Utiliser des modules de liaison intelligents innovants pour assurer la transparence des données sur le terrain dans le domaine de l'automatisation industrielle

Les concepteurs d'automatismes industriels disposent d'une innovation puissante : un module de liaison intelligent (ILM) qui peut connecter un disjoncteur standard et un contacteur afin de créer un départ-moteur numérique intelligent pour le démarrage de moteurs et d'autres applications de distribution électrique. Il convient aux nouvelles installations ou aux installations existantes qui doivent être modernisées.

L'ILM transforme un appareillage de commutation conventionnel en un dispositif intelligent pour la commutation, la protection et la commande, tout en assurant une surveillance en temps réel de la tension, du courant, de l'asymétrie des phases, des surcharges, etc. Les fonctions de diagnostic intégrées accélèrent la correction des erreurs et facilitent la maintenance prédictive, améliorant ainsi la fiabilité et le temps de fonctionnement.

Le système ILM est très flexible et peut être utilisé avec une variété de disjoncteurs et de contacteurs. En outre, des départs-moteurs intelligents (ILF) pré-assemblés utilisant un module ILM sont disponibles jusqu'à 20 CV (15 kW) et 460 V. Un second module d'E/S distribuées prend en charge la numérisation à l'échelle du réseau, la transparence des données et l'optimisation des performances.

Siemens propose 50 000 combinaisons de modules permettant aux concepteurs de créer des solutions de numérisation complètes, du terrain au cloud. La gamme de produits comprend les modules ILM récemment lancés et des modules de systèmes d'E/S distribués complémentaires, évolutifs et flexibles.

Le système modulaire SIRIUS de Siemens offre une vaste gamme harmonisée de combinaisons de dispositifs testés et approuvés, garantissant la compatibilité et la fiabilité pour un déploiement à l'échelle mondiale. Des composants sont disponibles pour couvrir pratiquement toutes les applications de contrôle industriel, de la simple commutation à la protection et à la surveillance complexes des moteurs (Figure 1).

Figure 1 : Le système modulaire SIRIUS de Siemens est un portefeuille complet, flexible et peu encombrant de composants de contrôle industriel destinés à un large éventail d'applications. (Source de l'image : Siemens)

La transparence jusqu'au niveau du terrain devient de plus en plus importante, mais tous les dispositifs ne sont pas connectés au réseau d'automatisation. Cela signifie qu'il peut manquer des données importantes. Les ILM SIRIUS 3RC7 de Siemens changent la donne.

Alors que le système modulaire SIRIUS couvre plusieurs tailles standard (S00 à S12) et comprend des dispositifs pouvant supporter jusqu'à 250 kW, les ILM 3RC7 innovants sont conçus pour être utilisés dans des applications de petite à moyenne taille jusqu'à environ 15 kW et dans les tailles de châssis S00 et S0. C'est précisément cette gamme d'applications la plus souvent négligée lors de la collecte de données de performance au niveau des dispositifs de terrain.

Les ILM conviennent à une grande variété d'applications, notamment les systèmes de convoyage, les opérations de mélange et de broyage, les équipements de ventilation et de pompage, les transformateurs de distribution électrique, les lampes à décharge gazeuse et d'autres dispositifs similaires.

Siemens propose des ILM dotés de conceptions à fonctionnalités étendues qui intègrent une technologie de commutation hybride combinant des semi-conducteurs de puissance pour le démarrage et l'arrêt contrôlés du moteur, et des relais pour un fonctionnement continu et des économies d'énergie. Il en résulte une durabilité accrue, un meilleur rendement énergétique et une maintenance réduite.

Les ILM à fonctionnalités étendues offrent également des fonctions de surveillance de l'énergie supérieures à celles de la version standard, notamment la mesure de la tension de phase, de la puissance et du facteur de puissance de la charge connectée.

Il existe des ILM qui prennent en charge le démarrage unidirectionnel du moteur (modèles directs) et le démarrage bidirectionnel du moteur (modèles inverseurs). Le modèle 3RC71401EE10 illustre un module direct à fonctionnalités étendues, conçu pour des courants compris entre 0,4 A et 4 A et des tensions pouvant atteindre 690 V_CA dans un châssis de taille S00.

