hui à ABB de proposer une gamme complète d ASI regroupant toutes les exigences de la protection électrique : flexibilité, disponibilité et puissance. Newave s est imposé dans les moyennes et fortes puissances, segment le plus porteur du marché des ASI en pleine croissance. Son offre robuste et performante occupe une place de choix dans le catalogue ABB. Photo ci-contre L acquisition de Newave Energy dote l offre ABB d alimentations sans interruption toujours plus flexibles, disponibles et puissantes, au meilleur prix. I l y a à peine plus de dix ans, le dernier central téléphonique Strowger à relais électromécaniques cessait de fonctionner. Nombreux furent ces piliers des télé coms, installés dans les années 1920, à dépasser les 50 années de service. Une longévité impensable aujourd hui! La technologie évolue si vite que même des prévisions à dix ans, voire à cinq, sont quasi impossibles. La conception des ASI n échappe pas à la règle. Largement présents dans l industrie, le tertiaire, la recherche et le médical, tous secteurs soumis à la course au progrès, ces appareils doivent avoir la souplesse d adaptation aux besoins évolutifs de puissance. En effet, non seulement la charge secourue est appelée à croître avec l extension du matériel, mais les contraintes de surcharge peuvent devenir plus fortes, au gré des variations de qualité du courant. À cela s ajoute la criticité grandissante des infrastructures modernes. On l a vu récemment, des incidents électriques comme la panne qui paralysa des jours durant l informatique d une banque peuvent se chiffrer en centaines de millions de dollars. Il faut donc des ASI disponibles 24 heures sur 24, et la maintenance qui va avec! Le coût est également en ligne de mire. Rares sont les entreprises prêtes à signer aveuglément pour une solution de secours électrique n offrant pas toutes les garanties d efficacité énergétique, au cœur de leurs enjeux économiques et de leur démarche «verte». Autres facteurs de progrès des ASI modulaires : le rendement, la souplesse Les ASI sont largement présentes dans l industrie, le tertiaire, la recherche et le médical. et la disponibilité. La modularité promet de nettes réductions de la consommation d électricité et des émissions de CO 2 tout en permettant aux prescripteurs de planifier en souplesse les besoins immédiats et futurs de capacité et d espace 1. Assurances tous risques Newave Energy, grand nom des solutions d alimentation sans interruption, a rejoint ABB en mars Son offre comble le créneau des installations élec- Concentré de puissance 13

14 1 L évolutivité économise la puissance, réduit les émissions polluantes et simplifie la tâche du concepteur. 2 ASI modulaires : une cascade d avantages Rendement, flexibilité et disponibilité ont marqué le développement et l essor des ASI modulaires. triques pour grosses infrastructures informatiques (datacenters) et celui de la qualité du courant industriel. Si ABB est très présent sur le marché des ASI industrielles, Newave intervient dans la moyenne et forte puissance qui représente 50 % du marché global des ASI, avec un taux de croissance annuel de 6 % à 10 %. Précurseur des ASI modulaires sans transformateur, Newave dicte depuis 2001 les grandes tendances architec turales de la protection électrique. Il propose un catalogue complet d ASI traditionnelles à la fois autonomes et compactes, même si près de 70 % de ses ventes sont aujourd hui constitués d ASI modulaires triphasées. Le marché des ASI explose : de 6 à 7 milliards de dollars par an, il devrait atteindre 14 milliards d ici à 2017 [1]. Et pour cause : les technologies de l information absorbent plus de la moitié de la consommation d électricité. Rien qu aux États-Unis, les usages informatiques liés à Internet en captent près de 8 %, soit plus que l acier et la chimie [2]. Le rayonnement commercial et technologique des deux entreprises permettra au Groupe ABB d offrir une gamme complète de solutions de protection électrique aux clients de l industrie, du tertiaire et des datacenters. Des ASI modulaires La protection modulaire est aujourd hui le segment de croissance le plus rapide du marché des ASI triphasées. Évoluti- vité, maintenabilité et disponibilité sont ses points forts. Pourtant, toutes les ASI modulaires ne se ressemblent pas. Les ingénieurs de Newave ont bâti leurs ASI triphasées à double conversion sur l architecture décentra lisée et parallèle DPA TM (Decentralized Parallel Architecture) qui supprime les points uniques de défaillance : chaque module a ses propres équipements (cf. infra), formant une ASI à part entière 2. Grâce à une mise en parallèle judicieuse, les modules peuvent fonctionner en parfaite autonomie, sans interdépendances 3. Dans le cas improbable d une panne de module, le système tout entier continue de fonctionner normalement, la puissance du module défaillant en moins. Les ASI sont généralement surcalibrées, ce qui confère à l ensemble une très grande fiabilité. Dans l architecture DPA, chaque ASI intègre un commutateur statique, un redres seur, un onduleur, une commande logique, un tableau de commande et un chargeur de batteries. Même ces dernières peuvent être au besoin configurées séparément pour chaque module ; le système parallèle est ainsi totalement redondant. Tous les composants critiques étant doublés et distribués entre unités individuelles, les éventuels points uniques de défaillance sont éliminés. La possibilité de remplacer les modules en service, en toute sécurité, maximise la durée de fonctionnement du système. 14 revue ABB 1 13

15 3 La configuration parallèle permet à chaque module de fonctionner comme un seul système, sans interdépendances. 4 Les ASI modulaires investissent en masse les datacenters. SECTEUR Redresseur Commande logique Onduleur Commutateur statique Tableau de commande Redresseur Commande logique Onduleur Commutateur statique Tableau de commande Redresseur Commande logique Onduleur Commutateur statique Tableau de commande CHARGE Des ASI disponibles... La moyenne des temps de bon fonctionnement «MTBF» et la durée moyenne de réparation «MTTR» (Mean Time To Repair) sont les deux grands indicateurs de la disponibilité des ASI industrielles. La modularité optimise le MTBF, tandis que le remplacement rapide et simple des modules en fonctionnement (souvent déjà en stock ou procurés par un fournisseur de proximité) comprime le MTTR. D où une disponibilité accrue et des coûts réduits puisque les temps d intervention sur site et les risques de pertes de données ou de production sont minimisés. On allège également les stocks de pièces détachées spéciales tout en faisant l économie d intervenants hautement qualifiés sur site. Compacts Les ASI modulaires sans transformateur dictent les grandes tendances architecturales de la protection électrique. et légers, les modules peuvent être sans peine ajoutés ou remplacés en service ; un technicien suffit. efficaces... Le rendement énergétique est primordial ; à défaut, non seulement la perte directe d énergie grève le budget électrique et nuit à l environnement, mais de nombreux systèmes ASI ne pouvant se passer de climatisation, il faut encore plus d énergie et d équipements pour dissiper la chaleur excédentaire. Les ASI modulaires ABB ont le meilleur rendement énergétique. L offre Newave peut fonctionner en régulation de tension et double conversion, avec un signal du réseau en permanence redressé, puis reconverti en une sinusoïde pure par l onduleur. Elle peut aussi basculer en mode éco (> 99 %) ; la charge est alors très efficacement alimentée par le biais du commutateur statique et l onduleur n est sollicité que si la tension d entrée sort des tolérances. et économes Si l investissement initial dans un système réellement modulaire se révèle légèrement supérieur à celui d une ASI classique, la tendance s inverse quand on tient compte du coût total de possession. Le meilleur rendement énergétique et d autres économies font que le surcoût de la modularité est souvent amorti dès la première année d exploitation. L encombrement au sol étant toujours un critère privilégié, au vu de son coût, la compacité des produits ABB est un autre avantage économique sur les ASI traditionnelles. Tenter de répondre aux futures exigences de puissance avec des systèmes ASI auto nomes classiques peut entraîner un surdimensionnement qui creuse l écart entre la capacité installée et la taille de la charge critique réelle, occupant inutilement des mètres carrés onéreux. À l inverse, les ASI «rackables» peuvent être correctement dimensionnées en retirant ou en ajoutant des modules, selon les besoins de puissance, pour limiter l encombrement. Ce remplacement sécurisé des modules, ainsi que les importantes économies de temps de réparation, permettent d atteindre la disponibilité de 99,9999 %, cruciale pour les datacenters qui visent le «zéro arrêt» 4. ABB a désormais à son actif un catalogue complet de protections électriques pour mettre tous les types d applications industrielles à l abri des coupures, pointes et baisses de tension. Nicole Nägele Newave SA (société du Groupe ABB) Quartino (Suisse) [email protected] Bibliographie [1] Global Industry Analysts, Inc., Uninterruptible Power Supply (UPS) Systems: A Global Strategic Business Report, [en ligne], disponible sur : http// Power_Supply_UPS_Systems_Market_Report.asp, 1 er octobre [2] PRWeb, Global Uninterruptible Power Supply (UPS) Systems Market to Reach US$14 Billions by 2017, According to a New Report by Global Industry Analysts, Inc., [en ligne], disponible sur : uninterruptible_power/supply_ups_systems/ prweb htm, 11 novembre Concentré de puissance 15

16 Facteurs de puissance Qualité du courant : maux et remèdes Nicole Nägele, Sophie Benson-Warner Notre monde ne peut se passer d une alimentation électrique sûre et fiable. Or le courant fourni par le réseau n est pas toujours l onde parfaite sortie des centrales ; son transport et sa distribution sont le siège de défauts auxquels il convient de remédier par des mesures appropriées. Pour concevoir une installation de protection électrique, il faut commencer par bien cerner les différents types de perturbations de la tension et la nature des charges alimentées. Photo ci-contre Des problèmes d alimentation électrique menacent vos installations critiques? Les alimentations sans interruption fournissent en continu le courant de qualité indispensable à vos équipements. 16 revue ABB 1 13

17 Facteurs de puissance 17

18 1 Alimentations sans interruption PCS100 UPS-I d ABB L a haute technologie améliore tous les faits et gestes de notre quotidien (confort, santé, travail, infrastructures, etc.). Mais ces bienfaits ont leur contrepartie : ils accrois sent notre dépendance à une fée électricité que l on voudrait sans défauts. Une panne électrique de grande envergure peut être lourde de conséquences. Aux États-Unis, les répercussions économiques des défauts d alimentation ont L offre de protections PCS100 d ABB affiche un très haut rendement et un faible coût total de possession. été amplement analysées. Si l on en croît la Galvin Electricity Initiative [1], les coupures et creux de tension, par exemple, coûtent aux Américains quelque 150 milliards de dollars par an en pertes de denrées alimentaires, baisses de productivité, etc. Certes, les pannes générales tendent à se raréfier mais elles restent onéreuses. Bien plus fréquents sont les creux de tension qui, cumulés, plombent la facture. Si des investissements dans le réseau peuvent évidemment en amélio- rer la performance, il est impossible de se préserver totalement de ces impondérables. En fait, il n est pas de réseau électrique sans pics, fléchissements et creux de tension. Certaines charges industrielles, comme les alimentations à découpage, les variateurs de vitesse et les moteurs, y sont relativement insensibles et peuvent donc se passer de protection supplémentaire, surtout si elles ne jouent pas un rôle critique ; elles restent tout de même vulnérables aux pannes totales. D autres charges (systèmes critiques ou équipements de procédés continus), pour lesquelles une coupure entraîne des redémarrages très lents, ont besoin d être protégées. Et que dire des équipements médicaux ou appareils de mesure ultrasensibles qui réagissent mal aux fluctuations, même dans la tolérance de tension normale de ± 10 % : la protection est ici impérative. 18 revue ABB 1 13

19 On peut améliorer la qualité de fourniture en modernisant le réseau : renforcer ou enterrer les lignes à proximité d arbres ou vulnérables aux perturbations d origine atmosphérique (foudre, orage), améliorer les systèmes de protection ou encore adopter une topologie en anneau. S il est souvent possible de réduire l incidence des coupures, il est plus difficile d éliminer les creux de tension. Sur un réseau fortement maillé, un défaut se propage rapidement, altérant l alimentation des charges sensibles. Même les réseaux les plus fiables et sûrs ont des Pics, déséquilibres de tension et variations de fréquence sont pris en charge par les ASI à double conversion et les protections PCS100 d ABB. problèmes de qualité du courant, le «sans faute» technique ayant toujours sa limite économique. Généralement, la solution la plus abordable, une fois réalisées les améliorations techniques du réseau, consiste à installer des conditionneurs de tension ou des alimentations sans interruption (ASI) pour protéger les charges sensibles. Ces protections sont souvent aux frais du consommateur. Pour autant, le courant de qualité délivré au compteur peut ne pas suffire aux exigences de certaines charges. Il est clair que le distributeur s engageant, de son côté, à fournir une tension irréprochable, la participation financière du client à la modernisation du réseau fait débat. En effet, plusieurs catégories de coût se cumulent : l investissement de départ pour acquérir et installer des appareils de réduction des défauts, mais aussi les dépenses courantes et les frais de maintenance auxquels s ajoutent les coûts des pertes énergétiques puisqu aucun équipement n offre un rendement de 100 %. De plus, ce matériel doit être fiable et facile à entretenir pour garantir performance et disponibilité. Autant de bonnes raisons de le choisir avec soin. De tout temps, les pertes élevées des ASI traditionnelles à double conversion (4 à 8 %) et les fortes contraintes de maintenance des batteries ou autre réserve d énergie ont dissuadé l industrie et le tertiaire de protéger intégralement leurs charges des fluctuations de tension. Force était d arbitrer entre, d une part, la fréquence des incidents électriques et les préjudices économiques, d autre part, les coûts d installation et d exploitation des protections. Aujourd hui, l offre PCS100 d ABB 1 inclut des appareils à très haut rendement et faible coût total de possession. Vite rentabilisés, ils favorisent l installation d équipements de réduction des incidents électriques. Souvent, certaines charges n ont pas besoin d être protégées, tandis que d autres nécessitent un conditionnement de la tension et les plus critiques exigent des ASI. Discerner ces différents cas de figure au moment de concevoir l installation électrique peut faire chuter les coûts et déboucher sur une solution optimale. Autres anomalies et parades Aujourd hui, les efforts de protection visent, à juste titre, les creux de tension et les coupures. Or ce ne sont pas les seuls défauts à coûter cher. D autres perturbations (pics, déséquilibres de tension et variations de fréquence) posent de gros problèmes aux charges raccordées, surtout dans les pays émergents. Ce sont là des applications toutes trouvées pour les ASI à double conversion et les protections PCS100 d ABB! Il arrive que les problèmes surviennent aussi chez le client (appels de courant par les charges). Les problèmes d harmoniques et de facteur de puissance, principales sources de préoccupation, peuvent alors être réduits avec des appa reils ABB comme le compensateur statique de puissance réactive PCS100 STATCOM-I. Les problèmes d harmoniques et de facteur de puissance peuvent être atténués par le compensateur statique de puissance réactive PCS100 STATCOM-I d ABB. Nicole Nägele Newave SA (société du Groupe ABB) Quartino (Suisse) [email protected] Sophie Benson-Warner ABB Discrete Automation and Motion Napier (Nouvelle-Zélande) [email protected] Bibliographie [1] Galvin Electricity Initiative: Heat Wave-Related Blackouts Preventable with Smarter, More Reliable Electricity Grid, [en ligne], disponible sur : heat-wave-related-blackouts-preventable-withsmarter-more-reliable-electricity-grid, 7 juillet Facteurs de puissance 19

20 Secours modulaire Les alimentations sans interruption gagnent en intelligence, en modularité, en souplesse et en disponibilité Sophie Benson-Warner Depuis de nombreuses années, les alimentations statiques sans interruption (ASI) sécurisent et fiabilisent la distribution électrique des installations industrielles et tertiaires. Rares sont les produits ayant investi autant d applications stratégiques : datacenters, salles informatiques, fabrication de semi-conducteurs, automobile... jusqu aux équipements médicaux de pointe. Les ASI ont toujours été conçues comme des appareils monolithiques, dépourvus de la flexibilité, de l évolutivité, de la maintenabilité et de la disponibilité si chères au client. Cette conception traditionnelle a laissé place ces dernières années à une nouvelle technologie résolument modulaire. ABB a une longue expérience de la fourniture et de la protection électriques, avec notamment une offre d ASI industrielles modulaires que viennent renforcer l acquisition de la société Newave Energy et sa toute nouvelle gamme d ASI de moyenne et forte puissance. 20 revue ABB 1 13

21 O mniprésentes dans une multitude de secteurs industriels et tertiaires, les ASI doivent en permanence se mettre au diapason du progrès technologique. Trois paramètres déterminants entrent dans le choix d une ASI : la criticité des installations secourues, le coût et la performance énergétique des solutions. Des critères qui ont largement présidé à l essor des ASI modulaires, synonymes d évolutivité, de rendement élevé et de baisses importantes de la consommation d énergie et des émissions de CO 2. Ces ASI procurent également la flexibilité réclamée par les prescripteurs soucieux de concilier aujourd hui comme demain puissance maxi et encombrement mini. Photo Toute installation stratégique moderne, comme ce centre informatique, doit se prémunir des perturbations du réseau électrique. Par leur robustesse et leur flexibilité, les ASI modulaires d ABB garantissent une alimentation de qualité, fiable et continue. Newave Energy, spécialiste des solutions électriques d alimentation sans interruption, est depuis mars 2012 société du Groupe ABB. Ses premières ASI modulaires sans transformateur, qui remontent à 2001, dictent encore aujourd hui l évolution architecturale du marché de la protection électrique. Si Newave possède toute une offre d ASI traditionnelles autonomes et compactes, près de 70 % de ses ventes sont constitués d ASI mo du laires, en majorité triphasées, qui complètent la gamme à haut rendement PCS100 d ABB de conditionneurs actifs de tension AVC (Active Voltage Conditioners) et d alimentations sans interruption UPS-I pour l industrie [1, 2]. De grands producteurs de semi-conducteurs recourent aux ASI modulaires d ABB pour sécuriser leurs charges sensibles. PCS100 AVC Le conditionneur actif de tension PCS100 AVC d ABB 1 protège les charges et équipements sensibles des déséquilibres et creux de tension, en conformité avec les normes et réglementations. La mesure continue de la forme d onde de tension d entrée et sa comparaison à la sinusoïde de référence permettent de créer avec l électronique de puissance des vecteurs de tension qui sont injectés en temps réel pour fiabiliser et sécuriser la distribution de courant en aval, y compris dans les applications les plus contraignantes comme l automobile et les semi-conducteurs 2. Secours modulaire 21

