Une approche révolutionnaire du contrôle des îlots de distribution pneumatiqueLe module 580 CHARM permet de réaliser des économies considérables de temps et de coûts par l’intégration des îlots de distribution pneumatique dans un système numérique de contrôle-commande DeltaVTM

Un document technique d’ASCO

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IntroductionSouvent, le mapping des entrées et sorties et la configuration des réseaux de bus de terrain sur les îlots de distribution pneumatique dans un système numérique de contrôle-commande peuvent être consommateurs de temps et source de complications. Les utilisateurs se plaignent également souvent d’une réduction croissante du personnel qualifié capable d’assurer les diverses tâches liées à la mise en œuvre du système.

Il est devenu, ces dernières années, impératif de simplifier ce processus.

Le lancement, en 2009 par Emerson, de la technologie de marshalling électronique pour le système DeltaVTM a révolutionné sous bien des aspects le contrôle des installations, et donc la mise en œuvre des systèmes. Cet outil a en effet permis aux utilisateurs du DeltaVTM de bénéficier d’une flexibilité sans précédent, en permettant d’ajouter des entrées et des sorties n’importe où dans l’installation et à n’importe quelle étape de leur projet.

ASCO propose aujourd’hui une nouvelle technologie, qui vient compléter le marshalling électronique et offre, pour la première fois, un contrôle intégré de tous les îlots de distribution pneumatique sur un réseau unique. Le nouveau module 580 CHARM d’ASCO, relié à un îlot de distribution pneumatique série 500, se connecte directement à la carte d’E/S du module CHARM du système DeltaVTM d’Emerson.

Le module 580 CHARM constitue une approche révolutionnaire du contrôle des îlots de distribution pneumatique. Cette solution est particulièrement adaptée aux utilisateurs de la série S du DeltaVTM dans les secteurs de la chimie, de la pharmacie, des biotechnologies, de la pétrochimie et de l’agroalimentaire, ainsi que les concepteurs de skid.

Ce document décrit les difficultés rencontrées avec les approches de câblage classiques et explique en quoi cette nouvelle technologie tire parti de la puissance du DeltaVTM et de son marshalling électronique, associés à un ensemble de contrôle pneumatique de pilotage, pour offrir un gain de temps considérable et réduire le coût total de possession. Cette solution simplifie largement l’intégration des îlots de distribution pneumatique pour le contrôle des procédés.

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Difficultés du marshalling en câblage traditionnelLa méthode traditionnelle pour relier les entrées et sorties à un système numérique de contrôle-commande consiste à raccorder les appareils de terrain aux borniers de raccordement des armoires de marshalling installées dans une salle d’entrées et de sorties. Les câbles y sont acheminés par le biais de câbles multiconducteurs et sont reliés aux cartes d’E/S appropriées dans des armoires de contrôle. Le câblage croisé du marshalling permet à chaque appareil d’être connecté à la carte d’E/S et au canal appropriés.

Malheureusement, ce processus est souvent frustrant pour tous les intervenants, des techniciens aux intégrateurs en passant par les ingénieurs automaticiens et les chefs de projets. Des difficultés peuvent en effet survenir à pratiquement chacune des étapes.

Par exemple, en raison du croisement des câbles, il est de plus en plus complexe de comprendre d’où provient chaque câble et où il doit être acheminé. Les erreurs humaines sont fréquentes. Certains câbles sont raccordés au mauvais endroit. Certains sont même carrément oubliés.

Et même une fois le cross-marshalling effectué, le projet est loin d’être terminé.

Presque tous les projets sont en effet soumis à une multitude de modifications tardives des entrées et des sorties, notamment la révision des schémas, les affectations sur le système numérique de contrôle-commande, le déplacement de câbles, la construction de nouvelles armoires et bien d’autres tâches complexes. Chacune de ces modifications engendre des coûts supplémentaires, prend du temps et surtout, représente des risques.

Résultat, les projets prennent du retard. Et sur le terrain, une seule journée de retard peut représenter des millions d’euros sur un gros projet d’automatisation.

