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Les innovations 2009 en vedettepage 6

Desertec : le soleil du Sahara pour étancher notre soif d’énergie

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Le sans-fil industriel occupe le terrain

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Les cheminsde l’innovation

4 / 2009

Revue de l’actualité technologiquedu Groupe ABB

www.abb.com/abbreview

Revue ABB

a

Le développement d’un nouveau produit, de sa création à sa livraison, suit souvent un long parcours semé d’embûches qui impose des décisions éclairées et efficaces. Sa réussite est aussi à la croisée de nombreux chemins de progrès : technologie, marché, économie, écologie et société.Ce numéro de la Revue ABB vous mène à la rencontre des meilleures innovations 2009 des laboratoires et centres de recherche ABB.

3Revue ABB 4/2009

Editorial

On a coutume de dire que le génie, « c’est 99 % de labeur et 1 % d’inspiration ». Si notre dernier numéro de l’année, fidèle vecteur des avancées technologiques du Groupe ABB, est l’occasion de saluer le dévouement et la détermi-nation de nos chercheurs et ingénieurs, nous savons bien qu’un survol de nos produits ne rend pas compte de tous les efforts de développement au quotidien. Au-delà de l’éloge de quelques innovations 2009 triées sur le volet, la Revue ABB se devait de faire écho à la consécration de l’un de ces projets : le Prix Marcus Wallenberg décerné à trois chercheurs ABB pour leurs travaux dans le domaine des entraînements directs. En effet, les moteurs à aimants permanents sont, dans certaines applications, capables de fournir la vitesse et le couple requis directement à la charge, s’affranchissant ainsi du réducteur. L’installation gagne en compacité, en fiabilité et en performance.

Autre sujet d’élection de ce numéro, l’énergie solaire. Le principe sous-jacent n’est pas nouveau : la conversion directe du rayonnement solaire en énergie électrique a été découverte par le physicien Becquerel, dès 1839, préfigu-rant l’exploitation commerciale de l’électricité. Il faudra pourtant attendre les années 1950 pour que l’« effet photo-voltaïque » ne soit plus une curiosité de laboratoire . . . et encore des décennies de maturation, tant sur le plan de la rentabilité que du rendement, pour que le photovoltaïque (PV) s’approche de la « parité avec le réseau », point où le prix de revient du kilowattheure solaire s’aligne sur celui de l’électricité d’origine fossile et nucléaire, du moins dans certaines conditions. Certes, ABB ne fabrique pas de cellules PV mais fournit bon nombre d’auxiliaires de conduite, de protection et de couplage au réseau. Pour preuve, le nouvel onduleur PVS800 satisfait aux ardentes contraintes d’efficacité, de fiabilité et de sécurité qui conditionnent la viabilité économique du PV.

La Revue ABB braque aussi les projecteurs sur des projets au long cours et à grande échelle, comme la Desertec Industrial Initiative qui ambitionne de construire des cen-trales solaires au Sahara et au Moyen-Orient pour injecter l’« énergie verte du désert » dans un super-réseau appelé à couvrir 15 % des besoins électriques de l’Europe, à l’échéance 2050. Sachant que 90 % de la population mon-diale vit dans un rayon de 3 000 km autour d’un désert (distance sur laquelle le transport de l’électricité est

économiquement viable), le concept Desertec peut gagner d’autres régions du monde.

Deux nouveaux robots tiennent la vedette de nos pages « Industries » : l’IRB 2600 innove par son volume de travail et sa protection IP67, tandis que le petit IRB 120 joue la compacité. De même, un adaptateur sans fil Wireless-HARTTM facilite les radiocommunications entre appareils de terrain à l’aide d’une interface normalisée, et le nouveau capteur d’épaisseur optique d’ABB affine la mesure des surfaces du papier.

De plus, ABB capitalise sur les progrès accomplis dans l’intégration de la conduite des procédés industriels et de l’automatisation des postes électriques pour mettre ces acquis au service d’une grande raffinerie brésilienne conci-liant le système d’automatisation étendue 800xA d’ABB et la norme CEI 61850.

Deux applications marines donnent le cap du chapitre « Transports » : la première est une solution ABB de sur-veillance et de diagnostic de l’appareil propulsif pour en améliorer la maintenance et la fiabilité, et la seconde, le nouveau système de propulsion Azipod® XO. Les transfor-mateurs de traction ABB pour trains à grande vitesse ferment la marche.

Restons « branchés » avec le coffret de raccordement X-PlugTM, qui simplifie le câblage des armoires de distribu-tion électrique moyenne tension, et la plate-forme client personnalisée d’ABB, One ABB on the Web.

La Revue ABB vous convie à une fin d’année chaleureuse et brillante des mille feux de l’innovation.Que sa lecture vous aide à en faire le meilleur usage !

A 2010,

Peter TerwieschDirecteur des technologies ABBABB Ltd.

Innovons pour un avenir radieux

4 Revue ABB 4/2009

Revue ABB 4/2009Les chemins de l’innovation

Sommaire

Innovations en vedette

62009, année innovanteEn présentant 12 idées brillantes qui sont devenues

réalité en 2009, ABB met l’innovation au pouvoir.

12Effets démultiplicateursLa solution Direct Drive fait le bonheur de l’industrie du

papier et honore ABB.

Energies

16Du nouveau sous le soleilLe soleil brille pour tout le monde et dans les déserts

encore plus. L’avenir énergétique de la planète passe

probablement par l’électricité d’origine solaire acheminée

par des super-réseaux.

22Energie lumineuseL’onduleur solaire PVS800 fait le lien entre les parcs

photovoltaïques et les réseaux électriques.

25Sous pressionLes transformateurs ABB se jettent à l’eau.

Industries

27Sans-fil industriel : débloquer l’informationAller chercher l’information sur le terrain grâce

au standard de radiocommunication industrielle

WirelessHART™.

33L’innovation en actionL’industrie papetière écrit une nouvelle page avec un

capteur optique d’ABB.

39Portrait-robot d’un petit prodigeDernier-né des robots ABB, l’IRB 120 et son armoire de

commande IRC5 Compact vont donner un sérieux coup

de main sur la chaîne de production.

42Un robot au bras longL’IRB 2600, un bourreau de travail qui pourrait bien

devenir le bras droit de nombreux industriels.

47Les raffinements de l’intégrationContrôle-commande et gestion énergétique renouent

le dialogue CEI 61850 sur 800xA pour améliorer les

performances d’une raffinerie.

Revue ABB 4/2009

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Transports

53La croisière tient la formeLe système ABB de surveillance et de diagnostic

de l’appareil propulsif maintient le cap.

59Puissance propulsiveL’Azipod XO, dernière génération de systèmes propulsifs

d’ABB, mène la barque.

64Transformation à grande vitesseLes transformateurs ABB prennent le train à grande

vitesse Velaro.

Interconnexions

68Principe de simplicitéLe coffret X-Plug™ facilite le câblage des tableaux de

distribution.

71De gré à gréTout savoir sur ABB d’un clic de souris


6 Revue ABB 4/2009

Le sans-fil à la rescousse

L’avènement des standards sans fil, tels WirelessHARTTM, a permis à ABB de développer un adaptateur ad hoc qui peut se greffer à l’instrumentation Hart existante.

On estime à seulement 10 % le pourcentage d’équipements Hart,

sur les 30 millions d’unités installées depuis 1989, à disposer d’un canal de retour vers le système hôte de contrôle-commande. Autant dire que toute l’information utile qui pourrait servir, en temps voulu, à la mainte-

En liaison directe

La technologie Direct Drive d’ABB aide l’industrie papetière à améliorer sa productivité tout en simplifiant le fonctionnement de ses machines. Depuis son lancement, elle a reçu plusieurs récompenses dont, récem-ment, le prestigieux Prix Marcus Wallen berg.

La vitesse et le couple d’un moteur asynchrone traditionnel ne répon-

dant pas toujours aux besoins d’une application, on intercale souvent un réducteur entre le moteur et la machine entraînée. Or ces moteurs ne

nance des équipements de produc-tion, reste à demeure. C’est bien dom-mage car ces données pourraient être rapatriées par le système hôte, sur un réseau sans fil. La solution Wireless-HARTTM d’ABB y remédie en offrant une voie de retour économique vers son système Asset Vision Professional et ses « contrôleurs d’actifs industriels » qui assurent le suivi des états de maintenance de l’instrumentation et fournissent un complément d’informa-tions pour faciliter la recherche de défauts.

L’adaptateur sans fil NHU200-WL d’ABB peut s’intégrer en tous points de la boucle de courant 4–20 mA sur laquelle est raccordé l’instrument.

sont pas bien adaptés aux régimes à basse vitesse. Alors que leur taille augmente avec le nombre de pôles, leur rendement et leur facteur de puissance diminuent avec la vitesse. Des chercheurs ABB ont compris qu’ils pouvaient pallier cet inconvé-nient en utilisant des aimants perma-nents dont le flux magnétique élevé permet de générer de forts couples moteur. Partant de là, ils ont déve-loppé la solution Direct Drive.Celle-ci comprend un moteur syn-chrone à aimants permanents piloté par un variateur de fréquence BT à technologie de commande DTC qui améliore le temps de réponse en régulation de couple, la précision en régulation de vitesse et le rendement.

Il a été développé pour compléter les réseaux filaires en place lorsque les coûts d’installation sont élevés ou quand un second réseau de mainte-nance est le bienvenu.

Pour en savoir plus, lire « Sans-fil industriel : déblo-

quer l’information », p. 27.

En prime, elle permet d’éliminer un certain nombre d’organes mécani-ques et, donc, de réduire les pertes, l’encombrement, la complexité et les temps improductifs.

Pour en savoir plus, lire « Effets démultiplicateurs »,

p. 12.

Innovations en vedette2009vede

Dans les laboratoires d’ABB aux quatre coins du monde, scientifiques et ingénieurs cherchent en permanence à améliorer les produits et à imaginer de nouvelles solutions. Ce numéro de la Revue ABB donne un aperçu des innovations les plus remarquables de l’année 2009.

7Revue ABB 4/2009


Intégration raffinée

ABB équipe 9 des 12 raffineries du pétrolier brésilien Petrobas de solu-tions intégrées 800xA de conduite du procédé et de gestion énergéti-que, qui contribueront à augmenter la production de 40 %.

Dans bien des secteurs industriels, la gestion de l’énergie est un

critère économique déterminant et un préalable majeur à la fiabilité de l’exploitation. Le système de gestion énergétique PMS d’ABB s’appuie sur la plate-forme d’automatisation étendue 800xA et la norme CEI 61850 de communication des postes électri-ques pour faciliter l’intégration des dispositifs électroniques intelligents (IED). Il permet de coupler la gestion énergétique au contrôle-commande du procédé pour optimiser les opéra-tions du site et doper sa produc-tivité.

La publication de la CEI 61850, en 2004, a grandement simplifié l’intégra-tion des IED ; la norme garantit l’inter-opérabilité des équipements et se substitue à tous les protocoles de communication des automatismes de postes électriques.

Située dans l’état du Paraná, au sud du Brésil, REPAR est l’une des plus grosses raffineries de Petrobras. ABB vient à point nommé dans le vaste projet d’extension du site (visant à augmenter son alimentation énergéti-

que et impliquant plusieurs postes) avec sa solution d’intégration 800xA de la conduite et de la gestion d’éner-gie PMS.

Pour en savoir plus, lire « Les raffinements de

l’intégration », p. 47.

Themenbereich

Papier mâché !

L’industrie papetière cherchait depuis longtemps un capteur d’épaisseur précis, fiable et affranchi des risques de marquage ou de casse de la feuille. Grâce au nouveau capteur d’ABB, les papetiers peuvent mesurer ce paramètre essentiel en continu, même sur les qualités de papier les plus exigeantes.

Le contrôle précis de l’épaisseur résiduelle de la feuille, après

compression des microreliefs de surface, est une mesure incontournable pour la quasi-totalité des producteurs de papier. Or sa fiabilité n’est pas garan-tie. Habituellement, cette mesure est réalisée par des capteurs d’épaisseur à double face de contact, qui balayent la surface du papier et en enregistrent les variations d’épaisseur avec une précision micrométrique. Mais c’est oublier qu’au microscope, certains

papiers sont loin d’être plans ! Leurs irrégularités de surface posent d’énor-mes problèmes : dégradation de la feuille, incertitude de la mesure, mau-vaise qualité du contrôle.

Le nouveau capteur d’épaisseur opti-que d’ABB surmonte ces difficultés. Basé sur l’imagerie confocale, il réduit sensiblement les erreurs de mesure dues à la pénétration du faisceau

lumineux dans la masse du papier, phénomène de « rougeoiement » bien connu de la triangulation laser. Le capteur ABB surclasse la concurrence sur tous les plans : précision, résolu-tion, fiabilité, consommation d’énergie et de matières premières, qualité du produit fini.

Pour en savoir plus, lire « L’innovation en action »,

p. 33.

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L’onduleur se dore au soleil

L’onduleur solaire PVS800 d’ABB est une solution fiable, économique et compacte pour raccorder les parcs photovoltaïques (PV) au réseau élec-trique. Il convertit le courant continu produit par les panneaux PV en cou-rant alternatif pour le réseau.

L’énergie solaire PV progresse rapidement vers la parité avec le

réseau, c’est-à-dire le point où le coût de production du kWh solaire est égal au prix de détail de l’électricité d’ori-gine traditionnelle. On estime que dans 5 ans, cette parité sera atteinte dans les régions bénéficiant d’un fort enso-leillement où les prix de l’électricité en période de pointe sont élevés, comme en Californie et en Italie. Mais dès à présent, poussée par les enjeux envi-ronnementaux, l’énergie PV connaît une croissance rapide.

L’onduleur PVS800 offre de nombreux atouts pour ce marché : fiabilité, longé-vité, rapidité et facilité d’installation, modularité et évolutivité, compacité (il est le moins encombrant du marché). Il est destiné à la fois aux centrales solaires PV et aux systèmes PV que

l’on trouve, par exemple, sur les toits des bâtiments tertiaires et industriels. Le PVS800 est proposé pour des puis-sances allant de 100 à 500 kW.

L’électricité solaire peut être injectée directement dans le réseau de distri-

bution BT ou, par l’intermédiaire d’un transformateur et d’un tableau électri-que, dans le réseau MT.

Pour en savoir plus, lire « Energie lumineuse », p. 22.

Sylphide pour aérogénérateur

L’appareillage électrique d’une éolienne est tout sauf mince ; il a même du mal à passer par la porte d’accès ! Il doit donc être monté à la base de l’ouvrage ou dans un petit poste électrique secondaire accolé au mât.

Auparavant, il fallait même com-mencer par installer l’équipement

électrique avant d’ériger l’éolienne. Et que dire de son remplacement . . .

8 Revue ABB 4/2009

Aujourd’hui, ABB tire parti de son offre SafeWind avec un tableau de distribution monobloc à disjoncteur 36 kV compact et flexible, dédié à l’éolien, qui simplifie à la fois l’instal-lation et le remplacement de l’appa-reillage électrique. D’une largeur ne dépassant pas 420 mm, la cabine se faufile par la porte du mât, sans gêner l’installation en cours. Ce tableau SafeRing 36 fait partie de la gamme des unités de distribution en anneau « RMU » (Ring Main Unit) isolées au SF

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pour les réseaux secondaires 36 kV.

Nous reviendrons sur ce produit dans un prochain

numéro de la Revue ABB.


Noyau dur

Selon les estimations, 2 % de l’élec-tricité produite dans le monde seraient perdus du fait des transfor-mateurs de distribution. L’utilisation d’un noyau en métal amorphe consti-tue une piste innovante pour réduire les pertes et le coût global de ces transformateurs.

Un métal amorphe est un alliage métallique doté d’une structure

atomique non ordonnée (au contraire d’une structure cristalline) et qui per-met de minimiser les pertes à vide des transformateurs. Traditionnellement, ces derniers sont fabriqués à partir de tôles magnétiques à grains orientés laminées à froid, caractérisées par une structure cristalline. Or la forte résis-tance à la magnétisation et à la déma-gnétisation de cette structure aug-mente les pertes dans le fer. C’est ainsi que, pour remplir ses engage-ments en matière d’efficacité énergéti-que et de développement durable, ABB a développé un noyau en métal amorphe pour des transformateurs de

imputent une valeur à ces pertes qui s’ajoute au coût du transformateur. Par conséquent, il leur est plus écono-mique d’acheter un transformateur à noyau en métal amorphe même s’il pèse un peu plus lourd que les autres types de transformateur. Ce sera, à l’avenir, un facteur important d’écono-mies d’énergie et de réduction des émissions de gaz à effet de serre.

distribution de type sec et immergés dans l’huile.

Les pertes à vide des nouveaux trans-formateurs sont réduites de 60 à 70 %. Réduire ces pertes est indispensable car les transformateurs de distribution fonctionnent la plupart du temps bien en-dessous de leur charge nominale. De plus en plus, les compagnies d’électricité s’intéressent aux pertes à vide lorsqu’elles comparent différentes technologies de transformateurs. Elles

9Revue ABB 4/2009

ThemenbereichTransformateur sous-marin

Depuis près de 25 ans, ABB déve-loppe des transformateurs sous-marins pour alimenter les pompes, compresseurs et autres équipements électriques installés sur le fond des mers et prolonger la durée de vie pro-ductive des puits gaziers et pétroliers.

ABB développe et fabrique depuis 1985 des transformateurs sous-

marins capables de fonctionner sous la pression des grands fonds. Ils permet-tent à l’industrie gazière et pétrolière d’exploiter des gisements en offshore profond, à 50 ou 100 km des côtes. Les transformateurs, robustes et fiables, sont encapsulés dans un acier spécial

haute qualité qui résiste aux fortes pressions et à l’action corrosive de l’eau de mer. Les composants doivent être extrêmement robustes car les réparations sont quasiment impossibles à de telles profondeurs. Les caissons de l’enveloppe remplis d’air ou de gaz ont été remplacés par des composants immergés dans une huile isolante à faible coefficient de dilatation, capable de résister à des pressions et tempéra-tures de fonctionnement élevées. Tous les éléments constitutifs ont subi des essais stricts pour valider la fiabilité et la sécurité des 15 transformateurs sous-marins actuellement installés, offrant des avantages importants en termes de performance et de coût pour les installations offshore. ABB reste le seul fabricant de transformateurs sous-marins au monde capable d’alimenter en électricité les équipements sous-marins avec un minimum de pertes. Pour en savoir plus, lire « Sous pression », p. 25.

Thema

Themenbereich


Themenbereich

Une navigation intuitive, en quatre couleurs

Le concept Living Space désigne la nouvelle génération de technologies du bâtiment de Busch-Jaeger, société du Groupe ABB. Par son interface de dialogue innovante, le panneau de commande Busch-priOn® démontre que la technicité peut très bien aller de pair avec l’ergonomie et la simpli-cité d’emploi.

Les systèmes de domotique intelli-gente sur bus KNX permettent de

piloter et de coordonner toutes les fonctions qui participent au confort de l’habitat (éclairage, chauffage, ombrage, infodivertissement), depuis un point central. Ils laissent aussi toute latitude pour créer des « scéna-rios de vie » reflétant les habitudes de chacun.

La conception de Busch-priOn se plie entièrement aux besoins du client et à son souci de convivialité et de facilité d’emploi. Objectif : faire de fonctions élémentaires (allumer la lumière, par exemple) des gestes aussi simples et naturels que d’appuyer sur un inter-rupteur. Pour autant, les fonctionnali-tés plus complexes ne doivent pas devenir un casse-tête !

Le panneau se compose d’un écran TFT de 3,5 pouces et d’un bouton rotatif-poussoir identique à ceux de nos voitures ou lecteurs MP3. La couleur de fond change au gré de la fonction : jaune pour l’éclairage, bleu pour la commande des stores et volets, orange pour le confort thermique, violet pour les scénarios d’ambiance. Une symbolique comprise partout, dans toutes les langues !

L’élégance du design apporte une tou-che finale à ce bijou de technologie.

Nous reviendrons sur ce produit dans un prochain

numéro de la Revue ABB.

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Petite familledeviendra grande

L’offre Relion® d’ABB est la première famille de relais de protection cou-vrant toute la gamme des systèmes électriques, de la distribution au transport, dans le respect intégral de la norme CEI 61850.

Relion englobe à présent un très large éventail de produits pour la

protection, la conduite, la mesure et la supervision des systèmes de trans-port et de distribution électriques, dont ils garantissent la sécurité et la fiabilité, quel que soit l’environnement d’exploitation. Première industrielle : la norme CEI 61850 de modélisation des données et des applications fait partie intégrante de toute la famille Relion.

Cette singularité augmente l’ergono-mie de l’offre ABB et les performan-ces des applications clients.

Le portefeuille Relion conjugue des solutions prêtes à l’emploi et des pos-sibilités de personnalisation pour les applications spéciales. C’est un outil commun qui sert aussi bien à la configuration de l’application et des communications qu’au traitement des défaillances, ce qui améliore l’effica-cité du développement. Relion bénéfi-cie de la technologie d’ABB, de son

savoir-faire applicatif et de son sup-port technique chevronné sur toute la durée de vie des produits.

Derniers-nés de la gamme ? Les séries 615 pour la distribution et 670 pour le transport.

Thema

Themenbereich


11Revue ABB 4/2009

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Robot poids plume

L’IRB 120 est le cadet de la famille des robots polyarticulés d’ABB et la solution idéale pour une multitude de tâches, y compris la manipulation et l’assemblage de petites pièces fragi-les jusqu’à 3 kg.

