Boostez votre productivité
Découvrez comment assurer une haute disponibilité de vos systèmes de commande par des méthodes redondantes et non redondantes.
Par Art Pietrzyk, expert de la sécurité fonctionnelle TUV, Brian Root, responsable marketing chargé des systèmes redondants et de l'initiative Process chez Rockwell Automation et Paul Gruhn, ingénieur, expert de la sécurité fonctionnelle certifié (CFSE) et responsable de la formation chez ICS Triplex
Beaucoup d'ingénieurs pensent que la redondance peut seule assurer une meilleure disponibilité des systèmes. Cependant, la redondance augmente le nombre de composants, et par conséquent, le nombre de pannes potentielles. C'est pourquoi, si elle est appliquée de façon inappropriée, elle peut avoir l'effet contraire. Les ingénieurs ne devraient-il pas s'intéresser à des méthodes alternatives ?
La disponibilité est la probabilité qu'un système fonctionne correctement. Beaucoup de personnes englobent dans le terme « haute disponibilité » la productivité au sens large, incluant la fiabilité et la technogénie de l'entretien. La fiabilité est la probabilité qu'a un dispositif d'accomplir sa fonction désignée dans un laps de temps spécifique, souvent appelé « durée de la mission ».
Mais les systèmes les plus solides et les plus fiables ne sont pas forcément les plus
«disponibles». Pour être disponible, un système doit être facile à dépanner, à modifier et à réparer pendant la durée de la mission, en d'autres termes, il doit être facile à entretenir.
De quelle façon la facilité de maintenance influe-t-elle sur la disponibilité ?
La présence d'un personnel de maintenance qualifié est essentielle pour faciliter les opérations d'entretien tout autant que les caractéristiques physiques du système. Vous devez être en mesure de retirer, remplacer ou ajouter des modules ou des composants sans interrompre la mission et sans recâblage ni programmation. Un certain nombre de fonctionnalités de technologie de commande peuvent contribuer à améliorer la facilité de maintenance :
• Ajout ou retrait de modules sous tension.
• Ajout d'E/S en ligne.
• Modifications et téléchargements partiels en ligne.
• Commutation logicielle des communications producteur/consommateur du processeur.
• Diagnostics internes pour détecter les défaillances.
• Diagnostics des problèmes de circuit sur le terrain.
• Réponse aux défaillances configurable : maintien du dernier état ou désactivation.
• Technologie HART et d'autres technologies de bus de terrain avec diagnostics de détecteurs et actionneurs.
• Auto-apprentissage ou diagnostics inhérents à la machine.
• Ajout de capteurs, E/S et points en ligne sans interruption.
Les dispositifs HART et les autres dispositifs de terrain communiquent avec des détecteurs, des instruments et des actionneurs plus intelligents et fournissent des diagnostics distincts. Ces diagnostics et les données de processus supplémentaires fournies par les équipements informent le logiciel qui, à son tour, fournit aux utilisateurs des alarmes en amont et des informations de calibrage et de modèle pour faciliter le remplacement et la gestion du stock. D'autres innovations, telles que la commande en fonction de l'état et les sousprogrammes de diagnostic en auto-apprentissage, ont amélioré la capacité de l'automate à détecter, signaler et décrire les problèmes rencontrés par les machines.
Redondance et tolérance aux défauts
Une redondance ou une tolérance aux défauts, peuvent être requises dans les applications critiques. La redondance suppose de doubler ou de tripler l'équipement requis pour que les opérations ne subissent pas d'interruption si l'équipement principal est défaillant au cours de son fonctionnement. La tolérance aux défauts est la capacité du système à tolérer les défauts tout en continuant à fonctionner correctement. Les composants redondants nécessaires pour assurer une haute disponibilité incluent :
• Un système d'alimentation sans coupure (UPS). Il est important d'assurer une alimentation continue. Une alimentation défaillante peut causer un comportement inattendu des équipements basés sur processeur qui sont exécutés. Par conséquent, un système de commande est fiable uniquement si son alimentation l'est. La solution consiste à relier l'alimentation de sortie de l'UPS à l'automate principal, pour filtrer les surtensions et minimiser la reprise du système lorsque l'alimentation est rétablie.
• Des alimentations redondantes.
