Dotés de la capacité d’agir comme des capteurs ou des concentrateurs de capteurs, capables de traiter, de stocker et d’analyser des données, ainsi que d'offrir des options de connectivité, les variateurs sont des éléments essentiels dans les systèmes de gestion des bâtiments et d’automatisation modernes. La fonctionnalité de surveillance conditionnelle intégrée ouvre la voie à de nouvelles façons d'effectuer la maintenance, telles que la maintenance conditionnelle.
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Lors du passage au millénaire actuel, nous avons observé de profondes évolutions technologiques qui ont conduit à une toute nouvelle façon de travailler dans un monde numérique. Il s’agit de la quatrième révolution industrielle. La première, survenue aux XVIIIe et XIXe siècles, fut une révolution mécanique, déclenchée par l’invention de la machine à vapeur. À la fin du XIXe et au début du XXe siècle, la deuxième révolution industrielle eut lieu avec l’apparition de la production de masse, de l’électrification et de changements dans le domaine de la communication. Cette période est également appelée la « révolution électrique ». Plus tard au cours du XXe siècle, la troisième révolution industrielle a permis des avancées dans le domaine des semi-conducteurs, de l’informatique, de l’automatisation et d’Internet. Cette phase est également connue sous le nom de « révolution numérique ».
La quatrième révolution industrielle est née de la mise en réseau d’ordinateurs, d’individus et de dispositifs alimentés par des données ainsi que de l’apprentissage automatique. Bien que le terme « industrie 4.0 » soit assez vague, il est possible de le définir comme étant la mise en réseau intelligente d’individus, de dispositifs et de systèmes, en exploitant toutes les possibilités de la numérisation tout au long de la chaîne de valeur.
L’incidence de l’industrie 4.0 sur les systèmes moteurs et les systèmes de gestion des bâtiments se traduit par une migration de la « pyramide d’automatisation » vers des « systèmes en réseau ». Cela signifie que les différents éléments du système, tels que les moteurs, les variateurs, les capteurs et les commandes, sont interconnectés et connectés à un cloud – un data center où les données sont stockées, traitées et analysées, mais aussi où des décisions sont prises.
Dans un réseau d’automatisation, la quantité de données est importante. Comme les données sont principalement fournies par des capteurs, le nombre de ces capteurs dans les systèmes d’automatisation modernes augmente. Les moteurs et les machines entraînées tels que les ventilateurs, les pompes et les convoyeurs ne sont pas les éléments les plus évidents d'un réseau de données. Des capteurs sont donc nécessaires pour collecter les données de ces machines. Les capteurs sont connectés au réseau de données qui a recours à divers moyens pour utiliser ces données. Lors de l’introduction d’un système avancé de surveillance conditionnelle, le coût supplémentaire des capteurs et de la connectivité est souvent considéré comme un frein.
Les variateurs à vitesse variable modernes ouvrent de nouvelles opportunités dans le réseau d’automatisation de l’industrie 4.0 et dans les systèmes de gestion des bâtiments. Traditionnellement, les variateurs étaient considérés comme des processeurs d’alimentation servant à contrôler la vitesse des moteurs, ventilateurs, convoyeurs et/ou pompes. Aujourd’hui, les variateurs font également partie de la chaîne d’information en tirant profit de l'utilisation de la puissance de traitement intégrée, la capacité de stockage et l’interface de communication au sein même du variateur.
Dans le réseau de l’industrie 4.0, le variateur joue un rôle important et se caractérise par certaines fonctionnalités :
Les informations du variateur peuvent être identifiées comme suit :
Les techniques d’analyse de la signature du courant du moteur permettent au variateur de surveiller l’état du moteur et de l’application. La technique peut potentiellement permettre d’éliminer des capteurs physiques ou d’extraire des signatures de défauts précoces qui n’auraient pas pu être détectées. L’utilisation de cette technique permet par exemple de détecter à l’avance la cavitation et les défauts d’enroulement ou l’excentricité de la charge mécanique.
Le concept du variateur en tant que concentrateur de capteurs implique la connexion de capteurs externes au variateur, évitant ainsi la nécessité d’une passerelle pour connecter le capteur physique au réseau de données. Les capteurs de vibration, les capteurs de pression et les capteurs de température sont des exemples de capteurs qui peuvent être connectés au variateur. L’avantage de ce concept n’est pas seulement d’ordre financier. Il permet également de mettre les données du capteur en corrélation avec différents types de données présentes dans le variateur. La corrélation du niveau de vibration d’un capteur externe avec la vitesse du moteur en est un exemple évident, les vibrations étant tributaires de la vitesse.