L’IRB 120 intègre toutes les fonction-nalités de la gamme complète de

robots ABB dans un encombrement beaucoup plus réduit. La portée de son bras polyarticulé est identique à celle d’un bras humain. Ses nombreu-ses positions de montage minimisent son emprise au sol sur la lignede production. Avec son poignet étroit et son câblage complètement intégré, il s’intercale dans les petits espaces. Très facile à nettoyer, il est idéal pour les applications en ambiances pro-pres.

Ce robot léger (25 kg) affiche les meilleures performances du marché en termes de suivi de trajectoire et

de commande d’axes. La régularité et la précision des mouvements sont le fait de la nouvelle armoire de commande IRC5 Compact, également légère (27,5 kg) et benjamine d’une longue lignée de systèmes de commande ABB.

L’IRB 120 avec son armoire de commande IRC5 Compact, ses câbles et son FlexPendant pèsent moins de 60 kg, un véritable concentré de performances.

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Robot IRB 2600 :robuste et polyvalent

Le nouveau robot IRB 2600 d’ABB conjugue tous les superlatifs : il est le plus rapide, le plus précis et le plus compact des robots de 12–20 kg de capacité de charge tout en offrant les meilleurs niveaux de protection et le plus grand choix de positions de montage.

Le nouvel IRB 2600 peut être monté au sol, en hauteur, au mur ou au pla-

fond. Ces différentes positions, doublées d’une compacité exceptionnelle, sont des facteurs de gain de place pour de nombreuses applications.

Autre atout du nouveau robot : son volume de travail étendu. Le plus

grand des trois modèles peut atteindre des points situés à 1 174 mm sous son embase (idéal pour les robots de ser-vice de presses à mouler par injection placés en hauteur) et à 1 853 mm devant son axe principal.

L’IRB 2600 est également un cham-pion de la protection. Il peut travailler à la fois dans les ateliers de fonderie où il résiste aux températures très élevées et aux projections de métal chaud, et dans les environnements ultrapropres des lignes d’assemblage de cellules photovoltaïques ou des lignes de conditionnement des bou-langeries industrielles. Toutes les variantes sont protégées IP67 (étan-chéité aux poussières et protection contre les effets de l’immersion jusqu’à 1 m).

Pour en savoir plus, lire « Un robot au bras long »,

p. 42.

ABB capitalise de longues années d’expérience en automatisation et robotisation des procédés industriels. L’IRB 120 et l’IRC5 Compact sont les dignes héritiers d’une dynastie. Ils complètent à merveille les solutions ABB d’automatisation des tâches d’assemblage et de manipulation de petits composants et produits com plexes.

Pour en savoir plus, lire « Portrait-robot d’un petit

prodige », p. 39.

12 Revue ABB 4/2009


Depuis plus d’un siècle, ABB fournit des systèmes d’entraînement à l’industrie du papier. Sa nouvelle solution Direct Drive se nourrit de cette expérience centenaire pour séduire aujourd’hui les papetiers les plus exigeants.

Cette solution, qui intègre des moteurs synchrones à aimants permanents, offre des performances inégalées en termes de temps de réponse en régulation de couple, de précision en régulation de vitesse et de rendement tout en suppri-mant les réducteurs, codeurs et autres accessoires. En prime, elle induit des économies d’énergie et de lubrifiant, et réduit les niveaux sonores.

Depuis son lancement en 2001, la solution Direct Drive, perçue comme une innovation révolutionnaire par l’industrie papetière, a reçu plusieurs distinctions scientifiques et technologiques de portée internationale. Dernière en date,le Prix Marcus Wallenberg récompense, encourage et stimule des travaux scientifiques hors du commun dans les domaines d’importance de la filière bois.

Effets démultiplicateursLa solution Direct Drive d’ABB décuple les performances des procédés industriels les plus contraignants au mondeMarkku Haikola

13Revue ABB 4/2009

Effets démultiplicateurs


(qui ne doit plus tenir compte du jeu du réducteur), et accroît son rende-ment.

ABB fut le premier fournisseur au monde à développer une solution Direct Drive pour entraîner et commander toutes les sections d’une machine à papier ; le Groupe est le leader incontesté des systèmes d’entraînement de puissance pour l’industrie papetière.

Une technologie à part Les moteurs asynchrones standards, normalement conçus pour tourner entre 750 et 3 000 tr/min, sont inadap-tés aux régimes à basse vitesse. ABB a développé sa solution Direct Drive pour pallier cet inconvénient.

Elle comprend un moteur synchrone à aimants permanents commandé par un variateur de fréquence basse tension (BT) comme l’ACS800 [1]. Le moteur est directement accouplé à la charge et, bien que plus petit, fournit plus de puissance. La célèbre techni-que DTC (Direct Torque Control)1) de commande des moteurs Encadré 1 amé-liore les temps de réponse (régulation de couple), la précision (régulation de vitesse) et le rendement, en suppri-mant de surcroît les réducteurs, codeurs et autres accessoires.

Le moteur est à flux radial, refroidi à l’air ou à l’eau, avec un rotor à aimants permanents. Il est proposé pour des puissances de 17 à 2 500 kW et des tensions jusqu’à 690 VCA. Dans la plupart des cas, il n’est pas plus gros

Les entreprises cherchent en perma-nence à réduire leurs coûts tout en

gagnant en efficacité et en précision. Pour de nombreux industriels, cela signifie améliorer les performances de leur outil productif.

Les systèmes d’entraînement à réduc-teur sont utilisés dans de nombreux procédés de fabrication, tout particu-lièrement dans l’industrie du papier. Or ils s’usent et vieillissent, et sont à l’origine de pannes qui, inévitable-ment, nécessitent de coûteuses inter-ventions de maintenance. Qui plus est, ce sont des organes mécaniques encombrants qui accaparent un espace précieux autour de et sur la machine en question. Les papetiers réclament des solutions qui nécessi-tent moins de maintenance, moins d’énergie et moins de place. La technologie Direct Drive répond précisément à cette triple exigence.

La solution Direct Drive, primées à maintes reprises, est perçue comme une innovation révolutionnaire par l’industrie papetière.Une solution Direct Drive ne se contente pas de réduire quantité d’organes mécaniques d’un entraîne-ment dans bon nombre d’applications. Elle supprime bel et bien le réducteur 1 et fait ainsi baisser les coûts d’ins-tallation et de maintenance, améliore la fiabilité et la réactivité du système

1 Gain de place apporté par un système Direct Drive par rapport à un système avec réducteur.

2 La première solution Direct Drive complète fut installée au sein de l’usine M-real d’Äänekoski (Finlande).

La commande DTC (Direct Torque Control) des moteurs à courant alternatif (CA), exclusivité ABB, est la technique la plus performante au monde et a remplacé la commande par modulation de largeur d’impulsions (MLI) traditionnelle en boucle ouverte et fermée. On parle de « contrôle direct de couple » car la régulation du cou-ple et de la vitesse dépendent directement de l’état électromagnétique du moteur, à l’image de la commande d’un moteur à courant continu (CC), mais à l’opposé des variateurs MLI qui utilisent la tension et la fréquence d’entrée. DTC est la première technique à contrôler les variables de commande « réelles » d’un moteur que sont le couple et le flux, lui permettant de se passer du modulateur, indispensable aux variateurs MLI pour réguler la fréquence et la tension. En l’absence de modulateur, le variateur réagit beaucoup plus vite aux transitoires de couple et régule de manière plus précise le couple sans retour capteur.Il y a un compromis à trouver entre le rendement d’un moteur et le rendement de l’entraînement commandé en vitesse variable. En effet, le rendement global de l’entraînement (moteur + variateur) est pénalisé par la fréquence de commutation du variateur. Si en réduisant la fréquence de commutation, on augmente le rende-ment du variateur, il en va de même des pertes dans le filtre de sortie ou le moteur. Il est, par conséquent, très important de bien comprendre comment la tension d’entrée, la fréquence de commutation et la tension de sortie, de même que le type de moteur, affectent le rendement global de l’entraînement à vitesse variable. Le type de redresseur utilisé influence également le niveau des pertes.

Encadré 1 Commande DTC des moteurs

Note1) Un des atouts de la commande DTC est l’optimisa-

tion des impulsions de commutation pour un meilleur rendement global.

14 Revue ABB 4/2009



les valeurs de couple désirées. La bonne nouvelle est que ce champ magnétique est confiné dans la car-casse du moteur. Néanmoins, des aimants permanents sont toujours caractérisés par un fort champ électro-magnétique interne qui produit une tension aux bornes lorsque la machine est en rotation.

Aux commandes des machines à papierSouvent, le facteur déterminant du choix d’une solution Direct Drive est le gain de place autour de la machine. Moins de composants et une configu-ration plus simple signifient des temps d’études raccourcis, une installation simplifiée, une utilisation plus renta-ble de l’espace et un stock de pièces de rechange minimisé.

La technologie des aimants perma-nents aide à supprimer les réducteurs dans un large éventail d’applications comme, par exemple, la propulsion marine et l’énergie éolienne. S’il est bien un secteur où les avantages de la solution Direct Drive sont sans commune mesure, c’est l’industrie papetière. En effet, les machines à papier (MAP) nécessitent un grand nombre d’entraînements très précis fonctionnant à basse vitesse. En se débarrassant des réducteurs, on réduit non seulement les besoins de mainte-nance et d’espace, mais également la facture énergétique.

L’optimum voudrait que la solution Direct Drive soit mise en œuvre dans toutes les sections de la MAP. En pra-tique, les différents régimes de vitesse sont, toutefois, obtenus en panachant moteurs asynchrones traditionnels et moteurs à aimants permanents.

Des débuts prometteursLes travaux de développement pour cette application débutèrent en 1995, avec les premiers prototypes opéra-tionnels en laboratoire en 1997. En 1999, l’entraînement à courant continu (CC) de la section des sécheurs de

Cette solution, très robuste, allège la maintenance du moteur à aimants per-manents qui s’apparente à celle des moteurs asynchrones standards.

S’agissant d’un moteur synchrone, il n’y a aucun glissement rotor, ce qui permet des vitesses de rotor statique très précises et évite de recourir à une compensation du glissement, amélio-rant la commande dynamique du moteur. En d’autres termes, la vitesse d’un moteur peut être régulée avec une précision élevée sur une large plage.

Par sa construction et son mode de refroidissement, le moteur à aimants permanents d’ABB est plus silencieux que la plupart des moteurs tradition-nels. Si, en plus, la carcasse est refroi-die à l’eau, le moteur peut être conçu avec des densités de puissance éle-vées et des indices de protection supérieurs. Le refroidissement à l’eau confère plus de liberté dans l’agence-ment des différents éléments qui peuvent ainsi être moins exposés, améliorant la fiabilité globale, tout spécialement en environnements industriels.

Sécurité et qualité vont de pair dans un moteur à aimants permanents. Les aimants NdFeB (néodyme-fer-bore)3) sont fabriqués selon les meilleurs standards pour obtenir les champs magnétiques les plus puissants, mais non destructeurs, afin de développer

qu’une machine asynchrone. En fait, un moteur à aimants permanents peut fournir à l’arbre entraîné plus de deux fois le couple développé par un moteur asynchrone de taille égale. Par exemple, le couple de sortie du moteur à aimants permanents norma-lisé CEI 355 (330 kW) d’ABB est de 7 433 Nm2) alors que celui d’un moteur asynchrone 6 pôles de même taille n’atteint que 3 417 Nm. La plage de vitesse optimale du premier s’étend de 120 à 600 tr/min même si les vites-ses en exploitation peuvent dépasser 900 tr/min. Le couple moteur peut excéder 44 000 Nm pour des plages de puissance comprises entre 2 000 et 2 500 kW.

La solution Direct Drive comprend un moteur synchrone à aimants per-manents commandé par un variateur de fréquence BT comme l’ACS800.

Le moteur synchrone traditionnel étant mécaniquement plus complexe que le moteur asynchrone, il exige plus de maintenance. Toutefois, les aimants permanents du moteur ABB simplifient sa conception en créant un flux constant dans l’entrefer, rendant inutiles les enroulements rotoriques et les balais qui servent normalement à l’excitation des moteurs synchrones.

Notes2) A 300 tr/min3) Matériau magnétique actuellement le plus puissant

à température ambiante, avec des valeurs d’induc-

tion élevées à très hauts niveaux de magnétisation.

Il présente également une résistance extrême à la

démagnétisation.

15Revue ABB 4/2009



tion Award à Manchester ainsi que le Prix Spécial du Jury du Grand Prix de l’innovation de l’Association Techni-que de l’Industrie Papetière (ATIP) à Grenoble. En 2004, Frost & Sullivan, cabinet conseil en stratégie globale, saluait le concept en lui attribuant le Motors, Drives and Power Transmission Customer Value Enhancement Award.

En septembre 2009, le prestigieux Prix Marcus Wallenberg Encadré 2 , était remis à Stockholm par Sa Majesté le roi Carl XVI Gustaf de Suède aux trois pionniers d’ABB, Jouni Ikäheimo, Vesa Kajander et Bengt Welin (retraité), récompensant leurs travaux exemplai-res dans le développement de la solu-tion Direct Drive.

Markku Haikola

ABB Oy Process Industry

Helsinki (Finlande)

[email protected]

Note4) Premier producteur européen de carton à base

de fibres vierges et important industriel du secteur.

Il fait partie du Groupe Metsäliitto, une des plus

grandes entreprises de la filière bois au monde,

détenue par une coopérative de 130 000 forestiers

privés finlandais.

Bibliographie

[1] Salo, J., « L’attrait de la simplicité – Des machines

à aimants permanents très prometteuses »,

Revue ABB, 2/2009, p. 29–34.

des moteurs CA traditionnels (pour les petits cylindres) et des moteurs à aimants permanents (pour les plus gros cylindres tournant à basse vitesse). Actuellement, l’installation compte 29 moteurs à aimants perma-nents de forte puissance.

D’autres installations ont été réalisées dans différents pays, y compris la Finlande, l’Afrique du Sud, l’Allemagne, l’Espagne, la Pologne, la Nouvelle-Zélande, l’Australie, les Etats-Unis et l’Argentine. En fait, la plupart des pays européens comptant un secteur papetier d’envergure dispose aujourd’hui de solutions Direct Drive.

ABB est la première entreprise à pro-poser, à l’échelle industrielle, ce type d’entraînement direct dont la dernière version est baptisée PMC800. A ce jour, des dizaines de systèmes PMC800 sans réducteur ni codeur pilotent des machines qui fabriquent du papier bureautique, du papier journal, du papier cannelé, du papier non couché sans bois, du papier couché apprêté et du carton couché pour emballage.

Un concept maintes fois priméDepuis son lancement au salon Pulp Paper d’Helsinki en 2001, la solution Direct Drive d’ABB est perçue comme une innovation révolutionnaire par l’industrie papetière. La même année, elle recevait le Papex Product Innova-

Le Prix Marcus Wallenberg est une distinc-tion internationale créée en 1980 en hom-mage à l’œuvre et à la mémoire de Marcus Wallenberg (1899–1982), ancien Président de la société Stora Kopparbergs Bergslags

AB (aujourd’hui Stora Enso), très respecté des milieux financiers et industriels à la fois en Suède et à l’étranger. Chaque année, ce Prix récompense une innovation mar-quante, fruit du travail d’un seul scientifique ou d’une petite équipe de scientifiques (2 à 4 personnes). Pour le Comité de sélection et le Conseil d’Administration de la Fonda-tion, l’innovation couronnée doit avoir un impact significatif sur l’activité industrielle. Plus qu’une récompense, le Prix a pour but de stimuler la recherche au niveau interna-tional. Chaque année, ce sont 500 institu-tions du monde entier qui sont invitées à désigner leurs candidats.

Source : http://www.mwp.org (site consulté en novembre 2009)

Encadré 2 Prix Marcus Wallenberg

Les lauréats du Prix Marcus Wallenberg 2009 : le Dr Jouni Ikäheimo, M. Vesa Kajander et M. Bengt Welin avec S. M. le roi Carl XVI Gustaf de Suède

l’usine papetière de M-real4) fut rem-placé par le premier moteur à aimants permanents industriel. Cette installation initiale fonctionna de manière irrépro-chable pendant plusieurs années.

La machine à carton de l’usine M-real d’ Äänekoski inclut la première solu-tion Direct Drive complète jamais installée sur une MAP 2 . Achevée en 2002, elle comprend à la fois

Photos: Janne Eriksson

16 Revue ABB 4/2009

Energies

Sans soleil, ni vie ni civilisation ! L’essentiel de notre énergie, issue de combustibles fossiles, du vent et de la biomasse, émane directement ou indirectement du rayonnement solaire à la surface de la Terre. Jusqu’à présent, l’humanité a satis-fait ses besoins croissants en énergie en exploitant ces « produits dérivés », principalement les combustibles fossiles.

La hausse continue du niveau de vie, notamment dans les pays en développement, fera progresser la demande mondiale en énergie. De plus, avec 10 milliards de Terriens prévus en 2050, l’accès à des ressources vitales comme l’eau potable imposera de recourir à des technologies énergivores, notamment le dessalement de l’eau de mer. Comment étancher notre insatiable soif d’énergie sans causer des dégâts irréparables à l’environnement ? Comment assurer l’approvisionne-ment énergétique à long terme de la planète avec des réserves fossiles limitées ?

On estime que des centrales solaires occupant seulement 90 000 km2 de désert, soit l’équivalent d’un carré de 300 km de côté, mais une surface infime au regard des zones désertiques de la planète, suffiraient à couvrir nos besoins actuels en électricité. De surcroît, 90 % de la population mondiale vit dans un rayon de 3 000 km autour d’un désert, distance sur laquelle le transport en courant continu à haute tension (CCHT) est économiquement envisageable.

La Desertec Industrial Initiative est un consortium d’industriels dont ABB fait partie. Son projet, qui englobe l’Europe, le Moyen-Orient et l’Afrique du Nord, prévoit de produire de l’électricité solaire à grande échelle, à un horizon de 30 ans.

Du nouveau sous le soleilLes déserts, futur eldorado énergétiqueAndreas Moglestue

17Revue ABB 4/2009

Du nouveau sous le soleil

Energies

pour fournir de l’électricité pendant la nuit. De surcroît, les systèmes à turbi-nes peuvent, le cas échéant, être ali-mentés en vapeur supplémentaire par d’autres procédés de combustion, constituant soit une source d’appoint, soit une installation à cycle combiné. La cogénération (récupération de la chaleur produite par d’autres activités) constitue également une voie non négligeable.

Quelque 90 000 TW de rayonnement solaire atteignent la surface de la Terre, soit 6 000 fois la consommation énergéti-que totale de l’humanité.

Coup de pouce au développementLes régions où seront construites ces centrales solaires à concentration peuvent en tirer d’immenses bénéfi-ces. Au-delà des avantages immédiats tels que la création d’emplois directs, la disponibilité d’une énergie durable et bon marché est un atout à long terme. Ainsi, des usines de dessale-

En fait, au cours des quelques minutes qu’il vous aura fallu pour lire cet arti-cle jusqu’ici, la surface terrestre aura reçu l’équivalent de six mois de pro-duction pétrolière en mer du Nord4).

Le soleil en ébullitionDe quoi s’agit-il ? Du soleil, bien sûr ! Les panneaux photovoltaïques se répandent sur les toits ; les calculatri-ces et les parcmètres sont de plus en plus alimentés par l’énergie solaire et les réseaux électriques doivent absorber une quantité croissante de production d’origine solaire5). Pour autant, au-delà de l’alternance jour-nuit, se pose le problème de son intermittence en fonction de la cou-verture nuageuse et des saisons. Or certaines régions de la planète en sont affranchies. Les déserts offrent le double avantage d’un ensoleillement maximal d’une météo relativement constante et prévisible : le soleil y brille intensément tous les jours de l’année.

Plutôt que des panneaux photovoltaï-ques, ce type de projet prévoit des centrales thermiques solaires où des réflecteurs concentrent le rayonne-ment solaire pour transformer de l’eau en vapeur et alimenter des turbines semblables à celles des centrales ther-miques classiques. La concentration solaire est non seulement plus effi-cace et plus économique en zones désertiques mais, à la différence des cellules photovoltaïques qui cessent de produire dès le coucher du soleil, la chaleur peut être emmagasinée

La consommation mondiale d’éner-gie atteint le chiffre vertigineux de

15 térawatts (15 000 GW). Pour mettre les choses en perspective, le pétrole de la mer du Nord y contribue pour environ 420 GW1) et le charbon extrait aux Etats-Unis pour près de 760 GW2). La production électrique mondiale s’élève à environ 2 200 GW3).

Les réserves mondiales fossiles, qui assurent actuellement 80 à 90 % des besoins de la planète, ne sont pas inépuisables. Pourtant, ces combusti-bles resteront encore longtemps la principale source d’énergie : en valeurs absolues, leur utilisation va même croître à moyen terme. Les autres sources d’énergie – vent, bio-carburants ou nucléaire – auront toutes un rôle à jouer pour réduire notre dépendance au carbone, et la plupart connaît effectivement une croissance rapide, tant en termes absolus qu’en parts de marché.

Le soleil fournit l’équiva-lent de la consommation énergétique annuelle de l’humanité toutes les 90 minutes.

Il existe toutefois une énergie qui fournit quelque 170 000 térawatts (TW) à la Terre, dont 90 000 atteignent sa surface, soit 6 000 fois notre consommation totale, ou encore la consommation énergétique annuelle de l’humanité toutes les 90 minutes.

Centrale d’Andasol près de Guadix (Espagne). Les miroirs paraboliques concentrent les rayons solaires pour produire de la vapeur convertie en électricité par des turbines.