22 1 Conditionneur actif de tension PCS100 AVC 2 Les alimentations industrielles PCS100 AVC et UPS-I d ABB protègent quantité de charges dans une foule de configurations. Le PCS100 AVC ne tire pas cette énergie de supercondensateurs ou de batteries d accumulateurs mais de l alimentation résiduelle au facteur de puissance unitaire, sans incidence majeure. Il apporte ainsi une réponse fiable, performante et compacte aux creux de tension, qui représentent plus de 90 % des perturbations du réseau préjudiciables à la performance industrielle. Pour autant, certaines charges critiques, en particulier les automatismes de procédé, réclament une protection électrique qui sort du domaine d emploi des conditionneurs actifs de tension ; c est là qu entre en jeu la solution UPS-I. Les deux produits peuvent cohabiter dans un grand nombre d applications industrielles pour secourir différents types de charge. Le PCS100 AVC intègre un circuit «bypass» redondant qui assure la continuité de service dans le cas (improbable) d une défaillance de l électronique de puissance. Disponibilité et fiabilité sont alors de très haut niveau. Certains grands producteurs de semi-conducteurs, très pointilleux sur la question de la disponibilité opérationnelle, recourent à cette technologie pour protéger leurs procédés sensibles. Le PCS100 AVC corrige rapidement et intégralement les creux de tension triphasée jusqu à 70 % de la tension nominale, et ceux de tension monophasée, jusqu à 55 %. Pour des creux plus profonds, il assure une correction partielle qui évite souvent le délestage. En outre, tous les modèles sont capables de corriger en continu les fluctuations de ± 10 % de la tension réseau, parant ainsi aux déséquilibres nuisibles aux moteurs en démarrage direct sur le réseau et aux entraînements à vitesse variable. PCS100 UPS-I L UPS-I est une ASI modulaire à haut rendement fonctionnant en interaction directe avec le réseau 3 et conçue pour les moteurs et variateurs de vitesse. Sa très grande robustesse s accommode des charges industrielles les plus exigeantes. En temps normal, un commutateur statique de fort calibre alimente la charge, le Le conditionneur actif de tension PCS100 AVC protège les charges industrielles sensibles des creux et déséquilibres de tension, conformément aux normes et règlements. module onduleur assurant la relève quand la tension réseau sort des tolérances. L une des difficultés de la protection électrique industrielle est de discriminer correctement les réglages du système pour choisir la bonne solution. La topologie exclusive de l UPS-I, de même que la robustesse et le calibre de son commutateur statique, procurent au concepteur du système électrique une excellente protection contre les perturbations. Avec un rendement de l ordre de 99 %, l UPS-I affiche des pertes minimes qui se traduisent par un faible coût total de possession et de moindres besoins de refroidissement : une solution tant économique qu écologique. Pour stocker l énergie, l UPS-I peut utiliser les traditionnels accumulateurs au plomb mais aussi, à la demande de nombreux clients ABB, des supercondensateurs hautes per for- mances capables d endurer cycles sans grande maintenance préventive. Autrement dit, la durée de vie de cette réserve d énergie n est pas amputée par l utilisation effective de l ASI, ce qui est souvent le cas avec les batteries. Nombreuses sont les applications industrielles où la réserve n intervient que pour pallier des événements de 22 revue ABB 1 13

23 3 ASI industrielle PCS100 UPS-I 4 Armoire de l onduleur PCS100 UPS-I Le PCS100 AVC intègre un by-pass redondant qui garantit la continuité, la disponibilité et la fiabilité de l alimentation en cas de défaut de l électronique de puissance. courte durée, quelques secondes seulement (creux de tension profonds ou commutation de charges). Newave a bâti ses ASI bureautiques sur une redondance, une décentralisation et une modularité poussées, alors qu ABB a opté avec son offre UPS-I pour une architecture modulaire centralisée, mieux adaptée aux besoins d élimination des défauts en milieu industriel. Le commutateur statique est prévu pour les fortes surcharges (démarrage de moteurs, machines à souder, etc.), les distorsions harmoniques provenant de charges déformantes (variateurs, redresseurs électroniques, etc.) et les défauts courants de l industrie. La défaillance d un module onduleur n empêche pas le fonctionnement du système, à puissance réduite. Même si le commutateur peut être assimilé à un point unique de défaillance, il est secouru par un by-pass électromécanique à sécurité intrinsèque, garant d une fiabilité optimale. Facteur de puissance Beaucoup de problèmes liés à l usage d ASI sont dus aux charges qu elles alimentent, même dans l informatique : en fonctionnement normal, bon nombre des alimentations à découpage modernes des serveurs engendrent un facteur de puissance en avance et des contraintes de faible charge. Ce facteur de puissance capacitif est un inconvénient majeur des ASI traditionnelles car il entraîne la surcharge de l onduleur et un déclassement important. Les ASI bureautiques et industrielles PCS100 UPS-I d ABB acceptent une bien plus grande plage de facteurs de puissance, supprimant les coûts cachés du déclassement et le surdimensionnement de la protection électrique. Le facteur de puissance en avance est aussi un problème majeur pour les groupes électrogènes de secours qui alimentent beaucoup d installations. Le STATCOM-I, autre produit phare de l offre de protection électrique d ABB, est une solution économique pour corriger rapidement les puissances réactives capacitives, les déséquilibres de courant et les harmoniques de rang faible, qui perturbent toujours les alternateurs de ces systèmes. Le choix d une alimentation sans interruption ABB impose un cahier des charges rigoureux qui porte essentiellement sur trois critères : à puissance identique (exprimée en kilowatts ou kilovoltampères), deux applications peuvent nettement se différencier par la nature des charges alimentées et les problèmes de qualité du courant. Dans tous les cas de figure, la gamme complète d ASI et l expertise applicative d ABB garantissent une protection efficace, fiable et économique des charges critiques. Sophie Benson-Warner ABB Discrete Automation and Motion Napier (Nouvelle-Zélande) [email protected] Bibliographie [1] Hoffmann, R., «La tension tient la forme», Revue ABB, 1/2012, p [2] Benson-Warner, S., «Alimentation équilibrée», Revue ABB, 1/2012, p Secours modulaire 23

24 Station de services Cloud Solutions de connectivité ABB pour la mobilité électrique Hans Streng, Joost van Abeelen Tout comme le téléchargement d applications en ligne a bouleversé l usage des dispositifs mobiles, les services de Cloud Computing transforment radicalement le marché de la recharge des véhicules électriques (VE). Au-delà de «faire le plein», les infrastructures et services de recharge nécessitent des solutions de connectivité sûres et sécurisées pour une exploitation plus efficace et fiable, tout en offrant une souplesse d évolution maximale. ABB accompagne son offre de bornes et stations de recharge d une palette complète de services en ligne, notamment la télémaintenance et le télédiagnostic, et d interfaces pour les applications de gestion des abonnements. La sécurité des données est garantie par la conformité aux exigences de la norme internationale ISO revue ABB 1 13

25 Le marché de la recharge des véhicules électriques tout comme les besoins des clients évoluent rapidement. L es avantages de l informatique en nuage, ou Cloud Computing, ne sont plus à démontrer. Depuis quelques années, les applications et services en ligne SaaS (Software-as-a-Service), un des segments de la technologie cloud, font partie intégrante de la stratégie de toutes les grandes entre prises. Sachant qu un grand nombre de sociétés consacre jusqu à 70 à 80 % de leur budget informatique aux mises à jour régulières et à la maintenance des logiciels, les services SaaS constituent un formidable vecteur d économies par l externalisation des ressources informatiques. Le cloud autorise également la mise à jour et la maintenance des applications web sans qu il soit nécessaire de diffuser et d installer des logiciels dans des milliers de postes clients ; enfin, il garantit la compatibilité des plates-formes. Photo Borne de recharge de véhicules électriques dans une station-service en Estonie Offre ABB de services en ligne L avenir du marché de la recharge passe par la voiture connectée 1. En effet, le cloud libère de la complexité et de la multitude de contraintes d espace, de temps, de puissance et de coût de l environ nement informatique traditionnel. Les services en ligne permettent aux clients d ABB d exploiter la technologie cloud pour adapter le contenu des services qu eux-mêmes proposent à leurs clients, partenaires et fournisseurs. Les avantages sont nombreux, au premier chef une grande souplesse d évolution et une baisse des coûts. Avec le cloud, les clients accèdent aux données dont ils ont besoin n importe où et à tout moment, même à distance ou en dehors des heures de bureau. Ne devant plus acquérir ni installer de coûteux logiciels, ils réalisent d énormes économies, en particulier sur les outils qui leur procurent déjà un avantage concurrentiel, mais au prix de fréquentes mises à jour. Cette grande souplesse leur permet de s adapter en dynamique aux besoins fluctuants de l entreprise, notamment aux pics d activité pendant les vacances ou les périodes estivales. La connectivité garantit une maintenance et une gestion efficaces de chaque borne de recharge d un parc tout en permettant à ABB de suivre le développement du marché et les usages des clients, tous deux évoluant rapidement 2. Services à haute valeur ajoutée Fournis par le cloud, les services en ligne ABB sont compatibles avec tout type de réseau de recharge ou plate-forme de paiement et facturation actuellement disponibles. En d autres termes, le client se connecte simplement au centre «NOC» (Network Operations Center) d ABB pour accéder à n importe quelle borne de son réseau de recharge. Des interfaces basées sur des standards ouverts permettent de télésurveiller toutes les bornes ABB, d assurer une maintenance proactive et de faire les mises à jour logicielles. Les clients disposent ainsi des outils néces saires à la collecte de données Station de services Cloud 25

26 1 Le marché de la recharge des VE tire profit des services cloud comme ceux proposés par ABB. 2 Le gestionnaire en ligne Galaxy d ABB permet d accéder aux données temps réel et aux statistiques d usage des bornes de recharge Terra. Les services cloud garantissent une maintenance et une gestion efficaces de chaque borne de recharge d un parc. statistiques sur chaque utilisateur et à l édition de bilans 3. Ce mode de fonctionnement profite à la fois à ABB et à ses clients, et ce pour diverses raisons. Premièrement, les clients font migrer la plupart de leurs configurations vers le cloud où elles sont virtualisées. Les ressources matérielles (bornes) sont donc fondamentalement identiques, débouchant sur d importantes économies d échelle sur le plan de la logistique globale et du dépannage. De même, la gestion des mises à jour et à niveau des bornes est grandement facilitée à la fois pour le matériel et le logiciel. Deuxièmement, la connectivité favorise l évolutivité fonctionnelle, notamment l intégration dans les réseaux électriques intelligents (Smart Grids) sans rien changer aux bornes de recharge. Enfin, le recours à des interfaces ouvertes fonctionnant en mode cloud, plutôt qu à des interfaces personnalisées, permet en principe aux clients de continuer de travailler avec des fournisseurs de bornes non connectées à Internet. Ils tirent ainsi pleinement profit des avantages du cloud 4. Chute du budget d investissement Le développement logiciel est une activité fortement capitalistique et, par le passé, de nombreux projets de développement n ont pas donné les résultats escomp tés. Grâce au cloud, plus besoin d investir massivement dans du matériel sur mesure, du développement logiciel ou l intégration des ressources informatiques. Avec les solutions de connectivité ABB, il suffit à nos clients d activer les licences pour utiliser les logiciels. Leur développement et leur maintenance sont couverts par un forfait mensuel. Ouverture et innovation Les services cloud d ABB réduisent considérablement les dépenses de ses clients par le déploiement simultané des applications logicielles et des mises à niveau. Inutile de mettre à jour chaque borne de recharge ; le client reçoit instantanément les mises à niveau tout en bénéficiant automatiquement des nouveaux développements du cloud. Ainsi, ABB a récemment lancé une offre de services de mises à jour logicielles agrémentées de nouvelles fonctionnalités (mises à jour de sécurités et langues supplémentaires). En adoptant des standards ouverts et des protocoles sécurisés, ABB et ses services en ligne étayent les modèles économiques des clients et dynamisent la rentabilité de leurs investissements actuels et futurs dans les infrastructures de recharge. Ses solutions B2B (Business-to-Business) permettent aux clients de décider quelle solution B2C (Business-to-Consumer) répond le mieux à leurs besoins. Ces services en ligne ABB favorisent l émergence de nouvelles offres B2C ; l ensemble des bornes est reconfiguré à partir d un seul point. 26 revue ABB 1 13

27 3 Offre de services en ligne ABB pour le marché de la recharge de véhicules électriques Système Galaxy Interfaces Système Télétransmission et sécurité Les données de recharge des VE, les paramétrages et les mises à jour logicielles utilisent le protocole TLS et les certificats X509, standard largement employé pour sécuriser l échange de données industrielles et de données de l administration publique. Exploitant d infrastructures de recharge Accès en mode cloud Une interface de connexion fiable permet une gestion à distance des stations de recharge. 4 L accès à distance aux bornes de recharge est un atout clé des services cloud d ABB. Le cloud existe depuis plusieurs années. En effet, un nombre croissant de voitures embarque des fonctions de communication (la carte SIM dans la LEAF de Nissan, par exemple) et les compteurs électriques intelligents s invitent dans les maisons et les bureaux. Il est donc opportun d en équiper les bornes de recharge de VE, d autant que nous entrons dans l ère du stockage réparti, notamment le concept V2G (Vehicule-to-Grid) qui prévoit de r éinjecter la charge électrique stockée dans la batterie des voitures sur le réseau par le biais des bornes (une pratique déjà obligatoire au Japon). La connexion à Inter n et prend ici tout son sens. Services en ligne ABB Centre d exploitation ABB Services en ligne ABB Accessibles uniquement au client, les données sont sauvegardées et sécurisées sur le cloud par un tiers professionnel indépendant, selon des normes strictes. En adoptant des standards ouverts et des protocoles sécurisés, ABB et ses services en ligne étayent les modèles économiques des clients. Électromobilité et Smart Grid Le stockage de l énergie électrique dans les batteries des VE s inscrit dans le cadre du développement d un réseau électrique «intelligent» et communicant. Les sociétés d électricité pourraient ainsi stocker leur production excédentaire dans les batteries des VE branchés au réseau. À l inverse, lorsque la demande excède l offre, ces batteries constitueraient des capacités de puissance de réserve à délai très court pour notamment parer aux pics de consommation, aidant les électriciens à mieux gérer leurs moyens de production de réserve et à lisser les fluctuations induites par les sources r enouvelables. Les fonctions de communication ouvrent la voie à l inté- Gestion du réseau Le centre NOC (Network Operations Center) d ABB assure une assistance en ligne et des prestations de services 24 h/24, 7 j/7. Il surveille les infrastructures de recharge et les systèmes, améliorant leur performance globale. gration dans les systèmes de téléconduite et de gestion des réseaux de distribution, renforçant les capacités d analyse et de régulation des opérateurs de réseaux. Ces systèmes assureraient, par exemple, la recharge des batteries uniquement en périodes creuses, et non plus de manière aléatoire, pour atténuer l impact de la charge supplémentaire imposée au réseau électrique par les VE. ABB couvre l ensemble des fonctionnalités du Smart Grid. Pour le marché de la recharge des VE, ses solutions matérielles et logicielles (ou combinées) permettent aux clients de rentabiliser au mieux leurs activités dans la fourniture de services, l exploitation des infrastructures et la gestion des charges. Pour aller plus loin : Hans Streng Joost van Abeelen ABB Product Group EV Charging Infrastructure Eindhoven (Pays-Bas) [email protected] [email protected] Station de services Cloud 2 7

28 28 revue ABB 1 13

29 Prise en main Un disjoncteur «intelligent» gère les charges pour diminuer les coupures Pietro Esposto, Paolo Gritti, Enrico Ragaini Si une petite coupure peut être salutaire à l organisme humain, c est tout le contraire pour l approvisionnement électrique! L idéal technologique voudrait que toutes les charges, alimentations et applications soient rigoureusement identiques, prévisibles et fiables. La réalité étant différente, ABB a mis au point un nouveau disjoncteur capable de gérer les aléas de la vie électrique. Les propriétés électriques font la qualité du disjoncteur : pouvoir de coupure, valeurs nominales de tension et de courant... Des performances qui expliquent son omniprésence dans les installations électriques, comme organe de protection et de commutation. Aujourd hui, il lui faut aussi participer activement au système de gestion d énergie. Photo ci-contre Le disjoncteur Emax 2 peut gérer l énergie à distance, à partir d un terminal mobile. Prise en main 29

30 1 Comparaison de la largeur de tableau des disjoncteurs Emax et Emax 2 Disjoncteur Courant assigné Emax 2 (mm) Emax (mm) Réduction E A % E A % E A % E A % La profondeur du tableau diminue également, passant de 380 mm à 355 mm, par exemple, pour un courant assigné 2000 A. T outes les charges ne naissent pas égales. Pourtant, les réseaux actuels les gèrent avec un sens infaillible de l équité, sans se soucier de leur criticité. Le disjoncteur Emax 2 d ABB a été pensé, développé et produit pour tenir compte intelligemment des contraintes d exploitation. ABB est un des acteurs majeurs du marché et de la technologie des disjoncteurs basse tension (BT). Il innove encore dans ce domaine avec Emax 2, commercialisé en mars 2013, qui succède au Le disjoncteur fait office de capteur/actionneur et participe activement au système d automatisation distribué. disjoncteur à coupure dans l air Emax dont la réussite (plus d un million d exemplaires vendus) ne s est pas démentie depuis son lancement en Emax 2 affiche des performances exceptionnelles pour un encombrement bien inférieur à celui de ses prédécesseurs 1. Obligation de résultats Les disjoncteurs doivent souvent fonctionner dans des conditions thermiques, hygrométriques et vibratoires extrêmes. L environnement électrique ne leur est guère plus favorable : la qualité de la fourniture peut être exécrable, avec une forte pollution harmonique et des coupures fréquentes. Pour garantir son immunité à ces perturbations, le disjoncteur subit des essais poussés de compatibilité électromagnétique (CEM). L appareil doit aussi réduire de taille pour se loger dans des tableaux de distribution de plus en plus compacts. L encombrement est en effet crucial dans certaines applications, comme les grandes infrastructures informatiques (datacenters) et les navires où chaque mètre carré occupé par l appareillage est autant d espace en moins pour la charge embarquée. Cette compacité se traduit également par une moindre utilisation de cuivre, d aluminium et d acier, et donc une optimisation des ressources. La concep- tion, le développement et la production d Emax 2 tiennent compte des contraintes physi- ques et électriques de fonctionnement du disjoncteur. ABB a conjugué l expertise des ingénieurs, le retour d expérience des précédentes gammes d appareils et les nouvelles exigences des clients pour offrir une performance et une fiabilité maximales. 30 revue ABB 1 13

31 2 Famille de disjoncteurs Emax 2 L automatisation intégrée transforme le disjoncteur en un véritable dispositif de gestion de puissance. Réseaux intelligents Les systèmes électriques connaissent actuellement une évolution majeure : les grandes villes se mettent à l heure du Smart Grid dans lequel réseaux de communication et de distribution d électricité s imbriquent. Des appareils numériques «communicants» surveilleront et piloteront le flux de puissance pour amener l énergie à l endroit et au moment requis, avec le maximum d efficacité. Le disjoncteur fait bien entendu partie de ce nouveau paysage. Les progrès de l électronique permettent d intégrer plus d intelligence dans l appareil de protection numérique. Le disjoncteur peut faire office de capteur/actionneur et participer activement au système distribué qui gère la répartition de puissance. Il traite, stocke et transmet l information, et prend automatiquement des décisions. Cette automatisation intégrée est une avancée majeure par rapport aux précédentes générations d appareils car elle transforme le disjoncteur en véritable dispositif de gestion et de régulation de puissance. Le disjoncteur étant placé au cœur de l installation électrique pour protéger à la fois l alimentation et les charges, son intelligence le rapproche efficacement des consommateurs, garantissant au pilo tage de la consommation une flexibilité maximale et une granularité fine. Intégrer ces fonctions dans le disjoncteur a des avantages supplémentaires : celui-ci assurant avant tout des fonctions de protection et de commutation, l ajout de fonctionnalités ne requiert pas d équipements supplémentaires. Il embarque Les progrès de l électronique permettent d intégrer plus d intelligence dans l unité de protection numérique. des capteurs de tension et de courant auxquels peuvent se greffer ces nouvelles fonctions : l appareil se sert des mesures d intensité et de tension, déjà disponibles aux fins de protection, pour la mesure de puissance, les statistiques, les diagnostics, etc. Il est donc possible de concilier le faible encombrement des tableaux électriques et les nouvelles exigences d intelligence 2. Gestionnaire et régulateur D habitude, une installation électrique alimente un grand nombre de charges indépendantes ; si certaines sont constantes, la plupart varie au fil du temps, telles l éclairage d un bâtiment, le chauffage, la ventilation et la climatisation (CVC) qui s allument et s éteignent en fonction de la température, etc. Toutes ces charges cumulées participent à la consommation totale d une installation, mais hélas sans aucune coordina- Prise en main 31

