Giuliano Bruno Martins GUARESE

Coordinateur de projets

À l'heure actuelle, où tout le monde parle de l'IoT (Internet des objets), de l'IIoT (Internet industriel des objets) et de l'Industrie 4.0, il est très difficile de trouver des processus qui ne sont pas surveillés électroniquement. Que ce soit pour éviter les erreurs humaines, pour répondre aux exigences réglementaires ou même pour réduire les coûts, toutes les entreprises abandonnent ou ont déjà abandonné la prise de notes obsolète.

La technologie, en constante évolution, rend la surveillance d'un processus par appareils beaucoup moins coûteux et plus sûr que si elle était réalisée par une personne dédiée à prendre des notes périodiques. Ainsi, la question n'est plus si nous devons migrer à la surveillance des processus par appareils électroniques, mais plutôt quel appareil ou quelle technologie convient le mieux au processus. Dans cet article, nous discuterons des caractéristiques des différents appareils électroniques de surveillance, ainsi que des autres technologies disponibles sur le marché, afin de vous aider à choisir le plus approprié pour chaque processus. Nous traiterons aussi quelques bonnes pratiques pour la configuration et l'installation de ces instruments.

Processus

L'acquisition de données se réfère généralement à un appareil dédié à résoudre un problème donné d'une application donnée, c'est-à-dire d'un processus existant et qui doit être surveillé. Voici quelques applications de surveillance typiques :

Comptage de pièces produites dans une usine pour le contrôle de production ;

Surveillance du débit d'eau d'une maison pour réaliser la facturation mensuelle du service d'eau ;

Surveillance du débit et de la pression de l’eau approvisionnant une ville pour le contrôle du service d'eau ;

Surveillance des températures et pressions de différentes parties d'un même processus pour le contrôle qualité ;

Surveillance de la température et de l'humidité de hangars de stockage de produits (aliments, médicaments, produits sensibles en général, etc.) pour attendre aux normes de sécurité sanitaire ;

Parmi bien d'autres.

Les applications de surveillance de processus se résument toutes à mesurer des grandeurs analogiques et numériques à une certaine périodicité, de les enregistrer et de les surveiller au moyen d'une indication locale ou à distance. Ainsi, afin de choisir l'appareil le plus approprié pour chaque processus, nous devons d’abord décrire notre problème en termes d'exigences, puis analyser les options du marché qui y répondent. Voici quelques questions à poser pour vous aider à choisir le bon appareil :

Les points du processus à surveiller sont-ils distants les uns des autres ?

- Oui : choisir des appareils permettant la lecture de plusieurs appareils à l'aide d'une interface avec un protocole de communication standard (par exemple Modbus RTU sur RS485) ;

- Non : choisir des appareils pouvant surveiller tous les points envisagés du processus.

Dois-je mesurer des grandeurs numériques ?

- Oui : choisir un appareil disposant des entrées numériques requises pour mon processus ;

Quel type ?

•             Comptage de pièces : choisir un appareil disposant d'une entrée numérique avec fonction accumulateur et comptage moyen par intervalle d'enregistrement ;

•             Mesurer le débit : choisir un appareil pouvant attendre la fréquence d'impulsions maximale générée par le débitmètre et possédant la fonctionnalité de calculer ce genre d'information ;

•             Mesurer le volume : choisir un appareil similaire à celui au-dessus mais possédant la fonctionnalité de totalisation/accumulation ;

•             Enregistrement d'événement : choisir un appareil  pouvant enregistrer événements et capable d'enregistrer tous les événements générés par le processus ;

•             Aucune des options précédentes : il sera nécessaire de mieux étudier le processus et d'identifier si la grandeur à mesurer n'est pas analogique, ou s'il sera nécessaire d'obtenir un appareil intermédiaire permettant l'acquisition de la grandeur souhaitée.

- Non : l'appareil choisi n'a pas besoin d'entrée numérique

Dois-je mesurer des grandeurs analogiques ?

- Oui : choisir un appareil disposant des entrées analogiques requises pour mon processus ;

Quel type ?

