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Prêts pour l'usine sans fil ?

Mirel Scherer

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- Tous les spécialistes sont formels : les réseaux radio s'imposeront rapidement dans les applications industrielles. Mais la multiplicité des technologies en jeu rend le choix difficile.

Après avoir conquis la planète avec les téléphones portables, les communications sans fil arrivent aux portes de l'atelier. Bien sûr, les systèmes industriels sans fil sont loin d'être une nouveauté. On utilise, par exemple, depuis longtemps les liaisons infrarouges pour communiquer. Ces liaisons sont cependant limitées par la faible distance d'émission compatible avec un taux d'erreur acceptable et le fait que les appareils connectés doivent être en regard direct l'un de l'autre. Cette fois, il s'agit de tout autre chose. La libération de certaines bandes de fréquences a ouvert la voie à la mise au point de plusieurs concepts de réseaux locaux radio. Une véritable révolution est désormais en marche, qui risque de changer le visage des usines.

Des automatismes sans câbles

Lors de la conférence consacrée aux applications industrielles des technologies sans fil, en mars dernier à San Diego (États-Unis), Sandy Harper, responsable de la R&D et des applications sans fil chez Parker Hannifin, n'hésitait pas à déclarer : « L'avenir des automatismes industriels sera sans câbles et ces technologies de communication seront prédominantes dans les ateliers américains d'ici à cinq ans. » Et, selon la responsable de cette société spécialisée dans les automatismes pour le contrôle-commande, toutes les applications sont concernées. Depuis l'acquisition de données jusqu'à des fonctions de contrôle, y compris la gestion de la maintenance.

Même son de cloche à la conférence sur ce thème organisée en mai dernier à Paris par ISA France et la SEE. « L'enjeu est considérable : il s'agit purement et simplement du remplacement du câblage », soulignait à cette occasion Jean-Pierre Hauet, ancien directeur général du laboratoire central d'Alcatel et consultant de BEA Consulting.

Fait marquant : si l'on n'en est aujourd'hui qu'aux balbutiements, côté technologies, tout est prêt - matériel et logiciel - pour installer un réseau radio. Ce n'était pas le cas avec les réseaux de terrain qui partaient de zéro et ont nécessité des développements spécifiques de A à Z. Du coup, les premières applications industrielles "sans fil" apparaissent : liaisons avec les équipements mobiles (robots de manutention, dispositif de contrôle de pression, etc.), entre des installations dispersées géographiquement (réservoirs, pipelines) ou encore maintenance des systèmes de production...

Symbol Technology lance le concept de l'entreprise mobile grâce à sa suite logicielle MSS. Très impliqué dans cette démarche, France Télécom travaille d'arrache-pied pour créer les moyens de communication nécessaires aux différentes applications industrielles. L'opérateur a créé, il y a deux ans, un joint-venture avec Schneider Electric, Senside, pour marier ses compétences dans les réseaux et la communication avec celles de l'industriel dans les automatismes. « Nous avons mis au point, à la demande d'un groupe industriel, une base de données de robots de soudure que ce dernier possède dans ses différentes usines à travers le monde », raconte Laurent Perrin, directeur commercial. Les robots communiquent via un réseau Wi-Fi avec les boîtiers de Senside installés en tête de ligne téléphonique, ce qui permet de reconfigurer les installations et d'intervenir en cas de panne.

Thales Communications a appliqué la technologie au système de contrôle-commande (Scada). Plusieurs centrales électriques algériennes, situées dans des villes différentes, sont ainsi reliées à Internet via un réseau mobile Tetra (norme de communication radio). Baptisée Digicom 25, la solution comporte 32 sites radio, un centre Scada principal, trois centres secondaires, 1 100 terminaux Scada et 400 terminaux phoniques.