Voici différents types de stratégies en matière de maintenance :
Les maintenances correctives et préventives se fondent sur un défaut (événement) ou sont basées sur une durée. Par conséquent, la maintenance a lieu en cas de défaut(s) (maintenance corrective) ou après un nombre prédéfini d’heures de fonctionnement (maintenance préventive). Ces types de maintenance n’utilisent aucun signal qui pourrait provenir de l’application.
Avec l’introduction de l’industrie 4.0 et la disponibilité des données des capteurs, la maintenance conditionnelle et prédictive est désormais possible. De telles stratégies de maintenance utilisent les données réelles du capteur pour déterminer l’état de l’équipement en service (maintenance conditionnelle) ou pour prévoir les futures pannes (maintenance prédictive).
La maintenance conditionnelle est la technique de maintenance la plus simple et la plus intuitive. Elle repose sur les données de l’application réelle. Les données acquises sont utilisées pour surveiller l’état des équipements en service. À cette fin, des paramètres clés sont sélectionnés comme indicateurs afin d’identifier l’apparition des défauts. L’état d’un équipement se dégrade généralement avec le temps. C'est illustré par la courbe P-f qui montre un schéma de dégradation typique. Une panne fonctionnelle se produit lorsque l’équipement ne parvient pas à exécuter la fonction prévue. L’idée de la maintenance conditionnelle est de détecter la panne potentielle avant qu’une véritable panne se produise.
Une composante à part entière de la maintenance conditionnelle consiste à surveiller l’état de l’équipement. Dans les applications à vitesse variable, l’état de l’application est souvent tributaire de la vitesse. Par exemple, les niveaux de vibration ont tendance à augmenter à des vitesses plus élevées, bien que cette relation ne soit pas linéaire. En effet, des résonances peuvent se produire à certaines vitesses, puis disparaître lorsque la vitesse est augmentée.
L’utilisation d’un système indépendant en vue de surveiller l’état d’une application à vitesse variable est compliquée par la nécessité de connaître la vitesse et la valeur surveillée en corrélation avec la vitesse. L’utilisation de variateurs pour la surveillance conditionnelle (« variateur en tant que capteur » ou « variateur en tant que concentrateur de capteurs ») est une solution avantageuse, car les informations sur la vitesse de l’application sont déjà présentes dans le variateur. De plus, des informations sur le couple de charge/du moteur et sur l’accélération sont facilement disponibles dans le variateur.
Pour qu’un système de surveillance conditionnelle soit efficace, la première étape importante consiste à déterminer et à définir les conditions normales de fonctionnement. L’établissement d’un point de référence consiste à définir l’état de fonctionnement normal de l’application, lequel est appelé « point de référence ». Il existe plusieurs façons de déterminer les valeurs du point de référence.
Point de référence manuel : lorsque les valeurs du point de référence sont définies sur la base d’une expérience antérieure, les valeurs connues sont programmées dans le variateur.
Exécution de référence : le point de référence peut être déterminé lors de la mise en service. Lorsque cette méthode est utilisée, un balayage de vitesse est effectué dans la plage de vitesse pertinente, déterminant ainsi l’état à chaque point de vitesse. Cependant, lors de la mise en service, il arrive parfois que l’application ne fonctionne pas à pleine capacité ou qu’une période de rodage soit nécessaire. Dans ces cas-là, l’exécution de référence doit être effectuée après la période de rodage afin d'obtenir un état d’exploitation aussi proche que possible d’un fonctionnement normal.
Point de référence en ligne : il s’agit d’une méthode avancée qui capture les données de référence pendant le fonctionnement normal. Cette méthode est utile lorsqu’une exécution de référence ne peut pas être effectuée, car l’application ne permet pas d’explorer toute la plage de vitesse.
Après avoir établi le point de référence, l’étape suivante consiste à déterminer les seuils déclenchant les différents avertissements et alarmes. Les seuils indiquent l’état de l’application pendant lequel l’utilisateur doit être averti. Il existe différentes façons d’indiquer l’état de l’équipement et l’un des plus populaires de l’industrie utilise un statut de type feu de signalisation, avec quatre couleurs, lequel est décrit dans la spécification VDMA 24582 Référence neutre du bus de terrain pour la surveillance conditionnelle dans l’automatisation d’usine.
