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Automates programmables : les clés d'une migration réussie

CHARLES FOUCAULT cfoucault@industrie-technologies.com

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L'obsolescence des automates programmables industriels, installés dans les années 1980-1990, est une préoccupation dans l'air du temps. Véritables centres névralgiques des chaînes de fabrication, ils sont souvent des boîtes noires pour les responsables d'usine. Comment passer à la nouvelle génération de contrôleurs ? Quelques pistes pour s'y retrouver entre les révolutions promises par les constructeurs et un conservatisme rassurant.

Votre usine tourne bien. Machines et convoyeurs travaillent en symbiose. Pas un grain de sable pour venir gripper cette mécanique bien huilée. Malgré tout, soudain, un tapis s'arrête. Que se passe-t-il ? C'est l'automate qui est en cause. Apparus au début des années 1970, les automates programmables industriels (API), qui commandent les machines des usines, ont été la cible de lourds investissements jusqu'au début des années 1990. « Un automate programmable est commercialisé environ vingt ans, y compris ses pièces et ses composants. Ensuite vient une période de service garanti de huit ans », explique Serge Catherineau, directeur du marketing des équipements d'usine chez Siemens. Et ensuite ? En cas de panne, la maintenance ne pourra plus assurer la réparation de l'automate dit obsolète si elle ne dispose pas de stock de pièces de remplacement en propre. Mieux vaut donc anticiper la migration vers une nouvelle génération avant de subir un arrêt de ligne. Mais en vingt ans, les technologies de ces ordinateurs durcis pour l'industrie ont évolué, autant que celles de leurs analogues domestiques. Les protocoles de communication ont, eux aussi, subi une révolution, liée à l'émergence d'Ethernet. Où placer le curseur entre faire un copier-coller de l'existant et céder aux sirènes des « solutions intégrées » que proposent tous les constructeurs ?

1. Réaliser un bilan de l'existant

Généralement avec deux ans d'avance, les fabricants d'automates annoncent qu'ils cesseront de produire tel ou tel modèle. Ceux qui en sont possesseurs peuvent alors calculer quand ils auront besoin de migrer, en fonction du stock de pièces de rechange dont ils disposent. « Le client ne sait que rarement où il en est, à part dans l'automobile, où une rénovation est systématique à chaque changement de véhicule, et dans le secteur de l'emballage », explique Serge Catherineau. Trop concentré sur sa production, l'industriel néglige de maintenir à jour l'état des lieux de son parc d'automates, inconscient des risques encourus. Une volonté de diminuer la consommation énergétique des équipements ou un développement de l'activité sont des stimuli pertinents pour faire le pas vers une nouvelle génération. Mais dans les faits le facteur le plus souvent déclencheur de migration est la multiplication des pannes. « Nous étions équipés en PLC5 de Rockwell depuis plus de 20 ans. L'échange standard des processeurs et des cartes d'entrées-sorties était devenu très cher, il avait augmenté de 20 % sur cette période. Il y a 5 ans, on a donc réalisé le bilan de l'installation », raconte Frédéric Michel, responsable du service électrique et automatisme chez Ball Packaging, entreprise d'emballage fabriquant des boîtes en aluminium pour boissons. Cet audit du parc consiste à relever les gammes et les versions de chaque automate. Une cartographie qui éclaire sur les priorités à mettre en place dans le planning de migration. Elle souligne la proximité de l'émergence de problèmes, synonymes d'arrêts de machines souvent plus coûteux que la migration elle-même. Pour réaliser ce bilan l'intégrateur se doit d'aller sur place. Les plans de l'existant ne suffisent pas. Une installation évolue et le suivi des modifications n'est pas forcément assuré, les schémas électriques ne sont pas toujours à jour. « Il est aussi important de garder la logique : une vanne raccordée sur la première carte de l'automate avant la migration doit aussi l'être après. Venir sur place permet de voir d'où viennent les câbles », explique Jérôme Lemasson, chargé d'affaires pour l'intégrateur Spie.

2. Anticiper l'opération

Une fois déterminés le degré d'urgence et l'ordre à suivre, il s'agit de faire coïncider le changement avec les temps d'arrêt possibles de l'usine. La fabrication peut-elle stopper un jour, une semaine, un mois ? Mieux vaut-il l'arrêter une fois longtemps ou plusieurs fois quelques heures ? Est-il possible de l'arrêter partie par partie ou doit-on tout migrer d'un coup ? Il faut également savoir à l'avance si le budget sera alloué en une seule fois ou s'il sera accordé à l'année, voire au trimestre. Dans ce cas, la migration se fera petit à petit : le réseau d'entrées/sorties, puis un contrôleur... l'opération peut s'étaler dans le temps. « On a fait le bilan de l'installé il y a 5 ans. Ensuite on a migré peu à peu nos soixante automates, deux semaines par an, sur nos deux lignes. Doucement au début et jusqu'à vingt automates d'un coup au début de cette année. Au final la facture s'est élevée à 1,2 million d'euros. Avec 60 % pour le matériel et 40 % pour l'ingénierie », détaille Frédéric Michel.

