Interfaces indispensables entre le terrain et la supervision, les automates se démocratisent en même temps que leurs prix baissent et que leurs performances s'améliorent. Communication accrue et cybersécurité sont les principales préoccupations des constructeurs.
De jour comme de nuit, les usines de production d'eau potable, les stations d'épuration et les installations isolées fonctionnent de façon quasi autonome. Les ouvrages comme les réseaux sont truffés de capteurs et d'actionneurs reliés aux automates programmables industriels (API). Interfaces entre le terrain et la supervision, ces concentrateurs de capteurs et d'actionneurs sont indispensables au bon fonctionnement des systèmes de pilotage et d'information.
Plus question de s'en passer d'autant que ces dernières années, les prix ont sensiblement diminué en même temps que les performances se sont accrues et la mise en œuvre s'est simplifiée. En entrée, leurs cartes électroniques collectent une grande quantité d'informations ayant trait aux pressions, débits, vitesses, températures,
niveaux, intensités, tensions, puissances absorbées, etc.
En sortie, les automates programmables émettent des instructions de type marche/arrêt de pompes, de compresseurs, d’agitateurs, de ventilateurs, ouverture/fermeture de vannes, commandes de mouvements, de servo-variateurs, de servomoteurs, d’actionneurs, de temporisations, de démarrage d’un cycle, d’un système de dosage ou d’analyse ou encore de tout autre dispositif intégré de gestion de l’eau. Au sein de la plupart des procédés, ils contrôlent 24 heures sur 24 des process aussi différents que la distribution d’eau, la gestion des osmoseurs, la désinfection et la stérilisation UV ou encore le rétrolavage d’ultrafiltration.
Doués d’une intelligence embarquée provenant d’algorithmes spécifiques, associés avec une électronique spécifique, ils effectuent même l’autocontrôle de leurs tâches en respectant les consignes préétablies.
Des fonctions de plus en plus étendues
En matière de sécurité, ils émettent des alarmes et transmettent en temps réel au superviseur les données relatives à l’ensemble des procédés, qu’ils se rattachent à une machine, à une filière, ou bien à l’usine tout entière, ceci même lorsque la supervision est déportée à des kilomètres.
Au-delà de l’aspect production, les API permettent également un suivi très précis des équipements, comptabilisent les cycles ou les heures de fonctionnement effectuées par les machines. Ces paramètres intéressent naturellement les services de maintenance, facilitant le contrôle prédictif des pannes et les diagnostics intelligents. Autant de moyens qui permettent de mieux gérer l’entretien et optimiser les performances tout en maîtrisant les coûts.
Chez Siemens, par exemple, les options Simatic Process Historian et Simatic Information Server accompagnent les utilisateurs pour archiver à long terme des données liées aux différents process et offrent des outils de reporting et d’analyse sur base web.
En “stand alone” ou groupés, les API améliorent directement l’efficacité énergétique des installations.
Ainsi, en région parisienne, l’usine d’épuration du SIAAP Seine-Centre à Colombes (92), qui traite quotidiennement 240 000 m³ d’eaux usées et jusqu’à trois fois plus en temps de pluie, intègre 70 contrôleurs Allen Bradley ControlLogix en architecture décentralisée capables d’orchestrer 10 000 équipements reliés en réseau Ethernet (25 000 entrées-sorties). Observateurs infatigables, ils livrent leurs relevés traités sur Excel afin de créer des tableaux et des graphiques d’archivage de données notamment des consommations d’énergie. Véritables sentinelles des consommations, les API informent l’exploitant lorsqu’une puissance absorbée augmente, peut-être signe avant-coureur d’un roulement de pompe fatigué.
Intelligence artificielle de terrain, les API sont aussi des outils d’aide à la décision pour les opérateurs. En effet, les automates recensent et archivent toutes les informations et procurent une sorte d’“intelligence” déportée des processus de traitements.
Autant d’éléments capables de maintenir le niveau d’excel-
L'excellence opérationnelle d’une installation.
Bien utilisés, les API génèrent d’importantes économies. Dans le Michigan (États-Unis), pour Windsor Estates Housing Community, Rockwell Automation a récemment automatisé une station de traitement des eaux. Résultat : six heures opérateur économisées par semaine grâce à l’automatisation des rapports, à la réduction des besoins en produits chimiques et à la diminution des frais de maintenance grâce à une meilleure précision des injections de chlore. Un API gère également les séquences de fonctionnement de cinq pompes d’exploitation du puits d’alimentation. « Depuis une décennie, la tendance s’oriente vers toujours plus d’intégration et de communication avec les différents équipements implantés sur un même site », souligne Olivier Vallée, responsable marketing chez Rockwell Automation. « Et pour la collecte des données de terrain, l’Internet supplante la télégestion traditionnelle », poursuit-il.