32 3 Gestionnaire de puissance 5 Régulateur de puissance Ekip 1) Le gestionnaire mesure l énergie consommée par l installation électrique depuis le début de la période de mesure (fenêtre de mesure/intervalle de temps). La puissance totale correspond à l augmentation de cette énergie au fil du temps. En fin de période, le gestionnaire fait une estimation de la consommation à partir des valeurs d énergie et de puissance. 2) Lorsque des charges non pilotables sont activées, la consommation augmente et le gestionnaire évalue le risque de dépassement de seuil en fin de période de mesure. 3) Il désactive une charge pilotable (CVC) pendant quelques minutes. 4) Il reconnecte la charge lorsque la puissance totale baisse et que l estimation repasse en-dessous de la valeur de seuil. 4 Régulation de la demande 1) L installation est alimentée par le réseau et la production locale (photovoltaïque). Le régulateur de puissance Ekip mesure l énergie nette prélevée sur le réseau, soit la différence entre la charge consommée et le photovoltaïque (PV). 2) Si la puissance produite par le photovoltaïque diminue, il détecte une hausse de la puissance soutirée au réseau. S il estime que la consommation énergétique est trop élevée, il déconnecte une ou plusieurs charges. 3) Les charges prioritaires sont toujours raccordées. 4) Lorsque la production PV reprend, le régulateur détecte une diminution du flux de puissance tirée du réseau et reconnecte éventuellement certaines charges. 5) On voit donc que la charge totale réagit en fonction de la disponibilité de la production locale d énergie renouvelable. Le régulateur Ekip gère la puissance maximale consommée par l installation. Il utilise pour cela la même méthode que celle du comptage transactionnel, ce qui permet d économiser le nombre de charges raccordées à la puissance maximale et, par conséquent, les kilowattheures facturés. Le calcul de consommation énergétique prend la forme d une valeur moyenne sur une période de mesure prédéfinie (5 minutes ou même 2 heures, par exemple). Cette mesure permet de compenser une consommation élevée sur la période donnée par une consommation plus faible le reste du temps, tout en maintenant la puissance totale moyenne dans les limites fixées ; une basse consommation en première partie de période, par exemple, permet de tolérer une consommation plus importante dans la seconde moitié. Ekip associe à ce principe un algorithme prédictif qui estime, à chaque instant, la puissance en fin de période et décide par conséquent de connecter ou de déconnecter des charges ou des générateurs. Il peut ainsi accepter de brefs appels transitoires de puissance (pour le démarrage d un moteur, par exemple) sans avoir à déconnecter d autres charges dès que la puissance dépasse le seuil fixé. Les manœuvres de connexion/déconnexion dépendent donc de la consommation depuis le début de période de référence jusqu au moment considéré. Exemple : si la consommation a été très élevée dans les premières minutes de la période, Ekip déconnecte plus de charges dans les minutes qui suivent ; à l inverse, si la consommation initiale est faible, il laisse fonctionner un plus grand nombre de consommateurs. Le régulateur se base sur une mesure de puissance intégrée qui permet d obtenir la valeur de consommation totale. Son horloge interne lui indiquant le temps écoulé depuis le début de la période de mesure, il peut calculer la puissance moyenne. À partir de ces quatre métriques (puissance instantanée réelle, puissance moyenne pendant la période actuelle, énergie totale et temps écoulé), Ekip utilise un algorithme dédié pour estimer la consommation totale à la fin de la période et réagir en connaissance de cause. Si l estimation est : supérieure à la puissance fixée, Ekip déconnecte une des charges raccordées ou connecte un générateur ; égale ou légèrement inférieure à la puissance moyenne fixée, Ekip maintient les générateurs et les charges pilotées en l état ; nettement inférieure à la moyenne, Ekip reconnecte une des charges ou déconnecte un générateur si une ou plusieurs d entre elles sont déjà connectées. Cet algorithme prédictif est exécuté plusieurs fois à différents moments de la période afin d actualiser la prédiction et de connecter ou déconnecter les charges en conséquence. L objectif est de surveiller la consommation réelle de puissance et d empêcher le dépassement de seuil. Entre-temps, si cette consommation diminue, il est possible de reconnecter des charges précédemment déconnectées et d éviter ainsi leur arrêt prolongé. L opération est renouvelée à intervalles réguliers avec, à chaque fois, une nouvelle estimation : si la consommation estimée reste trop élevée malgré la déconnexion d une charge, le régulateur Ekip en déconnecte une deuxième, puis une troisième et ainsi de suite jusqu à ce que le seuil de puissance soit respecté. Ainsi, le nombre de charges raccordées ou déconnectées varie de façon dynamique, avec la garantie pour l utilisateur qu un minimum de charges est déconnecté, dans la limite de puissance fixée. tion, chacune s activant et se désactivant indépendamment. Il suffit que plusieurs se mettent en marche au même moment pour provoquer de brusques pics aux effets indésirables : Augmentation de la consommation de puissance active maximale, qui grève la facture électrique, selon le contrat de fourniture ; Déclenchement d alarmes de surcharge, voire de protections. Pour parer à ce risque, les concepteurs surdimensionnent l installation, utilisant davantage de composants coûteux ; À l échelle du réseau, obligation de maintenir des capacités de produc- Le régulateur temps réel du gestionnaire de puissance Emax 2 utilise cette logique pour limiter la consommation d une instion en réserve pour faire face à la demande de pointe. En cause? L absence de coordination entre les charges. Un gestionnaire de puissance peut y remédier en empêchant que trop de charges appellent trop d électricité en même temps et limiter ainsi, autrement dit «écrêter», les pics de consommation. C est précisément ce que fait Emax 2, selon un principe très simple : lorsque la consommation grimpe, la mise en route de certaines charges de moindre priorité est différée de quelques secondes ou minutes jusqu à ce que les conditions permettent de les reconnecter. Un réseau BT comporte souvent plusieurs charges qui n ont pas besoin d être alimentées en continu et peuvent être légèrement décalées dans le temps sans que l utilisateur ne s en aperçoive. L arrêt d un climatiseur pendant une minute, par exemple, ne joue pratiquement pas sur la température de la pièce. Par contre, ce délai permet à d autres charges critiques de démarrer et de fonctionner un bref instant à pleine puissance sans franchir le seuil de consommation totale. 32 revue ABB 1 13

33 6 Installation marine alimentée par générateurs 7 Menus et graphiques conviviaux 1) Plusieurs générateurs sont raccordés en parallèle. Pour assurer une disponibilité maximale, l installation fonctionne en boucle fermée (tous disjoncteurs fermés), sous 690 V. 2) Lorsqu un générateur démarre, le contrôle de synchronisme intégré au disjoncteur empêche son raccordement sauf si sa phase et sa fréquence sont en ligne avec le test de l installation. Le disjoncteur se ferme automatiquement quand les conditions sont réunies. 3) En cas de défaut, la protection directionnelle et l interverrouillage logique indiquent à chaque disjoncteur de la boucle l emplacement du défaut. Les disjoncteurs formant un système intégré, uniquement les appareils concernés par le segment défectueux déclenchent. 4) Ce segment est alors le seul à être mis hors service ; sur toute la durée du défaut, le flux de puissance est maintenu dans le reste de l installation. tallation : il déconnecte les charges pilotables ou temporisables qu il reconnecte dès que possible, sans dépasser la limite de puissance. Il optimise en permanence En basse tension, plusieurs charges peuvent être brièvement déconnectées sans que l utilisateur s en aperçoive. le nombre de charges déconnectées tout en s efforçant d alimenter au maximum l installation. Des disjoncteurs «esclaves», de type Emax 2 ou de générations antérieures, s ouvrent et se ferment sur commande pour mobiliser ou non les charges pilotables. Ce gestionnaire de puissance peut aussi raccorder des générateurs auxiliaires quand la demande l exige, puis les déconnecter, tout cela en automatique et de manière coordonnée, comme pour les charges, afin de maintenir autant que possible la puissance totale sous le plafond fixé par la puissance maximale souscrite auprès du fournisseur 3. Autre possibilité : adapter la demande d énergie à l offre d origine renouvelable (EnR) 4. Si deux sources sont disponibles (réseau de distribution + photovoltaïque local, par exemple), la puissance totale soutirée au réseau correspon- dra à la consommation de la charge moins l autoproduction. Sans apport photo voltaïque, le gestionnaire Emax mesure l augmentation de la puissance consommée et déconnecte une ou plusieurs charges. Lorsque le photovoltaïque débite à nouveau, le gestionnaire détecte une baisse du flux de puissance net et reconnecte en conséquence les charges. Ce type de «réponse à la demande» opère en temps réel, à partir de la gestion de puissance locale, et peut s utiliser en autonome. Le disjoncteur Emax 2 intègre une unité électronique baptisée Ekip, qui assure toutes les fonctions de protection, déclenchement, commande, mesure et communication, mais aussi de régulation de puissance. Dans des applications futures, le régulateur Emax 2 modulera la demande en fonction de l heure de la journée ou des prix du marché de l énergie 5. Enfin, on peut utiliser ce régulateur de puissance pour enclencher la charge et la décharge d un système de stockage : lorsque la consommation est très élevée, le dispositif de stockage est raccordé en mode «décharge» pour contribuer à l alimentation des charges. Puis, quand Prise en main 33

34 Lorsque la consommation est très élevée, le dispositif de stockage peut être raccordé en mode «décharge» ; lorsqu elle est faible, la marge disponible permet de charger le dispositif. 8 Interface tactile la consommation baisse, l excédent de puissance recharge le système de stockage. Protection des générateurs locaux De plus en plus souvent, des générateurs locaux sont raccordés au réseau BT. Le photovoltaïque (PV) et la petite cogénération se diffusent largement, alors que les réseaux industriels et marins font déjà un usage intensif de l autoproduction. Protéger ces générateurs des défauts pose parfois de grandes difficultés techniques. Deux exemples : Lorsqu un générateur alimente un microréseau en îlotage (c est-à-dire non raccordé), il faut surveiller de près les variations de fréquence ou «taux de changement de fréquence» (ROCOF), qui peuvent signaler un Les applications prennent la forme de modules plug-andplay, très faciles à mettre en service. défaut et donc nécessiter une protection spécifique ; Si l alimentation provient d un générateur à électronique de puissance (onduleur de centrale PV, par exemple), les courants de court-circuit sont généralement faibles. Du coup, les protections classiques contre les surintensités ont du mal à détecter les courts-circuits. Une stratégie plus élaborée consiste à détecter les hausses de courant associées à une chute de tension, caractéristiques d un court-circuit. Avec ses protections ROCOF et 51 V (contre les surintensités par la valeur de tension), Emax 2 gère ces deux paramètres. C est d ailleurs le premier disjoncteur BT à mettre ces protections en œuvre. Il possède aussi d autres fonctionnalités destinées aux installations alimentées par plusieurs sources d énergie : Le contrôle de synchronisme (synchrocheck) empêche le raccordement d un générateur quand sa tension n est pas en phase avec celle du système. Cette fonction, normalement assurée par un dispositif séparé, est désormais inté grée au disjoncteur ; La protection directionnelle avec interverrouillage logique (autre exclusivité ABB pour ses disjoncteurs BT) garantit une disponibilité maximale des réseaux multi-sources en localisant automatiquement le défaut et en minimisant les interruptions de service. 34 revue ABB 1 13

35 9 Modules Emax 2 configurables sur site Emax 2 intègre quantité de bornes et d accessoires pour multiplier les possibilités de raccordement. Un exemple de réseau marin 6 illustre ces deux principes. Facile à utiliser, facile à intégrer Avec la complexité croissante des systèmes électriques, les types d applications décrites ici mettent en œuvre des algorithmes pointus. Or Emax 2 reste extrêmement simple à configurer et à manipuler! L utilisateur ne s occupe que des paramètres de base, un logiciel dédié le soulageant efficacement de tous les calculs de réglage fin. L unité électronique Ekip utilise des menus 7 et graphiques accessibles par le clavier du panneau opérateur ou l écran tactile 8, garantissant une exploitation des plus intuiti ves. Pour simplifier et accélérer l installation, la documentation produit innove également. La fourniture inclut des vidéos ainsi que des schémas 2D et 3D sous forme électronique. Des livres blancs et des notices applicatives décrivent les nouveaux produits et expliquent comment bien les choisir et les intégrer à Emax 2. La plupart des applications revêt la forme de modules autoconfigurables (plugand-play), très faciles à mettre en service 9. Ils peuvent même être installés sur site. Lorsque de nouvelles fonctions sont intégrées à une installation existante (raccordement d un générateur à un jeu de barres, par exemple), la protection du générateur peut être ajoutée au disjoncteur protégeant le jeu de barres. En termes de construction mécanique, il est parfois difficile de concevoir l aménagement d un tableau de distribution pour installer un disjoncteur. Emax 2 intègre un grand nombre de bornes et d accessoires pour assurer un maximum de raccordements (câbles, jeux de barres cuivre ou aluminium, etc.). Pietro Esposto Paolo Gritti Enrico Ragaini ABB Low Voltage Products Bergame (Italie) [email protected] [email protected] [email protected] Prise en main 35

36 Un aiguilleur fidèle au poste Le multiplexeur universel FOX615 d ABB relève les nouveaux défis de la communication industrielle Mathias Kranich, Ramon Baechli, Himanshu Trivedi De nos jours, les grands acteurs de la distribution électrique, du pétrole et du gaz, de l exploitation minière ou du transport ferroviaire ne jurent que par le «temps réel» pour optimiser leurs opérations. Encore faut-il qu ils aient accès à des réseaux de communication ultrarapides et fiables! Certes, ils avaient jusqu à présent la commutation de circuits pour remonter en toute sécurité les données du procédé vers le contrôle-commande et les exploitants, mais le déploiement massif de la commutation de paquets confronte leurs infrastructures réseaux à de nouvelles exigences. ABB y remédie avec le multiplexeur «multiservice» FOX615 qui combine deux technologies, la commutation de circuits SDH (Synchronous Digital Hierarchy 1 ) et le transport de paquets Ethernet, ainsi que des fonctions métier et des communications haut débit jusqu à 10 Gbit/s. Par ses capacités d intégration et sa souplesse, FOX615 se prête à une pléiade de fonctions applicatives qui en font la solution idéale pour les réseaux de transmission industriels. 36 revue ABB 1 13

37 1 Commutation de circuits et transport de paquets Commutation de circuits RTU RTU Transport de paquets P RTU P P RTU P Les télécoms grand public (téléphonie mobile et Internet haut débit) et industrielles (réseaux électriques intelligents ou Smart Grids) sont tributaires de transmissions fiables. Dans le passé, les réseaux longue distance des opérateurs historiques et des industriels gérant de grosses infrastructures étendues s appuyaient sur une même technique de commutation de circuits à hiérarchie numérique synchrone SDH ou «plésiochrone» PDH (littéralement presque synchrone) pour assurer le niveau de performance nécessaire à ces deux marchés. Puis l explosion du trafic numérique, avec le passage des communications purement vocales aux applications multimédia combinant voix, données et vidéo, bouleversa la donne. Contraints de faire transiter le maximum d informations simultanées sur des distances toujours plus longues, les réseaux publics se tournèrent vers la commutation de paquets. Cette technique de transfert, qui fit l immense réussite d Ethernet dans les réseaux locaux, poussa les opérateurs télécoms à adopter les mêmes solutions pour leurs réseaux étendus. Rançon du succès : le transport de paquets en mode «non connecté», c est-à-dire ne nécessitant pas de connexions/déconnexions successives pour établir et libérer la liaison, ne garantit pas la même qualité de service que la commutation SDH. C est pourquoi les exploitants d infrastructures industrielles restèrent fidèles à la hiérarchie synchrone pour répondre aux plus grandes exigences de leurs réseaux stratégiques. Le mode connecté SDH peut affecter à une application des canaux de communication fixes et disponibles pendant toute la durée de la transmission, avec des délais d acheminement courts et garantis (autrement dit «déterministes»), et une faible gigue. Si le transfert de paquets a l inconvénient de mettre les messages en file d attente, source de retard supplémentaire et de gigue, il a par contre l avantage de leur affecter une bande passante variable : l idéal pour le «transactionnel long» entre ordinateurs, équipements terminaux ou postes de télé conduite RTU (Remote Terminal Units) 1. En matière de débit et de fluidité du trafic, la commutation SDH est à la transmission de données ce que les couloirs de bus, bandes d arrêt d urgence et voies réservées sont à la circulation routière. Ethernet, en revanche, utilise toutes les routes possibles, en fonction du trafic, pour faire le meilleur usage des infrastructures mais ne sait pas libérer de voies rapides pour les flux prioritaires. Pour doter le transport de paquets de certains des avantages de la commutation de circuits, plusieurs extensions des grands protocoles d origine ont été normalisées, sous les noms de IP/MPLS 2 (Internet Pro tocol/ MultiProtocol Label Switching), MPLS- TP 3 (MultiProtocol Label Switching Transport Profile) et PBB 4 (Provider Backbone Bridging). Reste que la qualité de service du transport de paquets est encore insuffisante, notamment pour la distribution électrique. La prolifération d applications sur Ethernet et les progrès escomptés de la commutation de paquets obligent les industriels à intégrer ces deux techniques de transfert pour répondre aux besoins du temps réel à multiplexage temporel (protection, par exemple) et à commutation de paquets (vidéosurveillance, intranets, etc.). Les équipements réseau doivent aussi combiner ces deux types de trafic : c est chose faite avec le multiplexeur hybride FOX615 d ABB. Les concepteurs ABB ambitionnaient avant tout un multiplexeur capable de répondre aux besoins temps réel des infrastructures industrielles, mais sans Photo ci-contre Baies de brassage FOX615 dans l usine ABB de Baden (Suisse) Notes 1 Architecture basée sur des niveaux successifs de concentration/multiplexage, mise au point par l Américain Bellcore, sous le nom de SONET (Synchronous Optical NETwork). 2 Technique multiprotocole permettant aux routeurs-commutateurs du réseau central de fonctionner à des vitesses plus élevées sans avoir besoin d examiner chaque paquet en détail ; pour cela, une étiquette ou label leur indique où transférer les paquets, sur la base d informations de routage IP 5. 3 Standard offrant aux fournisseurs d accès la richesse de service de l IP/MPLS 2 et la performance, la sécurité et la robustesse des réseaux de transport optiques (extension Transport Profile). 4 Protocole reposant sur des extensions de l Ethernet natif pour le rendre plus fiable, évolutif et déterministe, et l utiliser comme protocole de transport dans les grands réseaux de télécommunications. Un aiguilleur fidèle au poste 37

