Étude de cas : Surveillance du niveau, du débit, de la pression et de la température

Surveillance process industriel d'alimentation en eau : Mise en place d'une solution de monitoring sur une unité de réserve d'eau industrielle.

Objectif de cette mission de surveillance d'un process industriel
Collecter et envoyer les données des capteurs et des équipements de surveillance vers le cloud. Ceux-ci gèrent le niveau des réservoirs d'eau qui desservent une infrastructure industrielle. Rassembler, dans une seule interface, toutes les données dérivées et pertinentes pour le process. Surveiller l'état des capteurs par l'analyse des données et observer les valeurs standard pour le fonctionnement normal et les défaillances.

La solution TEKON de monitoring d'un process industriel

Transmetteur de signaux process sans fil

Le transmetteur TWP-4AI4DI1UT a permis d'agréger l'équipement central de l'ensemble du processus. En effet, il permet de rassembler dans un seul appareil tous les capteurs permettant de mesurer indépendamment chaque variable. Les entrées analogiques et numériques combinées à l'entrée universelle de température forment une solution complète et étendue pour le contexte industriel.

Gateway sans fil

La passerelle WGW420 de la famille de produits PLUS, est le point central du réseau sans fil. C’est vers que tous les transmetteurs envoient les données collectées. Les sorties analogiques WGW420 sont utilisables. Le partage de valeur de mesure de variables par les transmetteurs est donc possible avec des dispositifs locaux (automates). Pour la visualisation locale des données par exemple. Le protocole Modbus permet l'intégration avec l'automatisation, indispensable pour rendre les données disponibles dans le cloud. Dans le but de les visualiser et de les sauvegarder ultérieurement sur la Tekon IoT Platform.

Plate-forme cloud TEKON IoT

Tekon IoT Platform est l'outil qui met en évidence la valeur ajoutée de l'ensemble de la solution avec l'utilisation du transmetteur TWP-4AI4DI1UT. La plateforme permet à l'utilisateur d'observer toutes les données en temps réel. Mais aussi de créer un profil de risque pour son application. Ceci est possible grâce aux alarmes programmables en fonction de la spécificité de chaque capteur et variable.

Problématiques de cette application de surveillance de process industriel

L'unité industrielle où cette application est présente a un degré élevé de dépendance à l'égard de l'approvisionnement. Mais également de la disponibilité rapides et constants de l'eau. L'approvisionnement se fait à travers une exploration réalisée à côté de l'infrastructure. Mais cette dernière est limitée par le débit et la constance de l'approvisionnement. Afin de surmonter le plafonnement que représente l'approvisionnement direct en eau, un réservoir d'eau était nécessaire. Il fournit le support nécessaire à assurer une base d'approvisionnement immédiate. Son remplissage, une fois qu'il est fait à travers un canal relié à l'exploration adjacente, est effectué graduellement, de concert avec la capacité de réponse de l'exploration.

Le réservoir est considéré comme la principale source d'approvisionnement en eau de l'unité industrielle. Pour s'assurer que l'approvisionnement en eau apporte la réponse nécessaire en maintenant le niveau du réservoir dans la limite du niveau considéré comme suffisant. Afin de soutenir l'ensemble de l'unité, on utilise tout un ensemble de capteurs pour surveiller les process d'approvisionnement en eau. Tout comme le process de stockage et de drainage autour de ce réservoir de l'unité. La mesure du niveau d'eau se fait par le biais d'un capteur à ultrason présente au sommet du réservoir. Un capteur au fond du réservoir mesure et enregistre la pression de la colonne d'eau.

L'enregistrement du débit d'eau se fait déjà dans la canalisation qui transporte l'eau entre le réservoir et l'unité industrielle. Le choix des trois capteurs à sortie analogique (4 à 20mA ou 0 à 10V) vient de leurs compatibilités avec les entrées analogiques du TWP-4AI4DI1UT.

Le transmetteur TWP-4AI4DI1UT participe à la sécurisation de l'installation

La température de l'eau est une donnée ayant une importance accrue pour le processus. Le monitoring de ce paramètre se fait via une sonde PT100 qui traverse la paroi du réservoir. Puis directement connectée à l'entrée de température universelle du transmetteur sans fil TWP-4AI4DI1UT.

La défaillance des capteurs peut entraîner une faille dans la surveillance. Afin de réduire le risque de dommages causés par la pression exercée par l'eau dans le réservoir, une soupape de sécurité, contrôlée par l'automatisation, a été placée près du sommet. Il s'ouvre lorsque l'eau atteint un niveau critique. La soupape de sécurité est directement connectée à une entrée numérique du transmetteur, pour signaler son état à chaque communication. Le réservoir est rempli par une pompe installée à côté du point de prélèvement de l'eau, qui peut être mise en marche et arrêtée en fonction de deux critères :
- le temps : de x à x minutes, la pompe s'actionne ;
- le niveau : lorsque le réservoir atteint un certain niveau, elle s'activera. La sortie relais est donc utile pour l'automatisation.