Filiale du groupe industriel suédois, ABB Entrelec annonce, lui, un capteur de proximité sans fil qui s'alimente tout seul. « Déjà utilisé dans nos usines, ce dispositif se place sur n'importe quel système industriel mobile pour assurer la transmission des données », explique Patrick Domange, chef de produit chez ABB Entrelec. On peut imaginer ce capteur fixé sur les luges transportant la caisse à blanc dans les usines d'automobiles avec un échange d'informations qui se réalise en temps réel. Autre exemple : l'instrumentation des machines. « Aujourd'hui, si on veut installer 50 ou 100 capteurs sur une machine, il faut pouvoir les alimenter, ce qui suppose l'existence d'un parc de batteries à entretenir. Un problème qu'élimine notre système. »

Un formidable potentiel d'applications

Chef de produit réseaux industriels chez Siemens France, Patrick Brassier insiste sur le potentiel d'applications de ces technologies. « La communication sans fil peut s'appliquer aussi bien aux pupitres opérateurs mobiles qu'aux PC portables voire aux systèmes mobiles comme les chariots autoguidés, les wagonnets sur rails, les nacelles ou les machines mobiles. Elle est aussi adaptée à la communication dans des architectures temporaires d'ateliers pour changer l'agencement des machines en fonction de la production, en phase de test d'un équipement, de paramétrages ou de services... », estime-t-il.

Cela dit, « il ne faut pas s'imaginer que tous les câbles disparaîtront comme par enchantement des usines, tempère Daniel Mawas, président de Txcom. Si la solution câblée correspond au cahier des charges et si elle coûte moins cher, le choix de l'utilisateur est vite fait... Il ne fait toutefois aucun doute que le potentiel des applications sans fil dans l'industrie est impressionnant ».

Une multiplicité de technologies

En attendant, les technologies sans fil susceptibles d'intéresser les procédés industriels continuent leur développement rapide. « Lien entre le monde des communications sans fil et le monde des ordinateurs et d'Internet, les systèmes de troisième génération ou UMTS constituent un saut technologique considérable », note Jean-Pierre Hauet de BEA Consulting.

De même, Wi-Fi se propage à vive allure. Selon le cabinet GFK, 80 % des PC portables vendus en 2004 seront Wi-Fi natifs pour un prix qui baisse continuellement. À cela s'ajoute l'approbation de nouveaux standards internationaux et le développement de variantes du GSM (réseaux Tetra, plates-formes GPRS et Edge) ainsi que celui des réseaux locaux hertziens qui coopéreront avec le 3G. Première implantation d'un système de communication par paquets sur base GSM, le GPRS (General Packet Radio Service) peut aussi trouver sa place dans des applications industrielles comme la gestion des personnes et l'allocation des tâches, le positionnement de véhicules, le transfert de fichiers, la télémaintenance et le télécontrôle.

Plusieurs formes de radiocommunications naissantes constituent des pistes d'investigation intéressantes pour les applications industrielles. C'est le cas, par exemple, de l'UWB (Ultra Wide Band), une technologie à large bande qui communique par impulsions dans la bande 3,1-10,6 MHz et plus. « Cette technique n'est pas encore stabilisée mais elle ouvre la voie à des débits importants (100 Mbit/s) au moins sur courtes distances et avec une très bonne pénétration (murs, obstacles) », souligne Jean-Pierre Hauet.

Même constat pour ZigBee et Wi-Max (Worldwide Interoperability for Microwave Access). Ce dernier, standard IEEE 802.16, est une initiative soutenue par Intel, Alcatel, Fujitsu, ZTE, etc. ainsi que par de nombreuses start-up américaines. « C'est à la fois un enjeu technique - relier sur grande distance des cellules Wi-Fi isolées - et économique car il permet aux opérateurs nouveaux de se libérer de la dépendance des opérateurs historiques », poursuit l'expert.

Cette multiplicité de technologies a de quoi rendre méfiant. D'où l'importance de la capacité des technologies sans fil à intégrer plusieurs types de réseaux différents : capteurs sans fil, push-to-talk radio, téléphones mobiles, pagers... C'est, selon les experts américains de Power-Touch Technologies, la clé du développement de cette activité. La société prépare d'ailleurs un logiciel capable de remplir ce rôle.

Côté applications, « celles qui concernent les machines de production se développeront sans doute plus vite que celles liées aux procédés, prévoit Jean-Pierre Hauet. Mais on ne sait pas encore quelle sera la solution qui s'imposera aux différents niveaux de l'entreprise ou quelles seront les solutions de sécurité ».

