Le cablâge subit une metamorphose, veillez à ne pas être à la traîne!

Les exigences en matière de durées de cycle et de securité en faveur du cablâge fixe

 

Le câblage électrique a toujours été un facteur constant dans la branche de l’installation. Il y a certes eu de belles évolutions techniques en termes de qualité et de diversité. Les normes ont, elles aussi, évolué. En témoignent l’IEC 61439 et la CPR, plus récente. Mais la base est toujours restée la même: relier le point A au point B. Nous sommes toutefois à la veille de quelques évolutions importantes, qui auront aussi de nettes répercussions sur le câblage.

 

LA NUMERISATION EXIGE UNE CONNECTIVITE

Industrie 4.0

La numérisation transforme le monde à un rythme spectaculaire. Dans l’industrie, cela fait déjà quelques années que cette (r)évolution est en cours, sous le nom généralement accepté d’Industrie 4.0. Outre les conséquences sociales, cela a également un important impact sur les installations. Une explication complète du contexte de l’Industrie 4.0 nous mènerait trop loin dans le cadre de cet article, mais en résumé: la numérisation nous permet de créer un espace de production rapide, maniable et efficace au sein duquel les divers acteurs (moteurs, capteurs, PLC, robots, opérateurs, …) communiquent entre eux en temps réel. Cela permet non seulement de répondre très rapidement aux demandes des clients, mais également de fabriquer des pièces très ciblées, quasiment uniques au rythme d’une production en série. Assez bien de conditions préalables sont toutefois liées à ce concept. Le traitement de grandes quantités de données provenant des machines est le principal défi. Ces données doivent d’abord être recueillies, puis être communiquées au système de commande supérieur. C’est justement ce qui représente aussi une différence notable pour les électriciens industriels: des capteurs existaient bien sûr déjà avant, mais leur liaison (de données) avec les autres acteurs de l’installation est relativement récente.

Le mode de communication a fortement changé

Pour donner un exemple simple, nous allons examiner l’évolution d’un capteur de température mesurant la température interne d’un moteur entraînant une installation de mélange de peinture industrielle. Au fil des ans, la technique même a peu changé. Mais le mode de communication a, lui, subi d’importants changements.

Il y a quinze ans, la valeur de mesure de ce capteur était lue sur place quatre fois par jour sur l’écran et interprétée par l’opérateur.

Il y a dix ans, le capteur était relié au système de commande. L’opérateur ou le responsable de production pouvait ainsi lire la valeur de mesure sur son écran, via l’interface du système de commande sur son ordinateur.

Il y a cinq ans, on s’est aussi mis à régler des valeurs d’alarme. L’opérateur était ainsi averti de problèmes possibles, sur son PC, mais entre-temps aussi bien sur son smartphone. Si la température augmentait trop, il pouvait alors intervenir de manière préventive, même sans se rendre sur place.

Aujourd’hui, les bases sont posées pour poursuivre l’optimisation du même capteur, en le faisant communiquer directement avec les autres composants de l’installation. En cas de température trop élevée, cela est non seulement signalé à l’opérateur via le système de commande, mais aussi aux autres parties de l’installation, qui peuvent y réagir de manière indépendante. L’entraînement de mélange même décide de tourner un peu plus lentement pour soulager le moteur. La valve du liquide de refroidissement décide de façon autonome de laisser passer un peu plus de refroidissement. L’installation de remplissage plus loin sait qu’elle aura moins de travail les prochaines minutes, et se met en stand-by. Un seul signal suffit ainsi pour optimiser toute la chaîne de production de manière automatique et sans intervention humaine.

Au fil des ans, la technique même a peu changé. Mais le mode de communication a, lui, subi d’importants changements

Le câblage doit suivre

Cette façon de travailler a une importante influence sur le câblage. Alors qu’avant, seule l’alimentation devait être assurée, nous voyons à présent apparaître aussi de série pour tous les composants des connexions pour l’Ethernet et d’autres protocoles industriels. Le câblage de données, traditionnellement utilisé pour les échanges entre PC, routeurs, imprimantes et centre de données, est donc étendu encore bien plus qu’avant vers le lieu de travail.

MANQUE DE STANDARDISATION

Sur le plan des protocoles de bus comme des connecteurs, il existe de nombreuses solutions. Elles sont, hélas, souvent peu compatibles. Les systèmes de bus étaient, par exemple, généralement développés par un ou quelques fabricants pour la communication entre leurs propres composants. Mais l’interopérabilité avec d’autres systèmes est malheureusement ainsi souvent nulle. Quelques exemples de protocoles sont Profibus, Sercos, Interbus, Canopen, Devicenet et Modbus. Aujourd’hui, on observe peu à peu un glissement – avec l’évolution de l’IoT en tête – vers l’Ethernet en guise de dorsale. Cela se traduit par des protocoles adaptés comme Ethernet/IP, EtherCAT et ProfiNet. Actuellement, il existe aussi des solutions pour permettre tout de même, par exemple, à des capteurs du fournisseur A – travaillant avec un propre protocole – de communiquer avec le protocole du fournisseur B. Ces hubs multiprotocoles détectent automatiquement le protocole utilisé et assurent ainsi l’intégration de divers protocoles. Attention: ces appareils sont généralement limités à quelques protocoles. Ils ne permettront pas encore de concilier tous les protocoles.