Les modules inverseurs gèrent deux contacteurs grâce à une logique intégrée qui assure la séquence et l'interverrouillage des deux contacteurs comme requis pour changer le sens de rotation du moteur, simplifiant ainsi la programmation de l'automate programmable (PLC). Le modèle 3RC71414EE11 est un démarreur inverseur à commutation hybride, calibré de 3,5 A à 32 A jusqu'à une tension maximale de 690 V_CA, dans un châssis de taille S0 (Figure 2).

Figure 2 : Démarreur inverseur ILM de taille S0 avec commutation hybride. (Source de l'image : Siemens)

Connexions Push-in

Les connecteurs enfichables (push-in) utilisés avec les ILM et d'autres dispositifs permettent un câblage plus rapide, plus fiable et résistant aux vibrations. Ils réduisent également le temps d'installation et améliorent la disponibilité du système. Voici trois de leurs nombreux avantages :

• L'installation est accélérée car les fils, en particulier ceux avec des embouts, peuvent être insérés directement sans outils, ce qui réduit le temps de câblage jusqu'à 50 % par rapport aux bornes à vis.
• Le câblage en façade permet d'obtenir des densités de câblage plus élevées dans les armoires de commande et des solutions plus compactes.
• Le mécanisme à ressort assure une pression constante, éliminant ainsi tout risque de serrage insuffisant ou excessif associé aux connexions à vis. Le mécanisme à ressort assure également une connexion solide et sûre, résistante aux vibrations. Cela élimine la nécessité de vérifier et de resserrer régulièrement les bornes à vis, garantissant un fonctionnement continu et fiable (Figure 3).

Figure 3 : Les ILM de Siemens utilisent une technologie de connecteurs à ressort qui est solide, très résistante aux vibrations et rapide à installer. (Source de l'image : Siemens)

Dans les applications de modernisation, il est essentiel de confirmer que les composants existants utilisent une technologie de connecteurs à ressort pour assurer la compatibilité avec les ILM 3RC7.

Outre l'utilisation des ILM SIRIUS 3RC7 pour créer des solutions numérisées, les ILM sont disponibles dans le cadre d'unités complètes et pré-assemblées. Ces modules entièrement câblés et connectés mécaniquement sont appelés « départs-moteurs intelligents » (ILF).

Départs-moteurs intelligents

Un départ-moteur intelligent (ILF) se compose d'un module ILM 3RC7, ainsi que du contacteur et du disjoncteur de protection moteur requis. Les ILF sont disponibles pour des applications en démarrage direct ou en inversion de sens.

Par exemple, le départ-moteur direct intelligent 3RA84121EE10 à fonctionnalités étendues est conçu pour une plage de 0,4 A à 4 A jusqu'à 690 V_CA. Il est monté dans un châssis de taille S00 et se compose d'un ILM 3RC7140-1EE10, d'un disjoncteur 3RV2311-1EC20 et d'un contacteur 3RT2017-2BB42 (Figure 4).

Figure 4 : Vues éclatées des tailles S00 (à gauche) et S0 (au milieu), et d'un module de départ-moteur intelligent 3RA8 (à droite) modèle 3RA8412-1EE10 de taille 00. (Source de l'image : Siemens)

Les ILF peuvent être utilisés là où des associations de disjoncteurs-moteurs, de contacteurs et de relais de surcharge étaient employées jusqu'alors. Ils offrent un moyen rapide et simplifié de moderniser et de numériser les opérations. Les ILM 3RC7 et les ILF 3RA8 peuvent être rapidement intégrés dans des armoires de commande à l'aide des systèmes d'E/S SIMATIC ET 200.

Intégration des réseaux

Les systèmes d'E/S ET 200, comme ET 200SP, ET 200MP et ET 200pro, sont des familles de produits spécifiques au sein de la plateforme SIMATIC ET 200. Chaque famille de produits est conçue pour répondre à des besoins différents, tels que les armoires de commande (ET 200SP/MP) ou les installations sur site (ET 200AL/pro), avec des exigences variables en matière de performances, de densité et de résistance aux conditions environnementales.

Par exemple, l'ET 200SP, avec sa conception compacte et sa technologie de connecteurs enfichables, est parfaitement adapté à une utilisation avec les ILM et les ILF. Les fonctionnalités comprennent une capacité de diagnostic améliorée pour un dépannage plus rapide et le remplacement à chaud des modules pour une haute disponibilité. Il bénéficie également d'une grande évolutivité. Il est possible de connecter en série jusqu'à 16 ILM.