•             Température : choisir un appareil dont l'entrée du capteur de température répond aux besoins en matière de plage de fonctionnement, de résolution et d'exactitude de mon processus (thermocouple, Pt100, Pt1000, CTN, etc.) ;

•             Humidité : choisir un appareil doté d'un capteur d'humidité intégré ou accessoire et répondant aux besoins en matière de plage de fonctionnement, de résolution et d'exactitude de mon processus ;

•             Pression, humidité, température, courant, tension, puissance, luminosité, etc. : il y a plusieurs grandeurs nécessitent d'un appareil intermédiaire pour obtenir l'information et la transmettre via 0-20 mA/4-20mA, 0-10V/0-5V, 0 50mV ou par un protocole de communication. Dans ce cas, il est possible d'utiliser une entrée analogique de type linéaire rendant possible la configuration de la plage de lecture selon l'information transmise. Par conséquent, on doit choisir un appareil qui, associé à l'appareil transmetteur, répond aux besoins en matière de plage de fonctionnement, de résolution et d'exactitude de mon processus ;

•             Aucune des options précédentes : il sera nécessaire de mieux étudier le processus et d'identifier si la grandeur à mesurer n'est pas numérique ou s'il sera nécessaire d'obtenir un appareil intermédiaire permettant l'acquisition de la grandeur souhaitée.

- Non : l'appareil choisi n'a pas besoin d'entrée analogique.

Outre la vérification des besoins des applications selon les types de données à surveiller, il sera également nécessaire de spécifier les exigences de temps d'application :

•             Quel sera le taux de balayage des canaux d'entrée – quelle sera la périodicité de lecture de tous les points de mesurage de mon processus ?

•             Quel sera le taux des enregistrements des canaux lus – quelle sera la périodicité nécessaire pour enregistrer les données de tous les points de mesurage de mon processus pour les analyser ultérieurement ?

•             Quel sera le nombre d'enregistrements à stocker – et pendant combien de temps sera-t-il nécessaire de maintenir les enregistrements stockés ?

Choisir un appareil doté de la technologie appropriée est aussi important que réussir à réaliser les mesures correctes (avec une résolution et une exactitude appropriées) dans la plage appropriée. Si le processus exige que les données soient enregistrées même lors d'une panne d'énergie, l'appareil doit posséder ou fonctionner avec des batteries de sauvegarde. Si les données doivent être publiées sur un système de supervision en nuage, en temps réel, on doit choisir un appareil disposant de cette connectivité. S'il n'est pas nécessaire, il est important de considérer la périodicité dont un opérateur réalisera la collecte de données manuelle, en tenant compte la capacité de stockage nécessaire pour cette période. Dans ce cas, il est important aussi de choisir la technologie la plus convenable pour la collecte, par exemple via USB ou via bluetooth à l'aide d'un smartphone.

Ils sont également communs les processus nécessitant d'une indication locale ou notification par alarme pour qu'une action immédiate soit réalisée. Ainsi, on doit considérer la nécessité ou non de :

•             IHM pour l'indication locale ;

•             Avertisseur sonore pour les notifications d'alarme ;

•             SMS pour les notifications d'alarme ;

•             E-mail pour les notifications d'alarme ;

•             Sortie numérique contrôlée par alarme ;

•             etc.

Enregistreurs de données

Les enregistreurs de données, ou dataloggers, sont appareils électroniques conçus pour répondre à diverses applications, développés pour stocker périodiquement des données analogiques et numériques en rendant possible l'analyse ultérieure des données surveillées. Des nouveaux modèles sont lancés constamment pour faciliter la vie des utilisateurs, disposant toujours plus d'intelligence pour automatiser davantage les processus. 

Généralement, tous les enregistreurs de données disposent d'un ou plusieurs canaux de surveillance analogique ou numérique, de stockage d'enregistrements et d'une interface de communication. Les plus complets, conçus pour résoudre les applications les plus complexes, ont plusieurs canaux analogiques, plusieurs canaux numériques, une interface avec un protocole de communication standard de l'industrie pour permettre la lecture de plusieurs appareils, divers protocoles de communication et quelques sorties de charge et permettent aussi de programmer la logique de fonctionnement pour l'application souhaitée.

NOVUS a une gamme d'appareils d'acquisition et de communication de données disposant de logiciels gratuits pour la configuration, le téléchargement et l'analyse de données. Voici les familles d'enregistreurs de données disponibles :

Famille TagTemp

La famille TagTemp offre des enregistreurs de température avec capteur intégré qui fonctionnent uniquement à batterie. Ils sont extrêmement compacts – vous pouvez les tenir dans votre poche – et polyvalents, idéaux pour les applications de surveillance de température des aliments et médicaments, où un intervalle d'enregistrement supérieur à un minute (nécessaire pour maintenir l'autonomie de la batterie) n'est pas un obstacle. La famille dispose de modèles à interface USB ou NFC pour téléchargement et collecte par ordinateur ou smartphone, - technologies modernes permettant, d'une manière simple et pratique, d'obtenir les données de l'appareil sans consommer les batteries. 

Famille LogBox

La famille LogBox offre des enregistreurs de données robustes et compacts fonctionnant à batterie et permettant diverses applications. Le LogBox RHT LCD sert à répondre aux besoins des applications de surveillance de transport, de stockage de périssables, d'audit de processus, parmi d'autres. Il dispose de capteurs d'humidité et de température intégrés et d'indication locale par écran LCD.