38 2 Du réseau électrique traditionnel (gauche) au Smart Grid (droite) La distribution électrique passera d une conduite centralisée et unidirectionnelle des transits d énergie, dans le sens production-consommation (gauche), à une gestion maillée et multidirectionnelle, du producteur aux consommateurs et inversement (droite). les contraintes de performance imposées par cette technologie. Il leur fallait pour cela maîtriser les méthodes de conception des réseaux de transmission du futur et identifier tous les défis liés à l application. Artères industrielles haut débit Les réseaux de communication sont le centre névralgique des grandes entreprises industrielles. Quand les opérateurs télécoms briguent avant tout la satisfaction de leurs millions de clients, les industriels visent davantage la fiabilité des transmissions et, partant, de leurs procédés. Contrairement aux réseaux publics, les investissements en infrastructures s inscrivent ici dans la durée (la charge de trafic étant relativement statique) et se distinguent par une disponibilité élevée (99,999 %, par exemple), une faible gigue (pour la protection différentielle dans les réseaux électriques [1]), une tolérance à la poussière (exploitation Les grands réseaux d infrastructures industrielles évoluent doucement, par étapes. minière) et une grande sûreté de fonctionnement (systèmes de commande ferroviaire garantissant la sécurité des voyageurs) [2]. Les cycles d investissement sont également bien plus longs. Les dispositifs de protection et de contrôle-commande des postes électriques qui, en bout de chaîne, sont raccordés aux équipements réseau de l industriel, doivent être particulièrement endurants. Conclusion : les interfaces traditionnelles ont encore de beaux jours devant elles et les postes communiquant essentiellement sur Ethernet/ IP ne sont pas pour demain! À rebours des grands chamboulements technologiques des télécoms publiques, c est à pas comptés que les réseaux industriels évoluent. De ce fait, une forte interopérabilité entre installations anciennes et nouvelles est une nécessité absolue. Si les réseaux de communication sont d une importance capitale pour une grande infrastructure industrielle, ils restent néanmoins au second plan de l activité. Prenons l exemple de l énergéticien : son métier est avant tout d acheminer l électricité aux consommateurs ; aussi crucial soit-il, un bon réseau de communication se contente de soutenir cette fonction. D où le fait que l exploitation soit de plus en plus confiée à une poignée de techniciens généralistes (et non des spécialistes télécoms) ayant en charge une kyrielle de produits et de fonctions métier. Sur ces réseaux, l excellence opérationnelle peut être assurée par la mise en œuvre d outils ergonomiques et intuitifs que fédère et orchestre un puissant système de gestion centralisé. Tout ce qu offrent FOX615 et son logiciel FOXMAN. 38 revue ABB 1 13

39 3 Le multiplexeur FOX615 et ses 21 emplacements pour interfaces utilisateur Le nouveau FOX615 d ABB peut multiplexer jusqu à canaux sur une seule liaison optique. Problématiques du milieu... Les équipements de terrain de ces réseaux industriels doivent endurer des conditions extrêmes (températures, champs électromagnétiques, etc.) qui peuvent s aggraver en cas de courts- ABB voulait un multiplexeur capable de répondre aux besoins temps réel de l industrie, mais sans les contraintes de performance liées à cette technologie. circuits. Pour conserver le haut niveau de disponibilité qui leur est imposé, a fortiori en situation d urgence, ils doivent faire preuve d une longévité et d une fiabilité exceptionnelles. Si à cela s ajoutent l éloignement, la poussière et l impossibilité de garantir la maintenance périodique de l équipement, on préférera éviter les ventilateurs.... et de la filière La téléprotection est l une des applications les plus contraignantes des télécoms du secteur électrique. En cas de court-circuit sur les lignes, il faut impérativement éliminer le défaut en quelques dizaines de millisecondes. Autrement dit, le délai maximal de propagation du signal, d une extrémité à l autre du système, ne doit pas dépasser 10 ms. Autres exigences : la symétrie des communications (même temps de transmission dans les deux sens), la redondance du routage avec basculement en bidirectionnel et faible gigue [3]. Une application au ralenti ou au point mort peut entraîner des arrêts d exploitation et des pertes finan cières considérables. C est pourquoi les applications de protection sont parmi les plus importantes du réseau électrique et exigent des systèmes de transmission temps réel à très haute disponibilité. Des performances qui échappent à la commutation de paquets Ethernet. La téléconduite des réseaux électriques a également ses exigences. La performance des transmissions dépend en effet de la capacité de l exploitant à accéder à des données temps réel très précises sur l état du réseau. Sa disponibilité, essentielle pour fiabiliser les opérations, va de pair avec des mécanismes complexes de redondance régis par plusieurs protocoles, également redondants, à différents niveaux de l architecture. Les réseaux d énergie étant de grosses infrastructures construites sur de nombreuses années, les exigences de communication seront très différentes d un poste de transformation à l autre, en fonction des dispositifs utilisés à chaque étape de la réalisation. Nouveaux enjeux Le secteur électrique est en pleine mutation sous l impulsion des Smart Grids et des technologies de l information et de la communication. Production d origine renouvelable, amélioration du transport électrique, automatisation de la distribu- Un aiguilleur fidèle au poste 39

40 4 Multiplexeur universel FOX615 Matrice de commutation Ethernet (64 Gbit/s) GbE/10 GbE Services Ethernet/IP Interfonctionnement Commutation TDM (128 x 2 Mbit/s) TDM E1 STM-16 Services TDM traditionnels FOX615 mixe le multiplexage temporel TDM (Time Division Multiplexing) à hiérarchie numérique synchrone/plésiochrone (2 Mbit/s à 2,488 Gbit/s) et la commutation Gigabit Ethernet (1 à 10 Gbit/s). La fonction de multiplexage intégrée «accès et transport» réduit notablement les coûts d exploitation et l encombrement. tion, etc., ces évolutions se mettent en place pour maîtriser la demande et respecter les réglementations environnementales. Devenus multidirectionnels 2, les flux d énergie nécessitent des transmissions temps réel fiables pour préserver la stabilité du réseau. Au-delà de la complexité technique, le renforcement de la concurrence et l ouverture des marchés ont accentué la pression sur les coûts. Les dépenses d équipements (CAPEX) peuvent être optimisées et les investissements protégés par un réseau de communication multiservice et évolutif, couvrant toutes les exigences de l activité. Les dépenses opérationnelles (OPEX) peuvent être abaissées en utilisant moins de matériels pour alléger l exploitation et la maintenance. Lignée d excellence Voilà plus de trente ans qu ABB a lancé son premier multiplexeur à fibres optiques «FOX6», simple nœud de multiplexage temporel à 6 canaux. FOX615, dernier-né de la gamme, est aujourd hui une puissante plate-forme de communication capable d acheminer les signaux de canaux sur une seule liaison optique, soit une progression annuelle de la bande passante de 33 %, en trois décennies. FOX615 est la symbiose parfaite du multiplexage temporel classique (PDH/SDH) et des communications évoluées Ethernet/IP (Internet Protocol 5 ) pour répondre à toutes les exigences des grandes infrastructures industrielles. Il s intègre facilement à l architecture PDH/SDH existante, garantissant une migration par étapes et un investissement pérenne 3. Contrairement à beaucoup d autres solutions, FOX615 mise sur la complémentarité PDH/SDH et Ethernet/IP, idéale pour le temps réel et la commu tation de paquets. Cette double inté gration permet de bâtir un réseau SDH offrant toutes les garanties de performance sans avoir à changer d équipements de transmission, puis de migrer vers la commutation de paquets, quand la qualité de service est au rendez-vous. FOX615 intègre un puissant moteur de commutation pour le transport de paquets, de même qu un brasseur à deux étages pour le multiplexage temporel PDH/SDH 4. Note 5 Standard de raccordement à un réseau pour tous les systèmes distribués provenant de l informatique. 40 revue ABB 1 13

41 5 FOX615 sur dorsale SDH Réseau SDH 2 Mbit/s 2 fils Ethernet RS 232 IEEE C37.94 Ethernet Les différentes interfaces de l application (RS 232, IEEE C37.94, Ethernet, bifilaire) se raccordent au réseau dorsal SDH par le nœud FOX615 multiservice. Le multiplexeur FOX615 s intègre facilement à l architecture PDH/SDH existante, garantissant une migration progressive et un investissement pérenne. En outre, la fonction de multiplexage intégrée «accès et transport» réduit notablement les coûts d exploitation, l encombrement et le câblage puisqu il ne faut installer et entretenir qu une seule plate-forme 5. Cette intégration simplifie aussi l administration du réseau : toutes les alarmes remontent directement vers un seul gestionnaire, facilitant la détection des défauts et la réactivité du système. FOX615 est un multiplexeur aguerri à la pollution électromagnétique et aux températures extrêmes ( 25 C à + 60 C) de l industrie. Des valeurs très élevées de MTBF (moyenne des temps de bon fonctionnement) et des mécanismes de redondance totale garantissent la disponibilité du système. Une version sans ventilateur affranchit l appareil des besoins de maintenance. Va-tout électrique Multiservice, FOX615 autorise le raccordement direct de tous les îlots applicatifs de la filière électrique (relais de protection de distance et différentielle, par exemple), sans passer par des convertisseurs externes. Pour cela, il est doté d une interface spécifiquement adaptée aux signaux de commande de protection, avec notamment des fonctions de supervision de canaux, d enregistrement d événements ou de commutation de protection rapide. Une interface IEEE C37.94 assure la connexion optique avec le relais de protection et l interconnexion «tout optique» entre relais, réduisant le nombre de fibres et améliorant la disponibilité par un routage redondant des canaux. FOX615 permet de réaliser des réseaux multiservices avec fonctions de protection intégrées. FOX615 constitue un nœud de communication pour un grand nombre de réseaux étendus et d applications, dont la téléprotection, qu il relie à la dorsale SDH. Sa robustesse et sa gestion améliorée sont gages de longévité et de facilité de maintenance. Grâce au multiplexeur FOX615, les infrastructures industrielles ne sont pas pressées de migrer vers de nouvelles technologies qui n ont pas encore fait leurs preuves. Elles peuvent évoluer à leur rythme, en modernisant progressivement le parc FOX615. ABB étudie constamment l adéquation des nouveaux standards et technologies de communication aux besoins des entreprises de l énergie, du transport, etc. Dans cette optique, de nouvelles versions de multiplexeur sont déjà prévues pour améliorer sa qualité de service sur les grands réseaux industriels à commutation de paquets. Mathias Kranich Ramon Baechli ABB Power Systems Baden (Suisse) [email protected] [email protected] Himanshu Trivedi ABB Management Services Ltd. Zurich (Suisse) [email protected] Bibliographie [1] Spiess, H., Comino, R., Kranich, M., «Transmission of mission-critical information for power utility s operational needs», Juko-CIGRE, Becici, Monténégro, [2] Lloret, J., Javier Sanchez, F., Coll, H., Boronat, F., «Can Critical Real-Time Services of Public Infrastructures Run over Ethernet and MPLS Networks?», NETWORKING 2008, 7 th International IFIP-TC6 Networking Conference, Singapour, mai [3] Protection using Telecommunications, Groupe de travail Cigré JWG 34/35.11, tableaux et 6.1-2, Un aiguilleur fidèle au poste 41

42 Maille serrée Les réseaux sur le terrain PETER BILL, MATHIAS KRANICH, NARASIMHA CHARI Il ne suffit pas de multiplier les dispositifs «intelligents» dans l industrie, il faut aussi les raccorder. Les liaisons câblées traditionnelles ne font souvent plus l affaire et cèdent du terrain au sans-fil, seule solution économique, fiable et sûre pour interconnecter une multitude d équipements. Conscient de cette évolution, ABB vient d acquérir l Américain Tropos, qui s est imposé sur le marché des réseaux maillés industriels Ces derniers offrent de nombreux avantages sur les technologies concurrentes (réseaux radio privés à bande étroite et systèmes mobiles cellulaires) et gagnent les réseaux électriques et autres infrastructures critiques de plus en plus automatisés. 42 revue ABB 1 13

43 1 Les trois grandes technologies sans fil Réseau radio privé Réseau cellulaire Réseau maillé à bande étroite public privé Temps de Centaines à Centaines à transmission milliers de ms milliers de ms 50 à 100 ms Débit 0,01 à 0,1 Mbit/s 0,1 à 10 Mbit/s 1 à 100 Mbit/s Sécurité Moyenne Moyenne à haute Haute Fiabilité Moyenne Moyenne Haute Qualité de service Limitée Limitée Bonne Normes Technologie Standards Standards d intéroperabilité propriétaire GPRS, HSPA, LTE, p. ex. IEEE et IP Facilité de gestion Limitée Très limitée Professionnelle Exploitation Privée Réseau détenu et Privée exploité par l opérateur de téléphonie mobile Devenus indispensables à quantité d applications, les équipements de transmission sans fil investissent en masse l industrie. Avec le rachat de la société Tropos, ABB s est doté d une technologie maillée prenant appui sur le standard Wi-Fi , qui surpasse ses concurrentes radio et cellulaire. Commençons par un bref rappel des solutions en présence 1. Réseaux radio privés à bande étroite Sous cette rubrique figurent les faisceaux hertziens hyperfréquences, les réseaux maillés «de voisinage» reliant les infrastructures de comptage avancé et les liaisons radio VHF/UHF sous licence. Basées sur une technologie propriétaire, ces transmissions affichent généralement des performances médiocres (débits ne dépassant pas quelques centaines de kilo bits par seconde et délais de propagation de plusieurs centaines, voire milliers de millisecondes) ainsi qu une qualité de service et une sécurité limitées. Photo ci-contre Les réseaux sans fil se déploient à grande échelle, sur des distances importantes. En quoi le système maillé industriel d ABB Tropos est-il supérieur aux autres technologies en lice? Services cellulaires Ces réseaux reposent sur un modèle économique différent pour raccorder les terminaux : la souscription d un abonnement forfaitaire. Plusieurs générations de radiotéléphonie cellulaire se sont succédées : la 2G avec notamment le GPRS (General Packet Radio Service), puis la 3G et HSPA (High-Speed Packet Access), enfin la 4G LTE (Long Term Evolution), en cours de mise en place. Ces réseaux opérationnels affichent des performances intermédiaires avec des vitesses de quelques mégabits par seconde et des temps de transmission de plusieurs centaines de millisecondes. Publics, ils n ont généralement pas la disponibilité, la qualité de service, la sécurité et la simplicité de mise en œuvre et d exploitation des réseaux privés, déterminantes pour les applications critiques. On comprend alors que le milieu industriel se montre plutôt réservé sur l intérêt de cette technologie. Systèmes maillés Wi-Fi Les réseaux Wi-Fi maillés sont bâtis sur des standards ouverts (IEEE et IP) et des mécanismes normalisés de qualité de service et de sécurité. Dans cette caté gorie, les produits Tropos comptent parmi les plus en pointe de la communication industrielle. Ils se distinguent des solutions Wi-Fi grand public et bureautiques par leur endurance aux ambiances difficiles et à l extérieur, et par leurs algorithmes logiciels brevetés. Ceux-ci garantissent une architecture maillée très résistante aux défaillances et capable de s organiser et de se mettre en place toute seule, la taille du réseau s adaptant automatiquement aux nombres d usagers. Les nœuds de routage sont habituellement Les réseaux maillés sont prêts à affronter des environnements très exigeants, avec des algorithmes logiciels brevetés. Maille serrée 43

44 Le réseau maillé résiste très bien aux ruptures de ligne en multipliant les chemins que peuvent emprunter les données pour atteindre rapidement leur destinataire. 2 Topologie maillée Tropos avec nœuds connectés pair à pair, sans point d accès central Nœud Nœud Nœud Nœud Nœud Nœud Nœud Nœud Nœud Nœud Nœud Nœud Nœud Nœud Liaisons de secours Liaison à 2,4 GHz Liaison à 5 GHz placés sur des poteaux électriques, des éclairages publics ou des postes de transformation, ou encore à l intérieur d immeubles et d enceintes industrielles. Le Wi-Fi opère dans les bandes «libres» des 2,4 GHz et 5 GHz (sans que l utilisateur ait à faire une demande d autorisation), mais peut aussi s adapter à des fréquences radio sous licence (4,9 GHz, par exemple). Leurs performances sont bien meilleures, avec des débits de plusieurs mégabits/seconde et un temps de transmission ramené à quelques millisecondes, par saut de fréquences. Cette technique permet d implanter des réseaux multiservices destinés notamment à des applications sensibles. Mariage du Wi-Fi et de l industrie Dans un réseau maillé, chaque nœud est à la fois émetteur-récepteur de ses propres données mais aussi relais radio des autres nœuds. Autrement dit, il collabore avec le reste de l infrastructure pour s assurer que les données sont bien transmises. Ce maillage fait la preuve de sa robustesse en cas de rupture de ligne : en effet, il multiplie les chemins que peuvent emprunter les données de l expéditeur pour arriver rapidement à destination en contournant la liaison rompue. Les produits Tropos permettent ainsi de créer sur un seul réseau unifié un maillage industriel 2 très fiable et multiapplication (automatisation de la distribution électrique, de la gestion de flottes et de personnel itinérant, d infrastructures de comptage avancé), optimisant les dépenses d investissement et d exploitation. Ce matériel s accompagne d un logiciel de gestion efficace et facile des réseaux professionnels sans fil, même de grande envergure. Les systèmes Tropos se sont déployés avec succès chez un grand nombre de clients du secteur électrique, de collectivités, de directions de la sécurité publique, de régies de transport, d industriels du pétrole, du gaz et de l exploitation minière, d autorités portuaires, etc. Rendez-vous dans un prochain numéro de la Revue ABB pour un tour d horizon de ces applications. Peter Bill Mathias Kranich ABB Power Systems Baden (Suisse) [email protected] [email protected] Narasimha Chari ABB Tropos Sunnyvale, Californie (États-Unis) [email protected] 44 revue ABB 1 13

45 Simulation avancée du moulage réactif ABB présente sa nouvelle plate-forme numérique eramzes Lukasz Matysiak, Robert Platek, Michal Banas, Robert Sekula, Hoan D. Le, Roman Pernica, Petr Michlicek Avec d excellentes propriétés électriques, mécaniques et thermiques, les résines époxydes sont le principal matériau d isolation et de protection de la plupart des appareils moyenne et haute tension (transformateurs de tension et de courant, pôles encastrés, capteurs et traversées). Pour autant la qualité du produit dépend de l exécution du moulage. Depuis plus d une décennie, ABB développe et utilise des outils de simulation en trois dimensions (3D) du procédé complet, y compris les phases de remplissage du moule, de durcissement et de post-durcissement. Plus de 50 produits ABB bénéficient de ces outils et leur nombre ne cesse de croître. La simulation numérique raccourcit les temps de cycle, diminue les taux de rebut avec des produits de meilleure qualité et réduit les délais de mise sur le marché. Récemment, ABB a développé une nouvelle plate-forme de simulation, eramzes, qui automatise intégralement les calculs de moulage réactif. Cette plate-forme ouvre de nouveaux horizons dans le domaine du calcul numérique des écoulements et de l analyse mécanique, et offre un accès en ligne à tous les ingénieurs d études et de procédés d ABB à des simulations numériques complexes, qu ils soient ou non spécialistes de la modélisation. Simulation avancée du moulage réactif 45