Notes1) La mer du Nord produit près de 6 millions de barils

de pétrole par jour. L’équivalent thermique d’un

baril est d’environ 6,1 GJ.2) Les Etats-Unis extraient chaque année environ

1 000 mégatonnes de charbon. L’équivalent

thermique d’un kg de charbon est de 24 MJ.3) 19 000 milliards de kWh4) Hypothèse de 250 à 300 mots lus par minute.5) Lire également « Energie lumineuse », p. 22.

18 Revue ABB 4/2009


Energies

Qu’en est-il des investissements dans le stockage de l’énergie solaire ? ABB mène-t-il actuellement des recherches dans ce domaine ?Tout d’abord, le rayonnement solaire est plus intense et plus régulier dans les déserts qu’ici en Europe, sans épi-sodes nuageux prolongés ni variations saisonnières. De plus, le choix de centrales thermo-solaires permet de stocker l’énergie à court terme. En effet, la chaleur produite pendant la journée peut être emmagasinée dans des sels fondus pour faire tourner les turbines la nuit. Je pense également que la technologie va continuer à pro-gresser dans ce domaine.

Pensez-vous que l’électricité solaire des déserts se substituera aux centrales nucléaires, à gaz et à charbon classi-ques ?Desertec est un projet visionnaire qui rapproche l’Europe d’un approvi-sionnement énergétique neutre en carbone. Toutefois, il faudra encore du temps avant que les premiers kW d’énergie du désert arrivent en Europe. C’est pourquoi la demande énergétique doit être couverte par un bouquet diversifié et nous aurons encore besoin des sources d’énergie traditionnelles aujourd’hui et demain.

Les critiques avancent que les intérêts divergents des pays concernés d’Europe, d’Afrique du Nord et de la péninsule Arabique représentent un obstacle au projet . . .C’est là un défi majeur. Le projet prévoit donc de répartir les centrales dans tous les pays d’Afrique du Nord et du Moyen-Orient, et de raccorder l’Europe via plusieurs « ponts énergé-tiques ». Je suis persuadé que les obstacles politiques seront levés dès que le projet aura démontré sa rentabilité. Les pays africains et arabes en bénéficieront également.

Sous quelle forme ?L’énergie solaire pourrait devenir un secteur d’exportation majeur pour ces pays et créer de la valeur à partir d’une ressource inépuisable avec à la clé création d’emplois, progrès techno-logique et prospérité. N’oublions pas

Le Groupe ABB possède-t-il une expé-rience dans le transport d’énergie sur de telles distances ?Actuellement, ABB construit une liaison CCHT en Chine pour transpor-ter 6 400 MW sur 2 000 km, soit grosso modo l’équivalent de la capacité de 6 centrales nucléaires. Par ailleurs, en juillet dernier, nous avons remporté un contrat pour la plus longue ligne haute tension du monde. Cette liaison CCHT raccordera de nouvelles centra-les hydroélectriques du nord-ouest du Brésil à la métropole de São Paulo, distante de 2 500 km.

Les technologies pour un tel projet sont disponibles et ont été éprouvées.

Desertec exige des investissements colossaux. Sera-t-il économique de produire au Sahara de l’électricité pour l’Europe ?Nous ne soutiendrions pas le projet si nous n’étions pas convaincus qu’il s’agit d’une solution économique à moyen et long terme. Dans le cas de Desertec, nous parlons d’un horizon assez lointain qui se compte en décen-nies plutôt qu’en années. Les premières installations pilotes seront construites d’ici à 2 ans et, en 2050, les centrales solaires du Sahara devraient couvrir 15 % des besoins européens en électri-cité. Aux dires des experts, l’énergie solaire deviendra compétitive au cours des 20 prochaines années, tandis que l’électricité issue de sources tradition-nelles coûtera de plus en plus cher.

Comment injecter l’énergie du désert dans le réseau européen existant alors que celui-ci est déjà aujourd’hui au maximum de ses capacités ?Quoi qu’il advienne, l’accroissement du négoce d’électricité et des besoins énergétiques nous imposera de mettre à niveau les infrastructures européen-nes d’interconnexion des réseaux, notamment en raison des projets éoliens offshore en Allemagne, Belgique et Espagne. Nous avons tout à gagner à envisager, dès le début, l’intégration du projet Desertec.

ABB et le projet Desertec

En juillet 2009, ABB signait un proto-cole d’accord pour la création du consortium « Desertec Industrial Initia-tive ». Pourquoi participer à ce projet ?ABB travaillait déjà sur l’idée d’un super-réseau européen intégrant diffé-rents types d’énergies renouvelables au début des années 1990. L’utilisation du potentiel énergétique solaire des déserts pour alimenter l’Europe en électricité « verte » en faisait partie. C’est donc en toute logique qu’ABB se rapprocha de la Fondation Desertec, soutenant le projet depuis de nom-breuses années. Nous sommes persua-dés que notre technologie et notre savoir-faire peuvent contribuer au succès de ce projet porteur d’avenir.

Cette vision d’une Europe alimentée par de l’électricité verte produite dans le désert est-elle réalisable au vu des techniques existantes ?Les technologies pour un tel projet sont disponibles et expérimentées de longue date. Nous savons transporter l’électricité sur de longues distances. Il y a plus de 50 ans, ABB inventait les liaisons en courant continu à haute tension (CCHT), technologie clé pour cette problématique. Depuis, le CCHT n’a cessé d’évoluer pour permettre l’utilisation d’énergies renouvelables, l’interconnexion des réseaux électri-ques et les gains d’efficacité.

Avec Desertec, nous parlons d’une distance de 3 000 km. Quel serait le niveau des pertes de transport ?Notre technologie CCHT permet de transporter l’électricité sur de grandes distances avec des pertes relativement faibles. A 800 kV, il faut compter envi-ron 3 % de pertes pour 1 000 km et donc moins de 10 % sur 3 000 km. Les très longues liaisons resteraient toutefois exceptionnelles. Il sera beaucoup plus réaliste d’injecter l’électricité venant d’Afrique du Nord dans le réseau européen au niveau de l’Europe méridionale.

19Revue ABB 4/2009


Energies

que ces pays pourront eux-mêmes utiliser l’électricité saharienne, par exemple pour dessaler l’eau de mer. La production d’eau potable à partir d’eau de mer est un procédé très énergivore, tant et si bien que les centrales solaires du Sahara pourraient faire d’une pierre deux coups.

Le financement du projet n’est toujours pas assuré. ABB y contri-buera-t-il ?L’objectif d’ABB est de fournir la techno-logie nécessaire au projet Desertec et ainsi de garantir sa faisabilité et sa fiabilité. Ces qualités sont primordia-les pour les bailleurs de fonds.

Propos recueillis par Melanie Nyfeler, Communication,

ABB Suisse

Peter Smits est directeur régional

d’ABB pour l’Europe centrale et directeur

général d’ABB AG (Allemagne).

Il fut l’un des initiateurs de la Desertec

Industrial Initiative au nom d’ABB.

stations de conversion élèvent le niveau de tension pour transporter l’électricité sur de longues distances avec de très faibles pertes (de l’ordre de 3 % pour une liaison CCHT de 1 000 km). Par ailleurs, l’électricité peut également être acheminée par des câbles sous-marins posés au fond de la Méditerranée. ABB fait partie des leaders mondiaux de la technolo-gie CCHT et a déjà réalisé et réalise actuellement plusieurs grands projets de transport d’électricité sur des mil-liers de km Encadré 2 .

Le solaire thermique pourrait couvrir 15 % des besoins en électricité de l’Europe d’ici à 2050.

Desertec Industrial InitiativeABB est associé à plusieurs autres industriels, partenaires financiers et énergéticiens pour mener à bien un projet Desertec avec des pays d’Europe, du Moyen-Orient et d’Afrique du Nord. Cette initiative cherche à capitaliser sur la récente création de l’Union pour la Méditerranée (UpM) dont l’objectif est d’améliorer et de simplifier la coopération euro-méditer-ranéenne. Outre les campagnes

ment pourraient être construites pour produire de l’eau potable ou d’irriga-tion, révolutionnant du tout au tout les perspectives économiques de régions aujourd’hui défavorisées.

TechnologiesSi ce type de projet est ambitieux mais réalisable car les technologies existent déjà ou peuvent être adap-tées, les principaux obstacles restent de nature politique et économique.

Construire des usines de dessalement pour produire de l’eau potable ou d’irrigation révolution-nerait du tout au tout les perspectives écono-miques de régions aujourd’hui défavorisées.

Le concept de base de la concentra-tion solaire n’a rien de nouveau : il y a plus de 22 siècles, Archimède propo-sait d’utiliser une batterie de miroirs mobiles pour concentrer les rayons solaires sur la flotte romaine et l’in-cendier. Si les centrales à concentra-tion modernes sont destinées à une utilisation plus pacifique, leur principe est essentiellement le même : des miroirs mobiles sont en permanence réorientés en fonction de la position du soleil pour capter le maximum d’énergie. La lumière réfléchie est concentrée sur un récepteur dont la température peut atteindre plusieurs centaines de degrés Celsius.

Des centrales utilisant des variantes de ce principe fonctionnent dans le désert de Californie depuis les années 1980 ; d’autres installations ont été construites dans différentes régions au fil des ans. ABB a participé à la construction de plusieurs de ces centrales, notamment celle du projet espagnol Extresol Encadré 1 .

Mais capter le rayonnement solaire et le convertir en électricité n’est pas tout ! En effet, la part d’électricité des-tinée à l’Europe doit être acheminée sur de longues distances. C’est là que les liaisons en courant continu à haute tension (CCHT) entrent en jeu. Des

Extresol est une centrale solaire à concentration de 100 MW en voie d’achèvement dans la région espagnole de l’Estrémadure. ABB fournit l’équipe-ment de contrôle-commande qui permet aux 1 248 paraboles de suivre la course du soleil dans le ciel avec une précision de 0,03°. ABB fournit également l’instru-mentation, le système d’automatisation, les moteurs et variateurs, l’équipement basse tension et les postes électriques.

La centrale stockera l’énergie thermique excédentaire dans des sels fondus afin de continuer à produire de l’électricité la nuit.

La première tranche de 50 MW sera opérationnelle fin 2009, suivie d’une deuxième tranche de même puissance six mois plus tard.

Encadré 1 Centrale solaire Extresol

20 Revue ABB 4/2009


Energies

mettre le raccordement de grands parcs éoliens terrestres et marins, de grandes centrales hydroélectriques, voire de sites géothermiques ou de centrales à la biomasse.

Un super-réseau électri-que interconnecterait les principales zones de production et de consommation de la région.

L’intégration de ces équipements au réseau existant n’est pas sans poser des défis, y compris l’adaptation des modes d’exploitation des centrales traditionnelles et le renforcement du réseau pour lui permettre d’absorber une quantité accrue d’énergies renou-velables. Dans tous ces domaines, ABB dispose d’un réel savoir-faire.

Esprit pionnierSi la société de droit allemand Desertec Industrial Initiative a formellement été créée début 2009, le concept

d’informations, Desertec Industrial Ini-tiative mènera des études de faisabi-lité sur les aspects politiques, organi-sationnels, financiers, technologiques et écologiques du projet. L’objectif est de présenter des plans concrets pour couvrir près de 15 % des besoins élec-triques de l’Europe d’ici à 2050. Un certain nombre d’installations pilotes plus petites seront identifiées et spéci-

ABB a récemment achevé une liaison CCHT de 3 GW et 1 060 km entre la cen-trale hydroélectrique chinoise des Trois-Gorges et la ville de Shanghai. Cette réali-sation fait suite à deux grandes liaisons CCHT également construites par ABB, de 500 kV et 3 000 MW chacune, reliant cette même centrale aux villes de Changzhou et de Guangdong.

ABB vient de remporter un contrat pour la liaison Rio Madeira (2 500 km) qui reliera des centrales hydroélectriques d’Amazonie brésilienne à la ville de São Paulo (3 150 MW, 600 kV).

ABB a également fourni de nombreuses liaisons CCHT sous-marines, notamment la liaison NorNed récemment achevée qui relie les Pays-Bas à la Norvège via la mer du Nord. D’une puissance de 700 MW, c’est aussi la plus longue liaison sous-marine au monde (580 km). Les câbles sont également un domaine technologique clé d’ABB.

Encadré 2 Principaux projets et réalisations de liaisons CCHT

2 Transparent de 1992 illustrant la vision ABB du super-réseau électrique européen. Les similitudes avec le projet Desertec 1 sont édifiantes (Gunnar Asplund, ABB).

fiées pour tester et valider la faisabi-lité du projet.

Le concept Desertec final pour cette région prévoit un super-réseau électri-que interconnectant les principales zones de production et de consomma-tion de la région 1 . Ce super-réseau reliera non seulement les centrales solaires mais pourrait également per-

1 Projet Desertec de super-réseau électrique raccordant les grandes sources d’énergies renouvelables aux principaux centres de consommation. (Source : Desertec)

Thermiquesolaire àconcentration

Hydro-électrique

Photovoltaïque Bio-masse

Eolien

Superficie couverte par les collecteurs solaires pour la production d’électricité

Monde 2005

UE à 25 2005

MENA 2005

Scénario mixte TRANS-CSP EUMENA 2050

Géo-thermie

Hydroélectrique

Solaire

Eolien

Transport CC

21Revue ABB 4/2009


Energies

d’Amérique, d’Australie ou d’Asie, et peut réduire l’empreinte carbone de l’humanité dans des proportions énor-mes et auparavant inenvisageables.

Pour en savoir plus sur Desertec, rendez-vous sur

www.desertec.org.

Andreas Moglestue

Revue ABB

Zurich (Suisse)

[email protected]

Note6) L’étude « Trans-Mediterranean Interconnection

for Concentrating Solar Power » fut réalisée à

la demande du ministère fédéral allemand de

l’Environnement, de la Protection de la Nature

et de la Sécurité nucléaire.

Desertec existe depuis les années 1990 et revient à la section allemande du Club de Rome (groupe de réflexion sur les enjeux politiques liés aux pro-blèmes d’environnement, à la pénurie d’énergie, d’eau, de nourriture, etc.). Une étude sur le sujet6), réalisée et publiée en 2006 par le centre aéro-nautique et spatial allemand DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.), a produit des résul-tats encourageants.

ABB est toutefois impliqué depuis plus longtemps encore : dès 1992, le Groupe présentait une vision du futur super-réseau électrique européen 2 , élaborée par Gunnar Asplund, à l’épo-que responsable du développement de la technologie CCHT. Ce projet fut présenté à un cercle de réflexion initié par ABB pour évaluer l’avenir à long terme du transport électrique. Les similitudes avec la Desertec Industrial Initiative sont édifiantes.

Pleins feux sur l’énergie verte La société allemande prévoit de termi-ner les études de faisabilité d’ici à trois ans. Sous réserve de résultats probants et d’un réel soutien politique

et financier, la production d’énergie solaire par concentration dans les zones désertiques devrait avoir un impact considérable sur le marché énergétique de demain. Même si les installations pilotes pouvaient com-mencer à produire plus tôt, il est peu probable que le concept contribue à l’approvisionnement énergétique à grande échelle de la région avant plusieurs décennies.

En 1992, ABB présentait une vision du futur super-réseau électrique euro-péen. Les similitudes avec le projet de la Desertec Industrial Initiative sont édifiantes.

ABB détient le savoir-faire et les technologies nécessaires pour devenir un acteur majeur du projet Desertec. La figure 3 en présente quelques exemples. Même si Desertec s’inté-resse en priorité à la région du bassin méditerranéen, le concept vaut égale-ment pour les régions désertiques

3 Principales contributions d’ABB au projet Desertec en termes de technologie et de savoir-faire

Liaisons CCHT

Câbles

sous-marins

Postes

électriques

Produits et systèmes de

contrôle-commande et d'automatisation

(dont moteurs et variateurs pour les

centrales thermiques solaires)

Gestion de réseau pour faciliter

l’intégration aux réseaux

électriques existants

22 Revue ABB 4/2009

Energies

L’énergie solaire affiche une croissance exponentielle : de moins de 100 MW en 1996, la capacité photovoltaïque installée chaque année dans le monde atteint aujourd’hui 4 500 MW1). Cet essor rapide s’explique par des programmes nationaux volontaristes, principalement sous la forme de tarifs de rachat préférentiels. Cette politique à la fois indus-trielle et environnementale tire la croissance du marché et fait chuter les coûts de fabrication des modules et auxiliaires de la chaîne de valeur de la filière. L’énergie photovoltaïque (PV) progresse rapidement vers la parité avec le réseau, point où le coût de production du kWh solaire est égal au prix de détail de l’électricité d’origine traditionnelle.

Alors que les premières installations photovoltaïques servaient pour l’essentiel à alimenter en électricité des sites isolés, un nombre croissant de grands parcs de panneaux PV est construit spécifiquement pour injecter de l’électricité solaire dans le réseau. Leur raccordement nécessite des onduleurs efficaces, fiables et économiques.

Energie lumineuseABB présente son premier onduleur PVS800 pour systèmes photovoltaïquesJyrki Leppänen

23Revue ABB 4/2009

Energie lumineuse

Energies

Conception de l’onduleurLa conception générale de l’onduleur est illustrée en 2 . Pour être autorisée à injecter l’électricité solaire sur le réseau, l’installation doit respecter des exigences draconiennes. Pour ce faire, l’onduleur intègre des fonctions de sécurité et de protection côté CC et CA, et de compensation du facteur de puissance. Il est protégé des surten-sions des deux côtés et comprend des fonctionnalités de surveillance du réseau, optimisées selon les règles de chaque pays. Qui plus est, l’onduleur central d’ABB satisfait aux obligations actuelles et futures de soutien des réseaux électriques avec ses fonctions de compensation du facteur de puis-sance réactive, d’effacement de puis-

La nouvelle gamme d’onduleurs cen-traux PVS800 offre de nombreux atouts : Plate-forme technologique éprou-vée, fiabilisée et endurante ;

Conception compacte et modulaire pour gagner de la place et simplifier l’installation ;

Conception industrielle moderne pour un rendement accru ;

Offre monofournisseur d’outils de communication pour un accès local et à distance ;

Offre complète de services sur toute la durée de vie des produits avec un réseau international de spécialistes prêts à intervenir rapidement dans le monde entier.

Le nouvel onduleur PVS800 1 d’ABB est destiné à la fois aux grands

parcs PV au sol et aux systèmes PV installés sur les bâtiments tertiaires et industriels. Ces onduleurs modulaires convertissent le courant continu (CC) produit par les modules PV en cou-rant alternatif (CA) injectable sur le réseau. Actuellement, l’onduleur cen-tral PVS800 est proposé en 100, 250 et 500 kW.

Le marché des applications photo-voltaïques est extrêmement contrai-gnant. Si le coût et la robustesse des instal lations sont des facteurs impor-tants, leurs onduleurs doivent conju-guer fiabilité, rentabilité, rendement, compacité, simplicité d’installation et longévité. De surcroît, ils doivent fonctionner dans des conditions extrêmes et supporter des plages de température et d’humidité très larges.

Pour être autorisée à injecter l’électricité solaire sur le réseau, l’installation doit respecter des exigen-ces draconiennes.

Pour développer un onduleur répon-dant aux fortes contraintes de ce marché, ABB est parti de sa gamme de variateurs industriels, aux perfor-mances très appréciées des nombreux utilisateurs, et s’est appuyé sur son retour d’expérience et des concepts éprouvés. Les onduleurs centraux PVS800 sont élaborés à partir d’une plate-forme technologique utilisée dans les applications éoliennes. Alors que les variateurs industriels sont en général constitués de deux conver-tisseurs reliés par un bus CC, l’ondu-leur solaire ne comporte qu’un seul convertisseur avec des exigences différentes en termes de commande et de protection. Les onduleurs, conçus pour fonction-ner sans problème pendant au moins 20 ans, tirent profit des concepts éprouvés d’ABB en matière de mainte-nance et de services.

1 L’onduleur central PVS800 de 250 kW, un équipement compact et peu encombrant

Note1) Puissance crête en 2009

2 Conception et raccordement au réseau d’un système composé de 2 onduleurs PVS800 capables de gérer des tensions d’entrée de 900 V maxi.

Onduleur PVS800

Onduleur PVS800

Com-mande et

sur-veillance

Com-mande et

sur-veillance

* Facultatif

Filtr

e C

EM

*Fi

ltre

CE

M*

3

3

M

M

M

M

Filtr

e C

EM

*Fi

ltre

CE

M*

Filtr

eFi

ltre

24 Revue ABB 4/2009

Energie lumineuse

Energies

même transformateur, une importante source d’économie.

Un avenir radieuxLes enjeux environnementaux et la chute des prix sont les deux vecteurs de croissance continue du marché photovoltaïque qui commence à s’étendre à d’autres pays. De nom-breux programmes nationaux encou-ragent l’essor de l’énergie solaire par le biais de tarifs de rachat préféren-tiels qui visent à favoriser les investis-sements dans les énergies renouvela-bles pour augmenter les volumes et faire baisser les prix de fabrication. Cette approche s’avère concluante : en effet, on estime que dans 5 ans, la parité avec le réseau sera atteinte dans les régions au fort ensoleillement et où les prix de l’électricité en période de pointe sont élevés, ce qui est notamment le cas de la Californie et de l’Italie.

Une fois cette parité atteinte, les marchés de l’énergie solaire connaî-tront une croissance encore plus forte. Si cela est souhaitable à la fois pour réduire les émissions de CO

2 et notre

dépendance vis-à-vis des combustibles fossiles, cet afflux d’électricité solaire posera des problèmes au réseau de distribution et à la gestion des réseaux, nécessitant des stratégies pointues de contrôle, commande et régulation. La solution ? Les réseaux intelligents équipés de systèmes avan-cés de mesure, de surveillance et de conduite leur permettant, d’une part, de gérer la production décentralisée et les écoulements de puissance bi-directionnels et, d’autre part, d’optimi-ser l’équilibre offre-demande. Dans ce domaine, ABB est aux avant-postes avec des technologies qui favorisent la transition des réseaux électriques traditionnels vers les réseaux intelli-gents. Il va sans dire que ses ondu-leurs solaires sont déjà sur les rangs.