• Des composants redondants. Châssis, processeurs, modules d'E/S, détecteurs et actionneurs, PC/interfaces homme-machine (IHM), réseaux, supports, serveurs, bases de données. Dispositifs de terrain redondants pour déterminer si des modules d'E/S redondants sont requis pour assurer une meilleure disponibilité, notamment, détecteurs et actionneurs. La fiabilité et les diagnostics fournis par les détecteurs et les actionneurs ont un ordre de magnitude inférieur à celui du résolveur logique. Les ingénieurs choisissent souvent d'implémenter la redondance côté entrée en surveillant la même variable de processus avec deux détecteurs câblés à deux modules d'E/S.
L'importance de la conception
Dans de nombreux cas, vous pouvez atteindre un niveau de disponibilité satisfaisant par la conception, incluant l'automate, l'IHM et le système d'information. Le concepteur doit partir du principe que n'importe quel composant peut être défaillant et concevoir l'installation en se basant sur cette notion. Il est possible de concevoir l'équipement ou l'usine de façon à ce qu'il continue de fonctionner si une machine venait à tomber en panne. On appelle cette approche une conception modulaire distribuée. Celle-ci implique :
• des architectures de commande distribuée,
• une conception de commande distribuée avec des lignes, zones, etc. indépendantes,
• une IHM distribuée,
• des bases de données distribuées.
Pour les opérations de traitement continu et par lots, le modèle S88 permet d'assurer la disponibilité en autorisant la transmission des recettes et des procédures aux différents équipements, lignes et installations. L'interface humaine est essentielle dans tout processus ou opération. Dans le cas de données critiques, leur approvisionnement doit être protégé contre la perte des données, par exemple, en cas de panne d'un serveur. Une solution économique consiste à sauvegarder les données les plus récentes stockées dans les automates. Utiliser des communications redondantes ou tolérantes aux pannes si le risque que vos liaisons réseau soient défaillantes s'avère important. Vous pouvez utiliser des anneaux Ethernet avec ou sans supports redondants. Les réseaux peuvent être configurés pour utiliser des chemins redondants à l'aide de commutateurs ou de routeurs.
Ne vous contentez pas de la redondance
Bien que la redondance soit la méthode privilégiée pour assurer la disponibilité du système, pour atteindre une haute disponibilité, il ne suffit pas d'utiliser des composants redondants. Pour preuve, un système sans composants redondants peut s'avérer très disponible.
Pour de plus amples informations, contactez-nous par email à l’adresse : info_at@ra.rockwell.com ref : Redundancy
L'objectif d'un programme de maintenance conditionnelle (Condition-based Maintenance ou CbM) est d'augmenter la fiabilité ou la disponibilité de vos machines, tout en réduisant au minimum les arrêts, la main d'oeuvre et les coûts de réparation. Vous pouvez adopter une maintenance conditionnelle en planifiant les arrêts de production, la main d'oeuvre et les matériaux en fonction de l'état de vos équipements. Les résultats peuvent être impressionnants et les économies constatées sont considérables. Un programme CbM présente de nombreux avantages, dont celui de comparer les performances des équipements par rapport aux performances cibles grâce à la méthode dite « Overall equipment effectiveness » (OEE) ; de réduire le délai moyen de réparation (MTTR) ; d'augmenter le taux net de rendement des actifs ; de réduire les arrêts de production non planifiés et la durée des arrêts planifiés et d'améliorer l'évaluation des stocks. Il existe trois types de services de surveillance conditionnelle : • L''analyse des vibrations mesure les changements d'intensité des vibrations sur les équipements mécaniques lorsqu'une condition machine commence à se dégrader. • L'analyse des huiles détecte la contamination ou la dégradation des huiles et permet de signaler l'usure des machines. • La thermographie à infrarouges détecte les variations des températures apparentes dans les équipements électriques, mécaniques, d'infrastructure et de process. L'analyse des vibrations est probablement l'outil CbM le plus connu. Il détecte les niveaux de vibration de l'équipement dus à un désalignement, un déséquilibre, du jeu, une excentricité, des paliers défectueux, une résonance, des problèmes électriques ou des forces aérodynamiques/hydrauliques. L'objectif est d'identifier les changements de condition d'une machine, pour signaler des pannes potentielles. Les services de surveillance conditionnelle de Rockwell Automation offrent des solutions adaptées à vos besoins pour vous aider à implémenter votre programme CbM. Notre expert en analyse des vibrations peut se rendre sur site, collecter les données et analyser votre équipement, ou bien nous pouvons vous indiquer comment procéder pour collecter ces données et les analyser. Pour plus d'informations, visitez www.rockwellautomation.com/go/tjcm |
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