 

CONNECTEURS DE DONNEES

Parmi les connecteurs de données aussi, on trouve aujourd’hui plusieurs types de connecteurs. Le mode de liaison à utiliser dépend du câble utilisé:

• Polymer/plastic optical fiber (POF) avec transfert jusqu’à 100 Mbits/s;
• Polymer-clad optical fiber (PCF-OF) avec transfert jusqu’à 1 Gbit/s;
• Glass optical fiber (GOF) multimode jusqu’à 10 Gbits/s, single mode jusqu’à 40 Gbits/s.

En fonction du câble, plusieurs connecteurs de données sont alors disponibles:

• Connecteurs de données à base de cuivre. Des types connus sont, par exemple, les RJ45.
• Les connecteurs de données à base de fibre optique sont très divers, car plusieurs solutions sont possibles ici aussi. Beaucoup dépend du type de fibre optique: single mode ou multimode. Dans le cas du single mode, il s’agit alors du diamètre. S’il fait 2,5 mm, des connecteurs ST, SC et FC sont utilisés. Pour un diamètre plus petit de 1,25 mm, on utilise des connecteurs LC. Dans le cas du multimode, le connecteur MTP/MPO est populaire pour les applications de grande valeur comme les centres de données. SC duplex a la cote aussi. Etant donné la technicité et la complexité de l’installation, le câblage de données est peu à peu devenu une niche en soi.

 

SOLUTIONS COMPLETES

Temps d’arrêt non tolérés

En raison de l’optimisation poussée des espaces de production, les temps d’arrêt des installations ne sont plus non plus tolérés, car la concurrence est féroce. De plus, les services techniques et de maintenance ont été réduits ces dernières années, vu que le personnel technique est devenu très rare aussi dans l’industrie. La connaissance des propres installations est donc en général devenue moins bonne.

L’exemple typique est un robot industriel, regroupant diverses techniques (électricité, pneumatique, hydraulique, ...). Si un câble hydraulique casse et que la connaissance en hydraulique en interne est limitée, le robot se retrouve à l’arrêt jusqu’à ce qu’un technicien externe puisse passer. Et ceux-ci se faisant rares, les temps d’attente s’allongent.

Hybride et plug-and-play

Une solution en plein essor dans l’industrie est celle des solutions complètes. Le câblage de machine devient hybride et plug&play. Le câblage est fourni ici d’une seule pièce, complètement fini avec les connecteurs correspondants. Avec même les tuyaux pneumatiques et hydrauliques. En gardant une seule pièce de rechange des faisceaux cruciaux en stock, la machine peut être rapidement à nouveau opérationnelle.

 

Cela revient-il cher? Oui, en comparaison avec le remplacement d’un seul câble. Mais cela est très bon marché si une heure d’arrêt de la production représente des milliers d’euros de perte. Il y a, enfin, encore la demande accrue de modularité, pour pouvoir adapter les unités de production rapidement aux nouveaux produits. Cela exige un câblage flexible, bien différent du câblage de machine rigide. L’époque où on laissait les connexions électriques tranquilles dix ans après l’installation, est donc révolue. Ces systèmes sont remplacés par des liaisons avec des connecteurs pouvant, s’il le faut, être débranchés et rebranchés des centaines de fois, mais devant toujours garantir une connexion sûre.

SANS FIL

Le contrôle de toutes sortes de capteurs implique aussi de sérieux défis pour la robustesse du câblage. La chaleur, les rayons et le froid sont néfastes pour la qualité du câble. C’est pourquoi on passe parfois à une communication sans fil. Ces dernières années, le taux de sécurité de cette technologie augmente, tandis que son prix diminue. Par conséquent, elle devient peu à peu populaire. Il y a, en outre, des applications comme les éléments rotatifs ou les bras de robot mobiles où le câblage s’use vite. Sans oublier l’évolution évoquée plus tôt vers la flexibilité. Le déplacement d’un capteur n’exige plus le déplacement physique du câble d’alimentation et de données, mais il suffit d’appuyer sur le légendaire bouton ‘chercher un réseau’. Nous ne considérons toutefois pas le sans fil comme un concurrent pour le câblage fixe, mais plutôt comme un complément. Les exigences en matière de durées de cycle et de sécurité posées, par exemple, aux commandes de machine parlent en faveur du câblage fixe.