L'usine continue donc de tourner tandis que l'intégrateur ou le constructeur travaille à la conversion des programmes et des données de l'ancienne génération vers la nouvelle. À partir de là, un suivi rigoureux des modifications réalisées sur le programme de l'ancienne version doit être mis en place. Tout changement doit être remonté vers le partenaire pour qu'il l'intègre afin que l'automate neuf le prenne en compte lorsqu'il sera installé. Le câblage doit aussi être prévu pour réduire le temps d'installation. Calculer chaque longueur de fil et numéroter leur emplacement sur le bornier avant l'arrivée du nouveau contrôleur s'avère un gain de temps non négligeable.

Ensuite il s'agit de monter un réseau de communication en parallèle avec l'existant et de basculer dessus les machines et le nouveau système, en conservant la possibilité de faire l'opération inverse en cas de problème. « On réalise généralement une migration telle quelle dans un premier temps. L'évolution de l'installation intégrant de nouvelles disciplines et nécessitant une reconception des programmes n'intervient éventuellement qu'après », indique Jérôme Poncharal, responsable marketing architecture intégrée pour Rockwell Automation.

3. Faire évoluer l'outil de production

D'après Didier Noterman, directeur du pôle AIP-Priméca RAO et enseignant chercheur à l'Insa Lyon, migrer parce qu'on veut changer de technologie n'a aucun sens. « Il faut d'abord se poser la question : pourquoi est-ce que je veux changer ? » Pour cela, il est nécessaire de mettre autour de la table tous les acteurs qui peuvent bénéficier de ce changement. Là où un chef de projet, dont le seul souci est de fabriquer le produit, aura tendance à faire au plus vite et au plus simple, un responsable maintenance ou un responsable de site sera sensible à l'accès à plus d'informations sur sa chaîne ou à la réduction de ses besoins en formation. « La nouvelle génération d'API a plus de fonctionnalités, mais elle est surtout plus ergonomique, commente Pascal Putot, chargé d'affaires maintenance sur le périmètre installations générales du site PSA de Rennes (Ille-et-Vilaine). Toute la boutonnerie est remplacée par des écrans tactiles dont la synoptique est un reflet réel des équipements. On voit le moteur qui tombe en panne devenir rouge là ou avant on avait une alarme ou un voyant lumineux. » Les plus grandes avancées sont au niveau de la communication. Alors que les vieilles installations reposaient sur des bus de terrain dédiés par type de communication (entrées/sorties, contrôle d'axes, sécurité, etc.), aujourd'hui un unique réseau a la capacité d'intégrer toutes ces disciplines, y compris le système d'information de l'entreprise (ERP/MES). Une réponse à la demande croissante du marché sur la remontée d'informations et la visibilité sur l'outil de production. Un atout également pour la conformité avec la nouvelle directive machine, obligatoire dès la fin de l'année. « Avec la gestion de la sécurité des machines par l'Ethernet Safety, en cas d'arrêt d'urgence sur une machine par exemple, le convoyeur qui l'alimente s'arrêtera aussi, témoigne Frédéric Michel. Cela nous permet d'être en conformité avec la nouvelle directive sans les coûts énormes qu'aurait impliqués le câblage de multiples modules de sécurité. » Une connectivité améliorée qui a aussi ouvert la possibilité d'une gestion des installations par interface Web. Les capacités de communication de l'automate, tant au niveau horizontal que vertical (Ethernet, Web) offrent ainsi une plus grande agilité et un meilleur pilotage des procédés. « La maintenance devient par exemple informée en temps réel du nombre de fois qu'a fonctionné un vérin, tandis que le responsable d'usine suit en continu sa production quotidienne. L'automate, au travers de ses bus de terrain peut également se connecter à des bus de gestion de l'énergie, notamment pour les fonctions connexes du process (ventilation, chauffe, etc.) », note Didier Noterman. Un bémol tout de même : les convertisseurs automatiques de programme des constructeurs ne prennent pas en charge la partie communication avec les interfaces extérieures (autres automates, PC industriels, capteurs, etc.), elle devra être recodée entièrement, ce qui a un coût.