Bref, après la guerre de réseaux de terrain, celle du sans fil est déclarée.

7 milliards de dollars

C'est la prévision du cabinet américain ON World (www.onworld.com) pour le marché des capteurs sans fil en 2010.

ENJEUX

- Toutes les applications d'automatismes industriels sont concernées par les liaisons sans fil. - À terme, il s'agit de la suppression pure et simple du câblage impliquant une modification notable du mode de conception des systèmes de contrôle-commande des procédés.

ATOUTS

- Intégration aisée d'équipements de production mobiles - Réorganisation facile des ateliers - Élimination des surcoûts de câblage - Pilotage à distance des équipements mobiles - Accès aux données à distance - Télémaintenance/diagnostic des installations

POINTS CRITIQUES

- Fiabilité - Disponibilité - Sécurité - Standardisation - Interopérabilité - Performances

CHEZ PEUGEOT UN CONTRÔLE EN TEMPS RÉEL

- Le constructeur d'automobiles français a mis en place, dans une dizaine de ses sites industriels en Europe, un réseau sans fil Bluetooth pour contrôler et remédier en temps réel aux défauts sur les chaînes de production. Quelque 500 opérateurs par site sont dotés de terminaux Epsilon 2 de TXCom et transmettent l'information à une centaine de retoucheurs mobiles qui interviennent immédiatement. Avantages : sécurité des données, criticité maximale, supervision centralisée, réduction des coûts et amélioration de la qualité...

LES QUATRE PRINCIPALES TECHNOLOGIES DISPONIBLES

Wi-Fi (IEEE 802.11.g) - Bande de fréquence : 2,4 GHz - Technique de codage : OFDM (multiplexage par division de fréquence) - Débit : 6 à 54 Kbit/s - Portée : 100 m - Compatible avec 802.11.b (l'Ethernet sans fil) - Coût réduit - Sécurité faible - Applications : réseaux locaux industriels Bluetooth 1.1 (IEEE 802.15.1 pour les couches basses) - Bande de fréquence : 2,4 GHz - Technique de codage : FHSS (sauts de fréquences) - Débit : 723 Kbit/s - Portée : 10, 25 ou 100 m - Coût réduit : une clé USB de portée 15 m coûte 25 euros - Sécurité meilleure que Wi-Fi (au niveau de l'authentification et de l'interception) - Applications futures possibles : communications intramachines et intermachines de production (supporte voix et données) Wi-Max (IEEE 802.16) - Bande de fréquence : 2 à 11 GHz (à terme, 66 GHz) - Débit : 70 Mbit/s - Portée : 20 à 30 km - Connexion entre cellules Wi-Fi sur de grandes distances et une desserte locale à haut débit Zigbee (IEEE 802.15.4) - Bande de fréquence : 2,4 GHz et 868/915 MHz - Technique de codage : DSSS (étalement de spectre) - Débit : 255 Kbit/s - Portée : plus de 100 m - Consommation électrique très faible - Applications : supervision et contrôle industriel

LES ROBOTS ABB SE PASSENT DU CÂBLE

- C'est un détecteur de proximité pas comme les autres que commercialise ABB Entrelec. Non seulement il dispose d'un module de communication qui transfère l'information par radio à 120 capteurs par paire d'antennes mais, grande innovation, il fournit l'alimentation par champ magnétique (puissance de 6 mW). Et il peut se relier sans peine à des réseaux de terrain existants dans les usines. Grâce à lui, une cellule robotisée de production peut, par exemple, fonctionner sans câbles. Une petite révolution industrielle « Actuellement il n'existe pas de chaîne de fabrication sans une multitude de capteurs et d'actionneurs », précise Patrick Domange, chef de produit chez ABB Entrelec. « Tous ces dispositifs sont chargés de faisceaux de câbles de puissance et d'échanges de données dont l'installation est non seulement coûteuse, mais aussi source fréquente de dysfonctionnements. » Installation aisée, conception et développements simplifiés, implantation mécanique flexible, changement d'outillage sans souci de connectique, embarquement de capteurs sur des parties mobiles..., le dispositif d'ABB annonce une petite révolution industrielle.

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