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Les transmetteurs se paramètrent à distance

Y. B.

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Les transmetteurs se paramètrent à distance

© D.R.

- Dans l'usine de production pilote de Clariant, les instruments sont désormais configurés depuis un poste centralisé grâce à la technologie FDT/DTM.

Sur le site de Clariant (ancien Hoechst) à Gersthofen en Allemagne, la vie des opérateurs a bien changé. Finies les courses à travers le site de production pour aller modifier la configuration des capteurs à chaque changement des conditions de process. Dorénavant, ils ont accès à distance à tous les paramètres des appareils depuis un poste central. Ce qui évite les longs déplacements entre les cuves et les dédales de tuyauteries. Et épargne aux opérateurs de se rendre dans les zones à risque d'explosion où est installée une grande partie des instruments. Résultat, la mise en place d'un dispositif de configuration et de maintenance centralisé, permis par l'exploitation de la technologie FDT/DTM, a réduit de 60 à 70 % les arrêts programmés de la production.

Cette usine pilote met au point la production d'additifs pour plastique. Ceux-ci sont notamment employés pour la fabrication de sièges de jardin ou de gradins de stade afin d'empêcher leur dégradation à l'exposition au soleil. Sur ce site, de nouveaux développements sont continuellement mis en oeuvre ce qui exige de fréquents changements des conditions de production.

Des temps de cycle raccourcis

D'où une reconfiguration toute aussi fréquente des paramètres de fonctionnement des capteurs et actionneurs. Pour réduire les temps d'arrêt de production et les coûts induits dus au paramétrage des instruments de process, le département ingénierie de Clariant a opté pour un concept de configuration à distance s'appuyant sur une passerelle entre le réseau de terrain Profibus, le réseau Ethernet et la technologie standard FDT/DTM.

Pour mieux comprendre la solution mise en oeuvre, il faut se pencher sur l'architecture du système de contrôle de process. L'unité de production pilote du chimiste allemand emploie principalement de l'instrumentation Hart. C'est-à-dire que les appareils sont connectés par liaison 4-20 mA qui fournit les signaux analogiques relatifs aux valeurs mesurées. Sur ceux-là se superpose le protocole numérique Hart qui véhicule les données acycliques permettant la configuration et le diagnostic des capteurs. Les signaux émis et reçus par les instruments sont convertis par des modules d'entrées/sorties déportés de Stahl capables de fonctionner en zones explosibles. Les signaux sont acheminés hors de la zone à risque d'explosion via Profibus DP/Ex (également homologué pour transmettre des signaux électriques dans les zones dangereuses) avant d'être repris par une liaison Profibus Standard et après avoir transité par une passerelle Profibus DP/Ex - Profibus DP. Les informations sont alors conduites vers le système de contrôle de process Delta V d'Emerson Process Management.

Clariant tire différents avantages de cette architecture qui mixe bus de terrain Profibus et liaison point à point 4-20 mA Hart. L'utilisation de la version Ex de Profibus permet de bénéficier d'un taux de transmission de 1,5 Mbaud même en zone dangereuse et d'atteindre de courts temps de cycle et de mise à jour même avec un grand nombre d'instruments de terrain. Par ailleurs, cette architecture relie un grand nombre d'appareils sur un même segment de bus. Dix modules d'entrées/sorties déportés supportent chacun jusqu'à 40 instruments Hart. L'implémentation d'entrées/ sorties déportées en zone dangereuse réduit également la longueur de câbles utilisés.

Par ailleurs, le prix d'achat a également été pris en compte : les transmetteurs Hart habilités à fonctionner en zones dangereuses sont moins chers à l'achat que leurs équivalents dialoguant directement sur Profibus DP/Ex. Enfin, les opérateurs, depuis longtemps habitués à travailler avec des appareils connectés en 4-20 mA, ne sont pas perturbés dans leurs habitudes. L'utilisation des instruments Hart est semblable à celles de leurs homologues 4-20 mA avec des capacités de diagnostic en prime.