Schéma 1: Du câblage traditionnel au câblage simplifié grâce au concept Electronic Marshelling Emerson

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Avantages du marshalling électronique et de la technologie CHARM d’EmersonPour un grand nombre de raisons évoquées ci-dessus, les anciennes approches de câblage ont été abandonnées. Certaines sociétés utilisent notamment le système DeltaVTM avec marshalling électronique pour leurs process batch ou continu, avec des entrées et sorties distribuées. Cela implique également pour les installations d’avoir une architecture modulaire afin de distribuer les entrées et sorties à n’importe quel endroit.La nouvelle approche à privilégier est le marshalling électronique.Le marshalling électronique est une approche innovante mise au point pour connecter des appareils de mesures sur le terrain au système numérique de contrôle-commande DeltaVTM. Elle a été développée dans le cadre de la « Emerson Human Centered Design Initiative ».Le marshalling électronique met l’accent sur les aspects de la mise en service et de commissioning que de nombreux utilisateurs trouvent extrêmement complexes, qui nécessitent l’intervention de nombreuses personnes et qui peuvent être sources d’aléas. Pour résumer, le marshalling électronique élimine toutes les tâches de conception, d’ingénierie et de mise en œuvre associées au marshalling croisé. Il permet ainsi de relier chaque canal d’E/S individuel simplement et directement à n’importe quel contrôleur. L’entrée ou la sortie peut être réassignée à n’importe quel contrôleur à tout moment du projet sans qu’il ne soit nécessaire de la recâbler manuellement.L’avantage révolutionnaire du marshalling électronique est qu’il permet aux utilisateurs d’apporter des modifications tardives aux types d’E/S utilisés ou d’ajouter une nouvelle E/S, sans qu’il soit nécessaire de modifier le câblage et les armoires existants ! Il suffit d’ajouter la nouvelle E/S aux armoires de contrôle, puis de l’affecter électroniquement à n’importe quel contrôleur du système.Cette solution vient enrichir le panel d’avantages des réseaux d’E/S en bus de terrain (réduction du câblage et de l’encombrement, amélioration des capacités de diagnostic et possibilité de facilement ajouter/modifier des appareils). Plus important encore, elle entraîne une simplification considérable du système et une réduction de son encombrement.L’un des composants essentiels de cette nouvelle approche est la technologie CHARM. Un module CHARM est un canal unique analogique ou numérique (A/N) et intégrant la caractérisation du signal. Il suffit simplement de clipser le CHARM sur la base de raccordement (désormais une barrette de raccordement intelligente) à l’endroit où les câbles arrivent. Il s’insère n’importe où sur la barrette de raccordement, sans tournevis ni outil.Cette nouvelle technologie, simple mais très efficace et performante, offre une flexibilité sans précédent en matière de câblage. Elle permet le câblage sur le terrain de n’importe quel type de signal, vers n’importe quel endroit du système. Le module CHARM offre donc la possibilité de définir tardivement n’importe quel type de signal d’E/S (entrée ou sortie analogique ou numérique, ou capteurs de température pour thermocouple ou RTD). Pour les chefs de projet, le principal atout du module CHARM est la flexibilité de pouvoir ajouter n’importe quel type d’E/S, n’importe où et n’importe quand.

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Connexion d’un module CHARM avec des îlots de distribution pneumatiqueL’ajout du module CHARM au DCS DeltaVTM représente une étape importante dans la mise en place efficace des E/S. Cependant, il reste toujours le problème de la connexion aux distributeurs de pilotage.Certains utilisateurs relient leurs modules CHARM aux distributeurs au moyen de câbles physiques (connexion point à point). Cette configuration est cependant coûteuse et nécessite du temps et de la main-d’œuvre supplémentaires.D’autres utilisateurs améliorent le câblage physique des distributeurs pneumatiques de pilotage en choisissant une solution d’îlots pneumatiques et en y ajoutant des réseaux de bus de terrain supplémentaires, ce qui permet une certaine simplification de la mise en service et renforce les capacités de diagnostic.Cette approche nécessite toutefois l’emploi d’une deuxième carte de communications et complexifie le système tout en y ajoutant des données de mapping supplémentaires. De plus, tout réseau additionnel (habituellement PROFIBUS-DP, DeviceNet, AS-i ou Ethernet/IP) doit être configuré et ses données mappées. Enfin, le temps nécessaire pour modifier le système peut considérablement augmenter en fonction de la complexité du système et il se peut qu’une redondance des communications et de l’alimentation soit impossible. Heureusement, une troisième approche est désormais possible.