Le LogBox AA est un enregistreur de données avec deux canaux d'entrée analogiques universels pour mesurage des signaux analogiques compatibles avec une large gamme de signaux et de capteurs industriels, comme Pt100, thermocouples et capteurs linéaires (0-50mV, 0-10V, 0-20mA ou 4‑20mA), permettant l'utilisation en diverses applications qui doivent surveiller deux grandeurs analogiques. Pour répondre aux applications nécessitant aussi la surveillance de grandeurs numériques, par exemple dans le secteur d'assainissement, le LogBox DA dispose, outre l'entrée analogique linéaire configurable (0-50mV, 0-10V, 0-20mA ou 4‑20mA), généralement utilisée pour connecter un transmetteur de pression, d'une entrée numérique pouvant compter des impulsions allant jusqu'à 4kHz, idéal pour la surveillance de débit. 

Famille LogBox Connect

La famille LogBox Connect est une évolution de la famille LogBox, fournissant connectivité IoT – de l'appareil au NUAGE. Toute la famille dispose d'un canal numérique configurable pour l'enregistrement d'événements ou le comptage d'impulsions, pour contrôler les pièces produites ou mesurer le débit et volume. Outre l'entrée numérique, toutes les modèles offrent jusqu'à trois entrées analogiques universelles configurables (Pt100, thermocouples et capteurs linéaires 0-50mV, 0-10V, 0-20mA ou 4‑20mA), une sortie numérique configurable pour fonctionner par alarme, indication locale par écran LCD et avertisseur sonore pour notifier alarmes localement. Tous ces canaux d'entrée et de sortie ont été conçus pour répondre à une large gamme d'applications et permettent aussi la configuration de logiques particulières. Tous les modèles peuvent être alimentés par source externe de 10 à 30 V et chacun se distingue par fonctionnalités qui répondent à différentes applications.

Le LogBox BLE peut fonctionner complètement par batterie, ce qui le rend la solution idéale pour la mobilité, car le téléchargement de données peut être réalisée par smartphone (Android ou iOS) à l'aide de l'interface BLE (Bluetooth Low Energy) ou même par ordinateur mobile via l'interface USB. Les applications de téléchargement, en plus de faciliter la mobilité et l'analyse rapide des données, permettent à l'appareil de se communiquer avec des systèmes en NUAGE, étant possible de publier toutes les données téléchargées sur NOVUS Cloud pour une analyse distribuée des processus surveillés.

Le LogBox Wi-Fi, à son tour, dispose de plusieurs protocoles de communication mis en œuvre dans son interface Wi-Fi tout en offrant un concept plus intégré aux systèmes. Il permet l'intégration automatique aux systèmes en NUAGE, tels que NOVUS Cloud et AWS, en plus des systèmes avec protocole MQTT et les systèmes existants avec protocole Modbus TCP. De plus, l'appareil permet que les alarmes configurées soient notifiées par courriel. Le LogBox Wi-Fi permet l'intégration facile au système, tout en utilisant l'infrastructure du réseau Wi-Fi local et en supprimant la nécessité de télécharger manuellement les données surveillées par l'appareil. Bien que l'appareil nécessite d'alimentation externe pour se connecter aux réseaux Wi-Fi, il dispose de batteries de sauvegarde qui l'approvisionnent de l'énergie suffisante pour qu'il puisse surveiller le processus pendant plus d'un an même lors de pannes de courant. Dès que l’alimentation et la connexion soient rétablies, il publiera les données stockées lors de la panne.

Le LogBox 3G, quant à lui, est basé intégralement en systèmes NUAGE, offrant une connexion directe avec NOVUS Cloud, ce qui le rend accessible pour réaliser la configuration et le téléchargement soit localement (par USB) soit à distance (par NOVUS Cloud). Il est l'appareil idéal pour les applications distribuées où est nécessaire de surveiller les processus distants sans connectivité Wi-Fi. Avec LogBox 3G, il suffit d'insérer une carte SIM avec forfait de données actif, de réaliser les raccordements de l'alimentation et des capteurs et de l'enregistrer sur NOVUS Cloud à l'aide du logiciel NXperience pour avoir accès à l'appareil n'importe où. De plus, il dispose d'un modèle alternatif avec géolocalisation par GPS pour les applications qui ont besoin d'une surveillance de marchands avec localisation. Pour maintenir la surveillance du processus même lors de pannes de courant, il maintient le balayage des capteurs et les publications sur le NUAGE pendant quelques heures à l'aide de batteries internes qui sont rechargées automatiquement une fois l'alimentation rétablie.