46 1 Procédé de moulage réactif Remplissage Durcissement Post-durcissement Préparation du mélange Autres colorants Moule Système de traitement thermique secondaire Assouplissant Stabilisation thermique + débullage Système d injection Charge Chauffage Durcisseur Résine p in = 1-3 bar T in = C t in = 2-5 min T m = C t m = 60 min maxi T= C t= 20 h maxi Au début du procédé de gélification sous pression automatisée (GPA) 1, au moins deux réactifs liquides sont mélangés à d autres composants [1]. Après homogénéisation et débullage, le mélange est injecté dans un moule chauffé (phase de remplissage). La polymérisation du matériau résineux (durcissement) entraîne sa solidification et la mise en forme du produit. Le procédé est hautement exothermique. Après démoulage, le produit est généralement placé dans un four tunnel pour achever de durcir. Le refroidissement graduel relâche les contraintes thermiques et chimiques. Particulièrement complexe, ce procédé de fabrication peut donner lieu à des problèmes de qualité comme la gélification prématurée, des joints indésirables, des bulles d air et des fissures [2, 3, 4]. Il est donc Illustration p. 45 Avancement de la résine dans un réenclencheur : l outil eramzes d ABB aide les concepteurs à comprendre et améliorer le thermodurcissement. extrêmement important de bien le comprendre et de le maîtriser dans sa globalité. Or cette compréhension et cette maîtrise exclusivement par l expérimentation et la mesure sont à la fois difficiles et coûteuses. ABB a développé et validé par des études expérimentales une méthode avancée de simulation qui prend en compte la complexité des différentes phases du procédé de moulage. ABB a développé et validé par des études expérimentales une méthode avancée de simulation [1, 5, 6] qui, pour prendre en compte la complexité du procédé, modélise mathématiquement chaque phénomène physique survenant pendant le moulage réactif 2. La diversité des paramètres entrant en ligne de compte a jusqu ici cantonné son utilisation à une poignée d ingénieurs ABB spécialistes de ce type de simulations industrielles. Nouveau regard sur la simulation du moulage réactif Pour remédier à cela, ABB a créé eramzes. Il s agit d un outil web automatisé et ergonomique qui permet à tous les ingénieurs ABB, même ceux qui n ont aucune expérience des systèmes IAO (Ingénierie Assistée par Ordinateur), 46 revue ABB 1 13

47 2 Modélisation mathématique du moulage réactif Remplissage dans moule Phénomènes : Calculs : Écoulement du fluide Écoulement du fluide Durcissement dans moule Polymérisation et retrait chimique Post-durcissement hors moule Échange thermique et retrait/dilatation thermique Cinétique des réactions (modèle de Kamal) Accroissement et relaxation des contraintes Échange thermique g quelque part dans la résine Canal d entrée bloqué g dans une partie de la résine Résine complètement durcie ( = 1) L automatisation est basée sur le concept de programmes collecteurs (watchers) et lanceurs (launchers) instaleramzes est piloté par une plate-forme web multifonctionnelle dédiée qui fait le lien entre un certain nombre d applications en interaction. Retrait/dilatation thermique Contraintes et déformations Simulations numériques ANSYS FLUENT Calculs mécaniques ABAQUS d accéder en ligne à des simulations avancées du moulage réactif [7, 8, 9, 10] 3. Son principe? Limiter la tâche des ingénieurs à la création du modèle CAO (Conception Assistée par Ordinateur) et à la définition des premiers paramètres du procédé, toutes les autres tâches liées à la modélisation numérique étant automatiquement traitées par eramzes : discrétisation du modèle (maillage), configuration des solveurs (définition des conditions aux limites et des matériaux), calculs (résolution) et résultats. Architecture eramzes est piloté par une plate-forme web multifonctionnelle dédiée qui fait le lien entre un certain nombre d applications en interaction, notamment des logiciels du commerce (CAO, préprocesseurs, processeurs et post-processeurs) et un logiciel développé en interne. L architecture d eramzes est schématisée en 4. Il suffit à l ingénieur de définir le modèle géométrique et les paramètres du procédé, les autres tâches et les calculs étant automatisés. Une fois la simulation terminée, les résultats sont présentés à l utilisateur qui décide si le produit et les paramètres de procédé répondent à ses besoins ou s ils doivent être encore optimisés. lés dans un puissant ordinateur dédié. En général, un programme collecteur suit l avancement de chacune des tâches exécutées par l outil en analysant son statut dans la base de données («prête à démarrer», «en cours» ou «terminée») et en vérifiant la disponibilité («occupé» ou «libre») ainsi que le fonctionnement des lanceurs dont la mission est triple : Préparation du dossier de démarrage du programme spécifique (préprocesseur ou solveur, par exemple) dont la maintenance est réalisée par un lanceur donné ; Lancement du programme ; Nettoyage et gestion des fichiers après exécution du programme. En cas de forte demande, la plate-forme autorise l exécution parallèle de nombreuses simulations sur plusieurs stations de travail adaptables aux besoins spécifiques de différents logiciels de simulation. Exemple concret Au début de l analyse, le modèle CAO 5 est téléchargé avec une interface web 6. La géométrie est automatiquement analysée pour identifier les différentes parties et produire les données destinées aux mailleurs et solveurs. Sur la base de ces informations, l interface web est personnalisée pour pouvoir entrer les paramètres du procédé appropriés. Simulation avancée du moulage réactif 47

48 3 Principe de fonctionnement de eramzes 4 Architecture de eramzes Maillage Résolution Résultats Remplissage/ durcissement Début Post-durcissement Chargement modèle géométrique Calculs mécaniques Simulation numérique Matériaux Matériaux Présentation des résultats Modifications conception produit/conception moule/paramètres procédé Modifications uniquement paramètres procédé Analyse modèle CAO Discrétisation CAD model discretization modèle CAO Simulation numérique Résultats Modélisation CAO Chargement géométrie CAO Définition paramètres procédé Transfert résultats simulation numérique vers solveur mécanique Prise de décision Discrétisation modèle CAO Calculs mécaniques Résultats Fin En rouge, les étapes nécessitant une interaction avec l utilisateur ; en blanc, les tâches totalement automatisées. 5 Désignation (gauche) et structure (droite) des pièces géométriques Cavité d écoulement Moule massif Sortie fluide Plaque massive chauffée Insert massif en cuivre Insert massif en acier Entrée fluide Plaque massive chauffée Moule massif Cavité d écoulement Insert massif en cuivre Insert massif en acier Entrée fluide Sortie fluide La simulation numérique raccour cit les temps de cycle, diminue les taux de rebut et les délais de mise sur le marché. Préparation du modèle numérique La discrétisation de la géométrie par eramzes est totalement automatisée. Le développement de cette partie de l outil fut la plus délicate du fait essentiellement de la complexité et de la diversité des géométries de produits. De plus, les différences entre les calculs de simulation numérique CFD (Computational Fluid Dynamics) et les calculs mécaniques imposaient d effectuer les opérations de maillage au moyen de différents mailleurs (préprocesseurs). Les lanceurs démarrent et supervisent le processus de discrétisation dans chacun des préprocesseurs. Le mailleur simplifie et répare la géométrie (suppression des trous, congés, intersections, chevauchements, etc.) pour accélérer et stabiliser les calculs numériques. Il discrétise également la géométrie (différentes topologies de maillage peuvent être utilisées pour générer ensuite un maillage non structurel ou structurel), définit les conditions aux limites de la simulation numérique (entrée, sortie, convexion, etc.) et des calculs mécaniques (contraintes, inter actions, etc.). Pour finir, il exporte les fichiers d entrée vers les solveurs ANSYS FLUENT et ABAQUS. Le modèle géométrique d un pôle encastré d extérieur avec son maillage CFD créé par eramzes est illustré en 7 et celui d un transformateur de courant 48 revue ABB 1 13

49 6 Création de cas sur la page web eramzes 9 Définition des paramètres du procédé 7 Géométrie d un pôle encastré d extérieur (gauche) et sa discrétisation dans HyperMesh (droite) 8 Géométrie d un transformateur de courant (gauche) et sa discrétisation dans ABAQUS (droite) Il suffit à l ingénieur de définir le modèle géométrique et les paramètres du procédé, les calculs étant automatisés par eramzes. avec son maillage mécanique créé de la même manière en 8. Le gain de temps est un des avantages majeurs de la création automatique du maillage. Ainsi, 30 minutes suffisent à eramzes pour créer près de éléments de maillage CFD et de maillage mécanique (avec un PC double cœur cadencé à 2,5 GHz et 8 Go de mémoire RAM). Plusieurs jours, voire plusieurs semaines, sont en moyenne nécessaires aux ingénieurs IAO pour créer manuellement le maillage numérique de géométries comparables. Les utilisateurs eramzes peuvent ainsi consacrer leur temps à la résolution des problèmes techniques plutôt qu aux tâches de discrétisation. Définition des paramètres du procédé L application web utilise les informations provenant de l analyse du modèle CAO et crée dynamiquement une interface web 9 permettant à l utilisateur d entrer les données requises : paramètres du procédé, propriétés des matériaux, matériaux affectés aux différentes pièces du produit et paramètres numériques relatifs aux calculs mécaniques. Les paramètres du procédé incluent, par exemple, les données d injection (temps de remplissage, vitesse d injection, etc.), les données thermiques (température du matériau injecté, des éléments chauffants, avant injection, etc.), les conditions ambiantes (température de l air ou intensité de la convection d air), le processus de post-durcissement (durée et température de chaque phase de refroidissement). Calculs L outil peut maintenant passer à l étape du traitement (résolution). La géométrie discrétisée est importée dans le processeur de simulation numérique ANSYS FLUENT. Les informations collectées aux étapes précédentes sont transférées au modèle numérique pour définir l affectation des matériaux, les conditions de départ, les conditions aux limites, les conditions d exploitation et les propriétés des matériaux. Le solveur est configuré en fonction du choix de modèles mathématiques adaptés à la simulation de moulage réactif (à la fois des modèles intégrés turbulence, écoulements, etc. et des modèles complémentaires comme, par exemple, pour la cinétique du durcissement) et de la définition des paramètres numériques. Partant de ces données, les calculs numériques transitoires des phases de remplissage et de durcissement sont effectués. Une fois terminés, les résultats sont générés et exportés. Il faut savoir que les simulations de moulage réactif sont connues pour être numériquement instables (même lorsqu elles sont réalisées manuellement) du fait de la complexité des phénomènes Simulation avancée du moulage réactif 49

50 eramzes permet aux ingénieurs ABB de connaître l impact de tout changement de conception de moule ou de paramètres de procédé sur le produit et sa fabrication, sans interférer avec le procédé réel. 10 Simulation des phases de remplissage (gauche) et de durcissement (droite) intervenant dans le procédé. En surveillant et en contrôlant automatiquement la convergence de la solution, eramzes confère une excellente stabilité aux calculs sans aucune intervention de l utilisateur. Ainsi, l un des défis majeurs rencontrés lors du développement de l outil est devenu un de ses principaux atouts. Les calculs peuvent se poursuivre si l utilisateur décide d inclure la simulation post-durcissement. Les valeurs de température calculées pour la fin de la phase de durcissement sont converties en utilisant un logiciel développé par ABB et transférées au solveur mécanique ABAQUS pour servir de données d entrée aux calculs de post-durcissement. Le logiciel ABAQUS importe et, au besoin, répare le modèle géométrique. Ensuite, les propriétés matérielles sont affectées aux pièces géométriques, les étapes et la durée de l analyse étant spécifiées selon les données saisies précédemment par l utilisateur. Les conditions aux limites (données provenant d ANSYS FLUENT, contraintes, etc.) et les interactions entre les pièces géo métriques sont définies ; le maillage est produit en fonction de la finesse spécifiée par l utilisateur. Enfin, le fichier d entrée est préparé et soumis au solveur pour les calculs ; les résultats sont générés et exportés. Présentation des résultats Le post-processeur est l ultime étape de l analyse d eramzes. Les résultats de la simulation subissent un autre traitement différé également supervisé par des lanceurs spécifiques. Ils sont présentés à l utilisateur en différents formats : films, images et graphiques sur le site web ou documents PDF imprimables. Le mode de présentation est personnalisable selon les besoins de l utilisateur. Des exemples de résultats générés pour les analyses numériques et mécaniques sont illustrés en 10 et 11. À l écran, l utilisateur peut observer en détail le déroulement du moulage réactif et mieux se rendre compte de ce qui se passe à l intérieur du moule et du produit, chose impossible à faire au cours d un procédé normal de fabrication ou par expérimentation. Les données incluent des détails du schéma d écoulement de la résine époxyde pendant le remplissage, la répartition de la température à tout moment et à toutes les phases du procédé, la répartition du degré de durcissement pendant le remplissage et le durcissement de même que la répartition des déformations, contraintes et efforts pendant le postdurcissement. L ingénieur est alors à même de décider s il faut optimiser davantage le procédé ou le produit. Bien moulé eramzes est un outil web de simulations numériques et de calculs mécaniques, qui peut être utilisé à la fois pour concevoir de nouveaux produits et optimiser des produits existants fabriqués 50 revue ABB 1 13

51 11 Simulation du post-durcissement par moulage réactif. Il permet aux ingénieurs ABB de connaître l impact de tout changement de conception de moule ou de paramètres de procédé sur le produit et sa fabrication, sans perturber le procédé réel. La plate-forme automatise totalement la discrétisation et les calculs, garantissant la répétabilité du processus de simulation puisque tout risque d erreur inhérent au traitement manuel est éliminé. Accessible en ligne et ergonomique, elle élargit l éventail des utilisateurs potentiels aux ingénieurs ABB non spécialistes et raccourcit les cycles de développement tout en améliorant la qualité des composants à résines époxydes. Enfin, le concept pourrait être adapté à d autres procédés de fabrication. Lukasz Matysiak Robert Platek Michal Banas Robert Sekula ABB Corporate Research Cracovie (Pologne) [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] Hoan D. Le ABB Medium Voltage Products Pinetops, Caroline du Nord (États-Unis) [email protected] Roman Pernica Petr Michlicek ABB Medium Voltage Products Brno (République tchèque) [email protected] [email protected] Bibliographie [1] Sekula R., Saj P., Nowak T., Kaczmarek K., «3-D Modeling of Reactive Moulding Processes : From Tool Development to Industrial Application», Advances in Polymer Technology, Vol. 22, No. 1, p , [2] Wang V. W., Turng L. S., «Simulation of Injection Mold Filling and Curing with Reactive Materials», 49 th Annual Technical Conference, SPE Technical Papers, Vol. 37, p , Montréal (Canada), [3] Macosko C. W., Fundamentals of Reaction Injection Molding, Hanser Verlag, [4] Grindling J., Gehrig M., «Introduction to FEM Based Computer Simulation to Assist Molding and Casting Processes», Electrical Manufacturing and Coil Winding Conference, p , Cincinnati (États-Unis), [5] Sekula R., Saj P., Nowak T., Kaczmarek K., «3D Computer Simulations of Thermosetting Materials Molding», SGI Users Conference, Cracovie (Pologne) [6] Isotalo P., Bednarowski D., Nowak T., «Reactive Molding Process Modeling: Structural Analysis of Thermoset Insulated Electrical Components», International Journal of Materials and Product Technology, Vol. 20, No. 4, p , [7] Rajca R., Matysiak L., Banas M., Sekula R., «A Novel Simulation Approach for Analyzing Reactive Molding Process», International Journal of Mathematics and Computers In Simulation, Vol. 4, No. 4, p , [8] Rajca R., Matysiak L., Banas M., Sekula R., «Web-Based Tool for the Automated 3-D Reactive Molding Simulations», 2 nd International Conference on Manufacturing Engineering, Quality and Production Systems, p , Constantza (Roumanie), [9] Rajca R., Matysiak L., Banas M., Sekula R., «Industrial Application of a New CFD Simulation Approach», 25 th European Conference on Modelling and Simulation, p , Cracovie (Pologne), [10] Matysiak L., Platek R., Banas M., Sekula R., «eramzes Novel Approach for Simulation of Reactive Molding Process», 26 th European Conference on Modelling and Simulation, p , Coblence (Allemagne), Simulation avancée du moulage réactif 51

52 Guet sur le Net Gardez la main sur votre contrôlecommande avec l application web My Control System d ABB MATTHIAS STEIN Depuis des décennies, ABB bâtit et déploie des systèmes d automatismes industriels dans le monde entier. La complexité technique de cet immense parc installé, qui doit interagir avec les spécificités de chaque procédé de fabrication, s accompagne souvent de tâches administratives, de suivi et de maintenance qui n ont rien d accessoire. En effet, il n y a pas de système de contrôle-commande sans son cortège de licences logicielles, de protections antivirus à jour, d outils de diagnostic et de maintenance, de modules de formation, de rapports de sécurité, et ainsi de suite. Jusqu à présent, il fallait piocher des données à droite et à gauche pour rassembler toutes les pièces du puzzle. Aujourd hui, la nouvelle application My Control System d ABB pointe en quelques clics tous les éléments constitutifs de votre système de contrôle-commande. Photo ci-contre Avec My Control System, les clients de tous les secteurs industriels peuvent suivre à la trace leurs automatismes ABB. 52 revue ABB 1 13

53 Guet sur le Net 53

54 1 Consultation sur terminal de tous les détails du système de contrôle-commande L immense base d automatismes installée par ABB depuis trente ans représente un investissement colossal. ABB en prend soin avec des solutions conçues pour La plate-forme web permet de consulter chez le client le profil détaillé du système de contrôle-commande ABB en service assurer en permanence la productivité, la fiabilité et la performance de tous les actifs en jeu. Un aspect important de cet accompagnement du client est le support technique assuré sur tout le cycle de vie des installations, au gré des nouvelles contraintes et exigences. Cette palette complète de services englobe aussi bien la maintenance préventive et la télésurveillance que l assistance à l amélioration des per formances opérationnelles. Ces services se traduisent notamment par des gains de productivité, une baisse des coûts et une longévité accrue des équipements. Automation Sentinel Le programme ABB de gestion et de maintenance du cycle de vie du contrôle-commande permet au client de tenir son parc d automatismes à jour tout en facilitant sa migration vers les nouvelles technologies. Il fournit l assistance indispensable au maintien en état et à l optimisation du système de contrôlecommande ABB sur tout le cycle de vie. La dernière édition du programme l enrichit de précieux services exclusifs ABB, comme sa toute nouvelle plate-forme en ligne My Control System. My Control System Cette plate-forme web sécurisée permet de consulter chez le client tout le détail (informations et services) du système de contrôle-commande ABB en exploitation ; il suffit de se connecter au site et de saisir son identifiant. Les données s affichent sur n importe quel navigateur, tous terminaux confondus 1 (ordinateur, tablette et bientôt smartphone). 54 revue ABB 1 13

55 2 Page d accueil Les clients peuvent télécharger la documentation et les mises à jour logicielles de leur système d automatismes, visionner des formations vidéo, lancer des analyses de performances et accéder à toutes les données de sécurité, alertes ou notices produit. Concrètement, My Control System est un tableau de bord recensant toutes les infor mations utiles sur les abonnements et licences logicielles du client : descriptif, dates d expiration, outils et téléchargements de clés, le tout en quelques clics. Pour faciliter la tâche, les coordonnées du support local ABB figurent en tête de la page d accueil 2. My Control System permet également de télécharger la documentation et les mises à jour logicielles du contrôlecommande, de visionner des vidéos de Sécurité informatique La sécurité sur le Net revêt de plus en plus d importance pour les industriels dont les procédés automatisés sont aussi devenus la cible des pirates informatiques. Les pouvoirs publics sont aujourd hui nombreux à légiférer sur les stratégies de défense des entreprises des secteurs public et marchand pour contrer les cyberattaques. My Control System affiche le statut de sécurité du système de contrôle-commande installé et permet d en corriger les vulnérabilités. Les données s affichent sur le navigateur de pratiquement tous types de terminaux (ordinateurs, tablettes et bientôt smartphones). formation, de lancer des analyses de performances et d accéder à tous les bulletins de sécurité, alertes ou notices produits. L accès temps réel, synonyme d identification rapide des problèmes, est l un des points forts de My Control System. Analyses et diagnostics de performance D autres fonctionnalités accompagnent les clients ABB dans leurs tâches d exploitation et de maintenance. My Control System peut dresser un bilan de santé du contrôle-commande et signaler les possibilités d optimisation, mais aussi faire le point sur le retour sur investissement à l aide d indicateurs KPI et préconiser des actions pour combler les écarts de performance. Guet sur le Net 55