Schéma 2 : Réseau DeltaV avec un ilot de distribution pneumatique sur Profibus-DP (Réseau secondaire)

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Avantages des modules 580 CHARM d’ASCOLa meilleure méthode pour intégrer des îlots de distribution pneumatique à un système DeltaVTM avec marshalling électronique repose sur le nouveau module 580 CHARM d’ASCO.Le module 580 CHARM, qui repose sur la technologie de marshalling électronique, offre une intégration complète avec les îlots de la série 500 d’ASCO au sein du système DeltaVTM. Il simplifie considérablement la mise en service et permet de tirer parti des capacités complètes de diagnostic offertes par le système DeltaVTM.Cette approche ne nécessite qu’une seule connexion réseau pour relier l’armoire de marshalling électronique, qui comprend les E/S et un ensemble d’électrovannes-pilotes (distributeurs de pilotage), au système DeltaVTM. Cette unique connexion achemine les signaux de contrôle tant des entrées et des sorties que des électrovannes-pilotes. L’ensemble d’électrovannes-pilotes (distributeurs de pilotage) est relié à l’embase du module CHARM au moyen de deux câbles redondants qui acheminent l’alimentation et les signaux de contrôle. Ces connexions fournissent à l’utilisateur une interface directe entre le module 580 CHARM et le réseau de contrôle du système DeltaVTM, comme si l’ensemble d’électrovannes-pilotes était monté directement sur l’embase du CHARM. Ainsi, les sorties numériques du CHARM pilotent directement les bobines d’électrovanne de l’îlot de distribution pneumatique, sans câbles entre les deux éléments.Résultat : une réduction considérable des interfaces réseau et de programmation, des passerelles réseau, du câblage et des boîtiers de jonction, avec une fiabilité et des capacités de diagnostic accrues.Toutes les communications entre les composants reliés par marshalling électronique, notamment les îlots de distribution pneumatique et le contrôleur du système DeltaVTM se font sur le réseau de contrôle du DeltaVTM. Aucun réseau secondaire dédié n’est nécessaire. Avec un module 580 CHARM, l’îlot de distribution pneumatique est raccordé par marshalling électronique à n’importe quel contrôleur du système. Toutes les E/S sont disponibles sur tous les contrôleurs via un réseau unique. Une armoire câblée par marshalling électronique contenant ces nouveaux modules CHARM offre exactement les mêmes fonctionnalités qu’une armoire câblée par marshalling classique. Elle nécessite cependant moins de câbles et beaucoup moins de travail, offre beaucoup plus de flexibilité, engendre beaucoup moins de problèmes liés aux demandes de modifications et fournit de meilleurs diagnostics. Les utilisateurs bénéficient d’un contrôle sûr, fiable et redondant des signaux de commande des distributeurs pneumatiques. Ils obtiennent en outre des processus efficaces avec des temps de réponse adaptés.Le module 580 CHARM est compatible avec la série de distributeurs (électrovannes de pilotage) 500 d’ASCO. Cette gamme de distributeurs pneumatiques de pilotage haute performance présente un grand nombre d’avantages : débits plus élevés, vaste éventail de composants et d’accessoires dans sa catégorie, une facilité exceptionnelle d’installation, de configuration et de modification.

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Le module 580 CHARM offre aux utilisateurs une solution Emerson d’E/S et d’îlot de distribution pneumatique complète et intégrée pour leurs installations DeltaVTM. L’interopérabilité est garantie par le biais d’une technologie Emerson qui a fait ses preuves. Cette solution assure une intégration complète avec les logiciels, les équipements et les capacités de diagnostic existantes d’Emerson, ainsi qu’une redondance. Elle élimine le recours à des outils de configuration supplémentaires et la nécessité de maîtriser plusieurs types de réseaux. Elle permet à l’utilisateur de s’adresser à un interlocuteur unique pour tous ses produits, ainsi que la documentation et l’assistance associées. De plus, les programmeurs et utilisateurs actuels de CHARM maîtrisent déjà le système.

Schéma 3 : Réseau DeltaV avec un ilot de distribution pneumatique CHARM qui supprime le besoin d’un réseau secondaire

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Économies de coûtsLe module 580 CHARM offre des économies considérables sur les cartes réseau, le câblage associé aux entrées et aux sorties et sur le temps nécessaire à la mise en service du système. Pour un grand nombre d’applications, la plus forte économie réside dans la suppression du besoin d’un réseau secondaire habituellement requis. Il n’est désormais plus nécessaire d’utiliser et de maintenir deux réseaux différents dans chaque armoire. Cette nouvelle solution élimine, par exemple, la nécessité d’utiliser un réseau PROFIBUS-DP pour contrôler l’ensemble d’électrovannes-pilotes. Ce pilotage peut se faire plus efficacement par le réseau du système DeltaVTM, via la carte d’E/S CHARM qui lit les données des capteurs des vannes de process.En conséquence, l’intégration de modules 580 CHARM dans un système DeltaVTM au moyen du marshalling électronique est une approche novatrice, et l’association de tous ces éléments entraîne une réduction considérable des coûts relatifs à la mise en route de l’installation :• Jusqu’à 15 % d’économies rien que sur les composants et le câblage• D’importantes économies de coûts sur la programmation et la mise en service• Des économies grâce à l’élimination totale ou partielle d’un réseau de contrôle industriel