Fieldlogger

Le FieldLogger et l'enregistreur de données NOVUS le plus polyvalent, utilisé parfois en tant qu'un API pour la surveillance et l'exécution de petites tâches. Il dispose de huit canaux d'entrée analogique universels, huit canaux d'entrée/sortie numérique configurables, deux relais et une interface RS485 pour la lecture par Modbus RTU de jusqu'à 64 appareils distants, ce qui lui permet de surveiller plusieurs processus. En outre, il possède un slot d'expansion de mémoire pour carte SD, permettant d'enregistrer jusqu'à 16 GB de données ; d'une interface USB OTG pour télécharger les données par clé USB ; d'un écran graphique pour l'affichage local du processus ; et d'une interface Ethernet pour gérer le processus à distance à l'aide de divers protocoles, disposant de plusieurs fonctionnalités par les protocoles Modbus TCP, HTTP, FTP, SMTP, SNMP, etc. Toutes ces fonctionnalités lui rend l'appareil idéal pour la surveillance de grands processus, qui ont besoin d'une grande quantité de points, qu'ils soient analogiques ou numériques, proches ou distants de l'appareil. Dans ce dernier cas, il est possible d'utiliser des appareils auxiliaires pour communiquer avec les esclaves d'un réseau Modbus RTU. De plus, grâce aux diverses combinaisons de paramètres d'alarme et de sorties numériques disponibles, il est possible de configurer petites logiques de contrôle pour l'application.

Conseils d'installation

Après avoir recueilli toutes les exigences du processus à surveiller et connu tous les enregistreurs de données disponibles sur le marché, il est déjà possible de choisir le plus approprié pour résoudre l'application. Il suffit désormais de choisir les bons capteurs et transmetteurs pour mesurer les variables analogiques et numériques et procéder à l'installation.

Conseils de bonnes pratiques d'installation

•             Lisez soigneusement le mode d'emploi des appareils utilisés. Il contient de bons conseils pour votre processus et aide à éviter des problèmes d'installation.

•             Les conducteurs de signaux électroniques et analogiques doivent traverser le système séparément des conducteurs de sortie et d'alimentation. Si possible, dans des conduits mis à la terre.

•             L'alimentation des instruments doit provenir d'un réseau propre pour l'instrumentation.

•             Il est recommandé d'utiliser des FILTRES RC (antiparasites) dans des bobines de contacteurs, des solénoïdes, etc.

•             Dans les applications de régulation et de contrôle, il est essentiel de tenir compte ce qui peut arriver si une partie quelconque du système tombe en panne. Les dispositifs internes des appareils ne garantissent pas une protection totale.

•             En choisissant les capteurs de température, cherchez celui offrant la meilleure résolution de la plage de mesure du processus.

•             En utilisant des capteurs type Pt100 ou Pt1000, utilisez-le, de préférence, avec 3 ou 4 fils. De cette manière, en plus de permettre à l'appareil d'indiquer une défaillance du capteur, cela lui permet également de calculer et de compenser la résistance du câble, ce qui, s'il n'est pas compensé, peut représenter une erreur de quelques ° C dans la lecture du capteur.

•             En utilisant des capteurs type thermocouple, veillez à utiliser le bon câble de compensation du capteur à l'appareil de mesure. Pour ces types de capteurs, les appareils disposent d'un capteur de température interne (appelé soudure froide) qui sert à compenser la température à la jonction entre l'élément thermocouple et la borne de raccordement de l'appareil. Si le bon câble de compensation n’est pas utilisé, la différence de température entre l’élément capteur et l’appareil apparaîtra comme une erreur de lecture en °C.

•             Les éléments capteurs ont un signal très faible et sont sensibles au bruit électromagnétique, pouvant présenter des oscillations de lecture. Par conséquent, si un point de mesure est trop éloigné de l'enregistreur de données, utilisez un transmetteur ou convertisseur 4-20 mA ou 0-10 V pour transmettre le signal à l'enregistreur de données.

Comment éviter les problèmes d'installation dus à la terre commune des canaux de l'appareil ?

Dans les appareils dotés de plusieurs canaux d’entrée, la terre des canaux est généralement commune entre eux, c’est-à-dire que les bornes négatives (-) des canaux sont raccordées en interne. Ainsi, lors de la mesure de signaux de courant (généralement des signaux de transmetteurs), il faut veiller à ce que la connexion ne subisse aucune interférence.

La méthode correcte de raccordement consiste à toujours laisser l’instrument de mesure (avec la terre commune) comme le dernier dans le chemin du courant, c’est-à-dire avec les négatifs des entrées directement connectés au négatif de l'alimentation. Cela évite les interférences dues aux différents courants dans les canaux d’entrée.