56 3 Un problème? Les clients ont accès aux premiers éléments de réponse qui leur permettent de réduire leurs frais de support technique, d assistance téléphonique ou de demande d intervention en dehors des heures de travail. Formation My Control System ne se contente pas d aider les clients ABB à optimiser la maintenance de leur parc d automatismes ; il participe aussi à la formation du personnel. Web Coach est une collection de modules d autoformation en ligne à la maintenance de plusieurs systèmes de contrôle-commande ABB. Associée à L accès temps réel à My Control System permet de vite identifier les problèmes. des sessions de questions-réponses, elle dispense à moindres frais une formation pratique et constitue une précieuse source d informations techniques. Web Tech Talks sont des forums technologiques pour utilisateurs avertis. Les experts produits d ABB en sont à la fois les animateurs et modérateurs. Les automaticiens peuvent ainsi se tenir informés des toutes dernières évolutions tech- niques du système de contrôle-commande et tendances du marché, et y glaner des astuces et conseils pratiques. My Control System publie les plannings de Web Coach, de Web Tech Talks et d autres rendez-vous de formation en ligne ABB. Libre service Pour alléger leur budget de support technique, d assistance téléphonique ou d intervention en dehors des heures de travail, les clients ABB ont accès sur My Control System à une présélection de réponses rapides aux questions fréquentes, évitant ainsi le temps perdu à débusquer l information pertinente 3. Ils peuvent également télécharger des packs de services et des mises à jour logicielles qui s installeront immédiatement sur leur système. Les commerciaux et techniciens de maintenance ABB ont également accès à toute l information utile, améliorant leur visibilité sur l installation cliente. Ils peuvent ainsi servir le client de manière plus proactive et donner plus de flexibilité à son assistance technique. 56 revue ABB 1 13

57 4 Fonctionnalités de My Control System 5 Le programme renseigne sur les licences et services des installations, même complexes. Pour tous les clients du système de contrôle-commande ABB : Page d accueil Caractéristiques du système Rapports de sécurité/alertes produit Formation Coordonnées du support local ABB Coordonnées de l administrateur système du client Licences logicielles Langue Pour les détenteurs d une licence Automation Sentinel : Documentation produit (manuels d exploitation, validations de mises à jour de sécurité Microsoft, certifications matériel 800xA) Logiciels (téléchargements, correctifs, packs de services, nouvelles versions) Bilan de santé du système, analyse de performances et validation logicielle Diagnostic de performances du contrôle-commande et mesures correctives Formations Web Coach et forums Web Tech Talks Perspectives Le développement du programme a débuté en juin Sa mise au point ayant vite progressé, il est aujourd hui installé chez tous les clients ABB qui lui ont d ores et déjà réservé un accueil My Control System n aide pas seulement les clients ABB à optimiser la maintenance de leurs automatismes ; il forme aussi leur personnel. Sentinel bénéficieront de nouvelles fonctionnalités 4. Grâce à My Control System, les industriels, y compris les exploitants d installations complexes 5, ont une vue d ensemble de leur compte client (licences logicielles et services) et de son historique (période de validité, dates d expiration). La plate-forme est une mine d informations techniques, de bonnes pratiques et de connaissances métier. My Control System rapproche le client d ABB et ABB du client pour tisser des liens solides, durables et bénéfiques aux deux parties. Le statut de sécurité du contrôle-commande est affiché en permanence sur le tableau de bord. enthousiaste. Présenté en 2012 à la Foire de Hanovre (Allemagne) et au Salon texan de l automatisation et de l énergie de Houston, My Control System a été très bien reçu par l ensemble de la clientèle. Une version de base sera proposée en accès limité à tous les clients des systèmes de contrôle-commande ABB. Les détenteurs de licence Automation Matthias Stein ABB Process Automation Mannheim (Allemagne) [email protected] Guet sur le Net 57

58 58 revue ABB 1 13

59 Valorisation énergétique Quelles pistes pour améliorer l empreinte énergétique d une machine à papier? CARL-FREDRIK LINDBERG, NAVEEN BHUTHANI, KEVIN STARR, ROBERT HORTON Difficile d imaginer qu une pâte liquide, contenant plus de 99 % d eau et moins de 1 % de fibres, se transforme en quelques minutes en une feuille de papier! Si une grande part de cette eau est extraite par des moyens mécaniques, le séchage de la feuille par voie thermique consomme énormément d énergie, faisant de la fabrication du papier un des procédés industriels les plus énergivores. Pourtant, les potentiels d économies sont immenses. Pour les identifier, ABB propose d analyser l empreinte énergétique d une machine à papier selon différentes méthodes. Dans son principe, la fabrication du papier a peu évolué au cours des siècles même si les équipements ont considérablement changé : la pâte liquide est déversée sur une toile sans fin qui défile à grande vitesse. Une bonne partie de l eau s échappe ou est aspirée au travers des mailles de la toile, et la bande humide entre dans la section des presses de la machine à papier où elle est essorée entre de lourds cylindres 1. À ce stade, l efficacité de l essorage est renforcée par l utilisation d une boîte à vapeur qui préchauffe le matelas fibreux avant son pressage. La bande pénètre ensuite dans la sécherie où de très nombreux cylindres creux chauffés à la vapeur abaissent la teneur aqueuse à environ 6 %. Très efficace, le pressage ne permet toutefois pas d éliminer suffisamment d eau. Le séchage, inévitable, fait alors grimper la facture d électricité! Ce sont ces procédés gros consommateurs d énergie qui offrent de forts potentiels d économies. Flux énergétiques Dans la sécherie, l énergie circule sous la forme de vapeur, de condensats, d air, d eau et de papier selon un schéma comple xe. Le papier sèche au contact Photo Les machines à papier utilisent d énormes quantités de vapeur pour sécher le papier. L analyse des flux énergétiques permet d identifier les gisements d économies. Valorisation énergétique 59

60 1 Machine à papier type : partie humide à l avant, partie sèche à l arrière Les procédés gros consommateurs d énergie offrent de forts potentiels d économies. Note 1 Vapeur qui se forme lorsque du condensat chaud subit une chute de pression ; elle se produit lorsque le condensat renferme plus de chaleur qu il ne peut en contenir à la pression plus faible. des cylindres chauffés à la vapeur, les calories de l eau sont récupérées par un échangeur de chaleur et ajoutées à l air d alimentation, lui-même réchauffé par un échangeur vapeur-air. L air évacué vers le hall machine est également chauffé. La vapeur chauffe les cylindres et une partie de la vapeur flash 1 est récupérée par les thermocompresseurs. Le reste est acheminé vers le condenseur pour chauffer l eau froide 2. Ce parcours complexe rend difficile la «chasse au gaspi» et l identification des gisements d économies. L idée de mesurer et d améliorer le bilan énergétique de la sécherie d une machine à papier n est pas nouvelle [1, 2] et plusieurs études montrent que l air de ventilation des poches, l équilibrage de la hotte et le point de rosée ont un impact important sur la performance énergétique de la machine [3 à 7]. Plusieurs éléments conditionnent cette performance : Types d équipement utilisés (rendement théorique et conditions d exploitation) ; Absence d équipements (échangeur de chaleur ou boîte à vapeur, etc.) ; Conception de l usine (réutilisation ou non de la vapeur flash et des condensats, récupération de la chaleur, etc.) ; Stratégie de régulation (point de rosée non régulé, etc.) ; Mode opératoire (régulation manuelle, choix des points de consigne) ; Maintenance (échangeurs de chaleur, purgeurs de vapeur, vannes, capteurs, isolation, fuites, réglage des boucles de régulation, etc.) ; Capteurs (étalonnage, absence de surveillance et/ou régulation). Méthodologie Un piètre bilan énergétique peut être mis en évidence de plusieurs manières. Mesure des consommations La connaissance des flux énergétiques au sein de la machine à papier permet de déceler les contre-performances. Ces flux sont plus difficiles à quantifier que les flux de liquide et de gaz car ils nécessitent un plus grand nombre de mesures alors même que très peu d entre elles sont disponibles pour les calculs. De plus, rares sont les capteurs de flux de vapeur. Les flux de vapeur vers les différents groupes de vapeur d une machine à papier furent déterminés en mesurant le temps de montée dans les réservoirs de condensats après arrêt du flux d effluents en sortie de ces réservoirs. La consommation de vapeur dans les échangeurs de chaleur vapeur-air fut ici mesurée à partir du débit d air, de l humidité et de la température. En utilisant des équations de puissance avec les mesures, on obtint la consommation d énergie relative 3. Comme prévu, le gros de la consommation de vapeur se situe au niveau des différents groupes de vapeur ; toutefois, dans la machine à papier étudiée, plus de 10 % de la vapeur totale vont au condenseur. Sachant que, dans ce cas de figure, la valeur type est inférieure à 3 %, il existe ici un levier évident d efficacité énergétique. 60 revue ABB 1 13

61 2 Flux énergétique dans une machine à papier Vapeur Air d évacuation Air vers hall de la machine Condensats Air vers hotte Échange thermique Vapeur Boîte à vapeur Eau froide et chaude Thermocompresseur Papier humide Entrée d air Cylindres à vapeur Hotte de la sécherie Sortie d air Papier sec Condenseur Condensats non récupérés Réservoir à condensats Retour condensats vers chaudière Analyse des données L analyse des historiques permet d identifier les modes opératoires ayant une incidence sur le ratio de la consommation de vapeur par tonne de papier. Pour commencer, les données sont regroupées par grammage. Ensuite, des courbes de consommation de vapeur par tonne de papier sont tracées pour chaque grammage. Si une corrélation claire apparaît, des suggestions peuvent alors être émises pour exploiter plus efficacement la machine. À l avenir, cette tâche pourrait être automatisée. Des données furent collectées sur une machine à papier afin de connaître la consommation de vapeur par tonne de différents grammages de papier sec produit. Celle-ci variait de 1,8 à 2,4 tonnes 4. Sur cette machine, le grammage a apparemment un impact important : la consommation de vapeur par tonne produite de grammages lourds est moindre que celle des grammages plus légers. La vitesse machine est une autre variable d influence. En règle générale, plus elle est élevée, plus la consommation de vapeur par tonne de papier sec est faible 5. Pour les grammages les plus légers, cette influence est limitée peutêtre du fait du régime d anneau d eau du condensat dans les cylindres à vapeur ou de la capacité limitée dans la section des presses aux plus grandes vitesses. Parmi les autres grandeurs d influence, citons la pression différentielle des groupes de vapeur (plus elle est faible, meilleure c est) et le raffinage (le moins possible). Optimisation de la boîte à vapeur Le préchauffage à la vapeur de la feuille de papier réduit la consommation totale de vapeur car il est plus simple d extraire l eau du papier chaud dans la section des presses. Il faudra alors moins de vapeur dans la sécherie pour évacuer l humidité résiduelle. Pour autant, un flux de vapeur excessif envoyé à la boîte à vapeur n améliore pas la déshydratation du papier. C est en réglant le flux de la boîte à vapeur à la pression optimale que l on minimise le flux de vapeur total. Notons que la boîte à vapeur sert également à aplanir le profil d humidité dans le sens travers, les mesures de déshydratation ne devant pas interférer avec cette opération. L expérience suivante fut menée sur une boîte à vapeur 6 : réduction de sa pression, ouverture à 80 % de tous les actionneurs, augmentation lente de la pression de la boîte à vapeur suivie d une baisse partielle. La consommation totale de vapeur dans la machine à papier (courbe du haut) atteignit sa valeur minimale après 80 minutes où elle chute d une tonne par heure (près de 2,5 %). La vitesse de l enrouleuse était constante pendant la durée de l expérience et la consommation totale minimale à 80 minutes n était pas due à l humidité plus élevée. Le profil d humidité dans le sens travers s est dégradé comme prévu avec une humidité élevée sur les bords lorsque tous les actionneurs étaient ouverts. La complexité de la machine à papier rend difficile la «chasse au gaspi» et l identification des gisements d économies. Reste à connaître les économies de vapeur réalisables lorsque la régulation automatique du profil d humidité est activée. Thermographie infrarouge Les déperditions de chaleur et les dysfonctionnements des équipements associés débouchant sur une moindre efficacité énergétique peuvent être localisés par thermographie infrarouge (IR). Cette technique a été utilisée sur les cylindres sécheurs, la hotte de la sécherie, le thermocompresseur, les purgeurs de vapeur et de condensat, etc. Ainsi, l image IR d une partie de la hotte mit en évidence une fuite d air chaud vers l extérieur (l air chaud en lui-même n étant pas décelable par thermographie IR) 7. En plus d économiser de l énergie, le colmatage de la fuite aurait permis de réduire l humidité dans le hall machine, de diminuer la quantité d air humide à évacuer par les ventilateurs et, donc, de limiter les besoins de vapeur en chauffant l air évacué. Valorisation énergétique 61

62 3 Consommation relative de vapeur dans la sécherie d une machine à papier 4 Consommation de tonnes de vapeur par tonne de papier sec de différents grammages, sur 19 jours de production Consommation relative de vapeur dans la sécherie (%) Boîte à vapeur Générateur vapeur 1 Générateur vapeur 2 Générateur vapeur 3 Générateur vapeur 4 Générateur vapeur 5 Échangeur vapeur-air 1 Échangeur vapeur-air 2 Condenseur % par grammage Grammage Ultra-léger Léger Lourd Ultra-lourd 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 Tonnes vapeur/tonne papier sec 5 Consommation tonnes de vapeur/tonne de papier sec de différents grammages, fabriquée selon la vitesse de la machine à papier : la production de grammages lourds est moins énergivore à une plus grande vitesse. Ultra-lourd Lourd Tonnes vapeur/tonne papier sec 2,4 2,2 2 1,8 Tonnes vapeur/tonne papier sec 2,4 2,2 2 1, Vitesse (m/min) Léger Vitesse (m/min) Ultra-léger Tonnes vapeur/tonne papier sec 2,4 2,2 2 1,8 Tonnes vapeur/tonne papier sec 2,4 2,2 2 1, Vitesse (m/min) Vitesse (m/min) L image IR d un thermocompresseur permit de déceler un problème d inefficacité énergétique 8. Dans le bas de la figure, la vapeur flash plus froide pénètre à 124,6 C alors que la vapeur motrice à haute pression arrive par la droite à 149,9 C. Le flux mélangé est à 147,5 C, soit une température proche de celle de la vapeur motrice ; par conséquent, très peu de vapeur flash est recyclée. On pourrait donc économiser de l énergie en récupérant plus de vapeur flash et en réduisant la quantité transmise au condenseur. Autre solution : arrêter le thermocompresseur et relever la consommation totale de vapeur ou la charge du condenseur. Lorsque cette expérience fut menée, aucun changement ne fut observé en termes de consommation totale de vapeur ou de charge du condenseur pendant l arrêt du thermocompresseur. Indicateurs de performance Plusieurs indicateurs et ratio furent calculés pour déterminer la performance énergétique de l usine, notamment : Tonnes de vapeur/tonne de papier sec ; Énergie de la vapeur en Joules/eau évaporée en kilogrammes ; Électricité en kwh/tonne de papier ; Ratio de retour de condensat vers la chaudière ; Point de rosée dans la hotte (air d évacuation) ; Homogénéité de la feuille après la section des presses ; Disponibilité (temps de bon fonctionnement/temps total) ; Performance (vitesse réelle/maximale par grammage) ; Qualité (tonnage bon/total) ; Taux de rendement synthétique. Ces indicateurs de performance ainsi que d autres peuvent être comparés à ceux de machines fabriquant le même type de papier. Tout indicateur médiocre identifie un gain potentiel d économies d énergie. 62 revue ABB 1 13

63 6 Expérience sur la boîte à vapeur : la consommation totale de vapeur (courbe du haut) est plus faible à t = 80. Tonnes de vapeur/heure Temps (min) 7 Image IR de la fuite d air chaud et humide de la hotte 8 Image IR d un thermocompresseur La vapeur flash plus froide pénètre à 124,6 C et la vapeur motrice à haute pression (droite) à 149,9 C, donnant un mélange à 147,5 C, température proche de celle de la vapeur motrice. Très peu de vapeur flash est donc recyclée. Autres voies d amélioration D autres actions et expériences peuvent être menées. Citons à titre d exemple : Augmenter la tension appliquée à la bande pour améliorer le taux de transfert de chaleur et réduire la consommation de vapeur ; Diminuer la vapeur excessivement surchauffée pour accroître le rendement des cylindres à vapeur. Flux vapeur total Vapeur vers groupes Flux vapeur boîte à vapeur Pression boîte à vapeur (signal mis à l échelle) Actionneurs boîte à vapeur (signal mis à l échelle) Des économies tous azimuts Les dépenses énergétiques d une machine à papier pèsent lourd. Heureusement, les pistes d amélioration sont nombreuses. En mesurant les flux et les consommations de vapeur, il est possible de mesurer les sous-performances, d identifier les équipements peu économes en énergie et de trouver des solutions. L audit énergétique d une machine à papier permit d identifier les leviers d économies d énergie suivants : Baisse de 2,5 % de la consommation de vapeur en augmentant la vitesse de l enrouleuse ; Baisse de 2,5 % de la consommation de vapeur en optimisant la pression de la boîte à vapeur ; Baisse de 2 à 8 % des besoins de vapeur du condenseur en réparant et/ ou améliorant le fonctionnement des thermocompresseurs, en réduisant les pressions différentielles entre les groupes de vapeur et en améliorant la régulation de pression de manière générale ; Baisse de quelques pour cent supplémentaires de la consommation de vapeur en colmatant les fuites dans la hotte et dans les systèmes de ventilation, en diminuant si possible le raffinage, en augmentant la tension appliquée à la bande, en élevant le point de rosée de la hotte, en réduisant la surchauffe de la vapeur, etc. En optimisant tout simplement les points de consigne de la régulation, la consommation de vapeur peut être réduite de 5 %. L un dans l autre, les économies de vapeur atteignent environ 10 % sans gros investissement. Carl-Fredrik Lindberg ABB Corporate Research Västerås (Suède) [email protected] Naveen Bhuthani ABB Corporate Research Bangalore (Inde) [email protected] Kevin Starr ABB Process Automation Services Westerville, Ohio (États-Unis) [email protected] Robert Horton ABB Optimization Service Atlanta, Géorgie (États-Unis) [email protected] Bibliographie [1] Kuvalekar D., «Reducing Specific Steam Consumption through Automation in Steam Systems», PAPEREX 2007, New Delhi (Inde), 7 9 décembre [2] Reese D., «Measuring Paper Machine Energy Performance», PaperCon 2009, St. Louis, Missouri (États-Unis), 31 mai 3 juin [3] Ghosh A. K., «A Systematic Approach to Optimise Dryer Performance and Energy Savings Case Studies», PaperCon 2009, St. Louis, Missouri (États-Unis), 31 mai 3 juin [4] Ghosh A. K., «Optimization of Paper Machine Dryer Section», 7 th International Conference on Pulp, Paper and Conversion Industry, PAPEREX 2005, New Delhi (Inde), [5] Kilponen L., «Improvement of Heat Recovery in Existing Paper Machines», mémoire, Département de génie mécanique, Espoo, université de technologie d Helsinki, [6] Lindell K., Stenström S., «Assessment of Different Paper Drying Processes to Reduce the Total Energy Costs from a Mill Perspective», 14 th International Drying Symposium, vol. B, , São Paulo (Brésil), août [7] Sivill L., Ahtila P., «Energy efficiency improvement of dryer section heat recovery systems in paper machines A case study», Applied Thermal Engineering, 29 (17 18), p , décembre Valorisation énergétique 63