Aujourd’hui, il est facile de contrôler tout API équipé d'une connexion à distance, à partir d’un smartphone, d'une tablette ou d'un PC via un serveur et de visualiser un ouvrage déporté (station de pompage) à partir d’écrans et de caméras. Le développement de routeurs et passerelles VPN industriels reposant sur des standards ouverts, développés par des acteurs tels que eWon, Westermo, Ql3d, IP Systems, Mios ou ProSoft Technology, a permis de banaliser l’exploitation de l’Internet pour l’accès distant et, partant, de s’adapter à l’évolution constante des moyens de télécommunications, notamment dans le monde mobile où les technologies ont rapidement évolué du 2G (GPRS) au 4G (LTE) sans oublier la généralisation du WiFi dans le milieu industriel. Basés sur des standards totalement ouverts, ces
eWON apporte par exemple une solution cloud, simple et sécurisée par VPN, pour accéder à tout équipement distant, pour des applications de télémaintenance ou pour visualiser un web server depuis un smartphone ou une tablette.
LeWON FLEXY apporte en plus des fonctionnalités de passerelles intelligentes pour convertir les protocoles automates série en Modbus TCP afin de remonter des données sur une supervision.
Des applications les plus simples aux plus complexes
Chez Mitsubishi Electric, les API se divisent en trois catégories : les automates compacts, les automates modulaires haut de gamme et les micros automates se programmant de manière intuitive. Les API et un contrôleur modulaires de type MELSEC System Q permettent une intégration totale des besoins pour le contrôle et la communication des process en une seule plate-forme. Les API modulaires MELSEC série L, économiques et intuitifs, conviennent pour les applications de commande de taille moyenne. Omron Industrial Automation Business (IAB) aligne sa plateforme d’automatisation Sysmac (System for Machine Automation Control) qui regroupe une commande machine par le biais d’une unique connexion et d’un seul logiciel, avec des normes de communication et de programmation.
Les solutions sont capables de surmonter l’hétérogénéité des équipements, notamment des API, tout en s’adaptant facilement à tout projet, quel que soit le SCADA et les API utilisés.
Les objets connectés bénéficient chacun d’une adresse IP (Internet Protocol) capable d’assurer, via Internet, le suivi des réseaux afin de créer des documents permettant, par exemple, de recouper des informations pour traquer des pertes sur une canalisation.
L’offre en API est très vaste avec des appareils de toutes tailles, capables de répondre à toutes les applications, de la plus simple à la plus complexe.
Cette plateforme d’automatisation dotée de l’API (Sysmac NJ) intègre contrôle d’axes, logique séquentielle, utilisation de réseaux et inspection visuelle.
Le tout est orchestré par le logiciel Sysmac Studio pour la configuration, la programmation, la simulation et la surveillance associées, avec un réseau EtherCAT pour piloter les axes, la vision, les capteurs et les actionneurs.
Commercialisés par PL Systems Unitronics, les API UniStream sont munis d’écrans tactiles TFT 65 000 couleurs étanches à l’eau.
Leur temps de cycle inférieur à la milliseconde autorise la gestion de plusieurs applications simultanément. 2 048 entrées/sorties intégrées ou déportées (TOR, analogiques, entrées rapides…) sont disponibles. Les moyens de communication reposent sur carte Micro SD, trois ports USB et la possibilité d’envoi/réception d’e-mails et de SMS. De nombreux protocoles sont gérés : Modbus IP, CANopen, CAN Layer 2, UniCAN, Ethernet IP et protocole libre. La programmation s’effectue via le logiciel intuitif UniLogic.
Doté d’une connexion à distance conviviale par Internet, l’em4 de Crouzet Automation complète la gamme de contrôleurs logiques Millenium 3 et répond aux nouveaux besoins en matière de communication, notamment de M2M.
Il se décline en trois niveaux : l’em4 remote, entièrement connecté à l’infrastructure sécurisée ; l’em4 alert, capable d’envoyer des alertes par SMS ou e-mail ; et l’em4 local, destiné aux applications ne nécessitant pas de communication, ou seulement sur réseau local. L’une des forces de l’em4 remote réside dans sa connexion à Internet qui permet la programmation, le paramétrage, la consultation et la gestion à distance d’une application. Placé dans un contexte d’Internet des Objets, il offre des capacités de communication accessibles même aux non-spécialistes des réseaux et de l’automatisme. En matière d’échange de données, l’em4 n’embarque pas de serveur web : il fonctionne en liaison « machine to machine », par échange de données brutes entre le contrôleur et un serveur dédié, optimisant ainsi la communication et préservant la mémoire embarquée.
complété par l’em4 lab, un environnement qui permet à l’intégrateur ou à l’exploitant de paramétrer intuitivement son application (em4 soft), d’y accéder à partir d'un simple navigateur web en tout lieu et tout moment (em4 web) ou de mettre en place un accès à partir d’un smartphone (em4 app), en gérant les événements en mode push ainsi qu’en mettant en place un contrôle local ou à distance simplifiés grâce à un QR code par exemple.