secondaire (par exemple, PROFIBUS-DP) et de tous les équipements associés

Facilité d’utilisationRien de plus simple que d’intégrer les modules 580 CHARM à la solution de marshalling électronique. Les sorties des électrovannes de pilotage sont traitées comme tout autre type de sortie électronique par le système DeltaVTM. Il n’est pas nécessaire d’installer un CHARM Digital Output (DO) individuel pour contrôler chaque électrovanne/distributeur de pilotage.Cette approche bénéficie des capacités natives du système numérique de contrôle-commande DeltaVTM. Ce dernier fournit à n’importe quel poste de travail (workstation) des capacités de diagnostic avancées, au moyen des applications existantes, de la même manière que le font les autres appareils connectés au DeltaVTM.Les modules 580 CHARM offrent donc plusieurs capacités essentielles. Ils permettent de répondre facilement aux demandes de modification tardives concernant les entrées et les sorties (qui seraient autrement synonymes de coûts supplémentaires et de risques d’erreurs). Ils simplifient la mise en service. Ils permettent de bénéficier des rapports de diagnostics natifs, d’une alimentation redondante et de la communication avec l’ensemble des électrovannes-pilotes.Enfin, cette solution efficace d’Emerson, qui a maintenant fait ses preuves, offre une flexibilité de mise en œuvre optimale. Non seulement vous pouvez ajouter n’importe quel type d’E/S, n’importe où et n’importe quand, mais vous pouvez désormais ajouter n’importe quel îlot de distribution pneumatique série 500 d’ASCO avec la même liberté.

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Autres avantages• Solution locale de terrain pour des applications de skid modulaires : les boîtiers de

jonction fournissent des entrées analogiques et numériques raccordées au module CHARM du système DeltaVTM, l’îlot est directement connecté au socle du CHARM pour piloter directement les bobines des distributeurs pneumatiques, remplaçant ainsi les liaisons point à point entre une sortie discrète CHARM (DO) et un distributeur de pilotage.

• Environnement technique simple d’utilisation et basé sur les « task-based engineering », bien connu des utilisateurs du système DeltaVTM : configuration identique à celle du module CHARM DO.

• Connexion entre le module de communication et d’alimentation 24 VDC redondant CIOC (CHARM I/O Card) et les îlots de distribution pneumatique via le module d’extensions CHARM : ajout des fonctionnalités de contrôle et de communications fiables aux îlots de distribution pneumatiques, ce qui est impossible dans les approches proposées par la concurrence.

ConclusionLes approches traditionnelles de câblage point à point des E/S au sein des systèmes numériques de contrôle-commande engendrent avec une augmentation des coûts et de temps à la mise en œuvre du système. Le marshalling électronique et les technologies CHARM représentent donc un avantage certain dans la mise en œuvre du système DeltaVTM.Les avantages du marshalling électronique sont maintenant étendus aux électrovannes de pilotage (distributeurs de pilotage), grâce à la technologie du module 580 CHARM d’ASCO. Les utilisateurs bénéficient de la totalité des fonctions de diagnostic natives du système DeltaVTM, d’une redondance totale, d’une interopérabilité complète et de la possibilité d’effectuer des modifications n’importe où et n’importe quand.Cette approche simplifie la mise en service des systèmes avec des îlots de distribution pneumatique intégrés, réduit considérablement leur complexité et élimine tout besoin en formation pour les utilisateurs du DeltaVTM. Les risques associés aux projets et de retards importants s’en trouvent réduits. Enfin, le câblage et les composants permettent de considérables économies de coûts, en temps, en programmation et en mise en service. Ils permettent également d’éliminer les réseaux secondaires.

À retenir• Les méthodes classiques de câblage point à point et de double réseau rendent

la mise en service d’un système de contrôle coûteuse, complexe et longue.• La nouvelle technologie de marshalling électronique d’Emerson permet de

réaliser d’importantes économies et de simplifier considérablement ce processus.• Les nouveaux modules 580 CHARM d’ASCO étendent ces atouts aux îlots de

distribution pneumatique et offrent de nombreux avantages aux utilisateurs du système DeltaVTM.

Ils sont très avantageux pour les sociétés qui décident d’adopter un système DeltaVTM d’Emerson avec marshalling électronique, associé à des modules 580 CHARM d’ASCO et à des îlots de distribution pneumatique série 500 d’ASCO.

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28/11/2016