64 Grande puissance ABB étoffe sa gamme de moteurs asynchrones haute tension 64 revue ABB 1 13

65 Pour répondre aux besoins de puissance et de sécurité des industriels, ABB renforce sa gamme de moteurs asynchrones Ex de forte puissance. Andrea Casiraghi, Andrea Lampugnani, Sami Myllykoski, Dan Stelzner Bon nombre des matières premières entrant dans les produits du quotidien proviennent de l industrie chimique, pétrolière et gazière. Les défis du secteur sont immenses : fabriquer à un coût compétitif et en quantités astronomiques une palette complète de produits de base tout en gérant de multiples procédés dans des environnements extrêmement contraignants et de plus en plus complexes. Pour toutes les étapes de la chaîne de production exploration, extraction, raffinage et transformation ABB propose des moteurs, des générateurs, des organes de trans mission mécanique et des services conçus pour aider les industriels à respecter les exigences de sécurité, de rentabilité et d efficacité. ABB a développé deux nouveaux moteurs à haute tension (HT) qui répondent aux besoins de puissance accrue de ses clients. Photo ABB propose des moteurs, générateurs, organes de transmission mécanique et services pour aider les industriels de la chimie, du pétrole et du gaz à accroître leur production dans le respect des exigences de sécurité, de rentabilité et d efficacité. Grande puissance 65

66 1 Nouveaux moteurs asynchrones ABB 1a Moteur antidéflagrant HT AMD 900 1b Moteur modulaire HT 2 pôles AMI 800 L es moteurs ABB fournissent la puissance motrice aux pompes, compresseurs et équipements de forage utilisés par tous les procédés industriels chimiques et pétrogaziers. La tendance mondiale au gigantisme des sites de production oblige à augmenter la puissance des moteurs qui entraînent des machines de plus en plus imposantes. Cela est vrai non seulement des usines en construction dans les pays émergents, mais aussi des projets d extension de sites existants. Dans les applications de forage et sur les platesformes offshore, compacité et légèreté sont synonymes de réduction des coûts d exploitation. Pour les moteurs et les générateurs, les efforts de développement portent ainsi sur la densité de puissance, le but étant de concevoir des machines HT plus légères et plus petites, mais également plus puissantes et plus rapides. Tout cela, bien évidemment, dans le respect de normes de sécurité très strictes. Une offre polyvalente Les moteurs ABB sont intégralement conformes à la réglementation et à la normalisation nationales et internationales, y compris les normes CEI, EN et NEMA. Ils s accommodent de toutes les conditions d exploitation : installations à terre et en mer, oléoducs et gazoducs, raffineries ou usines pétrochimiques, unités flottantes de production, stockage et expédition (FPSO), ou encore usines de gaz naturel liquéfié (GNL). Enfin, ils peuvent fonctionner dans les environnements les plus difficiles comme les atmosphères explosives, les températures extrêmes, les poussières corrosives ou les ambiances humides. ABB développe des solutions destinées à améliorer les procédés de ses clients sur le cycle de vie complet des produits. Les coûts d acquisition et d installation d un moteur ne représentent souvent qu un faible pourcentage de son coût total de possession. En effet, la majeure partie des dépenses est liée à l exploitation, l entretien et la réparation. Bien choisir son moteur permet, par conséquent, de réduire ce coût total en évitant les temps d indisponibilité. Des moteurs puissants à la pointe de la technologie Pour mieux répondre aux besoins de puissance et de sécurité des industriels, ABB renforce sa gamme de moteurs asynchrones Ex de forte puissance avec deux nouveaux produits : le moteur antidéflagrant HT AMD 900 et le moteur modulaire 2 pôles HT AMI Le moteur AMD 900 est la solution idéale pour les pompes et compresseurs de grosses machines (raffineurs, par exemple). L AMI 800 est destiné aux pompes d injection d eau des unités FPSO et aux pompes principales d oléoducs ainsi qu à d autres appli cations au sein des usines chimiques, pétrolières, gazières et de traitement des eaux usées. 66 revue ABB 1 13

67 2 Puissance des moteurs AMD de 6000 V/50 Hz Nouvelle gamme de puissance des moteurs AMD de hauteur d axe Ancienne gamme de puissance des moteurs AMD kw Pôles Dans les applications de forage et sur les platesformes offshore, compacité et légèreté sont synonymes de réduction des coûts d exploitation. L AMD 900 vise les applications à vitesses de rotation fixes et variables entre 333 tr/min (18 pôles) et 3000 tr/min (2 pôles) ; des moteurs 20 pôles sont également disponibles. Les tensions de service vont de 3 à 11 kv, à 50 ou 60 Hz. Les moteurs en mode de refroidissement IC 511 ou IC peuvent être à arbre horizontal ou vertical. Ils ne doivent pas être purgés Développer un moteur de forte puissance à enveloppe antidéflagrante (Ex d) est un véritable pari technique. avant démarrage et ne nécessitent ni système de pressurisation, ni gaz inerte. Aucune limite thermique n est imposée au temps de rotor bloqué t e 2 et, pour les applications à vitesse variable, le système d entraînement n exige ni essai ni certification individuelle. Les faibles niveaux de vibrations de l AMD 900 sont un gage de fiabilité et de longévité. Nécessitant moins de maintenance, son coût de possession est plus faible. Il est certifié jusqu à la hauteur d axe 3 normalisée CEI 900 pour une Notes 1 Norme NF EN , Machines électriques tournantes Partie 6 : modes de refroidissement (code IC), avril Intervalle de temps (s) entre le moment où le moteur s échauffe à partir de la température nominale de service jusqu à la température ambiante admissible la plus élevée (CEI ). 3 Mesure (mm) entre l axe central de l arbre et le bas des pattes puissance maxi de 8 MW. Le nouvel AMD 900 élargit la gamme de puissance de l offre ABB de moteurs antidéflagrants HT 2. Développer un moteur de forte puissance à enveloppe antidéflagrante (Ex d) est un véritable pari technique. Les tolérances internes (jeux mini entre les pièces d étanchéité dans la carcasse et les joints labyrinthes, en mm) furent optimisées au niveau de ces derniers et de l enveloppe. Des techniques avancées d analyse par éléments finis et de nombreux essais permirent de valider la conformité réglementaire des nouveaux joints et de l épaisseur supplémentaire de l enveloppe. À la fois des certificats ATEX et IECEx sont disponibles. Le moteur modulaire HT AMI 800 élargit l offre Sécurité d ABB dans la série des moteurs 2 pôles avec des hauteurs d axe CEI de 400 à 800. Son coût de possession est également très faible du fait de ses faibles niveaux de vibrations, de sa robustesse, de sa maintenance simplifiée et de son excellente fiabilité. De même, son haut rendement et les différentes possibilités de ventilation sont source d importantes économies d énergie sur la durée de vie. ABB a résolu les problèmes de refroidissement et de contraintes dans le moteur modulaire 2 pôles AMI 800 en combinant ventilation axiale et radiale. Par con struc tion, les nouvelles barres Grande puissance 67

68 La régulation à vitesse variable, plutôt que par étranglement ou vannes de contournement, induit jusqu à 60 % d économies d énergie. 3 Systèmes d entraînement ABB pour le forage Réinjection des déchets Treuils d ancrage/ d amarrage Treuil de forage Derrick Entraînement supérieur Table de rotation Tige d entraînement Plate-forme de forage Garniture de forage Tubage Pompes à boue Bac à boue Pompes de cimentation/ complétion du puits rotoriques admettent les charges axiales et radiales engendrées dans un moteur d une telle puissance, en particulier à sa mise en route. L arbre massif confère la rigidité indispensable au rotor monté par frettage. Alimenté en 6 à 13,8 kv, l AMI 800 est destiné aux applications à vitesses fixes jusqu à 3000 tr/min en démarrage direct sur le réseau (50 Hz pour la version actuelle). Son alimentation en vitesse variable est possible : la plage de vitesses est alors déterminée au cas par cas. Le moteur à arbre horizontal est doté de roulements à coussinets et proposé en modes de protection sans étincelles (Ex n) et à surpression interne (Ex p). Jusqu à présent, ABB proposait des moteurs asynchrones modulaires HT 2 pôles de hauteurs d axe CEI 400, 450, ABB propose des moteurs c.a. à pattes et bride de fixation compacts. 500, 560, 630 et 710 mm et d une puissance maximale de 8 MW. Partant d une plate-forme standardisée et d options, les moteurs sont fabriqués de manière efficace et adaptés à la quasi-totalité des applications industrielles. L ajout de la hauteur d axe 800 élargit la plage de puissances des moteurs 2 pôles à 13,5 MW (10 kv, 50 Hz, IC 81W) et 12 MW (10 kv, 50 Hz, IC 616). Le moteur AMI 800 à arbre horizontal est soit fermé, soit en protection IP W24, et à refroidis- sement air-air (IC 611, TEAAC) ou eauair (IC 81W, TEWAC). Systèmes d entraînement pour appareil de forage Un appareil de forage alimenté en courant alternatif (c.a.) est un système complexe regroupant transformateurs, variateurs et moteurs. Conscient des spécificités de chaque application, ABB propose un moteur pour chaque cas. ABB fournit des moteurs certifiés Ex pour les différents équipements d une plate-forme de forage : entraînement supérieur, pompe à boue, treuil de forage, pompe de cimentation, table de rotation, réinjection des déchets (cuttings), pompes à six pistons et treuils 3. D une puissance maximale de 1655 kw (2250 hp), ces moteurs sont proposés en hauteurs d axe 280, 315, 400, 423, 450 à 500 et tolèrent des températures ambiantes de 45 C et + 55 C. Pour les applications à vitesse variable, les tensions de service se situent entre 575 et 690 Vc.a., à 50/60 Hz. Les économies d énergie et la réduction des émissions polluantes par les variateurs et moteurs ABB font chuter le coût total de possession des installations de forage. La régulation à vitesse variable, plutôt que par étranglement ou vannes de contournement, permet de réduire jusqu à 60 % la facture énergétique. De 68 revue ABB 1 13

69 même, les entraînements électriques ABB diminuent les émissions polluantes du forage (NO x et CO 2, entre autres), susceptibles de retarder l octroi des permis de forer ou de donner lieu à des pénalités. La nouvelle génération d appareils de forage à entraînements supérieurs électriques, de même que les plus gros systèmes, mettent en œuvre des moteurs c.a. souvent directement raccordés au trépan (sans table de rotation, ni tige d entraînement). Ce type de structure permet notamment de forer à un angle plus large qu une structure à table de rotation à tête. En général, les moteurs des entraînements supérieurs de ces appareils de forage doivent endurer des accélérations plus fortes que les moteurs standards exploités dans d autres environnements industriels contraignants et être conçus pour des zones à risque et des ambiances corrosives. Les puissances vont de 295 à 590 kw (400 à 800 hp) pour les applications à terre et de 660 à 880 kw (900 à 1200 hp) en mer avec des vitesses de 0 à 2600 tr/min. Les organes de roulement doivent supporter d importantes charges axiales créées par le pivotement. Le réducteur est entraîné par un ou deux moteurs c.a. à arbre vertical souvent pilotés en vitesse variable et commandés depuis un pupitre de l appareil de forage. Les moteurs sont habituellement refroidis à l air ou à l eau. La vitesse variable est encore plus avantageuse lorsque le foreur régule la vitesse et la puissance du moteur pour une efficacité, une sécurité et une disponibilité maximales. Les moteurs c.a. ABB pour entraînements supérieurs sont conçus, testés et certifiés pour les applications de forage à terre et en mer, et la commande à vitesse variable, pour un coût total optimal. Ils constituent une solution idéale pour le forage de puits extrêmement déviés. Le montage à pattes et bride contribue à la rigidité mécanique. Enfin, les organes de roulement choisis spécifiquement pour la marche verticale contribuent à la fiabilité et à la longue durée de vie. Les pompes à boue font circuler le fluide de forage et maintiennent la bonne pression dans le puits. Les appareils de forage types comportent deux moteurs c.a. par pompe ou un gros moteur c.a. à deux bouts d arbre. Montés à l horizontale sur les pompes, ils sont normale- ment commandés en vitesse variable et adaptés aux zones à risque et ambiances corrosives. Refroidis à l air ou à l eau, ils couvrent des puissances de 800 à 1620 kw (1100 à hp) pour des vitesses entre 0 et 1800 tr/min et supportent en bout d arbre des charges radiales <80 kn (kilonewton). La puissance absorbée par une pompe est grosso modo proportionnelle au cube de la vitesse. Par conséquent, à la moitié de sa vitesse, elle ne consomme qu un huitième de l énergie requise à plein régime. Même une faible réduction de la vitesse peut faire une grosse différence sur la facture d énergie. Un grand nombre de systèmes de pompage fonctionnant souvent à charge partielle, le recours à la vitesse variable peut induire d énormes économies. Les performances et la fiabilité élevées renforcent la disponibilité des installations et font baisser les coûts de maintenance. Un couple sans à-coups sur toute la plage de vitesses réduit le bruit et les vibrations, minimisant les contraintes mécaniques. Le treuil de forage, pièce maîtresse de l appareil de forage électrique, enroule et déroule le câble servant à lever et abaisser les tiges de forage et le trépan. Il utilise un moteur commandé par variateur ; l entraînement est en service intermittent entre 0 et 800 tr/min à un couple de Nm, mais aussi dans une plage de vitesses pouvant atteindre 2400 tr/ min. ABB propose une solution d entraînement à vitesse variable complète testée et optimisée pour le treuil de forage avec des moteurs c.a. à pattes et bride de fixation compacts. Des organes de roulement spéciaux sont disponibles pour les applications où l arbre moteur subit des charges radiales. Des moteurs robustes et économiques Les moteurs ABB sont conçus en priorité pour minimiser leurs coûts d exploitation et optimisés pour l application envisagée. Proposés en carcasse fonte ou acier, leur arbre est en matériau très résistant à la fatigue et la pivoterie spéciale peut être à roulements ou à coussinets. À la fois l arbre et les organes de roulement endurent des charges radiales et axiales élevées. La protection contre les intempéries est réalisée par un traitement anticorrosion conforme aux systèmes de peinture agréés par l industrie offshore. Les moteurs c.a. ABB pour entraînements supérieurs sont conçus, testés et certifiés pour les applications de forage à terre et en mer, et la commande à vitesse variable, pour un coût total optimal. Andrea Casiraghi ABB Discrete Automation and Motion, Motors and Generators Vittuone (Italie) [email protected] Andrea Lampugnani ABB Discrete Automation and Motion, Motors and Generators Sesto San Giovanni (Italie) [email protected] Sami Myllykoski ABB Discrete Automation and Motion, Motors and Generators Helsinki (Finlande) [email protected] Dan Stelzner Baldor (société du Groupe ABB) Greenville, Caroline du Sud (États-Unis) [email protected] Grande puissance 69

70 L important, c est l exploitant L ethnographie pour mieux comprendre la conduite opérateur KRISTOFFER HUSØY, TORGEIR ENKERUD, TONE GRETE GRAVEN Depuis l accident nucléaire de Three Mile Island, la conception d interfaces homme-machine (IHM) industrielles a fait l objet d une attention accrue et de recherches approfondies visant à améliorer la compréhension de la situation, la gestion des alarmes (EEMUA 191) et l ergonomie des interfaces de conduite (ISO 11064). Pour garantir la sûreté de fonctionnement des installations, une plus grande proactivité et un meilleur rendement de la production, il devient primordial de se concentrer sur l interaction homme-machine et l efficacité opérationnelle. Dans le même temps, la tendance à déporter la conduite et à réduire les coûts d exploitation, notamment dans le secteur pétrogazier, débouche sur des procédés et automatismes de plus en plus complexes qui nécessitent un accès permanent aux données temps réel. Ces évolutions imposent de nouvelles contraintes aux concepteurs d IHM. ABB y répond par une démarche innovante basée sur l ethnographie. 70 revue ABB 1 13

71 Depuis l aube de la révolution industrielle, l homme a déployé des trésors d ingéniosité pour garder la maîtrise de ses inventions. Si les premiers ingénieurs devaient rêver de tableaux bardés de manettes et de boutons pour tout contrôler, peu d entre eux auraient pu imaginer qu en moins de deux siècles, la machine à vapeur deviendrait «l usine à gaz» qu est aujourd hui une centrale électrique. Les complexes industriels modernes exigent des systèmes de contrôle-commande incroyablement plus perfectionnés que leurs prédécesseurs. Heureusement, les tech nologies de réseau facilitent la conduite de ces mastodontes en fournissant aux centres de téléservices un très grand nombre de mesures en temps réel. Certains sites peuvent même être pilotés à distance, Photo Les opérateurs de conduite sont aux commandes de systèmes industriels de plus en plus complexes. Comment l ethnographie leur simplifie-t-elle la tâche? par un simple portable. Toutefois, si les IHM sont incapables de s adapter à des systè mes industriels de plus en plus complexes, la surabondance et l imbrication des informations de conduite sur écran risquent fort de poser des problèmes insurmontables. Leur conception est donc un enjeu de taille pour la sécurité et l efficacité opérationnelle de l industrie moderne 1. La plate-forme d automatisation étendue 800xA, réputée pour sa convivialité et sa performance, est l interface utilisateur de nombreux produits ABB. Les installations les plus pointues exigent autant une parfaite compréhension des besoins de l utilisateur que la capacité à anticiper les tendances à venir. ABB a pour cela adopté une approche ethnographique de la conception des systèmes indus- triels 2 : l observation «à la source» des tâches et difficultés des opérateurs au quotidien, qu ils soient expérimentés Si les IHM continuent d évoluer au rythme de la complexification des systèmes industriels, la surabondance et l imbrication des informations poseront des problèmes insurmontables. ou novices, permet aux concepteurs d imaginer dès aujourd hui les IHM du futur. Visite guidée La conception «orientée utilisateur», axe de recherche essentiel du génie logiciel, place l utilisateur ainsi que la compréhension fine et l anticipation de ses besoins au centre du développement L important, c est l exploitant 71

72 L approche ethnographique promet de beaucoup améliorer la performance opérationnelle. 1 La conception de l interface opérateur de sites complexes est de plus en plus délicate et stratégique. produit. Le moteur de recherche Google, le site web Amazon, le système d exploitation Windows 7 de Microsoft ou encore l ipod et l ipad d Apple s en sont largement inspirés. Les IHM de contrôlecommande peuvent également en tirer profit, même si les scénarios sont quelque peu différents. En effet, mobiliser du personnel pour tester en situation la conduite de systèmes dynamiques comple xes peut s avérer hors de prix, De nos jours, l opérateur doit avoir une parfaite connaissance du site piloté. voire totalement irréalisable. ABB s est donc tourné vers la recherche ethnographique, composante de la conception orientée utilisateur, pour approfondir et affiner sa compréhension de l exploitant. En améliorant sa connaissance des facteurs humains et des situations de travail pour adapter l IHM à ces paramètres, ABB inaugure de nouvelles méthodologies de conception des IHM industrielles 3. Concrètement, il s agit d observer les habitudes des opérateurs de conduite. Le concepteur est ainsi aux premières loges pour appréhender le maniement du système et ses difficultés, grandes ou petites. Ce travail d observation minu- tieux est primordial pour obtenir des données pratiques, bien plus précises que les descriptifs de postes ou les commentaires recueillis en entretien. Ce type d enquête permet de relayer les demandes d amélioration de l existant ou de collecter des informations pouvant inspirer de nouvelles solutions. Voyons les principales conclusions d une campagne d études ethnographiques menées par ABB sur cinq sites pétroliers et gaziers, en Norvège et en Inde : une plateforme pétrolière en mer, trois usines de traitement du gaz et une raffinerie. Il s agit soit d installations anciennes, agrandies ou modernisées, soit de constructions récentes ou flambant neuves, partiellement mises en service. Pour chacune d elles, deux à trois de nos chercheurs ont passé trois ou quatre journées d observation en salle de conduite, invitant autant que possible les opérateurs à commenter leur travail et les raisons de leurs actions. L homme de la situation Aujourd hui, il est indispensable que l opérateur connaisse bien l équipement à piloter. En effet, le haut niveau d abstraction des graphiques de procédé fait primer les informations capitales sur les détails superflus 4. Pourtant, ce n est 72 revue ABB 1 13