Pour en savoir plus sur ABB et l’énergie solaire,

rendez-vous sur www.abb.com/solar.

Jyrki Leppänen

ABB Oy, Drives

Helsinki (Finlande)

[email protected]

Quelles que soient les conditions, l’algorithme MTTP garantit que les cellules délivrent toujours un maxi-mum de puissance.

Raccordement au réseauDans le cas des installations de petite taille, l’électricité solaire est le plus souvent injectée directement dans le réseau de distribution basse tension (BT). Les plus grands parcs PV sont généralement raccordés au réseau moyenne tension (MT) par l’inter-médiaire d’un transformateur et d’un tableau électrique 3 , qu’ABB peut également fournir. Dans certaines applications, la topologie de l’ondu-leur central permet le raccordement en parallèle de plusieurs onduleurs au

sance et de tenue aux creux de tension ; elles lui permettent, entre autres, de soutenir le réseau en cas d’instabilité. Enfin, le PVS800 intègre des coupleurs bus de terrain (Modbus, PROFIBUS, CANopen et Ethernet) pour sa surveillance et sa commande locales et distantes.

Un algorithme d’adaptation de la puissance maximale MTTP (Maximum Power Point Tracking) vérifie que la puissance fournie au réseau électrique par les modules PV est toujours à son niveau maximum. Cette adaptation est indispensable car la courbe carac-téristique courant-tension évolue en fonction de la luminosité disponible et de la température des cellules PV.

3 Echange de données et raccordement des onduleurs PVS800 d’ABB

Triphasé 20 kVTriphasé 20 kV

Onduleur PVS800 Onduleur PVS800

Cen

tral

e so

laire

de

250

kWp

Cen

tral

e so

laire

de

250

kWp

Cen

tral

e so

laire

de

250

kWp

Cen

tral

e so

laire

de

250

kWp

Transformateur MT

Onduleur PVS800Onduleur PVS800

PC local

PC distant

NETA-01

Modbus Bus de terrain

Internet

25Revue ABB 4/2009

Energies

concevant un système de compensa-tion de pression qui maintient la pres-sion interne proche de celle de l’eau externe. Comme un transformateur s’échauffe en fonctionnement, le type de liquide utilisé est déterminant pour sa bonne marche. Dans le cas du transformateur sous-marin, l’isolant est une huile de très bonne qualité à faible coefficient de dilatation et compatible avec les autres matériaux et composants du transformateur. Elle est dégazée avant sa mise en place car le transformateur est logé dans une cuve monobloc qui ne peut se dilater, même à chaud. La chaleur produite par le transformateur en fonctionne-ment est susceptible d’accélérer les réactions chimiques et d’accentuer l’effet corrosif de l’eau de mer. Le transformateur étant refroidi par convection naturelle avec l’eau du milieu environnant, la chaleur risque

des transformateurs élévateurs à une extrémité et des transformateurs abaisseurs à l’autre pour ramener la tension au niveau des équipements électriques spéciaux installés sur les fonds marins.

ABB développe des transformateurs sous-marins depuis 1985. Les deux pre-miers appareils de 1,6 MVA, 11 kV/1 kV furent immergés en 1999 à 500 m de profondeur pour alimenter des pompes de surpression. En 10 ans, ils n’ont connu aucun problème. Depuis, ABB a progressivement développé des appareils de calibres supérieurs conçus spécialement pour résister aux fortes pressions des grandes profon-deurs. Ainsi, par exemple, tous les caissons remplis d’air et de gaz de l’enveloppe du transformateur doivent être supprimés en immergeant les composants dans un liquide et en

Les gisements d’hydrocarbures sous-marins comptent parmi les environnements les plus difficiles pour les transformateurs. ABB développe et fabrique des trans-formateurs sous-marins depuis près de 25 ans et demeure le seul au monde à fournir des équipements électriques pour alimenter les pompes et compresseurs des installations sous-marines d’extraction du pétrole et du gaz offshore, prolongeant la vie productive des puits.

Sous pression Les transformateurs ABB se jettent à l’eau Esa Virtanen, Mark Curtis

L’exploitation ininterrompue des gisements en eaux peu profondes

diminue avec le déclin de ces réserves relativement faciles d’accès. Souvent, pour maximiser les quantités extraites, de l’eau de mer ou du gaz est injecté dans le puits pour augmenter la pres-sion et faire remonter à la surface les hydrocarbures piégés dans les couches géologiques des fonds marins. Des techniques similaires sont utilisées pour les gisements en eaux profondes, très éloignés des côtes, avec néanmoins des difficultés supplémentaires. En effet, ce type d’opération exige une expertise et des connaissances poin-tues, notamment pour alimenter en électricité les compresseurs, pompes et moteurs installés à plusieurs milliers de mètres de profondeur et parfois à 50 ou 100 kilomètres des côtes. Pour minimiser les pertes, on utilise des câbles sous-marins haute tension avec

eau

26 Revue ABB 4/2009

Sous pression

Energies

prié pour le pipeline qui est chauffé. Quelques jours suffisent généralement pour dégeler son contenu.

Haute performance Les transformateurs sous-marins les plus récents permettront d’exploiter en continu un gisement gazier situé à 400 m de profondeur au large de la Norvège. Sur ce site, la construction d’une nouvelle plate-forme offshore à proximité du gisement était jugée trop coûteuse. De plus, celui-ci est à 150 km de la côte et à 50 km de la plate-forme offshore la plus proche. Acheminer sur de telles distances l’électricité au niveau traditionnel de 6,6 kV est impensable car les pertes seraient trop élevées et les moteurs des compresseurs opérant au fond de l’océan ne seraient pas correctement alimentés. Le tout nouveau transfor-mateur sous-marin d’ABB, particuliè-rement robuste et puissant, peut fonc-tionner jusqu’à 3 000 m de profondeur. Avec des valeurs nominales extrême-ment élevées, d’une part, de puissance et de tension (15 MVA/50 kV/6,6 kV) et, d’autre part, de fréquence d’exploi-tation (200 Hz), il est le plus perfor-mant du marché et le plus fiable à ces profondeurs.

Chaque nouveau gisement découvert pose à l’industrie pétrolière et gazière de nouveaux défis. ABB a donc déjà en chantier des transformateurs sous-marins de calibres encore supérieurs (20 MVA/132 kV/22,5 kV et 16,5 MVA/22 kV/3,5 kV/2,8 kV) (illustration p. 25) qui seront livrés pour tester l’équipement du plus grand gisement gazier au monde, celui d’Ormen Lange en Norvège.

ABB reste le seul fabricant de trans-formateurs sous-marins au monde capables d’alimenter en électricité les équipements sous-marins avec un minimum de pertes.

Esa Virtanen

ABB Power Products

Vaasa (Finlande)

[email protected]

Mark Curtis

Revue ABB

Zurich (Suisse)

[email protected]

l’appareil complet peut peser de 20 à 50 tonnes. Pour éviter qu’il ne s’enfonce dans les fonds sablonneux ou vaseux, l’ensemble est posé sur de solides pieux préalablement ancrés aux fonds. Des tubes sous la structure s’emboîtent dans ces pieux, si bien que l’ensemble, une fois installé, se trouve à quelques mètres au-dessus du fond marin. Aucune maintenance ni intervention ne sont nécessaires après l’installation. En fait, la moindre réparation obligeant à remonter les appareils à la surface, avec des coûts importants, ABB a donc consacré beaucoup de temps et d’efforts à la qualité des composants qui ont subi des essais très stricts. Ceux-ci garantis-sent le fonctionnement fiable et sûr des 15 transformateurs sous-marins actuellement en exploitation, présentant des avantages importants en termes de performances et de coûts pour les installations offshore.

Le tout nouveau trans-formateur sous-marin d’ABB, particulièrement robuste et puissant, peut fonctionner jusqu’à 3 000 m de profondeur.

Allumez le chauffage !Dans le Golfe du Mexique, à environ 2 000 m de profondeur, les pipelines doivent être réchauffés pour liquéfier le pétrole qui gèle sous l’effet de la pression et du froid.

Une unité mobile, composée d’une alimentation électrique, d’un câble sous-marin et d’une structure porteuse (skid), est amenée en bateau à l’endroit où le pipeline a gelé. Le skid, avec un transformateur et les connecteurs électriques pour le branchement au pipeline, est déposé sur le fond 2 . Un engin télécommandé ROV (Remo-tely Operated Vehicle) raccorde les connecteurs au pipeline et met l’équi-pement sous tension.

Le groupe Diesel du bateau produit une tension de 480 V qu’un transfor-mateur élévateur porte à une tension régulée de 1 à 11 kV. Au fond de l’océan, le transformateur sous-marin abaisse la tension à un niveau appro-

1 Transformateur sous-marin

aussi d’attirer des organismes vivants autour de l’enveloppe. Ces facteurs ont dicté le choix d’un acier haute qualité pour l’enveloppe, également apte à supporter les fortes pressions des grands fonds. Ces transformateurs sous-marins mesurent environ 2,5 m de haut pour 3,5 m de long et 1,2 m de large, et renferment près de 4 m3 d’huile isolante 1 . En ajoutant la pompe, les vannes et les tuyaux,

2 Installation d’un transformateur sous-marin

27Revue ABB 4/2009

Industries

Dans le contexte économique actuel, l’optimisation des actifs industriels et la réduction des arrêts de production sont des outils stratégiques pour comprimer les coûts et maximiser la productivité. Aujourd’hui, les informations recueillies sur le terrain par l’instrumentation restent souvent lettre morte. Or elles pourraient être récupérées et mises à profit si, en sens inverse de la communication traditionnelle, une voie de retour était créée pour les renvoyer au système de contrôle-commande hôte. Il n’est pas rare que les instruments intègrent aujourd’hui le protocole Hart pour leur mise en service. L’avènement de standards sans fil, dont WirelessHARTTM, fut l’occasion pour ABB de développer un adaptateur ad hoc enfichable dans les équipements Hart existants pour assurer une voie de retour économique et sûre vers les applications de supervision d’actifs industriels, comme Asset Vision Professional (AVP) d’ABB.

Sans-fil industriel :débloquer l’informationL’adaptateur WirelessHARTTM d’ABBGareth Johnston

28 Revue ABB 4/2009

Sans-fil industriel : débloquer l’information

Industries

et à l’instrumentation elle-même (consommation de l’analyseur ou état de la sonde de l’analyseur) permettent de surveiller un procédé.

ConfigurationUne base de données gère le paramé-trage des instruments ou le suivi des interventions de maintenance.

La valeur de cette information blo-quée dans l’instrumentation dépendra beaucoup de l’équipement de produc-tion qu’elle mesure ou pilote, et des

performances de l’appareil lui-même. Certains analy-seurs, par exemple, contien-nent des fluides tampons autorisant un étalonnage périodique ; il faudra donc recharger ces réservoirs inter-médiaires, ce qui déclenchera une demande d’intervention. D’autres actifs industriels comportant des organes en mouvement (moteurs ou van-nes, par exemple) devront aussi être capables de pré-voir les besoins de mainte-nance en fonction de leur activité 2 .

On estime que seuls 10 % des 30 millions d’instru-ments Hart instal-lés depuis 1989 peuvent remonter leurs données vers le contrôle-commande.

Dans un monde industriel tout occupé à gérer la crise, l’attention se focalise sur la maintenance opportune des équipements de process. Il faut trouver les moyens de débloquer cette information de terrain, à moindres frais et

Surveillance du procédéCertains instruments comme les débit-mètres mesurent souvent d’autres données du procédé (comptage, den-sité, température . . .) qui sont toutes utiles à la surveillance du terrain.

Suivi d’étatLes problématiques liées au raccorde-ment du process (détection d’obstruc-tion dans une ligne d’impulsion pour la mesure de pression différentielle ou suivi de la « signature » des vannes de régulation pour surveiller leur état)

Le protocole Hart (Highway Addres-sable Remote Terminal) est utilisé

par les instruments de terrain pour rapatrier les mesures et diagnostics du procédé à des unités centrales « intelligentes » comme les systèmes de contrôle-commande distribué ou les équipements portables Hart. Ce protocole numérique met en œuvre une modulation par déplacement de fréquence qui superpose l’infor-mation numérique au 4–20 mA analo-gique. Les appareils Hart câblés peuvent se raccorder à des modules d’E/S 4–20 mA au sein d’un système de contrôle-commande doté ou non de capacités de communication sur Hart. De nos jours, Hart a la faveur des industriels du process, avec un parc installé mondial de quelque 30 mil-lions d’instruments 4–20 mA. Ce succès, qui tient en partie à sa coexistence avec la transmission 4–20 mA classi-que, se confirme malgré l’essor des bus de terrain, souvent jugés plus comple-xes 1 .

Libérer les liensHart est souvent utilisé pour la mise en service des instru-ments de terrain : un confi-gurateur portable Hart est connecté directement à l’ins-trument que l’on veut para-métrer (échelle de mesure, type de capteur . . .). Or, une fois l’appareil débranché, toutes les autres informations utiles de l’instrument restent sur place, inexploitées, faute de chemin pour les rapatrier à l’application hôte.

On estime ainsi que seule-ment 10 % des 30 millions d’instruments Hart installés depuis 19891) peuvent remon-ter leurs données vers le contrôle-commande. Ce canal de retour permettrait pour-tant aux personnels d’exploi-tation et de maintenance d’accéder à distance aux informations du terrain pour des fonctions qui utilisaient auparavant des moyens de communication dédiés.

Note1) A l’heure actuelle, 75 % des instru-

ments de process communiqueraient

sur Hart sans disposer, pour 90 %

d’entre eux, d’un accès distant au

contrôle-commande.

1 Principaux jalons du déploiement de Hart

1989 Protocole

HART

Gestion des actifs industriels

WirelessHART

> 30 millions

1,4 million

1990 1995 2000 2005 2010

Mill

ions

d’u

nité

s

30

15

0

Autres bus de terrain pour l’instrumentation

Standard industriel

12 millions

24 millions

2 Exemple de suivi d’état de vanne de régulation

Etat de maintenance surveillé par le positionneur de vanne ABB (référence TZIDC)

29Revue ABB 4/2009


Industries

Cette solution serait un moyen écono-mique de greffer à un réseau sans fil des instruments connectés en point à point pour ramener les données de production vers une application de gestion d’actifs industriels comme AVP. Avantages : L’ajout d’un accès distant point à point est économique et facilite la réalisation du projet par phases ;

L’utilisateur n’a pas à recâbler les armoires ni à consulter les schémas électriques : l’installation se fait à moindre risque.

WirelessHARTTM est devenu le premier standard de radiocom-munication industrielle.

La tentation Wi-FiPrendre appui sur un réseau sans fil existant, comme Wi-Fi (normes 802.11 g/n), semble de prime abord la meilleure solution. Pourtant, à la réflexion, elle s’avère problématique. Wi-Fi se prête bien au transfert de gros fichiers et à la mise en place d’un réseau bureautique professionnel ou domestique. Toutefois, l’industrie a des exigences bien plus strictes de robustesse, de sécurité et de fiabilité. Plusieurs zones d’ombre restent à éclaircir 5 : Wi-Fi est-il assez sûr ? Peut-il cohabiter avec d’autres réseaux sans fil ?

S’accommode-t-il des environne-ments changeants ?

Faut-il de nouveaux outils pour s’y connecter ?

Les expériences avec Wi-Fi sont sou-vent frustrantes, surtout à proximité d’autres réseaux interférents. Déplace-ment de véhicules et d’engins, réagen-cements (échafaudages, ajouts d’équi-pements) . . . : l’environnement radio d’un site industriel évolue souvent (quand ce n’est pas plusieurs fois par jour), le tout dans un espace hertzien limité. La transmission de données Hart sur Wi-Fi ne répond donc pas aux exigences industrielles2).

WirelessHARTTM comble ces lacunes en bâtissant plusieurs couches de sécurité, d’authentification des don-nées et de redondance des canaux de

sans risque, pour optimiser la disponi-bilité du site.

Saut d’obstaclesLe schéma classique d’une commande bâtie sur une boucle de courant 4–20 mA 3 se compose d’un contrô-leur d’automatismes et de modules d’E/S raccordés en fil à fil à une armoire de brassage qui les relie au terrain par un câble multibrin. L’ar-moire abrite également les alimenta-tions, protections ou isolations corres-pondantes. Pour accéder aux données Hart et communiquer avec le système de contrôle-commande, on équipe un multiplexeur Hart d’une liaison série. Le meilleur endroit pour installer ce multiplexeur est l’armoire de brassage dans laquelle on raccordera ensuite chaque signal d’instrument.

L’ajout d’un multiplexeur Hart à une installation existante est possible, mais il oblige à se poser certaines ques-tions : Dispose-t-on d’un schéma de câblage correct et à jour ?

L’armoire offre-t-elle assez de place ?

et à respecter quelques contraintes : A l’installation, ouvrir chaque boucle pour se raccorder au multi-plexeur.

Attendre éventuellement un arrêt du site.

Il faut équiper chaque instrument d’un adapta-teur sans fil pour récupé-rer l’information utile et la rapatrier au système de gestion d’équipements de production, comme Asset Vision Professional (AVP) d’ABB.

Autre possibilité : se doter d’un réseau sans fil pour transmettre les données Hart de chaque instrument au système hôte, aux fins de surveillance du pro-cédé. Il faut alors équiper chaque ins-trument d’un adaptateur sans fil pour récupérer l’information utile 4 . Celui-ci peut être alimenté directement par la liaison 4–20 mA ou par batterie, source locale ou photovoltaïque . . .

Notes2) Les trois mots d’ordre des industriels sont :

Sécurité

Fiabilité

Simplicité

3 Système de contrôle-commande câblé

Contrôle-commande

Régulateur/API

Armoire

4 Adaptateur WirelessHARTTM d’ABB

Adaptateur sans fil

5 Vulnérabilité du sans-fil sur Wi-Fi

Wi-Fi

Hôte

Wi-Fi

HART

Wi-Fi

HART

retour vers l’hôte. Ces fonctions font partie intégrante du standard pour sécuriser et fiabiliser les échanges entre équipements compatibles

30 Revue ABB 4/2009


Industries

maillée qui permet de multiplier les voies de transit de l’information vers la passerelle et l’hôte : si une liaison est coupée, le message est automati-quement dévié vers un autre chemin.

Quand il est interconnecté à des réseaux exploitant des fréquences similaires, WirelessHART emploie plusieurs techniques pour garantir l’acheminement du message tout en perturbant le moins possible ses voisins.

Saut de canalLe message change sans arrêt de fréquence, sur 15 canaux différents, pour contourner les autres réseaux 7 .

Détection et esquive de collisionsAvant de transmettre sa trame, l’émetteur « sonde » le canal hertzien sélectionné pour savoir si la voie est libre, évitant ainsi les collisions.

Brièveté des messagesLes messages WirelessHART n’occupent que 3 à 4 ms dans un créneau temporel de 10 ms.

SécuritéLes mécanismes de sécurité intégrés aux équipements WirelessHART 8 ne peuvent pas être désactivés. Ils s’ap-puient principalement sur le chiffrement (gestion de la confidentialité) et l’authentifi-cation. Les instruments WirelessHART d’ABB mettent en œuvre les techniques de sécurité suivantes : Codage des données à l’aide d’une clé de chiffre-ment différente quand le message « saute » d’une fréquence à l’autre dans le réseau maillé.

Authentification des don-nées pour s’assurer qu’elles ne sont pas modifiées par d’autres agents durant leur acheminement.

Identification des partici-pants au réseau, lors de leur rattachement, pour écarter les intrus.

intégrant les spécifications Wireless-HART.

WirelessHART est naturellement compatible avec les 30 millions d’instruments Hart 4–20 mA en place. Pour le mettre en œuvre, il suffit d’enficher un adaptateur alimenté par la boucle et d’actualiser les fichiers DD ou DTM des outils Hart existants.

FiabilitéLes équipements compatibles Wireless-HART bâtissent une architecture

WirelessHART. La création d’une solu-tion sans fil sur Hart est également rentable puisqu’elle utilise les mêmes outils de développement ; il suffit de mettre à jour les fichiers numériques DD (Device Description) et DTM (Device Type Manager) qui décrivent les nouveaux appareils Hart.

WirelessHARTTM pour l’instrumentation L’industrie des procédés est tradition-nellement prudente et attachée aux normes, gages de réduction des coûts et de choix éclairés. Les four-nisseurs d’instrumentation comme ABB affichent eux aussi une préférence pour la normalisation : il n’est donc pas étonnant que Wireless-HART soit devenu le premier standard de radiocommunica-tion industrielle, dans le cadre de Hart 73).

Le réseau WirelessHART est illustré en 6 . Le système de contrôle-commande est peu touché par cette évolution car il intègre déjà les spécifi-cations Hart. Un bus à haut débit est l’artère de commu-nication avec les passerelles WirelessHART situées sur le terrain, qui se chargent de bâtir et de déployer le réseau maillé sans fil reliant les ins-truments. Un configurateur portable Hart classique rac-corde les nouveaux instru-ments WirelessHART par la saisie d’une clé de chiffre-ment et d’un identifiant de réseau ; la courte liaison phy-sique entre portable et instru-ment sécurise ce paramé-trage.