Les composants TEKON vont au delà du simple monitoring

La connexion à l'automatisation locale rend possible une communication bidirectionnelle et permet l'utilisation de la sortie relais du transmetteur TWP-4AI4DI1UT. Il permet d'alimenter dans ce cas la pompe. Dans la configuration du transmetteur, les paramètres relatifs à la sortie relais permettent de garantir qu'en cas de défaillance de la connexion RF avec la passerelle WGW420, le transmetteur assume l'état de la sortie numérique afin de garantir l'état correct et sûr de la pompe de remplissage. Ces configurations et d'autres se font localement, ceci en fonction des besoins de l'application.

L'échec de la connexion entre le transmetteur TWP-4AI4DI1UT et la passerelle WGW420 est signalé localement par la sortie numérique dédiée, qui déclenche un voyant lumineux.
L'espace intérieur de l'unité industrielle réservé à l'automatisation, et où la passerelle WGW420 a été placée, est un point de passage constant de différents opérateurs. Il fut donc nécessaire de placer des affichages numériques avec les valeurs de certaines variables du processus - niveau, température, pression et débit. Les sorties analogiques de la passerelle WGW420 était parfaites pour cette fonction. Connectées à des afficheurs numériques, elles fournissent localement les valeurs de ces 4 variables les plus importantes pour la surveillance.

L'intégration de la solution PLUS avec l'automatisation, déjà existante dans l'unité industrielle, se fait entre la liaison RS-485. Le protocole de communication qui relie les deux dispositifs est le protocole Modbus RTU.

Multiples protocoles de communication

La passerelle WGW420 PLUS fonctionne comme un esclave Modbus et répond à toutes les demandes de données du maître Modbus. En tant qu'esclave, la passerelle WGW420 ne communique avec la partie automatisme que lorsqu'il y a une demande expresse. Bien qu'il existe un canal de communication bidirectionnel entre les deux appareils, les communications n'ont lieu qu'en réponse à des demandes.
La soumission des données au cloud se fait via la structure d'automatisation. La passerelle industrielle, par le biais des ports Ethernet, permet un accès direct à l'internet. La mise en place d'un framework de configuration simple, a permis l'acquisition de données par le protocole Modbus et leur envoi vers le cloud Tekon IoT Platform, en utilisant une API REST. Le même processus pouvait se faire en utilisant le protocole de communication MQTT, également pris en charge par la plateforme Tekon IoT.

Analyse des données et alarmes programmables

La plateforme Tekon IoT est le bout de la chaîne de cette application de surveillance de process industriel. Celui-ci permet à l'utilisateur d'avoir une vue d'ensemble de l'état du système de surveillance. Avec une traduction graphique appliquée à tous les points d'enregistrement de données installés. Les signaux de sortie des capteurs analogiques se convertissent facilement en grandeurs physiques. La fonctionnalité d'alarme de la plateforme Tekon IoT fournit une couche de sécurité supplémentaire. Les alarmes programmables fonctionnent sur la base des valeurs enregistrées. L'utilisateur crée des alarmes qui agissent sous une seule variable, où sont définis les paramètres fondamentaux de surveillance.

Le profilage des alarmes permet d'établir une base temporelle d'action. En effet l'alarme peut fonctionner dans des intervalles configurables d'heures et / ou de jours ou simplement être opérationnelle tous les jours. Le système d'alarme apporte une plus grande robustesse à toutes les actions présentes dans ce que nous appelons la surveillance en temps réel.

Surveillance process industriel d'alimentation en eau : la conclusion

Cette surveillance en temps réel est essentielle pour garantir le temps de fonctionnement le plus long possible de l'ensemble de l'infrastructure. Le processus de production de l'unité est directement lié à la disponibilité d'une ressource de base - l'eau.
Toute situation qui bloque l'approvisionnement de cette ressource se traduit immédiatement par des pertes et des coûts qui réduisent la durabilité de l'organisation.
Le transmetteur sans fil PLUS TWP-4AI4DI1UT est un dispositif qui s'intègre à de nombreuses applications. Il joue un rôle de premier plan grâce à la polyvalence qu'offrent ses connexions. La modernisation ou l'adaptation à des systèmes déjà existants permet d'économiser du temps et de l'argent. Soit dans l'installation et potentiellement l'efficacité des processus.