Schneider Electric met aussi l’accent sur la communication avec le Modicon M580, un “e-automate” entièrement basé sur Ethernet muni d’un processeur double cœur cadencé à 600 MHz. Ses architectures collaboratives offrent une gestion transparente depuis la supervision d’entreprise jusqu’au niveau instrumentation. La technologie SPEAr permet d’intégrer la communication Ethernet à tous les équipements et modules connectés avec des fonctions d’horodatage, de gestion d’énergie et de réduction des temps d’arrêt. Élément d'un réseau ouvert, il offre plus de visibilité des données et des éléments clef des processus. L’appareil établit un diagnostic rapide en cas de problème, offre des données cohérentes et précises pour les prises de décision. Cet API dispose de fonctions de sécurité directement intégrées dans le contrôleur pour garantir un fonctionnement continu et durcir sa résistance aux cyber-menaces, une préoccupation croissante.
Garantir un fonctionnement continu et lutter contre les cyber-menaces
Malgré tout, « dans le secteur sensible de l’eau potable, la sécurité informatique reste insuffisante et il s'agit de prémunir les exploitations contre les cyber-attaques. C’est pourquoi les automates, comme les ordinateurs font appel aux Firewalls Industriels capables de limiter exclusivement la communication Ethernet à certains protocoles avec contrôle d’accès » insiste Olivier Vallée chez Rockwell Automation.
Afin de lutter contre la cybercriminalité, Yokogawa aligne l’automate de sécurité ProSafe®-RS, désormais certifié “ISA Secure EDSA” programme développé par l'ICSI (ISA Security Compliance Institute). Cet automate permet de gérer des boucles de sécurité (SIL3 suivant l’IEC 61511/61508), il possède une haute disponibilité : quatre processeurs tournent en parallèle à tous les niveaux, cartes E/S, CPU principales et ce pour assurer la sécurité et la disponibilité.
Autre versant de la sécurité, l’architecture d’automatisation à haute disponibilité de la gamme AC500 d’ABB permet de garantir un fonctionnement continu et lutter contre les immobilisations. La redondance de ses unités centrales et du bus de terrain CS31 contribue à réduire les risques de panne totale du système et à accroître sa disponibilité. L’AC500 intègre un serveur web et le protocole de téléconduite IEC 60870-5-104. À noter que de nouveaux modules “XC” destinés aux environnements extrêmes (altitude, brouillard salin…) élargissent sa plage de températures et renforcent sa tenue aux vibrations, gaz dangereux, intempéries…
Phoenix Contact a développé de son côté ses automates redondants 460 R : si un automate tombe en panne, l'autre prend immédiatement le relais sans interruption. La technologie AutoSync configure automatiquement les fonctions de redondance. La paire d’automates est programmée sur un seul appareil après détermination des paramètres.
La transmission des données est automatisée : avec un seul serveur OPC, la paire d’automates (maître et backup) peut être visualisée de façon redondante si nécessaire. La distance entre deux automates peut atteindre 80 km, ce qui convient bien aux ouvrages déportés. Ensuite, tout le processus est géré automatiquement (chargement des programmes, redondance, connexion vers la supervision). À noter que cet automate est équipé d’un écran haute résolution avec messages explicites pour un diagnostic local.
Comme le souligne Alain Coville, responsable de l’activité Eau chez Phoenix Contact France, « les gammes d’automates sont aujourd’hui conçues pour assurer la disponibilité et la continuité de service ainsi que la sécurité des personnes avec l’API RFC470 S ». L’offre d’automates ne peut plus être dissociée des équipements de réseaux tels que les switches, les points d’accès Wi-Fi, ainsi que les produits de cybersécurité tels que les firewalls.
Par ailleurs, la nouvelle génération d’automates programmables Axiocontrol intègre directement jusqu’à trois LAN sur la même CPU, permettant aux constructeurs et opérateurs de réduire le coût du matériel et le temps d’intégration. Les protocoles informatiques FTP/HTTP/SNMP/SMTP/SQL/ODP/OPC sont natifs dans les CPU du constructeur allemand. De ce fait, les 4 096 entrées/sorties sont accessibles directement depuis les serveurs web des automates.
De plus, les CPU Axiocontrol sont désormais équipées d’un micro-UPS leur permettant de gérer un arrêt de l’alimentation électrique et de garantir un redémarrage rapide fiabilisé.