WirelessHART a plusieurs stratégies pour satisfaire aux exigences de sécurité, de fiabilité et de simplicité de l’industriel ; ABB les applique à sa gamme d’instruments

7 Exemple de radiotransmissions industrielles

6 Réseau sans fil WirelessHARTTM

Application autonomede gestion d’équipementsde production

Bus haut débit(Modbus – FF – Ethernet)

Système 800xA

Réseau mailléWirelessHART

AdaptateurWirelessHART d’ABB

Configurateurportable

Notes3) Ultime version des spécifications Hart

assurant une totale rétrocompatibilité

avec les instruments et outils Hart

existants et des compléments fonc-

tionnels pour faciliter la mise en place

d’un réseau sans fil.

31Revue ABB 4/2009


Industries

ments d’information pour la recherche de défauts. Ces outils sont directement exploitables, sans modifier l’adaptateur WirelessHART.

Une fois installé, l’adapta-teur achemine les demandes d’information du système de gestion d’actifs vers l’ins-trument, puis renvoie la réponse 10 .

EssaisTous les appareils Wireless-HART tels que l’adaptateur d’ABB feront partie d’une architecture réseau ; il est donc primordial de tester leur conformité aux spécifi-cations HCF. Les produits WirelessHART d’ABB seront certifiés pour fonctionner dans des réseaux multicons-tructeurs et intégrer des

fonctions de fiabilité et de sécurité.

Le kit HCF de certification des appa-reils WirelessHART est disponible depuis mi-2009 ; il faudra donc atten-dre début 2010 pour réaliser les essais, régler les problèmes et dispo-ser d’équipements certifiés.

Site pilote : BASF BASF, en collaboration avec la NAMUR5), a voulu savoir si Wireless-

points de la boucle 4–20 mA, au niveau d’un presse-étoupe de câble libre sur l’instrument ou d’une connexion en T si un seul presse-étoupe est disponible. Sa petite taille facilite son montage dans un environ-nement encombré (raccordements pneumatiques aux vannes, par exem-ple) ; son antenne est amovible.

Consignes de mise en service : Raccordez l’adaptateur en série avec l’instrument.

Connectez un outil de configuration ou de gestion Hart classique (porta-ble ou AVP) au 4–20 mA et paramé-trez le couplage de l’adaptateur à l’instrument (clé de chiffrement + identifiant réseau).

Surveillez l’état de la connexion, puis débranchez le configurateur Hart.

L’adaptateur peut alors lire l’informa-tion de l’instrument et la renvoyer au contrôle-commande.

Domaines d’emploiL’adaptateur NHU200-WL s’utilise principalement avec les outils de ges-tion d’équipements (AVP d’ABB, par exemple) pour superviser la mainte-nance de l’instrumentation Encadré 1 . AVP intègre en effet des « contrôleurs d’actifs » qui vérifient l’état des instru-ments Hart et fournissent des complé-

Transmission des messages courts sur différents canaux, à chaque saut, pour empê-cher le repérage et l’inter-ception des données.

ABB a compris l’urgence de former les utilisateurs poten-tiels de WirelessHART et d’aider la Fondation Hart (HCF) à organiser et à animer des journées de promotion de cette technologie sans fil, dans le monde entier4).

Adaptateur NHU200-WLL’adaptateur NHU200-WL est le premier dispositif Wireless-HART d’ABB. Il permet aux équipes d’exploitation et de maintenance de libérer l’infor-mation bloquée dans l’instru-ment de terrain 9 . L’adapta-teur offre une grande facilité d’installation et d’emploi, grâce à sa compacité et à son alimentation écologique, sans batterie à entretenir ou à remplacer.

Mise en serviceL’adaptateur peut se raccorder en tous

Faible encombrement facilitant son montage dans des conditions difficiles.

Boîtier rotatif permettant d’orienter au mieux l’antenne et de simplifier l’installation.

Ecologique et économique : sans batterie.

Faible consommation électrique autori-sant l’installation de l’adaptateur à l’extrémité d’un long chemin de câble.

Intégration du protocole WirelessHART pour connecter des réseaux Wireless-HART existants à des équipements d’autres fournisseurs : coûts réduits, flexibilité accrue.

Accès à toutes les données du procédé et de la maintenance sur un instrument de la BC 4–20 mA.

Couplage avec AVP (ou autre applica-tion de gestion et supervision d’équi-pements) : accès à distance direct aux données recueillies par l’instrument (procédé et maintenance).

Utilisable avec les instruments d’ABB et d’autres fournisseurs.

Encadré 1 Points forts de l’adaptateur ABB

9 Adaptateur sans fil NHU200-WL d’ABB

Radio

Sto

rage

HART

Notes4) Pour connaître la date des prochaines journées

d’information dans votre région, rendez-vous sur

www.abb.com/instrumentation, inscrivez-vous et

suivez les liens Wireless Instrumentation, à droite

de l’écran. 5) Association internationale d’utilisateurs des techni-

ques de l’industrie de l’automatisation

8 Barrières de sécurité WirelessHART

MystificationDéni de service

Intrus

Attaque par saturation

Mystification

Confidentialité des données

Liste blanche

Bilans de santé

Saut de canal

Contrôle d’intégrité des messages

Liste

ns santé

Saut de canal d’intégrité

des messages

Mots de passe

Chiffrement

Répartition dans le temps

Chiffrement de la connexion

32 Revue ABB 4/2009


Industries

L’étude de la NAMUR ne se limite pas à WirelessHART. Elle entend parer à toute amorce de confrontation technico-commerciale entre les différents standards et conjuguer les avantages des deux camps, WirelessHART et ISA SP100.

Sans fil et sans limiteLe sans-fil industriel n’a pas vocation à détrôner le 4–20 mA ou tout autre bus numérique. WirelessHART a été développé pour compléter les réseaux câblés à l’installation délicate et aux coûts élevés, ou pour déployer avan-tageusement un second réseau de maintenance. ABB reste attentif à l’évolution des standards sans fil et continuera de fournir des produits collant aux besoins du marché.

Cet article s’est intéressé à l’implanta-tion d’un adaptateur sans fil pour compléter l’instrumentation en place d’un réseau sans fil de suivi d’état ou, dans certains cas, de surveillance du procédé. Les équipements libérés de tout « fil à la patte » et, donc, entière-ment autonomes du point de vue énergétique, donneraient matière à un autre article. Néanmoins, force est de constater que leur performance ne satisfait pas aux exigences du contrôle de procédés critiques et de l’interver-rouillage6). Principal grief : les équipe-ments sur batterie auraient un budget énergétique élevé pour des temps de rafraîchissement (bien que variables) de l’ordre de 30 secondes ou de plu-sieurs minutes.

Le sans-fil pour l’instrumentation a toute sa place à côté du filaire ; étudié de près, il peut bénéficier du soutien de fournisseurs comme ABB et tirer parti des résultats d’essais de la NAMUR ou de la fondation Hart.

Gareth Johnston

ABB Automation Products

St Neots (Royaume-Uni)

[email protected]

Note6) Cas dans lequel une valeur du procédé fait partie

de la séquence de commande.

Pepperl+Fuchs et Siemens, et raccordés à des systèmes de contrôle-commande ABB et Emerson. Pour certains essais, la NAMUR s’est appuyée sur sa recom-mandation NE124, intitulée Require-ments for Wireless Automation. ABB a participé à l’installation et à la mise en service du site Encadré 2 .

Les essais se sont déroulés en deux temps.

Phase 1 : essais en laboratoire sur l’interopérabilité, l’utilisabilité et les temps de réponse. D’autres tests étu-dieront la cohabitation de Wireless-HART avec des standards de radio-communication tels que les 802.11b/g/n régissant le Wi-Fi, par exemple.

Phase 2 : tests applicatifs portant sur l’installation et les performances opé-rationnelles de l’équipement au sein de plusieurs unités de production du site BASF de Ludwigshafen. Cette étape permet de valider la phase 1.

Les résultats de ces essais seront dis-ponibles au 4ème trimestre 2009.

Dans ce contexte, l’étude de la NAMUR sert de catalyseur aux fournisseurs d’instrumentation et organismes de normalisation pour élaborer une norme CEI commune et unique sur les réseaux de capteurs sans fil. Cette harmonisa-tion aidera les constructeurs et utilisa-teurs à mettre rapidement en œuvre des applications sans fil pour tirer parti de cette nouvelle technologie.

HART était le seul et unique standard pour la mesure et le contrôle- commande sans fil. Il a alors choisi son site allemand de Ludwigshafen pour installer et tester plusieurs réseaux WirelessHART dotés d’équipements multiconstructeurs, dont ceux d’ABB.

La campagne d’essais a débuté en juillet 2009 sur des prototypes d’équi-pements précertifiés, d’origine ABB, Emerson, Endress+Hauser, MacTek,

L’adaptateur en place

Etude de site pour identifier les problè-mes posés par le sans-fil et apporter des solutions à la conception du réseau

Aide à l’installation et à la planification Assistance sur site : visites, contrôles

de maintenance Assistance à distance : étude des

conditions de maintenance des instru-ments et conseils sur les actions à entreprendre

Encadré 2 Les services ABB dans le sans-fil industriel

10 Echanges bidirectionnels entre adaptateur sans fil et système de gestion d’actifs

Etape 1

Etape 2

Etape 3

Détection de défaut par l’instru-ment, déclenchement d’alarme

Remontée par AVP de l’alarme reçue de l’instrument sur le réseau WirelessHART

Connexion de l’équipe de maintenance ou de supportdistant pour diagnostic du défaut par outils Hart (ex. : fichiers DTM) et intervention

Rapport de défaut produit et transmis en fonction de la

gravité

Le logiciel AVP d’ABB assure la gestion et la supervision des équipements de production en réseau.

33Revue ABB 4/2009

Industries

L’industrie du papier rêve depuis longtemps d’un capteur d’épaisseur précis et fiable qui ne présente aucun risque de marquage ou de casse de la feuille. Avec le nouveau capteur optique d’ABB qui surclasse la concur-rence, ce vœu devient réalité : les premiers retours clients indiquent une réduction de la consommation d’énergie et de matières premières, et une amélioration de la qualité. De plus, la nouvelle démarche technologique adoptée par ABB constitue un exemple édifiant d’innovation en action.

L’innovation en actionGrâce au nouveau capteur d’épaisseur optique d’ABB, les papetiers peuventmesurer et contrôler l’épaisseur des papiers les plus fins Rambod Naimohasses, Anthony Byatt

34 Revue ABB 4/2009

L’innovation en action

Industries

étalonnages spécifiques, en fonction du papier et du procédé de fabrica-tion, ou d’autres compensations peuvent également être nécessaires. Certains capteurs laser doivent aussi fonctionner en tandem avec un cap-teur d’épaisseur à contact, utilisé périodiquement, pour rafraîchir la mesure du capteur laser, tant pour l’étalonnage absolu que pour l’étalon-nage de profil.

La pénétration de la lumière peut faci-lement être démontrée en mesurant l’épaisseur de cinq feuilles de papier de différentes sortes (collées les unes aux autres), à l’aide d’un capteur à double contact et d’un capteur à trian-gulation laser 2 . Dans le cas des papiers minces, les épaisseurs mesu-rées par ces deux types de capteur diffèrent de 1 à une dizaine de microns. Souvent, les clients spécifient des différences d’épaisseur ne dépas-sant pas ±1 µm ; ces variations peu-vent donc être problématiques quand différentes sortes de papier sont pro-duites par une même MAP ou lorsque les conditions du procédé changent. Les écarts se creusent lorsque les dif-férences de qualité papier sont encore plus importantes, la variation pouvant aller de 30 à 50 µm, par exemple, pour le papier cartonné et le kraft.

Sur certaines sortes de papier mince, les erreurs de mesure du capteur laser peuvent avoisiner 50 % de l’épaisseur de la feuille1). Pour les compenser, il

les erreurs de régulation sont fréquen-tes. Ces risques ont fait d’ABB le pion-nier des capteurs à air sans contact, dès la fin des années 1960. De construction simple, ces capteurs pâtissaient néan-moins d’une médiocre précision et de faibles résolutions sur les machines à haute vitesse de défilement.

Plus récemment, les fournisseurs de systèmes de contrôle qualité se sont intéressés aux capteurs d’épaisseur optiques, basés généralement sur la technique de triangulation laser. Cette méthode, quoique prometteuse, est entachée de nombreuses erreurs : instabilité de la laize défilant à vive allure, déséquilibre de la feuille dû à sa non-planéité, défauts d’alignement des capteurs et de l’état de surface, sans oublier la pénétration du rayon laser dans la masse du papier semi-translu-cide (effet de « rougeoiement » 1b ).

ABB a donc opté pour une technique optique sans laser, qui améliore gran-dement la précision et la stabilité de la mesure. Nouvel héritier d’une lignée cinquantenaire de systèmes de mesure en ligne, ce capteur dote les papetiers d’un outil révolutionnaire pour mesu-rer et contrôler l’épaisseur de la feuille avec une précision inégalée, même sur les qualités papier les plus exigeantes.

Limites de la triangulation laserLa triangulation laser est couramment utilisée dans les secteurs de la métal-lurgie, du caoutchouc et du plastique. Elle repose sur une mesure de distance optique par rapport à la surface de la feuille. Concrètement, un faisceau laser est projeté sur le papier dont on veut mesurer la topologie 1a . Il se réfléchit sur cette surface, puis est renvoyé à travers une lentille vers le détecteur : la position du spot lumineux sur ce der-nier (distance optique) est directement liée à la hauteur de la surface par rapport au plan de référence.

La triangulation laser fonctionne à merveille pour les surfaces ne posant pas de problème d’absorption lumi-neuse, comme les métaux. Toutefois, si la lumière pénètre dans la masse du matériau (cas du papier), cette méthode peine à déterminer la posi-tion réelle du faisceau lumineux sur la surface de ce matériau et fausse ainsi la mesure de distance optique. Des

On pourrait croire que le papier, inventé il y a des milliers d’an-

nées, est l’un des produits les plus simples à fabriquer au monde. Or la production moderne de papier, même d’une simple ramette pour photoco-pieur, repose sur un impressionnant arsenal de technologies et d’outils, notamment en charge du contrôle de la qualité du papier. ABB est d’ailleurs l’un des principaux acteurs du domaine.

Au cœur des opérations papetières, le « cadre de balayage » est un passage obligé. Celui-ci aligne une série de capteurs qui scrutent les principales propriétés de la feuille de papier (humidité et masse surfacique ou « grammage ») lors de son défilement ; des algorithmes poussés fournissent ensuite à la machine à papier (MAP) les instructions de régulation du pro-cédé.

A la mesure de l’humidité et du gram-mage du papier s’ajoute impérative-ment un contrôle précis de son épais-seur pour définir la qualité du produit final ; hélas, la fiabilité de cette mesure n’est pas toujours au rendez-vous.

Aujourd’hui, la production d’une simple feuille de papier pour photocopieur implique une incroyable batterie de technologies.

Passé imparfaitJusqu’à présent, la mesure de l’épais-seur du papier était réalisée à l’aide de capteurs à double face de contact, qui balayent en continu la surface du papier et enregistrent ses variations d’épaisseur, au micron (µm) près. Le papier est en effet rarement plan : au microscope, sa surface a plutôt des allures de montagnes russes ! C’est pourquoi presque tous les papetiers commencent par comprimer légère-ment ces microreliefs ou « crêtes » pour obtenir l’épaisseur résiduelle de la feuille sur laquelle s’effectuera la mesure.

Certaines sortes de papier posent de redoutables défis aux éléments du cap-teur à contact : la dégradation de la feuille, les imprécisions de mesure et

1 Principe de la triangulation laser : la position de la lumière réfléchie sur le récepteur varie avec l’épaisseur de la feuille a . Pour certai-nes sortes de papier, l’effet de rougeoiement entraîne une incertitude de mesure b .

Détecteur

LentilleLaser

Détecteur

LentilleLaser

Effet de rougeoiement

Note1) Ce constat est confirmé par d’autres spécialistes

[1,2,3].

a b

35Revue ABB 4/2009


Industries

ainsi, lorsque la surface du papier tra-verse le point focal de la lumière verte, celle-ci devient la longueur d’onde dominante reçue par le spectro-mètre. Les algorithmes spéciaux de ce détecteur effectuent une corrélation entre la longueur d’onde dominante réfléchie et la distance avec la surface du papier. Un processeur numérique de signaux (DSP) analyse le spectre reçu à raison de 4 000 mesures par seconde 4 . La grande ouverture numérique évite que la poussière, dans le chemin optique, fausse la mesure. Cette méthode présente aussi l’avantage de ne pas être affectée par les légères variations d’intensité de la lumière réfléchie, dues à la couleur et à la blancheur du papier.

Un algorithme d’analyse de la forme du spectre améliore encore la concor-dance entre le capteur en production

autres paramètres de performance requis. Toutefois, son aptitude à mesurer des surfaces de papier rugueuses sur une MAP sale, humide et qui, de surcroît, vibre, restait à démontrer car la technique n’avait jusqu’alors été utilisée que dans un environnement expérimental stable. Les essais réalisés en laboratoire ont finalement prouvé qu’elle offrait la robustesse suffisante et pouvait pré-tendre à un projet de développement ABB.

Nouvelle optique : l’imagerie confocaleLa méthode confocale consiste à projeter sur la surface du papier 3 un petit point lumineux large bande (12 µm) provenant d’une source de lumière blanche (LED) de forte puis-sance. Le faisceau, acheminé par fibre optique, traverse un système de len-tilles de focalisation à haut degré d’aberration chromatique, qui décom-pose la lumière dans ses différentes couleurs. Chaque couleur est position-née à une distance différente de la lentille. La lumière renvoyée par le papier suit le même trajet optique que le faisceau incident : cette caractéristi-que « coaxiale » confère à la méthode une précision supérieure à celle de la triangulation laser.

La variation de hauteur des surfaces de papier est mesurée en analysant les différentes longueurs d’onde réflé-chies par la feuille. Pour commencer, les crêtes de surface traversent le point focal d’une couleur spécifique ;

faut procéder à de fastidieux étalon-nages en fonction de la fibre et de la charge.

Améliorer la méthodeLes efforts accomplis pour résoudre bon nombre de ces problèmes donnè-rent de piètres résultats. Toutefois, la demande des clients pour ce type de capteur laser était telle qu’ABB décida de lancer son propre projet de déve-loppement.

Le système optique sans laser d’ABB procure aux papetiers un outil de pré-cision pour mesurer et contrôler l’épaisseur du papier, même sur les qua-lités les plus exigeantes.

Fort de son expertise dans le domaine de la diffusion lumineuse du papier, ABB en conclut rapidement que la triangulation laser, même améliorée, n’était pas le meilleur outil pour une mesure d’épaisseur de grande préci-sion. Une étude menée en parallèle sur le potentiel des techniques utili-sées dans d’autres secteurs industriels permit de mettre au jour une solution de contrôle optique des surfaces bien plus séduisante : le capteur confocal.

Une première évaluation de cette méthode avait démontré qu’elle offrait la résolution micrométrique et les

3 Le capteur optique confocal réduit fortement les risques d’erreurs liées à la pénétration de la lumière, dans la triangulation laser.

Triangulation laser

Mesure confocale

4 Principe de la mesure d’épaisseur confocale

Câble à fibre optique

Système de lentillesd’aberration chromatique

Trajet optique communsource/détecteur(confocal)

Spot lumineux 12 µm, toujours concentré

Surface de papier mesurée

Source lumineuse :LED blanche

Cubeséparateurdirectionnel

L’analyse de la longueur d’onde et de la forme de la raie spectrale donne l’infor-mation de dis-tance optique.

Spectromètre

Dans le capteur A distance

2 Performances de la triangulation laser par rapport à une mesure d’épaisseur par contact sur du papier carton, du papier d’emballage et trois sortes de papiers d’impression minces

Temps (s)

300

250

200

150

100

50

0

Sac/Kraft

Papier carton

µm

Mesure par contact Triangulation laser

Papier mince 3 Papier

mince 2

Papier mince 1

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0

36 Revue ABB 4/2009


Industries

est détectée par une technique d’in-ductance magnétique spécialement conçue pour offrir une précision et une stabilité exceptionnelles. La diffé-rence entre cette mesure magnétique primaire et la mesure optique donne l’épaisseur du papier.

Le système est aussi équipé d’un capteur magnétique secondaire pour diagnostiquer et compenser l’aligne-ment des têtes, selon trois axes. Cette fonction améliore l’ergonomie et la

mesure d’épaisseur sur un instrument de laboratoire hors ligne.

La figure 5 illustre la réponse du cap-teur2) pour différents échantillons de papiers exigeants (papier impression mince3), supercalandré « SC-A », couché, non couché, carton doublure, papier journal, papier cartonné et brillant calandré) et de Mylar, toujours avec les mêmes constantes d’étalonnage. La remarquable linéarité constatée sur un large éventail d’échantillons signi-fie que la mesure ne nécessite aucun étalonnage en fonction du papier. Le capteur d’ABB est aujourd’hui le seul capable de mesurer l’épaisseur de toutes les sortes de papier à l’aide d’un seul étalonnage !

La technique confocale et sa mesure haute résolution, même dans l ’environnement hostile d’une usine papetière, révolutionnent la profes-sion.

Défis techniquesLa technique confocale n’est pas nou-velle. Son originalité réside dans son aptitude à mesurer avec précision l’épaisseur du papier dans l’environ-nement particulièrement hostile d’un site papetier : chaleur, humidité, pous-sière, défilement très rapide du papier, sans compter les vibrations de la MAP à des amplitudes plusieurs fois supérieures à l’épaisseur effective de la feuille.

L’une des principales difficultés était de stabiliser la feuille de papier en mouvement pendant la mesure de la « distance de référence » entre les têtes supérieure et inférieure du capteur, positionnées face à face, au-dessus et en-dessous de la feuille, à 10 mm l’une de l’autre.