73 2 Ethnographie Cette méthode de recherche qualitative est axée sur l apprentissage et la compréhension des phénomènes socioculturels qui reflètent les connaissances, usages, mœurs et coutumes d une population. Branche de l anthropologie, elle s est popularisée dans d autres domaines, tels que celui décrit dans notre article. Nombreuses sont aujourd hui ses applications pratiques dans les milieux professionnels en prise directe avec la technologie et l innovation. La collecte des données procède souvent d observations, d entretiens, de questionnaires, etc. 3 Conception «orientée utilisateur» À la fois philosophie et démarche, elle place les besoins, les exigences et les limites de l opérateur au cœur de chaque étape de développement. Elle se démarque des autres méthodes en s efforçant d adapter le produit aux aptitudes, attentes, besoins ou habitudes de l utilisateur, et non l inverse [1]. La conception orientée utilisateur place l opérateur au centre du processus de développement. qu au prix d une grande expérience pratique du site qu il peut les interpréter. Sur tous les sites visités, les opérateurs de conduite devaient justifier d une expérience de techniciens de terrain, voire reprendre du métier pour être toujours à niveau 5. Avec l avènement de la gestion technique centralisée et de la téléconduite, ces connaissances, pourtant essentielles à la sécurité et l efficacité opérationnelle, n ont plus cours. Il est donc primordial de bâtir et d entretenir ce socle de compétences lorsque les opérateurs ne sont pas sur place. Au four et au moulin Sur tous les sites visités, les exploitants doivent être à la fois polyvalents et «multitâches». Tout en gardant un œil sur les performances globales du site, ils sont constamment accaparés par une multitude d opérations parallèles et récurrentes : remplir un réservoir, démarrer deux nouveaux puits, aider un technicien sur site à tester des détecteurs de gaz, etc. Sans compter les nombreuses tâches en cours (arrêt temporaire d un équipement pour maintenance, par exemple) qui, même si elles ne les concernent pas directement, pèsent sur leurs décisions. Aussi s aident-ils de L opérateur posté doit être «multitâche». pense-bêtes, bloc-notes, minuteurs ou autre aide-mémoire pour ne rien oublier. Cette multivalence les oblige en parallèle à beaucoup communiquer et à collaborer avec divers interlocuteurs, tant internes qu externes. Les interfaces opérateur du système de contrôle-commande doivent donc multiplier les possibilités d annulation ou de report des opérations. Bien sûr, certaines d entre elles restent difficiles, voire impossibles à décaler, compte tenu du procédé. Pour autant, force est de constater que la conception actuelle des systèmes d auto matismes alourdit inutilement la tâche des opérateurs. Confiance dans l anticipation Au cours de la dernière décennie, de nombreux sites industriels ont opté pour la commande prédictive par modèle. Robuste, précise et, en principe, plus performante que la régulation PID, elle utilise un modèle mathématique dynamique qui permet de prédire le comportement des sorties du procédé sous l effet des grandeurs d entrée. Hélas, sa complexité rebute les opérateurs qui, par méfiance, ont souvent tendance à basculer en manuel pour stabiliser le process avant de repasser la main au régulateur prédictif, dont ils peinent à comprendre le fonctionnement et la stratégie de conduite. Même si ce mode de régulation avancée est doté d une interface à la pointe de la technologie, les opérateurs peuvent encore avoir du mal à interpréter les vues de conduite et préférer régler un problème manuellement plutôt que de toucher aux para mètres de la régulation. Par conséquent, si le régulateur prédictif est un puissant outil d optimisation de la production, il ne peut donner son plein potentiel que si l homme et le système collaborent. L important, c est l exploitant 73

74 4 Un exemple de graphique de procédé parmi des milliers 5 Pour décrypter les écrans abstraits des IHM, les opérateurs doivent parfaitement connaître le site et son environnement. Pour renforcer la confiance dans le système de conduite, il faut impérativement améliorer l interaction de l opérateur avec les solutions de régulation avancée, comme la commande prédictive par modèle. Traitement des alarmes L une des grandes responsabilités des opérateurs est de détecter et de corriger les anomalies et perturbations de la production. Or, face à l avalanche d informations et la complexité de l application, il leur est impossible de superviser tous les paramètres sans jamais lever la garde. Le système d alarme reste donc un outil inestimable de détection des dysfonctionnements du procédé. Sur la majorité des sites visités, les opérateurs étaient constamment interrompus par des alarmes, dont la plupart étaient immédiatement identifiées et acquittées, sans besoin d intervenir. Ces alarmes signalaient le plus souvent des défauts connus ou des travaux de maintenance en cours. En cas d alarme inconnue ou intempestive, le premier réflexe des opérateurs est de vérifier si elle est justement due à une opération de maintenance sur le procédé. Cette première origine écartée, ils consultent directement le graphique correspondant pour circonscrire le défaut, en diagnostiquer la cause et les éventuelles conséquences. Leur expérience, associée à une bonne connaissance de l usine, est indispensable à l évaluation rapide et précise de la situation. Pour résoudre le problème, ils s appuient souvent sur des stratégies de commande qui ont fait leur preuve en pareilles circonstances. Une autre démarche consiste à demander autour de soi ou par radio si quelqu un s est déjà heurté au même problème. Reste à tester ou à appliquer la solution utilisée dans ce cas. Ce n est que lorsque le procédé ne réagit pas comme prévu que l on commence à creuser la question ou à rechercher une procédure spécifique à l équipement incriminé. Là encore, la performance et la sécurité opérationnelles dépendent beaucoup de la connaissance du site. D où l obligation, en cas de migration vers la téléconduite ou la gestion technique centralisée, d offrir aux opérateurs les moyens d interpréter les alarmes inhabituelles. 74 revue ABB 1 13

75 6 Face à des systèmes et des exigences de contrôle-commande toujours plus complexes, les concepteurs auront de plus en plus recours à l ethnographie. Tout est lié Tout logiciel nécessite de bien comprendre le rôle de l utilisateur, les fonctions visées et le contexte d usage, autrement dit, les conditions réelles La méthodologie ethnographique d ABB pousse les concepteurs à étudier de près le cadre et les habitudes de travail des exploitants. d emploi du produit ; autant d informations que l ethnographie collecte, organise et formalise. Ce sont ces données qui vont guider la conception et le développement des IHM, augmentant ainsi les chances de satisfaire les utilisateurs. En contrôlecommande, elles sont d autant plus cruciales que le contexte d utilisation est complexe et contraignant au plan de la sécurité. Ils permettent également aux concepteurs d identifier les domaines dans lesquels une nouvelle solution aura le plus de chances d améliorer l efficacité, la régularité et la sécurité opérationnelles, et d optimiser la production. On voit bien la primauté de l expérience et de la connaissance du site, ainsi que de l accès direct aux données et mesures du terrain, depuis l interface utilisateur. L amélioration du dialogue hommemachine impose des développements supplémentaires en matière de vues et d interfaces de conduite de procédés complexes. Les systèmes et exigences de contrôle-commande industriel toujours plus poussés ne peuvent qu accentuer le rôle prépondérant de l ethnographie dans la conception d IHM performantes 6. Kristoffer Husøy Torgeir Enkerud Tone Grete Graven ABB Technology and Innovation Oslo (Norvège) [email protected] [email protected] [email protected] Bibliographie [1] User-centered design, Wikipedia, [en ligne], disponible sur : User-centered_design, consulté le 14 avril L important, c est l exploitant 75

76 Réactivité à tous les étages ABB échafaude l édifice 800xA en Colombie Rodrigo Victoria L industrie chimique est aujourd hui à un tournant de son évolution, passant d une démarche traditionnelle de supervision de la fabrication par lots à une gestion globale et intégrée de la production. Pour aider les acteurs du marché à tenir le cap, ABB a mis au point une solution logicielle complète de gestion des recettes, lots et procédures pour configurer, planifier et piloter la production. Ce gestionnaire 800xA améliore la productivité, l homogénéité, la traçabilité et la sécurité du procédé, en conformité avec la méthodologie S88 de l Instrument Society of America (ISA). 76 revue ABB 1 13

77 Pour mémoire, la carboxyméthylcellulose est une «gomme cellulosique» utilisée dans l agroalimentaire sous le nom d additif E466, en tant qu épaississant naturel (pour les crèmes glacées, par exemple), émulsifiant et stabilisant (vins), mais aussi dans nombre de produits cosmétiques, pharmaceutiques (pilules minceur, collyres, dentifrices, etc.), peintures à l eau (inhibiteur d odeur), détergents et articles papetiers. Réputé pour sa grande viscosité et son innocuité, ce polymère anionique hydrosoluble est hypo allergénique [1]. 1 Équipements de production batch chez Amtex Pour améliorer le pilotage des procédés de type discontinu ou batch, la plate-forme d automatisation étendue 800xA d ABB mise sur l intégration d une fonction d historisation des données de production, d une interface de programmation de la fabrication par lots, ainsi que des applications de gestion de procédures, pour les process continus et manufacturiers. Le gestionnaire de batch 800xA d ABB procure aux industriels du secteur l agilité, la célérité et la réactivité pour répondre aux exigences croissantes de performance et de compétitivité de la production, tout en diminuant ses coûts globaux et temps d arrêt. Pour réaliser ce projet, Amtex, premier producteur de carboxyméthylcellulose sodique (CMC) d Amérique latine, s était au départ tourné vers un de ses fournisseurs habituels. Néanmoins, le solide partenariat entre ABB Colombie et l intégrateur de système Automatización S.A. a vite fait penché la balance en faveur du gestionnaire de batch 800xA. Photo ci-contre Amtex est le premier producteur de gomme cellulosique de marque Gelycel en Amérique latine. Premier du genre en Colombie, le projet d automatisation batch devait régler de nombreux problèmes techniques avant de stabiliser le système, qu Amtex jugeait par ailleurs dispendieux. Pourtant, avec la solution ABB renforcée par l expertise mondiale du Groupe et, en particulier, son réseau panaméricain (ABB Brésil, ABB Argentine, Automatización S.A. et ABB Colombie), le client était assuré de disposer de tout le support technique pour satisfaire aux exigences du projet. Ce ballon d essai de la gestion batch 800xA en Colombie revêtait une signification particulière pour ABB Colombie comme pour l intégrateur Automatización S.A. La solution a beaucoup gagné de l expertise globale d ABB. Amtex Amtex est le plus grand producteur latinoaméricain de CMC commercialisée sous la marque Gelycel. Il compte quatre sites de production 1 (Argentine, Colombie et Mexique), des antennes commerciales et des représentants dans les grandes métropoles du continent américain. Avec une capacité de tonnes par an, il figure aussi parmi les plus gros producteurs mondiaux. Amtex a deux usines en Colombie : l une fabrique t de CMC par an, l autre t de polymères fonctionnels. Amtex fabrique et assure également l assistance technique à l application de Gelycel, de cellulose polyanionique (PAC), de composés et résines, tout comme il commercialise les matières premières. Intégration Depuis son siège social de Medellin, au nord-ouest de la Colombie, l intégrateur Automatización a essaimé dans tout le pays, avec des bureaux à Bogotá, la capitale, à Cali (à l ouest) et Carthagène (au nord). Créée en 1962, l entreprise accumule les réussites dans la fourniture de produits d automatisme et la prestation de services à l industrie colombienne. Automatización était chargé par Amtex non seulement d intégrer le système de contrôle-commande distribué, mais aussi de l installer, de l étalonner, de le mettre en service et d en assurer le support technique. Réactions en chaîne Cinq réacteurs furent automatisés avec le système 800xA d ABB. En 2010, Amtex se rendit compte qu il avait besoin d automatiser et d exploiter un réacteur de son usine de polymères fonctionnels aux standards de la fabrication batch. Après avoir étudié les offres de plusieurs fournisseurs, par l intermédiaire d Automatización, le chimiste opta pour la solution ABB et ses avantages technologiques en matière de contrôle-commande et de procédés batch. Les compétences techniques d ABB et son support mondial furent décisifs pour gagner la confiance d Amtex et décrocher le contrat. Réactivité à tous les étages 77

78 «Nos clients veulent un maximum de stabilité avec un minimum de changement. Seule solution : réduire les variables process.» Le premier contrat ne portait que sur un réacteur. Mais en constatant quelques mois après que la qualité des produits sortant de ce réacteur s était considérablement améliorée, Amtex demanda à ABB d automatiser les cinq autres réacteurs de l usine. L automate, la gestion de réseau et le serveur de connectivité AC800M sont redondants. Le système se compose d un serveur de procédé batch, d un gestionnaire de l information, de deux postes de conduite, d un poste de développement et de trois automates. L automate principal dispose également de cinq coupleurs Profibus DP, chaque réacteur ayant le sien pour raccorder les entrées-sorties (E/S) déportées, les variateurs ABB et l instrumentation de process Profibus PA. Voyons le détail de la fourniture. 2 Poste de conduite multi-écran 3 Gestion des échanges par automates AC800M Postes de travail La salle de commande est équipée d un poste de conduite batch à quatre écrans et d un poste de supervision des procédés (langage de description des recettes «PFC» pour Procedure Function Chart), d édition et de modification en ligne des recettes, et de consultation des données 2. Ce second poste sert aussi au développement du contrôle-commande (réglages, modifications et améliorations). Automatismes Le système comprend trois automates AC800M 3, deux en configuration redondante pour gérer le process, le troisième pour piloter les équipements auxiliaires qui fédèrent l instrumentation sur réseau Modbus RTU. Cette répartition des tâches évite aux automates process d être surchargés par les échanges de données susceptibles de pénaliser la performance de leurs unités centrales. Bilan positif Avec ce projet d automatisation, Amtex visait une hausse de la production de l ordre de 30 % et un accès temps réel à des informations précises sur le process. Mission accomplie avec le gestionnaire batch 800xA d ABB qui permet au procédé totalement automatisé de progresser d environ 35 %! De plus, grâce aux fonctions de gestion de l information, Amtex dispose à présent de données historiques pour appuyer ses décisions. Un constat partagé par son directeur général, Juan Camilo Arango : «Avec le système 800xA, nous sommes certains d offrir les produits fiables et de qualité constante exigés par nos clients du monde entier. Le seul moyen d y parvenir est de minimiser les variables process.» Fort du succès de ce premier projet d automatisation, Amtex envisage de doubler la mise pour son autre unité colombienne, toujours avec Automatización. Encore un échange de bons procédés! Serveur batch Le procédé totalise 50 équipements et deux postes clients complets de gestion de la production. Conforme au standard ISA S88, le gestionnaire batch 800xA adapte le pilotage de la production aux exigences des commandes clients. Gestionnaire de l information Automatización a installé un serveur pour produire des bilans matières, des relevés de consommation d électricité, de vapeur et d eau, des rapports de fabrication par lots, des listes de variables process, d alarmes et d événements. Serveur de connectivité Un serveur redondant garantit la disponibilité du système. Sa licence d exploitation couvre 600 points de données redondants. Bus de terrain et modules d E/S Le système possède un châssis de commande abritant les automates et convertisseurs de protocoles Profibus DP/PA, et quatre châssis répartis pour les E/S déportées sur Profibus DP. Les modules d E/S pour applications en zones dangereuses sont normalisés S890. Chaque réacteur a son maître Profibus DP auquel sont raccordés les variateurs de vitesse et les modules d E/S par le biais de convertisseurs déportés DP/PA. La fourniture ABB inclut également des instruments de terrain Profibus PA, tels que des transmetteurs de pression de la série 266, des transmetteurs de température et des débitmètres massiques à effet Coriolis. Rodrigo Victoria ABB Control Systems Bogotá (Colombie) [email protected] Bibliographie [1] Carboxymethyl cellulose, Wikipedia, [en ligne], disponible sur : Carboxymethyl_cellulose, consulté en décembre revue ABB 1 13

79 Rédaction Prith Banerjee Chief Technology Officer and Executive Vice President Clarissa Haller Head of Corporate Communications Ron Popper Head of Corporate Responsibility Eero Jaaskela Head of Group Account Management Andreas Moglestue Chief Editor, ABB Review Édition La Revue ABB est publiée par la direction R&D and Technology du Groupe ABB. ABB Technology Ltd. ABB Review/REV Affolternstrasse 44 CH-8050 Zurich (Suisse) La Revue ABB paraît quatre fois par an en anglais, français, allemand, espagnol et chinois. Elle est diffusée gratuitement à tous ceux et celles qui s intéressent à la technologie et à la stratégie d ABB. Pour vous abonner, contactez votre correspondant ABB ou directement la Rédaction. La reproduction partielle d articles est autorisée sous réserve d en indiquer l origine. La reproduction d articles complets requiert l autorisation écrite de l éditeur. Édition et droits d auteur 2013 ABB Technology Ltd. CH- Zurich (Suisse) Impression Vorarlberger Verlagsanstalt GmbH AT-6850 Dornbirn (Autriche) Maquette DAVILLA AG Zurich (Suisse) Traduction française Dominique Helies [email protected] Avertissement Les avis exprimés dans la présente publi cation n engagent que leurs auteurs et sont donnés uniquement pour information. Le lecteur ne devra en aucun cas agir sur la base de ces écrits sans consulter un professionnel. Il est entendu que les auteurs ne fournissent aucun conseil ou point de vue technique ou professionnel sur aucun fait ni sujet spécifique, et déclinent toute responsabilité sur leur utilisation. Les entreprises du Groupe ABB n apportent aucune caution ou garantie, ni ne prennent aucun engagement, formel ou implicite, concernant le contenu ou l exactitude des opinions exprimées dans la présente publication. Dans le numéro 2 13 Balises technologiques Le fil conducteur de notre prochain numéro sera une innovation majeure qui ne marquera pas seulement 2013 mais aussi plusieurs décennies : le disjoncteur à courant continu est appelé à révolutionner les modes de transport et de distribution de l électricité, donnant ainsi corps au réseau CC. Cette première édition de l année lève le voile sur cette technologie ; la Revue ABB 2/2013 nous en livrera le détail et la portée. D autres articles se pencheront sur les différentes activités du Groupe ABB dans l exploitation minière, la ventilation, la variation électronique de vitesse et le suivi en temps réel du personnel dans ses déplacements. Une rubrique «Marine» s intéressera aux dragues, navires-grues ou engins de levage en mer. Des thématiques multisectorielles complèteront ce tour d horizon de la technologie ABB. ISSN : Dans le numéro

80 Des navires qui consomment 15 % de fioul en moins? Les systèmes de propulsion compacts d ABB aident cargos et paquebots à économiser l énergie, à emporter plus de passagers ou de charge utile, et à améliorer la manœuvrabilité de ces géants des mers. Nos turbocompresseurs équipent plus de 50 % de la flotte mondiale de tankers et de porte-conteneurs, améliorant la combustion pour quatre fois plus de puissance. Chaque jour de navigation, ce sont des tonnes de CO 2 en moins rejetées en pleine mer. Pour un horizon dégagé. Assurément.