4. Sécuriser la maintenance

Enfin, lors de l'installation, l'industriel doit faire un choix d'organisation de la maintenance de sa nouvelle installation. Il disposera toujours d'un stock stratégique. « Soit les pièces sont dédiées à un client, soit elles sont mutualisées avec d'autres, ce qui est une solution moins onéreuse », explique Serge Catherineau, directeur du marketing chez Siemens. Un calcul statistique permet d'anticiper les pannes à venir et donc d'avoir les bonnes pièces à disposition. Toutefois une crainte pointe chez tous les utilisateurs d'automates programmables industriels : qu'à l'image des produits de grande consommation, les durées de vie soient de plus en plus courtes. « En 2008, nous n'avons pas été prévenus que les API installés seraient déjà obsolètes en 2012 alors que les précédents ont duré 12 ans, fulmine Jean-Pierre Baha, responsable de la maintenance du site parisien d'OCP Repartition. Le processeur ne se fait plus, il ne se répare pas non plus. Résultat, il faut racheter un autre modèle. » Discuter des délais de maintenabilité de la nouvelle installation est donc primordial avant de se lancer dans une migration.

FIDÉLITÉ

90 % des migrations se font au sein de la même marque d'automates. 90 % des migrations se font au sein de la même marque d'automates.

OCP Repartition en profite pour évoluer

Averti en 2008 de la proche obsolescence de ses automates programmables, le grossiste en produits pharmaceutiques a profité de sa migration vers la nouvelle génération d'API GE-Fanuc pour ajouter un convoyeur sur son site lyonnais. La préparation de commande par un terminal portable a également été mise en place, pour en assurer la qualité. Des évolutions qui ont nécessité l'intégration des automates au sein du système d'information de l'entreprise.

20 ans de maturation technologique

Comme les ordinateurs domestiques, les automates ont bénéficié des avancées technologiques des microprocesseurs depuis 20 ans. Leur programmation et les protocoles de communication qu'ils utilisent se sont dans le même temps simplifiés.

JÉRÔME LEMASSON CHARGÉ D'AFFAIRES CHEZ SPIE

« L'automate changé en quinze jours » « Pour éviter l'obsolescence de l'automate Série 7 de la marque Télémécanique (Schneider Electric), installé en 1981 dans l'usine PSA de Rennes, nous l'avons fait migrer vers un Premium, de la même marque. Il gère une station d'eau glacée qui permet de refroidir les bains de traitement des voitures avant peinture. Des pompes et leurs moteurs, des vannes, une tour de refroidissement et un groupe évaporation-condensation y sont reliés. Le contrôleur en lui-même a coûté 19 000 euros, l'étude électrique, la programmation et la mise en place 20 000 euros. L'armoire a été remplacée entièrement, l'installation comprend donc des relais, des contacteurs et des afficheurs en plus de l'automate. Ils nous ont passé commande en mai 2010 et nous avons réalisé la migration fin août, pendant leur arrêt annuel de production. Quinze jours d'installation ont été nécessaires, suivis d'une semaine d'assistance. »

MICKAEL DESLOGES Responsable commercial chez General Electric

« LA MAJEURE PARTIE DU PARC D'AUTOMATES A PLUS DE 20 ANS. POURTANT, LA PLUPART DES INDUSTRIELS N'ONT PAS PRÉVU DE PLAN DE MIGRATION. C'EST RISQUÉ ! »

Optimisez le stock de pièces détachées

L'achat d'un automate s'accompagne toujours de l'achat ou de la réservation d'une dizaine de pièces de rechanges, de quatre types différents (rack, CPU, cartes intelligentes, cartes d'alimentation). Soit elles appartiennent en propre au possesseur de l'automate, soit il dispose d'un stock sur site qui ne lui appartient pas. S'il prend une pièce, le constructeur lui en renvoie une. Avantage : la garantie sur la pièce ne court qu'à partir du moment où elle est sortie du stock. Pour réduire les coûts, des mutualisations intersites, voire interentreprises sont possibles. Dans certains secteurs, comme le nucléaire, les exigences de maintien en condition opérationnelle imposent un stockage de pièces pendant quarante ans. Les composants non soudés sur les cartes sont conservés dans des environnements à l'argon. La soudure ne se fait qu'au moment de la livraison.

TROIS ACTEURS TIENNENT LE MARCHÉ

Historiquement, les trois principaux constructeurs d'automates programmables industriels dominaient chacun sur leur territoire : Siemens en Allemagne, Schneider Electric en France et Rockwell Automation aux États-Unis. Avec la mondialisation, ces dominations géographiques sont moins fortes. Derrière les trois leaders, d'autres fabricants comme General Electric, Mitsubishi Electric et ABB trouvent leur place, en se spécialisant dans des secteurs.

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