Distance de référence et stabilisation de la feuilleLa mesure précise de cette distance est tout aussi importante que la mesure optique. Une vue en coupe des deux têtes du capteur est présen-tée en 6 . La distance de référence entre les têtes supérieure et inférieure

et les conditions de laboratoire, même dans le cas de feuilles ayant une topo-graphie de surface prononcée. Il simule la légère compression des crê-tes qui serait observée lors de la

Notes2) L’essai, réalisé en laboratoire, peut ne pas tenir

compte de toutes les perturbations susceptibles de

se produire en production. 3) Les résultats obtenus sur papier mince étaient

supérieurs à la normale parce que chacune des

fibres multifilaments dépassait les limites de la

feuille.

Le profil aérodynamique du capteur minimise l’accumulation de poussière dans les chambres sous vide, même après six mois de fonctionne-ment en continu.

ABB QCS (Quality Control System) est une entreprise de l’Ohio plus que cin-quantenaire. L’une de ses grandes inno-vations technologiques fut un capteur de grammage du papier, première applica-tion commerciale de la radioactivité. Depuis, l’entreprise n’a pas cessé d’inno-ver dans le domaine de la mesure du papier et du contrôle de la production papetière.Aujourd’hui, ABB QCS assiste les pape-tiers dans les opérations de détection et de contrôle des procédés de fabrication. Ses principaux produits sont des cap-teurs (grammage, humidité, orientation des fibres, charges, couchage . . . , tous montés sur un cadre de balayage en acier), des logiciels de régulation perfec-tionnés et des actionneurs.

Encadré ABB QCS : une longue expérience du contrôle qualité papetier

5 Mesures du capteur confocal pour différen-tes sortes de papier et épaisseurs, avec un même étalonnage

Capteur de laboratoire (µm)

Cap

teur

opt

ique

à d

oubl

e fa

ce d

e co

ntac

t (µ

m)

0 500 1000 1500 2000

1800

1600

1400

1200

1000

800

600

400

200

0

Papier mince

Y = 0,987 x - 2,345R2 = 1000

Epaisseur (moy.) Mylar double 758 µm Mylar triple 1120 µm Echantillons de papier (épaisseur maxi) Linéarité (épaisseur moy.)

6 Vue en coupe simplifiée du capteur

a Fibre optique vers processeur distantb Air régulé en températurec Cône lumineux chromatiqued Entretoise céramiquee Stabilisateur de feuillef Vide externeg Vide interneh Lentilles (sonde optique)i Purge d’airj Bobine de détection ferrite coaxialek Cible ferritel Cible optique

a

b

cd

e f g l

h

i

j

k

37Revue ABB 4/2009


Industries

1 700 m/min. Cette application peut s’avérer problématique pour la mesure par contact car elle entraîne occasion-nellement des dépôts sur les capteurs, d’autres contraintes mécaniques ris-quant de dégrader la mesure, ou encore des difficultés de manutention de la feuille. Installé en décembre 2008, ce capteur optique est utilisé en production depuis janvier 2009. Et dès février, il servait au contrôle d’épais-seur en continu dans le sens travers ! Depuis, le client indique une amélio-ration du bobinage et une réduction des écarts de profil. En outre, le cap-teur se contente de peu de mainte-nance : la plaque du stabilisateur de feuille est nettoyée périodiquement, seulement à titre préventif.

Le graphique 7 compare les perfor-mances en ligne du capteur optique à celles du capteur à contact ; dans cet exemple, l’écart de profil entre mesure optique et mesure par contact

La plaque du stabilisateur est compo-sée d’une céramique extra-lisse et de matériaux durs pour éviter l’accumula-tion de dépôts et le marquage des feuilles tout en garantissant une excel-lente résistance à l’usure. De vastes zones sous vide sont prévues pour éviter les surépaisseurs de charges et de produits d’enduction, et réduire ainsi la fréquence des nettoyages, voire les éliminer.

VerdictLes premiers essais effectués sur une MAP ont donné des résultats excep-tionnels (écarts de mesure inférieurs à ±1 µm), équivalents de ceux obtenus avec le capteur à contact installé en parallèle. Leur variabilité était en outre infime.

La première installation permanente de ce capteur eut lieu sur une grosse machine à papier journal 100 % recy-clé, produisant une laize de 9,3 m à

robustesse du montage mécanique, et augmente la précision du profil au moyen d’une correction d’erreur rési-duelle multiaxiale.

Dans toute mesure optique d’épais-seur, il faut aussi que la feuille soit positionnée avec précision et aplanie. Cette double contrainte est satisfaite par un stabilisateur de feuille situé dans l’une des têtes du capteur. Ce stabilisateur comporte une cible en ferrite pour la mesure de distance magnétique et une cible optique vers laquelle est orienté le système optique [4]. La stabilisation s’effectue au moyen d’un très léger vide qui lisse le papier en douceur et élimine les plis dans la zone de mesure optique, sans marquer ni encrasser la feuille. Ce capteur d’épaisseur optique est donc compatible avec les qualités de papier les plus difficiles (papier jour-nal, couché, super calandré et 100 % recyclé).

Par leur capacité à optimiser la qualité du produit fini en exploitantles informations du process, les cadres de balayage Network Platform d’ABB sont les plus performants de l’industrie.

7 Performances en production sur un papier journal 100 % recyclé

Position sens travers (mm)

0 2000 4000 6000 8000 10000

3

2

1

0

-1

-2

-3

Eca

rt d

e pr

ofil

moy

en (µ

m)

Mesure optique Mesure par contact

8 Performances en laboratoire sur un papier journal 100 % recyclé

Position sens travers (mm)

5,0

2,5

0,0

-2,5

-5,0

Eca

rt d

e pr

ofil

(µm

)

Mesure optique Mesure en laboratoire

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

9 Données de production : les coûts de non-qualité dus aux erreurs de mesure ont diminué de plus de 50 % depuis que le client utilise le capteur optique d’ABB pour mesurer et contrôler son procédé.

2008/2009

Mai Juin Juil Août Sep Oct Nov Déc Jan Fév Mars Avr

Coût du profil Passage à la mesured'épaisseur optique

38 Revue ABB 4/2009


Industries

Plate-forme de mesure en ligne NP1200 d’ABB équipée du nouveau capteur d’épaisseur optique

ne dépasse pas 0,5 µm. L’écart de mesure, dans les conditions de labora-toire du client, s’est aussi beaucoup amélioré : en 8 , il est inférieur à ±1 µm.

Avantages clientLes avantages de cette technique de mesure sont clairement mis en évi-dence à l’aide des données de pro-duction d’un client papetier utilisant l’un des premiers capteurs d’épaisseur optiques. Les courbes en 9 révèlent une réduction de 55 % des coûts résul-tant de la non-qualité due à une mesure d’épaisseur erronée, avec

d’importantes économies de matières premières, d’énergie et de produits chimiques.

La mesure d’épaisseur optique ABB contrôle au micron près la qualité de plusieurs sortes de papier produites sur une même machine ; elle est en outre insensible aux variations de pression de calandre, de vitesse et de tension de bande sens travers.

Le papetier Stora Enso à Eilenburg, dans le Land de Saxe (Allemagne), se dit « très satisfait » du capteur optique d’ABB qu’il utilise en association avec

un contrôle d’épaisseur sens travers. Il se félicite de ne constater « aucun problème sur les bords du papier ni aucune chute au niveau de la bobi-neuse ».

Rambod Naimohasses

Anthony Byatt

Centre d’excellence

ABB Pulp and Paper QCS

Dundalk (Irlande)

[email protected]

[email protected]

Bibliographie

[1] Nakano, R., « Non contacting caliper measurements (Laser caliper sensor) », 11th paper manufacturing technical seminar, Japon, TAPPI, vol. 60, n° 2, p. 169–175, 2008.

[2] Sung Y. J., Ham C. H., Kwon O., Lee H. L., Keller D. S., « Application of Thickness and apparent density mapping by laser profilometry », 13th Fundamental Research

Symposium, Cambridge, p. 961–1007, septembre 2005.

[3] Holik, H., Handbook of paper and board, p. 409, ISBN 3527309977, 2006.

[4] Demandes de brevet n° 20090059244, 20090056156 et 20090059232, déposées aux Etats-Unis sous le titre Web Measurement Device, USPTO, 5 mars 2009.

39Revue ABB 4/2009

Industries

Portrait-robotd’un petit prodigeABB présente son nouveau robot IRB 120 et son armoire de commande IRC5 CompactPierre Mikaelsson, Mark Curtis

Nombreux sont les industriels à utiliser des robots pour améliorer la productivité, la fiabilité et la sécurité des opérations d’assemblage, de manipulation et de transfert de produits au sein des usines. Capables de répéter des heures durant les mêmes tâches en ambiances souvent dangereuses, les robots garantissent des pro-duits plus uniformes et contribuent à la sécurité du personnel.

L’IRB 120, dernier-né des robots ABB, est la solution idéale pour une multitude de tâches, notamment la manipulation et l’assem-blage de petits composants fragiles. Compact, sa capacité de charge maximale est de 3 kg.

ABB, un des leaders mondiaux de la robotique industrielle, joue un rôle capital dans la diffusion de cette technologie au sein de l’industrie manufacturière.

40 Revue ABB 4/2009

Portrait-robot d’un petit prodige

Industries

des lignes de production automatisées et réduisent la surface au sol des équipe-ments de production 1 . Ins-tallés en hauteur, ces robots peuvent atteindre des pièces situées à 112 mm sous leur embase et travailler dans des espaces exigus grâce à leur poignet étroit, leurs surfaces lisses et faciles à nettoyer, et leurs câbles intégrés dans le bras. Ces particularités en font également la solution idéale pour les applications en ambiances propres.

Avec sa structure légère mais robuste en aluminium et ses petits moteurs puissants, l’IRB 120 ne pèse que 25 kg

2 , ce qui explique ses accélérations rapides et précises. En fait, ce poids plume possède tous les traits tradi-tionnels des robots ABB, y compris les meilleures performances du marché en termes de suivi de trajectoire et de commande d’axes. Ces atouts garan-tissent aux industriels une qualité élevée et constante des produits fabriqués.

Avec sa structure légère mais robuste en aluminium et ses petits moteurs puissants, l’IRB 120 ne pèse que 25 kg.

Armoire de commande IRC5 Compact La rapidité, la régularité et la précision des mouvements de l’IRB 120 sont le fait de la nouvelle armoire de com-mande IRC5 Compact également légère (27,5 kg) et benjamine d’une longue lignée de systèmes de com-mande ABB 3 . Utilisant le langage RAPID de programmation des robots ABB, l’asservissement des axes est exceptionnel. De plus, le programme peut être affiché et exécuté soit avec l’interface homme-machine (IHM) FlexPendantTM à multifenêtrage Encadré 2 , partie intégrante de l’IRC5 Compact, soit avec un PC. L’armoire de commande gère des programmes structurés, parle le jargon de chaque industriel et maîtrise de nombreuses

dans un encombrement beaucoup plus réduit. Son bras polyarticulé peut atteindre des pièces à 580 mm, soit l’équivalent de la portée d’un bras humain. Comme tous les robots ABB, l’IRB 120 est un robot 6 axes particuliè-rement agile Encadré 1 qui, grâce à son rayon de rotation compact (du fait de sa symétrie avec le bras étendu à la verticale), peut être monté au plus près des autres équipements. Ses dif-férentes possibilités de montage ren-forcent la souplesse de conception

Dans beaucoup de sec-teurs d’activité – phar-

macie, médecine, énergie solaire, électronique (infor-matique, communication et grand public), agroalimen-taire et recherche – l’assem-blage et la manipulation de produits font appel à une main-d’œuvre abondante soumise à des cadences de production souvent élevées. Les tâches pénibles ou répé-titives sont sources de fatigue pouvant donner lieu à des goulots d’étranglement sur la chaîne de production et des troubles musculo-squeletti-ques ou autres problèmes de santé du personnel. Par ailleurs, dans des pays comme le Japon où la démographie recule, la baisse de la population active devrait faire grimper les coûts de main-d’œuvre et, le cas échéant, réduire les capacités manufacturières.

Après avoir consulté plus de 50 inté-grateurs de systèmes, partenaires et clients à travers le monde, ABB conclut que le marché nécessitait un robot abordable, compact, adroit et léger. Le Groupe a donc développé son robot IRB 120 pour automatiser la fabrication de petits produits multi-composants. Sa précision et sa poly-valence garantissent la constance de qualité et l’homogénéité des produits tout en réduisant les coûts de produc-tion, alors que sa flexibilité permet d’adapter rapidement les capacités de production aux fluctuations de la demande.

Les différentes possibilités de montage de l’IRB 120 renforcent la souplesse de conception des lignes de production automatisées et réduisent la surface au sol des équipements de production.

Un air de familleL’IRB 120, plus petit robot de la famille ABB, intègre toutes les fonc-tionnalités de la gamme complète

2 L’IRB 120 ne pèse que 25 kg.

1 Différentes positions de montage de l’IRB 120 : au plafond (gauche) et au mur (droite)

41Revue ABB 4/2009

Portrait-robot d’un petit prodige

Industries

ser rapidement les défauts de fonc-tionnement et de connaître l’état du robot sur toute sa durée de vie. L’offre de services comprend notamment de nouvelles prestations comme la ges-tion des sauvegardes des programmes, l’édition de rapports et la maintenance proactive.

Développée initialement pour le nou-vel IRB 120, l’IRC5 Compact servira, dès 2010, à la commande d’autres petits robots ABB.

L’IRB 120 peut également être pro-grammé hors ligne avec le logiciel RobotStudioTM d’ABB qui permet à l’industriel de simuler une cellule de fabrication pour trouver la position optimale du robot et éviter les coû-teux arrêts et retards de production.

L’IRB 120 avec son armoire de commande IRC5 Compact, ses câbles et son FlexPendant pèsent moins de 60 kg, un véritable concentré de performances.

ABB capitalise de longues années d’expérience en automatisation et robotisation des procédés industriels. Réduction des temps de cycle, constance de qualité et flexibilité constituent le triptyque de la réussite de nombreux industriels. L’IRB 120 et l’IRC5 Compact sont les dignes héri-tiers d’une dynastie. Ils complètent à merveille les solutions ABB d’automa-tisation des tâches d’assemblage et de manipulation de petits composants et produits complexes.

Pierre Mikaelsson

ABB Robotics

Shanghai (Chine)

[email protected]

Mark Curtis

Revue ABB

Zurich (Suisse)

[email protected]

tion supplémentaire sur la nouvelle version compacte. Encore mieux, ils bénéficieront de tous les avantages de la gamme des IRC5, notamment la palette complète de services person-nalisés et la disponibilité de pièces détachées de qualité aux quatre coins du monde.

La rapidité, la régularité et la précision des mouve-ments de l’IRB 120 sont le fait de la nouvelle armoire de commande IRC5 Compact.

L’IRB 120 avec son armoire de com-mande IRC5 Compact, ses câbles et son FlexPendant, pèsent moins de 60 kg, un véritable concentré de per-formances.

La mise en service de la nouvelle IRC5 Compact est très simple avec un câble de puissance monophasé, des connec-teurs externes pour tous les signaux et 16 entrées/16 sorties intégrées qui peuvent être complétées. Citons éga-lement des interfaces pour l’instru-mentation, l’accès à distance au dis-que et des coupleurs réseau. Sa télé-surveillance est également possible via les réseaux de communication standards GSM ou Ethernet. Des dia-gnostics avancés permettent de locali-

applications pointues. En utilisant une modélisation dynamique avancée, l’IRC5 Compact optimise automatique-ment les performances du robot pour les temps de cycle les plus courts et un suivi de trajectoire précis sans aucune intervention du programmeur. Les utilisateurs déjà familiers des fonc-tionnalités des systèmes de commande IRC5 ne nécessiteront aucune forma-

3 Armoire de commande IRC5 Compact

FlexPendant est une interface opérateur

très ergonomique qui simplifie considéra-

blement la commande et la programma-

tion du robot. Véritable ordinateur, il est

totalement indépendant de la charge

de l’armoire de commande. Utilisable

indifféremment par les droitiers et les

gauchers, il dispose d’un écran couleur

tactile convivial et d’un combinateur de

mouvements 3D intuitif. Sa puissance

permet à l’utilisateur de charger ses

applications et de personnaliser les

écrans pour ainsi n’utiliser qu’une seule

IHM. FlexPendant est un vrai polyglotte,

pouvant même dialoguer dans les langues

asiatiques.

Encadré 2 Pupitre de programmation FlexPendant

Le déplacement du robot résulte d’une

combinaison de mouvements autour

de 6 axes différents. Il pivote sur 330 °

autour de son embase (axe 1) alors que

son bras supérieur se déplace d’avant en

arrière (axe 2) et l’avant-bras de haut en

bas (axe 3). Les 3 autres axes correspon-

dent aux mouvements du poignet : le

lacet (axe 4), déplacement dans le plan

horizontal, le tangage (axe 5), déplace-

ment dans le plan vertical, et le roulis

(axe 6) qui permet au poignet de tourner

sur plus de 360 ° dans le sens horaire et

anti-horaire.

Encadré 1 Robot 6 axes

Axe 6

Axe 5-

-

-

-

-

-

+

+

+

+

++

Axe 4

Axe 3

Axe 2

Axe 1

42 Revue ABB 4/2009

Industries

Le robot industriel est parfois perçu comme le prolongement du bras de l’homme pour fabriquer des produits en ambiances dangereuses, répéter inlassablement les mêmes gestes ou accélérer les cadences de produc-tion. Au-delà de cette métaphore, la similitude physique a un aspect prati-que. En effet, dans bien des cas, un robot ne présente d’intérêt que si son bras est suffisamment long pour

Un robot au bras longL’IRB 2600, un bourreau de travail au service de l’industriePer Löwgren

atteindre les différentes faces d’une pièce sans avoir à la retourner ou la repositionner, ou encore pour faire le travail de deux robots aux bras plus courts.

Or, si son rayon d’action doit être important, le robot lui-même doit occuper le moins de place possible, l’idéal étant de le monter en hauteur, au mur ou au plafond.

Avec son long bras fin et ses différen-tes positions de montage, le nouvel IRB 2600 d’ABB a toutes les qualités requises. Il est également le plus rapide, le plus précis et le mieux protégé des robots de 12–20 kg de capacité de charge du marché.

43Revue ABB 4/2009

Un robot au bras long

Industries

l’IRB 2400 (280 au lieu de 380 kg) et le nec plus ultra de la technologie de commande d’axes ABB.

En 1993, ABB proposa la première version de son système de suivi de trajectoire avec les avantages suivants :

Temps de cycleL’IRB 2600 réduit jusqu’à 25 % les temps de cycle par rapport à son pré-décesseur direct, l’IRB 2400, et affiche les accélérations les plus rapides du marché. Son secret ? Une cure d’amai-grissement de 100 kg par rapport à

La famille des robots ABB de 20 kg de capacité de charge compte une

nombreuse descendance ; le tout pre-mier modèle, l’IRB 6, vit le jour il y a 35 ans. L’IRB 2600 représente la qua-trième génération de cette lignée Encadré .

L’étoffe d’un grandL’IRB 2600 est proposé en trois varian-tes 1 : la version de base d’une capa-cité de charge de 12 kg et d’un rayon d’action de 1,65 m, et les modèles de 20 kg de capacité de charge et de 1,65 m et 1,85 m de rayons d’action.

Volume de travail et positions de montageUn robot doit être placé en hauteur, et non plus au sol, pour balayer un volume de travail sous son embase. Celui de l’IRB 2600 est illustré en 2 et les autres positions de montage (ex., au sol, inclinée et inversée1)) en 3 . Outre le gain de place au sol, cette position surélevée présente plusieurs avantages : amélioration des temps de cycle ou de l’ordonnancement des opérations en optimisant la position du robot, ou encore possibilité d’ins-taller plusieurs robots à des hauteurs différentes au sein de la même cellule pour travailler simultanément sur la même pièce.

Version de base IRB 2600-12/1.65

1 Les trois variantes de l’IRB 2600

IRB 2600-20/1.65 d’une capacité de charge de 20 kg (au lieu de 12)

IRB 2600-20/1.85 d’un rayon d’action de 1,85 m (au lieu de 1,65)

Note1) Disponible en option

44 Revue ABB 4/2009


Industries

Dans les ateliers de fonderie où les projections de métal chaud et les agents de démoulage véhiculés par l’eau peuvent endommager le robot, les brides de fixation sont recouvertes d’antirouille, la protection des câbles est renforcée 5 et la structure est traitée à la peinture haute résistance. Pour d’autres environnements, le robot peut être protégé spécialement contre les détergents agressifs, le nettoyage haute pression et les tempé-ratures élevées.

ConnectiquePour commander des outils, des préhenseurs et des équipements de périrobotique complexes, le bras supérieur de l’IRB 2600 intègre une connectique pour les réseaux PROFI-net, Ethernet/IP et DeviceNet, simpli-fiant le câblage et l’interfaçage pour une fiabilité accrue.

Un robot doit être placé en hauteur, et non plus au sol, pour balayer un volume de travail sous son embase.