Les couleurs signifient ce qui suit :
Les méthodes suivantes permettent de définir les valeurs limites :
Les valeurs surveillées réelles peuvent être lues à partir du variateur via le LCP, la communication par bus de terrain ou la communication IoT. De plus, les sorties digitales peuvent être configurées pour réagir à des avertissements et alarmes spécifiques. Certains variateurs ont un serveur Internet intégré qui peut également être utilisé pour lire le statut relatif à la condition.
La surveillance se traduit par une comparaison continue entre les valeurs observées et les seuils définis. En cas de fonctionnement normal, les valeurs réelles sont comparées à la valeur seuil. Lorsque les paramètres surveillés dépassent un certain seuil pendant une durée prédéfinie, un avertissement ou une alarme est activé(e). La temporisation est configurée pour agir comme un filtre, de sorte que les transitoires courts ne déclenchent pas d’avertissements ni d’alarmes.
Aujourd’hui, les variateurs sont plus que de simples processeurs d’alimentation. Dotés de la capacité d’agir comme des capteurs ou des concentrateurs de capteurs, capables de traiter, de stocker et d’analyser des données, ainsi que leur faculté de connectivité, les variateurs sont des éléments essentiels dans les systèmes d’automatisation modernes.
Les variateurs sont souvent déjà présents dans les installations d’automatisation et offrent donc une excellente opportunité de mise à niveau vers l’industrie 4.0.
Cela permet de recourir à de nouvelles façons d’effectuer la maintenance, comme la maintenance conditionnelle. Ces fonctions sont déjà disponibles sur certains variateurs et les premiers utilisateurs ont déjà commencé à utiliser le variateur comme un capteur.
La surveillance des performances du moteur à l’aide de lasurveillance conditionnelle offre un moyen simple et économique d’obtenir les données de la machine pour prendre des décisions intelligentes en matière de maintenance.
La maintenance prédictive est devenue un outil puissant pour optimiser les performances de l’équipement, augmenter la disponibilité et réduire les coûts de maintenance.
La surveillance à distance permet aux utilisateurs d’accéder aux données en temps réel, de réagir rapidement pour éviter les interruptions, d’optimiser les performances et de prendre des décisions éclairées.
Outre la surveillance des enroulements du stator et de l’enveloppe de charge, la fonctionnalité CBM intégrée aux variateurs Danfoss inclut la surveillance des vibrations.
Le FC 103 est optimisé pour commander des compresseurs, des pompes et des ventilateurs afin de réaliser des économies d’énergie considérables dans les installations de réfrigération.
Le VLT® AQUA Drive FC 202 commande tous les types de pompe et est équipé d’un contrôleur de cascade.
Ce variateur FC 102 robuste et intelligent permet d’améliorer les applications de pompage et de ventilation au sein des systèmes de gestion des bâtiments, et fonctionne en extérieur dans la plupart des régions.
Le VLT® AutomationDrive FC 301/FC 302 est conçu pour la commande de vitesse variable de tous les moteurs asynchrones et à magnétisation permanente. Il existe en version standard (FC 301) et en version avancée ultra-dynamique (FC 302) avec des fonctionnalités additionnelles.
Des variateurs refroidis par air et par liquide, spécifiquement conçus pour les applications de stockage d'énergie et de gestion de l'énergie marine.
Il permet d'optimiser l'efficacité énergétique des solutions hybrides et d'améliorer les performances en rapprochant l'approvisionnement énergétique de la consommation.
Le VACON® NXP DCGuard™ offre une protection fiable contre les courts-circuits sur les réseaux CC pour une sélectivité totale entre les réseaux CC et assure une déconnexion rapide en cas de défaillance.
Un variateur convenant aux applications situées en intérieur comme en extérieur, et qui supporte des pressions et des niveaux de vibration élevés, résiste à l'eau, à la chaleur et à la saleté.
Configuré et assemblé pour répondre à vos besoins, que vous deviez contrôler un ou plusieurs moteur(s).
La CBM est née de l’histoire des premières innovations de Danfoss. Les variateurs Danfoss se différencient des autres variateurs du marché par des fonctions intelligentes intégrées dans le variateur, afin de réduire les composants externes nécessaires.
À venir très prochainement...