Cette solution présente toutefois quelques inconvénients. Lorsqu'il est nécessaire de reparamétrer les équipements, l'opérateur de service doit se rendre sur site avec un PC portable et le logiciel de configuration approprié. Comme chaque fournisseur de capteurs et actionneurs apporte sa petite touche personnelle aux outils de configuration, l'opérateur doit s'assurer qu'il dispose des outils logiciels et des interfaces de connexion adéquates. La diversité du matériel, les reconfigurations répétées dues aux changements fréquents des recettes de fabrication et la diversité des marques utilisées (ABB, Endress+Hauser, Krohne, Micro Motion, Samson, Vega notamment) accentuent les difficultés.

Par ailleurs, l'emploi de terminaux électronique et informatique pour la configuration en zone dangereuse exige des routines opératoires et des tests matériels spécifiques. Et, dans certains cas extrêmes, l'accès à des zones hermétiquement scellées est assujetti à l'obtention d'autorisations administratives et exige le port de vêtements de protection appropriés.

Pour s'affranchir de ces contraintes, il était indispensable de mettre en oeuvre un système centralisé qui autorise la configuration à distance des équipements en dehors des zones à risque d'explosion. L'objectif était donc de pouvoir mener toutes ces opérations depuis un seul poste de travail distant exploitant un seul et unique logiciel pour tous les équipements.

Pour rapatrier les informations de configuration et de diagnostic propres aux appareils vers ce PC relié à Ethernet, il a fallu installer une passerelle FG-300 développée par Softing. Celle-ci transmet au PC de configuration via Ethernet les informations acycliques provenant de Profibus et empêche leur envoi vers le système de contrôle de process DeltaV tout en laissant le passage aux données cycliques utiles à la gestion du process qui poursuivent leur chemin sur Profibus DP.

Pour assurer la configuration des capteurs et actionneurs par un même logiciel quelle que soit leur marque, Clariant a opté pour la technologie standard FDT/DTM. Ainsi, n'importe quel logiciel intégrant une interface FDT est capable d'échanger des informations avec n'importe quel capteur, quel qu'en soit le fabricant. Il suffit de charger préalablement dans le système le fichier DTM de ce capteur.

Un logiciel libre comme outil de configuration

Outre les DTM fournis à Clariant pour exploiter les fonctionnalités de configuration et de diagnostic des divers appareils, il a fallu développer un DTM de communication qui autorise l'accès des données via la passerelle FG-300 ainsi qu'un DTM développé par Stahl pour s'assurer que le signal est convenablement converti au format Profibus par les modules d'entrées/sorties déportés.

Plusieurs constructeurs proposent des outils de configuration compatible FDT. Le choix de Clariant s'est porté sur Pactware, un logiciel libre de droit qui ne le lie à aucun constructeur. Cet outil de configuration autonome basé sur les spécifications FDT, développé à l'origine par le fabricant d'instrumentation Pepperl+ Fuchs, est désormais un logiciel ouvert à tous les fournisseurs d'équipements qui souhaitent développer des fichiers descriptifs DTM pour leurs appareils. Selon un concept similaire à Linux, il est disponible à tous en code source avec une licence gratuite.

Au final, la mise en service d'un poste unique de configuration à distance a été réalisée sans modifier l'architecture du réseau et sans changement des capteurs et actionneurs. Les développements logiciels ont été réduits au strict minimum et l'acquisition de matériels s'est limitée à quelques passerelles.

Quelque 85 appareils sont aujourd'hui pris en charge par le poste centralisé de configuration. Résultat, les opérations de paramétrage à distance ont permis de réduire de 60 à 70 % les arrêts de production.

EN BREF

Le problème - Les opérateurs devaient se rendre dans des zones à risque d'explosion pour configurer les capteurs. La solution - Ils paramètrent maintenant les capteurs des différents fournisseurs depuis un poste unique exploitant la technologie de configuration standard FDT/DTM.

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