Interrupteurs de position électroniquesParfois, le volume de travail d’un robot doit être restreint pour des raisons de sécurité ou pour éviter la collision avec d’autres robots ou machines à proximité. En général, on utilise des interrupteurs électro-mécaniques pour limiter la course des axes des robots. Dans le cas de l’IRB 2600, ces interrupteurs sont remplacés par une solution électroni-que de suivi des positions, coordon-née avec la fonction SafeMove3) d’ABB. Aucun réglage mécanique ne devant plus être réalisé sur le robot, sa mise en service est plus rapide et son intégration plus aisée, facilitant également sa configuration, sa modifi-cation, son remplacement et sa main-

important dans de nombreuses appli-cations robotisées. Il s’agit de protéger le robot du milieu ambiant (ex., humi-dité, corrosion ou particules abrasi-ves) ou de protéger les produits sur lesquels il travaille des projections de toutes natures. L’IRB 2600 visant des applications très diverses dans les environnements extrêmes, depuis les ateliers de fonderie jusqu’aux salles blanches de l’industrie électronique en passant par les sites agroalimen-taires, il est proposé avec un large choix de protections adaptées à cha-que cas.

Il est important de souligner que tous les robots IRB 2600 sont protégés IP672) 4 .

Le robot peut être utilisé dans des applications aux trajectoires préci-ses ;

Le robot se programme facilement pour suivre la trajectoire ;

La trajectoire programmée est suivie avec une tolérance étroite, indépen-damment de la vitesse.

L’utilisateur doit simplement préciser la charge à manipuler et le poids du bras. Le suivi de trajectoire haute pré-cision est une invention d’ABB qui illustre son leadership technologique dans l’asservissement des axes des robots. ProtectionLe niveau de protection est un critère

IRB 2600-12/1.65 et IRB 2600-20/1.65

2 Volume de travail de l’IRB 2600

IRB 2600-20/1.85

3 Positions de montage de l’IRB 2600 : au sol a , surélevée b , inclinée c , au mur d et inversée e

a

b

c

ed

Notes2) Indice de classement de l’étanchéité noté IP suivi

de 2 chiffres : le premier désigne la protection

contre les corps solides et le second contre les

liquides. L’indice IP67 signifie que la machine est

totalement protégée des poussières (6) et des

effets de l’immersion jusqu’à 1 m (7).3) Cf. « Des robots et des hommes », Revue ABB 4/2006,

p. 11–14

45Revue ABB 4/2009


Industries

est parfaitement adapté à ce marché avec un volume de travail qui permet de fabriquer les panneaux de 6 x 12 cellules5), son agrément pour salle

situé à 993 mm sous son embase (1 174 mm dans le cas de l’IRB 2600-20/1.85).

Qui plus est, les cycles de manipula-tion des pièces sont souvent un fac-teur important de limitation des cadences et, donc, de la productivité des lignes de moulage par injection. Les accélérations rapides de l’IRB 2600 qui raccourcissent les temps de cycle en font la solution idéale pour cette application.

ManutentionL’une des activités visées par l’IRB 2600 est la fabrication de panneaux solaires. La filière photovoltaïque4) connaît une croissance rapide du fait de la sensi-bilisation aux problèmes d’environne-ment, de la nécessité de réduire les émissions carbonées, des politiques publiques d’incitation, du progrès technologique et des économies d’échelle. L’électricité d’origine solaire progresse vers la parité avec les coûts de production des énergies classiques et plusieurs grandes centrales solaires photovoltaïques sont en projet dans des sites fortement ensoleillés. La demande de panneaux solaires, notam-ment de grandes dimensions, conti-nuera de croître. Le robot IRB 2600

tenance. Autre avantage notable, la fiabilité n’est en rien compromise par rapport à la solution à interrupteurs électromécaniques.

Domaines d’applicationLes applications types de l’IRB 2600 incluent : Service de presses Manutention Soudage à l’arc Applications spéciales

Le suivi de trajectoire haute précision est une invention d’ABB qui illustre son leadership technologique dans l’asservissement des axes des robots.

Service de pressesL’extraction de moules plastiques d’une presse à injection est un bon exemple. En général, le robot est monté en hauteur sur une embase à côté de la machine 6 et se baisse pour extraire la pièce. Son volume de travail doit donc être important ; l’IRB 2600 peut atteindre un point

4 Indice de protection normalisé IP67 : immersion dans l’eau a et exposition aux poussières b . Le robot en b est de couleur orange comme tous les robots illustrés dans cet article, mais complètement recouvert de poussières !

a b

5 Protection des câbles pour les ambiances extrêmes comme les ateliers de fonderie

6 L’IRB 2600 monté en hauteur peut atteindre des points situés très bas sous son embase.

Note4) Pour en savoir plus sur les activités d’ABB dans le secteur du photovoltaïque, lire « Energie lumineuse », p. 22–24. Pour un aperçu plus général sur ABB et l’énergie

solaire, lire « Du nouveau sous le soleil », p. 16–21.5) Avec 6 x 12 cellules types de 125 x 125 mm et leurs interstices, un panneau peut mesurer 810 x 1 580 mm.

46 Revue ABB 4/2009


Industries

pour des applications spéciales, comme : la découpe au jet d’eau la découpe au laser le détourage7)

la dépose de joints8)

l’enlèvement de matière

Pour commander des outils, des préhenseurs et des équipements de périrobotique complexes, le bras supérieur de l’IRB 2600 intègre une connectique pour les réseaux PROFInet, Ethernet/IP et DeviceNet.

Un bon généralisteAvec son volume de travail étendu et son faible encombrement, l’IRB 2600 est le robot généraliste par excellence qui répond aux besoins de nombreux industriels. Ses différentes positions de montage ajoutent à sa flexibilité et à sa compacité. Ses accélérations rapi-des et ses temps de cycle très courts en font un outil de productivité et d’efficacité sur de nombreuses lignes de production. Enfin, les différentes possibilités de protection, de commande et de raccordement offrent des avanta-ges supplémentaires. Il pourrait bien devenir le « bras droit » de nombreux industriels !

Pour en savoir plus sur ABB et la robotique, rendez-

vous sur www.abb.com/robotics.

Per Löwgren

ABB Robotics

Västerås (Suède)

[email protected]

Notes6) Spécifie moins de 100 000 particules supérieures à

0,1 µm par m3 d’air (classe 5) et 1 000 000 de parti-

cules (classe 6).7) Procédé consistant à donner à une pièce son

contour exact en cours d’usinage.8) Colle, mastic ou matériau d’étanchéité

blanche (jusqu’à la classe 56) de l’ISO 14644-15) et sa compacité qui minimise son encombrement au sol. Parmi les autres applications de manutention, citons le secteur agro-alimentaire où le robot peut, par exemple, conditionner des produits de boulangerie industrielle. Dans ce type d’application, il est généralement monté au sol.

Soudage à l’arcLa précision et la répétabilité élevées des axes de l’IRB 2600, de même que ses temps de cycle très courts, sont des qualités qui rendent ce robot par-ticulièrement bien adapté aux applica-tions de soudage à l’arc.

Applications spécialesL’IRB 2600 peut également être utilisé

ASEA, l’une des sociétés à l’origine du

Groupe ABB créé en 1988, lança son robot

IRB 6 en 1974 : une première mondiale avec

ses actionneurs électriques (et non plus

hydrauliques) et sa commande à micro-

processeur ! En fait, il s’agissait de la

première application industrielle d’un micro-

processeur (la puce Intel 8008 qui jouera

un rôle décisif dans la révolution de la micro-

informatique et sera le précurseur direct du

célèbre processeur 8080 quelques années

plus tard). Autre caractéristique remarquable

de l’IRB 6 : sa structure anthropomorphique.

D’une capacité de charge de 6 kg, l’IRB 6

fut utilisé dans des applications très diver-

ses comme la manutention, le soudage et

l’ébavurage.

ASEA, et plus tard ABB, continua de propo-

ser l’IRB 6 jusqu’en 1991 et en fabriqua

près de 7 000 unités.

L’IRB 2600 est la quatrième génération de

robots ABB de 12 à 20 kg de capacité de

charge. Comme son prédécesseur, il

cumule tous les superlatifs : il est le plus

rapide, le plus précis et le mieux protégé

de sa catégorie avec le bras le plus long.

Encadré Quatre générations de robots

1ère génération1974IRB 6

2ème génération1986

IRB 2000


IRB 2400


IRB 2600

47Revue ABB 4/2009

Industries

Une alimentation en énergie fiable et sûre est vitale pour l’industrie. La gestion et la maîtrise de cette fourniture est donc aussi importante que le suivi et le pilotage des autres paramètres clés d’un site. L’intégration d’un système de gestion de l’énergie électrique dans le système de conduite du procédé accroît la productivité et la disponibilité pour se fondre en une seule stratégie de développement, de maintenance et d’exploitation.

ABB a pris la tête du domaine de l’intégration électrique avec sa plate-forme d’automatisation étendue 800xA, primée pour ses performances et sa capacité à rallier les dispositifs électroniques intelligents « IED » (Intelligent Electronic Devices) sous l’égide de la norme CEI 61850 de communication des postes électriques. L’adoption de ce référentiel mondial fondé sur une technologie de pointe diminue les coûts d’installation et de fonctionne-ment tout en dopant la gestion d’actifs industriels.

ABB a équipé 9 des 12 raffineries du groupe pétrolier brésilien Petrobras de solutions intégrées de conduite du procédé et de gestion énergétique 800xA qui lui permettront d’augmenter sa production de 40 % ! Cet article fait le point sur cette démarche d’intégration, qu’illustre la modernisation de la raffinerie REPAR de Petrobras.

Les raffinements de l’intégrationContrôle-commande et gestion énergétique renouent le dialogue CEI 61850 sur 800xA pour améliorer les performances d’une raffinerie Antonio Carvalho, Johan Hansson

48 Revue ABB 4/2009

Les raffinements de l’intégration

Industries

L’« intégration électrique » ne date pas d’aujourd’hui : les appareilla-

ges basse, moyenne et haute tension sont intégrés à la conduite du procédé depuis bien des années. De tout temps, les automatismes du process et la distribution de l’énergie ont relevé de systèmes distincts au sein d’une même usine, les équipements étant couplés par un maquis d’interfaces « en fil à fil » qui, en alourdissant les coûts de câblage et de développe-ment, encombrent la bande passante et sapent l’efficacité économique de la solution. L’avènement des IED commu-niquant sur liaisons série, devenus monnaie courante dans l’industrie et la production d’énergie, a permis d’exploiter bien plus d’informations du système électrique.

L’automatisation des postes électriques s’appuie sur un arsenal protocolaire et normatif, comme la CEI 60870-5-10x, DNP 3.0, Modbus . . . qui se traduit sur le terrain par une multitude d’inter-faces, d’outils de développement, de convertisseurs de protocoles et de passerelles, avec les surcoûts de maté-riel, de maintenance et d’ingénierie qui en découlent. Ce foisonnement donne lieu à des solutions mises en œuvre au coup par coup, projet par projet, voire équipement par équipe-ment. La figure 1 en illustre les conséquences : la multiplication des protocoles de communication série avec les IED et la nécessité d’une interface câblée pour relier contrôle-commande et système électrique.

NormalisationLa publication, en 2004, de la CEI 61850 portant sur les réseaux et systèmes de communication dans les postes électriques, a énormément simplifié l’intégration des IED. En garantissant l’interopérabilité des équipements, la norme se substitue à tous les protocoles de communication des automatismes de postes électri-ques.

Elle s’articule autour d’un modèle vir-tuel complet de l’IED, de ses données et services de communication. Cette modélisation assure la cohérence de tous les types et marques d’IED nor-malisés CEI 61850. L’interopérabilité est renforcée par l’emploi d’un lan-gage commun de description de confi-

1 Conduite de procédé et gestion énergétique : systèmes séparés, reliés par câble

Conduite Vue du procédé

Réseau de gestion Réseau de gestion

Serveur de supervision

Vue des équipements électriques

Passerelle/Convertisseur de protocole

Contrôle-commande

Automatismes Contrôleur

Bus de terrain

Contrôleur Protocole 1 Protocole 3

Protocole 2

IEDE/S locales

ProcédéTurbine, cycle eau + vapeur, commande d’unité, chaudière, FGP

Protection d’alternateurs et de transformateurs, appa-reillages MT/HT, contrôle d’excitation, synchronisation

Armoire de brassage

Réseau de contrôle-commande

Serveur de contrôle-commande

Encadré 1 Correspondance modèle de données/protocole selon CEI 68150

Couche Physique Ethernet avec ordre de priorité (100 Mbit/s)

Couche Liaison Ethernet

MMS

TCP

IP

ApplicationModèle de données (objets, services)

Interfaceabstraite

de services« ACSI »

Interface de pile

Pile

* Echanges événementiels

Communication client-serveur GOOSE* Mesures

échantillonnées

Communication prioritaireen temps réel

La communication CEI 61850

La CEI 61850 utilise la messagerie MMS

(Manufacturing Message Specification) sur

Ethernet TCP/IP. Elle établit une correspon-

dance normalisée entre d’un côté le modèle

de données et les services de communi-

cation, de l’autre la pile protocolaire

(cf. figure) ; c’est la seule opération qui doit

s’adapter aux évolutions des techniques de

transmission et qui, par là-même, pérennise

la communication en cas de nouveaux

développements. Les échanges verticaux

de type client-serveur entre IED et contrôle-

commande s’appuient sur ces corres-

pondances, depuis le modèle de données

(haut de la figure) jusqu’à la pile MMS dans

son intégralité (à gauche). GOOSE et les

valeurs échantillonnées sont des services

de communication temps réel pour les don-

nées prioritaires ; ils s’obtiennent par des

mises en correspondance directes au

niveau de la couche Liaison Ethernet, en

éliminant les traitements intermédiaires.

GOOSE gère les flux horizontaux d’IED à

IED, se substituant aux signaux câblés

traditionnels. Les valeurs échantillonnées

transmettent les mesures de courant et de

tension prioritaires, typiques des applica-

tions haute tension.

49Revue ABB 4/2009


Industries

Encadré 2 La gestion énergétique en question

L’alimentation en fluides et énergies d’un

procédé industriel revêt une importance

cruciale ; il en va de même de sa gestion.

L’activité industrielle est aujourd’hui tribu-

taire de nombreux facteurs (raréfaction des

ressources énergétiques, volatilité des

coûts, montée des contraintes environne-

mentales et réglementaires . . .) qui récla-

ment une gestion plus rationnelle, sobre

et efficace de l’énergie, à l’échelle de la

planète.

Ce que la normalisation appelle aujourd’hui

le « management de l’énergie » concerne

plus particulièrement les filières électro-

intensives : pétrole, gaz, pétrochimie. Dans

bien des régions du monde, l’industrie est

confrontée aux carences et au manque de

fiabilité du service public de fourniture élec-

trique. Il lui faut donc recourir à ses propres

capacités de production et de distribution.

Le management de l’énergie gère cette vul-

nérabilité et vise une énergie durable conci-

liant efficacité, économie, santé, sécurité et

écologie.

Un système de gestion de l’énergie (SGE)

pilote et surveille la production et la distri-

bution électriques. L’une de ses grandes

fonctions est le délestage qui oblige le

réseau à réagir et à équilibrer les transits à

l’aide de manœuvres « réflexes ». Les équi-

pements de protection et de conduite peu-

vent aussi superviser le réseau et, si néces-

saire, ordonner un délestage en fréquence.

Autre mission clé de la gestion énergétique,

la commande des génératrices (dont l’inté-

gration avec la régulation de la turbine et le

contrôle de l’excitation).

La Gestion d’énergie ABB sur 800xA est

une solution de pointe qui répond aux exi-

gences des procédés industriels pour les-

quels le management de l’énergie est déter-

minant en termes de coût et de fiabilité.

Garantie d’extensibilité et d’évolutivité

fonctionnelle

Redondance à tous les niveaux

Prise en charge de nombreux langages

de programmation

Gestion des protocoles de communica-

tion de toutes générations : OPC,

Modbus RTU, Modbus TCP, Profibus DP,

PROFInet, TCP/IP, CEI 60870, DNP3,

CEI 61850 . . .

Haut débit

Support des langages de programmation

automate normalisés CEI 61131-3

Intégration dans le contrôle-commande

de procédé

Intégration dans les systèmes secondai-

res (GPS, centrales météo, départs-

moteurs, GMAO)

Optimisation d’actifs

Sécurité et contrôle d’accès renforcés

guration de poste « SCL » (Standard Configuration Language), en XML Encadré 1 .

CEI 61850 et 800xA d’ABB800xA est le premier système de contrôle-commande du marché à met-tre en œuvre la norme CEI 61850 2 pour la communication tant verticale (pile protocolaire MMS) qu’horizontale (service GOOSE1)).

Dans la pratique, l’intégration verti-cale prend appui sur un serveur OPC2) CEI 61850, qui transfère les données MMS au système 800xA, sous forme de données OPC classiques. 800xA a donc un accès direct à la totalité des mesures (intensité, tension), états, interverrouillages, alarmes et événe-ments horodatés des IED sélectionnés, auxquels il peut aussi envoyer des ordres d’ouverture-fermeture. Toutes les fonctions d’affichage du 800xA (graphiques configurables, vues de conduite, alarmes et listes d’événe-ments, historiques) sont disponibles. Mieux, 800xA peut accéder en lecture/écriture aux paramètres des IED à distance et rapatrier leurs fichiers de perturbographie.

Le volet horizontal de l’intégration est géré par le contrôleur d’automatis-mes AC 800M sur GOOSE. En l’équi-pant d’une interface CEI 61850, on permet la communication horizontale avec tous les IED d’un même réseau CEI 61850, en temps réel, pour exécu-ter un délestage rapide, un ver-rouillage . . . ou récupérer des valeurs analogiques utiles à l’application de contrôle-commande.

En conjuguant flux verticaux et hori-zontaux, le système 800xA d’ABB bénéficie des tout derniers progrès de la communication industrielle pour dialoguer avec les IED, en conformité avec la norme internationale. Cela se

Notes1) Acronyme de Generic Object-Oriented Substation

Event 2) Acronyme de OLE* for Process Control : interface

ouverte de communication industrielle temps réel

entre équipements de contrôle-commande de

marques et de modèles différents.

* Object Linking and Embedding : mécanisme

Microsoft de liaison et d’incorporation d’objets

graphiques dans un document texte, par exemple.

2 Conduite de procédé et gestion énergétique : systèmes intégrés sur 800xA, selon CEI 61850

Salle de conduite

Vues du procédé

Serveur d'aspectsServeur de connexion, dontserveur OPC CEI 61850

Réseau de gestion

Réseau de contrôle-commande

Réseau CEI 61850

Vues des équipements électriques

Intégration verticaleMMS selon CEI 61850

Contrôle-commande

Automatismes

ContrôleurAC 800M

Contrôleur AC 800M avec interface CEI 68150

Bus de terrain

IED

Intégration horizontaleGOOSE selon CEI 61850

ProcédéTurbine, cycle eau + vapeurcommande d’unité, chaudière, FGP…

Protection d’alternateurs et de transformateurs, appareillages MT/HT, contrôle d’excitation, synchronisation

Vp

50 Revue ABB 4/2009


Industries

un poste d’arrivée 230 kV, un poste de distribution à isolation gazeuse 69 kV, 12 postes de procédé et 2 nou-veaux turbo-alternateurs. Le projet, qui a presque triplé la puissance élec-trique fournie à la raffinerie (26 MW à 76 MW), englobe la construction d’une centrale et de 12 nouveaux postes, ainsi que la modernisation des 8 existants.

Le programme de modernisation est gigantesque : outre de nouvelles uni-tés d’hydroraffinage, de cuisson, de désulfuration . . . , Petrobras construit 50 nouveaux postes électriques et en modernise 40 autres pour les mettre en conformité avec la CEI 61850.

Le système 800xA d’ABB convient par-faitement à ces projets d’envergure : plate-forme vedette de l’automatisa-tion d’un large éventail d’industries de transformation, il se singularise par son aptitude à intégrer la conduite de procédé, l’équipement électrique et la sécurité en un seul système.

Cette faculté, parmi d’autres, permet aux exploitants de raffineries de sur-veiller et de piloter leurs opérations à partir d’une seule interface et de gérer à la fois des applications de gestion énergétique et des postes électriques « intelligents », normalisés CEI 61850, au sein du contrôle-commande de procédé.

Les avantages opérationnels et écono-miques de cette intégration système sont légion : optimisation de tous les automatismes et équipements électri-ques, simplification du développe-ment, rationalisation de la mainte-nance, amélioration de l’efficacité énergétique, diminution des investis-sements de départ.

Petrobras projette de maximiser ses opérations, sur tous les plans : exploi-tation, maintenance, formation, opti-misation et contrôle qualité. Le sys-tème 800xA est pourvu des données et ressources nécessaires pour étayer ces améliorations.

Le projet REPARLa raffinerie REPAR est l’une des plus grosses unités de production de Petro-bras dans l’aval pétrolier. Elle est implantée dans l’état de Paraná (au sud du Brésil) qui compte parmi les régions les plus industrialisées et les plus peuplées du pays ; c’est pourquoi REPAR figure au rang des raffineries qui se taillent la part du lion des investissements stratégiques de Petro-bras.

Ce plan de modernisation prévoit l’installation du nouveau SGE assorti de plusieurs postes électriques, dont

traduit par une intégration transpa-rente des équipements de poste électrique, qui autorise à son tour une réelle intégration du contrôle-commande et de la gestion d’énergie, sur un système unique. Principaux avantages : Une seule interface utilisateur garantit la cohérence dans la pré-sentation des informations, l’accès aux données et les procédures d’exploitation, l’ensemble amélio-rant considérablement l’efficacité de l’opérateur.

L’enregistrement et l’archivage des données dans une base commune accélèrent l’analyse des erreurs et la consignation chronologique des événements sur tout le site.

Le coût de possession s’en trouve réduit grâce à la diminution des pièces de rechange et des besoins en formation du personnel, à l’allé-gement des tâches administratives du système et de la documentation.