L'ILM 3RC7 est conçu pour les panneaux de commande modernes et connectés et prend en charge une communication multiprotocole sur Ethernet. Les protocoles pris en charge comprennent PROFINET, EtherNet/IP, Modbus TCP et OPC UA.

L'ET 200SP, à montage en rack, fonctionne comme une passerelle, collectant les données provenant des ILM. Les données sont transmises à l'automate via un module d'interface ET 200SP qui assure la liaison entre les dispositifs de terrain tels que les ILM, le réseau de commande et d'exploitation (OT) et le réseau d'information (IT). Cela permet d'obtenir des informations plus détaillées en temps réel sur les performances des dispositifs sur le terrain (Figure 5).

Figure 5 : La plateforme d'E/S SIMATIC ET 200SP (en bas au centre) peut connecter les ILF ou ILM SIRIUS (en bas à droite) aux réseaux OT et IT. (Source de l'image : Siemens)

Installation rapide

Une fois la décision prise d'ajouter la transparence des données au niveau des dispositifs de terrain, les ILF et ILM SIMATIC, associés à la plateforme d'E/S ET 200, permettent une installation et une mise en service rapides et flexibles. Cela permet à l'organisation de profiter rapidement des avantages d'une disponibilité accrue des données.

Les câbles de connexion des ILM et ILF sont disponibles en trois longueurs (0,75 m, 1,5 m et 2 m), afin d'offrir une plus grande flexibilité au niveau de l'armoire de commande. La souplesse d'installation est encore renforcée par des câbles de 0,5 m, 2 m, 5 m et 10 m permettant de connecter les ILM et les ILF aux contrôleurs ET 200.

Le portail Totally Integrated Automation (TIA) de Siemens est l'environnement de planification et de programmation de projets de l'entreprise pour l'automatisation, la visualisation et la technologie d'entraînement. Les concepteurs de réseaux, les constructeurs de machines et les installateurs peuvent l'utiliser pour paramétrer, intégrer et mettre en service rapidement et facilement les ILF 3RA8 et les ILM SIRIUS 3RC7.

Mise en service flexible

Le portail TIA est utile à la fois pour les nouvelles installations (projets greenfield) et pour les projets de rénovation ou de modernisation des systèmes existants (projets brownfield). Pour les nouveaux systèmes, le portail TIA fournit un cadre d'ingénierie intégré pour l'ensemble du processus d'automatisation, de la planification numérique à l'exploitation.

Il combine plusieurs outils logiciels en une seule plateforme intégrée, ce qui permet de réduire les délais et les coûts d'ingénierie. Les outils de simulation et de mise en service virtuelle utilisent un jumeau numérique pour accélérer la mise en service sur site.

Le portail TIA peut également accélérer les projets de rénovation et de modernisation, notamment grâce à des outils et des services qui facilitent la migration et l'intégration des systèmes existants. Les machines qui ne disposaient pas auparavant de connectivité peuvent être modernisées à l'aide des composants du portail TIA afin de les intégrer dans les réseaux IT/OT modernes.

La rétrocompatibilité améliore la flexibilité et peut être utilisée pour débloquer l'accès à toutes les versions antérieures du portail TIA et permettre aux concepteurs de travailler sur d'anciens projets dans leur environnement d'origine si une migration complète n'est pas possible immédiatement.

Conclusion

Les ILM et les ILF pré-assemblés de Siemens offrent aux concepteurs de réseaux industriels des outils innovants pour combler le fossé entre les dispositifs de terrain, tels que les moteurs et les appareillages de commutation, et les niveaux supérieurs des réseaux OT/IT. Ils fournissent des solutions hautement fiables et flexibles pour les projets « greenfield » et « brownfield ». Ces solutions fournissent des données en temps réel pour favoriser les diagnostics, la maintenance prédictive et la transparence globale du système au sein du portail TIA.

Lectures recommandées :

1. Utiliser des PLC compacts pour des résultats exceptionnels dans les systèmes industriels, l'énergie verte et l'immotique
2. Éléments clés à prendre en compte lors de la sélection d'équipements d'automatisation industrielle
3. Utiliser des contrôleurs de température et des micro-PLC pour accélérer les projets d'automatisation à petite échelle
4. Utiliser des PLC cybersécurisés avec sécurité intégrée pour l'automatisation industrielle haute vitesse
5. Relever les défis liés au contrôle EMI et à la sécurité dans les panneaux de commande industriels compacts