La gestion des actifs gagne en effi-cacité avec les diagnostics électri-ques et la connexion aux systèmes d’entreprise de rang supérieur, comme la GMAO (gestion de la maintenance assistée par ordina-teur).

Un exemple raffiné : PetrobrasABB a installé un grand nombre de systèmes de gestion d’énergie (SGE) Encadré 2 dans 9 des 12 raffineries déte-nues par Petrobras au Brésil Encadré 3 . Il en a aussi équipé 7 de systèmes de contrôle-commande de procédé.

Il y a trois ans, Petrobras s’est lancé dans un ambitieux programme d’investissements stratégiques pour accroître sa production et améliorer la qualité de ses produits (carburants diesel et essence, au premier chef). Son objectif était double : construire de nouvelles unités de production et moderniser l’existant. En février 2008, Petrobras signe un accord-cadre avec ABB portant sur la fourniture de systèmes de gestion d’énergie et de contrôle-commande. Ce contrat de 61 millions de dollars US couvre la fourniture de matériel, de logiciel et de services techniques, dont une formation spécialisée. Il prévoit la réalisation de quelque 70 projets sur les 9 raffineries déjà équipées par ABB.

La compagnie nationale des pétroles bré-

siliens Petrobras (Petroleo Brasileiro SA),

détenue à plus de 50 % par l’Etat et éta-

blie à Rio de Janeiro, est la plus grosse

capitalisation boursière d’Amérique latine

et le premier groupe industriel implanté

dans l’hémisphère sud. Fondé en 1953,

Petrobras a détenu jusqu’en 1997 le

monopole public du développement des

réserves pétrolières et gazières, du raffi-

nage et de la distribution d’hydrocarbures.

Malgré la libéralisation du secteur, c’est

encore un producteur de pétrole de pre-

mier plan avec plus de 2,5 millions de barils

équivalents par jour, ainsi qu’un important

distributeur de produits pétroliers, égale-

ment propriétaire de raffineries et de navi-

res pétroliers. En amont, Petrobras est

leader mondial du développement des

techniques avancées de production en

eaux profondes et ultra-profondes.

Petrobras est présent dans 27 pays, sur

les marchés de l’exploration, de la pro-

duction, du raffinage, du négoce et du

transport d’hydrocarbures et des produits

dérivés, au Brésil et à l’étranger. Fort de

sa « responsabilité sociale et environne-

mentale », l’énergéticien cumule les

podiums : 4ème rang mondial des compa-

gnies pétrolières nationales, 3ème plus

grosse entreprise du continent américain

et 6ème plus grand groupe mondial, en

valeur marchande.

Encadré 3 Tout d’un géant

Données chiffrées

Valeur marchande (août 2009) 173,59 milliards US$

Stations-services + de 8 000

Effectifs (juin 2009) 75 242

Plates-formes de production 112

Centrales thermiques 10

Raffineries 16

Production moyenne de pétrole et gaz naturel (juin 2009)

2 505 379 barils/j

Investissements (2009-2013) 174,4 milliards US$

Investissements en biocarburants (2009-2013) 2,8 milliards US$

51Revue ABB 4/2009


Industries

Tous bénéficesLes avantages pour Petrobas sont mul-tiples :

Standardisation L’adoption de la CEI 61850 et du système 800xA a permis à Petrobras de standardiser ses configurations de poste, sa logique de conduite, ses bibliothèques de commandes et ses procédures d’exploitation, écourtant les temps de mise en service et de configuration. L’orientation objet de la norme donne lieu à des modèles d’équipement normalisés repérés par des noms au lieu de numéros d’objet/registre et d’index. Grâce à sa confor-mité CEI 61850, 800xA s’est totalement inscrit dans cette logique normative.

conduite équipé de 56 postes opéra-teur 800xA, dont 4 seront réservés à la surveillance des manœuvres électri-ques. L’une des réalisations majeures du projet fut le poste à isolation gazeuse 69 kV, basé sur la gamme d’IED 670 d’ABB et déjà opérationnel.

L’introduction de l’architecture réseau CEI 61850 Encadré 4 donna lieu à de rigoureuses études qui rassemblèrent automaticiens et spécialistes des pos-tes électriques autour d’une même « table de projet ». ABB accompagna ces efforts d’intégration en conseillant les ingénieurs spécialistes des postes sur le bon usage du modèle de don-nées CEI 61850 pour parfaire l’intégra-tion avec le SGE du 800xA.

La raffinerie a adopté la norme CEI 61850 pour la communication entre ses automatismes de postes et le SGE. La plate-forme 800xA d’ABB répondait parfaitement aux exigences du nouveau SGE de REPAR : ce der-nier devait intégrer en une solution unique et centralisée les fonctionnali-tés premières de son prédécesseur (délestages et réglages de la puissance réactive). L’ancien SGE a ainsi vu troquer ses stations Advant pour le système 800xA, tout en conservant ses contrôleurs Advant Master. Les nouveaux postes électriques utilisent d’office le système 800xA 3 .

Ces postes s’appuient sur des contrô-leurs AC 800M redondants, équipés d’interfaces CEI 61850 pour dialoguer avec les IED et de connexions bus de terrain Profibus DP pour se raccorder aux départs-moteurs et variateurs communicants. Le réseau CEI 61850 opère à plusieurs niveaux de tension : poste à isolation gazeuse 69 kV, appa-reillage 13,8 kV, tableaux de distri-bution moyenne tension 2,4 kV et tableaux de distribution 0,48 kV. Le SGE d’ABB gère donc toutes les tensions du système électrique de la raffinerie. L’exploitation du 800xA est facilitée par la bibliothèque de fonc-tions du SGE d’ABB qui bénéficie des 24 ans d’expérience du Groupe dans ce domaine.

A l’achèvement du projet, le système 800xA alignera 16 AC 800M redon-dants, installés dans 10 postes électri-ques s’interfaçant avec 460 IED. Pour exploiter ce nouveau tandem contrôle-commande/gestion d’énergie, REPAR a construit un centre de

3 Synoptique du SGE de REPAR intégré au contrôle-commande existant

Procédé Procédé et équipements Poste de développement

Réseau client/serveur

CS AS IM OPC CEI 61850

AC 800M

Profibus DP

Départs-moteurs Varia-

teurs

Régulateurs de tensionautomatiques

Synch

Modbus RTU

Redresseurs, chargeurs de batteries, services auxiliaires Contrôleurs

AC 400

Modulebus

CEI 61850

MB300

IED IED IEDIED

Réseau de contrôle-commande GPS

EvénementsE/S S800

Advant Connect

IED IED IEDIED

GPS

CEI 61850

52 Revue ABB 4/2009


Industries

L’intégration d’un système numérique et d’un puissant réseau CEI 61850 permet d’utiliser une palette de fonctionnalités propres à améliorer la fiabilité du site : télémaintenance, accès aux diagnostics d’équipements, édition de bilans…

Intégration réussieLa réalisation de ce système intégré de contrôle-commande de procédé et de gestion d’énergie, sur plate-forme 800xA, compte parmi les meilleures innovations 20093) d’ABB. Le programme de modernisation de REPAR, dont l’achèvement est prévu pour 2011, sera suivi d’autres projets en partenariat avec Petrobras. L’intégration du contrôle-commande et de la gestion d’énergie ne fera pas que doper la productivité du groupe pétrolier en optimi-sant ses activités ; elle sera un modèle pour les futurs

projets réalisés dans le monde entier.

Crédits photographiques : raffinerie de REPAR

(Petrobras)

Antonio Carvalho

ABB Process Automation

São Paulo (Brésil)

[email protected]

Johan Hansson

ABB Process Automation

Västerås (Suède)

[email protected]

Note3) Lire « Raffinerie intégrée », p. 7.

tion totale du contrôle-commande et de l’énergie. Variateurs, départs-moteurs intelligents, appareillages moyenne tension et IED de protection et de contrôle-commande furent pilotés par un même système intégré. Les retombées furent directes et tangibles pour REPAR : meilleure visibilité du procédé, possibilité de gestion de l’équipement électrique, progrès de l’interfaçage avec le contrôle-commande, amélioration des procédures d’exploitation.

Fiabilité et disponibilité800xA autorise la mise en œuvre d’un SGE sur une plate-forme de contrôle-commande distribué. Cette intégration confère au site une dispo-nibilité et une fiabilité hors pair. Le projet REPAR fait la part belle à la redondance qui s’applique aux contrôleurs AC 800M, au réseau de contrôle-commande, à l’interface OPC CEI 61850 et à d’autres aménagements pour lesquels 800xA satisfait au cahier des charges de Petrobras. Cette confi-guration et d’autres mécanismes visant à améliorer la disponibilité ont doté REPAR d’un système à même de réduire les arrêts de production intem-pestifs.

Baisse des coûts d’investissementLa mise en œuvre de la CEI 61850 et du SGE du 800xA a simplifié de nom-breuses phases du projet. Les progrès furent notables aux stades de la définition, de la conception et du déve-loppement au sein d’un environnement utilisateur commun, mais aussi dans l’emploi d’Ethernet, d’un seul et unique outil pour l’intégration technique de tous les équipements, dans l’allégement du câblage et l’amélioration des protections avancées avec la messagerie GOOSE pour les échanges directs entre équipements.

Baisse du coût globalParmi les apports les plus bénéfiques à REPAR figurent la gestion optimale du cycle de vie et la baisse du coût global du projet, grâce à l’emploi d’un système péren-nisé par l’interopérabilité CEI 61850. La réutilisation des données de déve-loppement et l’emploi d’un langage de programmation normalisé renfor-cent la puissance de la norme dans la réalisation des projets REPAR et accen-tuent les économies induites par les moindres besoins en formation et en personnel.

L’adoption du 800xA a aussi protégé les investissements passés : le système existant, basé sur les contrôleurs Advant Master, s’est pleinement inté-gré au nouveau contrôle-commande. De plus, le nouveau SGE possède des structures prêtes à recevoir les succes-seurs des automatismes en place.

Intégration du procédé et des équipements d’énergieUn système unifiant automatismes de procédé et installations d’énergie fut utilisé pour regrouper la gestion éner-gétique, l’électrification du process et le contrôle-commande en un seul environnement de conduite installé dans la raffinerie REPAR. Les bénéfices que REPAR avait déjà tirés de son SGE existant (baisse des dépenses énergé-tiques) furent transposés au nouveau système et renforcés par cette intégra-

L’étude menée conjointement par les ingénieurs d’ABB et de

REPAR pour bâtir un réseau CEI 61850 robuste porta sur des choix

de topologie (étoilée ou en boucle, simple ou redondante), de pro-

grammation des IED et du 800xA, et de segmentation du réseau.

Après mûre réflexion, l’architecture retenue fut une boucle simple

pour raccorder les commutateurs de chaque poste électrique et

une étoile entre ces commutateurs et les IED. En amont, une étoile

redondante relie toutes les boucles au serveur OPC CEI 61850

commun et à un poste de développement.

Encadré 4 Architecture de réseau

Serveur OPC CEI 61850

Commutateur CEI 61850

Poste électrique 1 Poste électrique 2 Poste électrique n

Câble blindé (1 Gbit/s) Fibre optique (1 Gbit/s) Fibre optique (100 Mbit/s)

Le respect des délais est une préoccupation quotidienne de la gestion des flottes de paquebots de croisière. La vitesse et la manœuvrabilité étant deux facteurs essentiels de ponctualité des navires, un nombre croissant est équipé du système ABB de propulsion électrique Azipod®.

Autre facteur clé de la réussite des croisiéristes : la fiabilité des systèmes et équipe-ments des navires sur leur cycle de vie complet. En connaissant en permanence et avec précision l’état fonctionnel de leur flotte, ils évitent les « baisses de forme » et les aléas tout en améliorant la rentabilité et les performances à court et long termes.

ABB propose une offre de services innovante et inédite pour aider les opérateurs à exploiter le plein potentiel de leurs investissements. Son nouveau système intégré de surveillance et de diagnostic de l’état fonctionnel de l’appareil propulsif est un outil de maintenance souple et totalement évolutif, aujourd’hui utilisé sur l’un des paquebots de croisière les plus modernes jamais construits, le Celebrity Solstice.

La croisière tient la formeUn système ABB de surveillance et de diagnostic de l’appareil propulsif pourune exploitation plus rentable des navires Jaroslaw Nowak, Sami Kanerva

53Revue ABB 4/2009

Transports

54 Revue ABB 4/2009

La croisière tient la forme

Transports

Papenburg, au nord de l’Allemagne, ce paquebot de croisière était, à l’époque, le plus grand navire jamais construit en Allemagne.

L’efficacité à la barreLe Celebrity Solstice est conçu pour être le navire de croisière affichant le meilleur bilan énergétique du mar-ché. Comparé à d’autres navires, il consomme près de 30 % d’énergie en moins grâce à différentes techno-logies : système photovoltaïque, hydrodynamique optimisée, revête-ment haute performance de la carène et éclairages basse consommation à LED.

L’énergie nécessaire à l’appareil pro-pulsif et au réseau électrique de bord est produite par seulement 4 groupes Diesel principaux au lieu des 5 ou 6 indispensables à d’autres récents géants des mers. Les 4 moteurs Diesel 16V46CR de Wärtsilä, d’une puissance unitaire de 16 800 kW à 514 tr/min, forment une centrale électrique qui produit au total 67 200 kW. Le Cele-brity Solstice est le premier paquebot de croisière de la flotte des Celebrity du croisiériste Royal Caribbean Inter-national à être équipé du système d’injection « common rail » Encadré 1 .

La propulsion est assurée par 2 appa-reils Azipod ABB de type V23, d’une puissance unitaire de 20,5 MW à 137 tr/min. Chaque hélice à 5 pales, d’un diamètre de 5,8 m, est entraînée par un moteur électrique synchrone hexaphasé sans balais, lui-même piloté par 2 variateurs moyenne tension (convertisseurs de fréquence ACS 6000SD à onduleurs à source de tension) de 10,5 MVA chacun Encadré 2 .

Outre l’efficacité énergétique, les concepteurs du navire ont beaucoup travaillé à l’intégration de systèmes de navigation perfectionnés. Le Celebrity

à haute efficacité énergétique. Sa réputation est telle que 50 % des navi-res de croisière construits ces 2 der-nières décennies en sont équipés et qu’un nombre croissant d’autres types de navires sont conçus et construits avec ce système. Il réduit jusqu’à 30 % la consommation de carburant lorsque le navire inclut également un position-nement dynamique (PD)2), système informatique qui se sert des hélices et des propulseurs pour maintenir auto-matiquement la position et le cap du navire.

Pour l’exploitant d’un navire de croisière, la disponibilité du système Azipod est capitale. C’est pourquoi ABB s’active à développer pour ses clients des outils et des services qui établissent en permanence un « bilan de santé » du système et leur fournis-sent des données qui les renseignent au mieux pour optimiser l’exploitation de leur flotte.

La toute dernière solution développée est un système intégré de surveillance et de diagnostic de l’appareil propulsif PCMS (Propulsion Condition Manage-ment System), résultat d’une double stratégie visant à offrir au client le meilleur niveau de service possible à la fois pendant la période de garantie et au-delà. Le PCMS fut développé, pour commencer, comme un système évolutif de surveillance et de diagnos-tic pouvant être raccordé à un nombre illimité de dispositifs existants pour en extraire et analyser des données d’exploitation. Celles-ci fournissent une image en continu des performan-ces du système propulsif. Accessibles à distance, elles permettent à un ingé-nieur ABB de concevoir et de préconi-ser au client des améliorations sur la réactivité et la qualité du système.

Deuxième partie de la stratégie : élaborer une offre de services après expiration de la période de garantie. Différents types de contrats et options sont proposés, depuis le simple dépannage jusqu’à la surveillance en continu en passant par une mainte-nance périodique.

Une version pilote du système PCMS fut mise en place à bord du Celebrity Solstice en octobre 2008. Construit par les chantiers navals Meyer-Werft de

Le temps, c’est de l’argent et dans l’environnement ultraconcurrentiel

actuel, les retards et arrêts sont de moins en moins tolérés. Parer à toute éventualité doit faire partie intégrante des mesures de réduction des risques. Plutôt que de se préparer à réagir aux événements, une entreprise doit tout mettre en œuvre pour rester opéra-tionnelle quoi qu’il advienne. Au-delà d’une simple gestion des risques, il s’agit de concevoir une stratégie qui rapporte au long cours.

Pour les croisiéristes, la tenue des délais est une règle d’or. Pour autant, même si leurs navires et leurs systèmes propul-sifs intègrent le meilleur de la technolo-gie, ils ne sont jamais à l’abri d’une panne ou d’un imprévu. La meilleure stratégie : anticiper la majorité, voire tous les aléas possibles et imaginables.

De nos jours, l’architecte naval doit non seulement renforcer la fiabilité des bâtiments, mais égale-ment améliorer leur effica-cité énergétique et leurs performances tout en réduisant leurs émissions polluantes.

De nos jours, l’architecte naval doit non seulement renforcer la fiabilité des bâtiments, mais également améliorer leur efficacité énergétique et leurs per-formances tout en réduisant leurs émis-sions polluantes. Même si la notion d’« efficacité énergétique » est souvent associée à celle d’« amélioration du ren-dement énergétique », son périmètre est plus étendu et recouvre une mainte-nance pertinente, des réparations bien planifiées et une disponibilité maxi-male des équipements techniques.

Des études récentes du motoriste Wärtsilä1) sur les gisements d’efficacité énergétique dans les navires ont iden-tifié 4 domaines aux forts potentiels : forme des coques, systèmes de pro-pulsion, machines, exploitation et maintenance [1].

La propulsion électrique Azipod® d’ABB est l’exemple parfait de système

Notes1) Constructeur finlandais de gros moteurs Diesel et

essence pour les secteurs de la construction

navale et de la production d’électricité2) Système de contrôle de la position et du cap d’un

navire dont le calculateur reçoit des informations

sur la position et les sollicitations externes mesu-

rées par des capteurs (capteurs de références de

positionnement, anémomètres, capteurs de mou-

vement et gyrocompas). Ce système est très utilisé

par l’industrie pétrolière offshore.

55Revue ABB 4/2009


Transports

tension (BT) et moyenne tension (MT). ABB l’a enrichi de fonctions de diagnostic spécifiques aux applica-tions marines : surveillance des équi-pements de la nacelle (pod) et du réseau de distribution MT. Le système PCMS se distingue des solutions concurrentes par les aspects suivants : Ouverture et évolutivité Simplicité de configuration Traitement de données multisources Périodicité de collecte des données Intelligence fonctionnelle Interface utilisateur

Ouverture et évolutivitéL’Azipod est un système complexe et sophistiqué. Outre la nacelle avec ses différents composants, ses capteurs et son moteur synchrone polyphasé, on y trouve également le système de lubrification des organes de roulement de l’arbre principal et des paliers tournants, le système de direction, un circuit de refroidissement à l’air du moteur, un convertisseur de fré-quence, des transformateurs d’alimen-tation et d’excitation, un réseau de distribution MT avec ses câbles et son appareillage électrique, des généra-teurs et, enfin, le réseau de conduite complet dont les automates (API) de la propulsion principale garantissent le juste équilibre entre les consignes de vitesse reçues de la passerelle et la puissance électrique totale disponi-ble.

Solstice est doté de la toute dernière version du système NAPA Power qui rationalise l’exploitation du navire en optimisant sa route, son profil de vitesse et son mode de propulsion pour chaque parcours. Ce système, basé sur un modèle 3D du navire, s’appuie sur les recherches les plus récentes en hydrodynamique pour déterminer la résistance du navire. Pour estimer avec précision les per-formances du navire, le modèle doit disposer d’une représentation précise de sa centrale de production électri-que et de son système de propulsion, tout en tenant compte de paramètres tels que courants marins, sens du vent, hauteur des vagues et profon-deur d’eau [2].

Surveillance rapprochéeAprès un tel effort pour créer un navire aussi innovant et performant, quoi de plus logique que de le mettre sur écoute avec un système qui sur-veille son comportement, suit l’état fonctionnel de certains composants critiques de la chaîne propulsive et diagnostique les éventuelles anoma-lies. Fournisseur de l’appareil propul-sif, ABB fut également chargé d’instal-ler une version pilote de son récent système PCMS.

Ce dernier est basé sur son célèbre outil de diagnostic DriveMonitorTM, développé pour les variateurs basse

Le mode d’injection du carburant dans les cylindres des moteurs Diesel détermine leur couple de même que leur niveau de consommation, d’émissions polluantes et de bruit. Deux facteurs sont déterminants pour l’efficacité du système : la pression du carburant à l’entrée du cylindre ainsi que la forme et la quantité de carburant injecté.

Un système common rail ou d’injection « directe à rampe commune » dissocie les fonctions de génération de pression et d’injection en accumulant dans un premier temps le carburant sous haute pression dans un accumulateur appelé, précisément, rampe commune pour ensuite l’envoyer à chacun des injecteurs à commande élec-tronique. On dispose ainsi en permanence de pressions d’injection extrêmement élevées qui peuvent, dans certains cas, dépasser 25 000 psi ou 1 724 bar.

Source : http://www.dieselforum.org/,

site consulté en septembre 2009.

Encadré 1 Système d’injection common rail

Le Celebrity Solstice est le premier paque-bot de croisière à être doté de convertis-seurs de fréquence à onduleurs à source de tension pour améliorer son rendement. En effet, alors que le facteur de puissance (cos phi) avoisine 0,75 pour les cyclo-convertisseurs et varie selon le niveau de charge, il est pratiquement constant à 0,95 sur toute la plage de vitesse de fonc-tionnement. A pleine charge, ce cos phi dépasse 0,95, donnant un rendement supérieur à 98,5 % ! Le convertisseur ACS 6000SD utilise des thyristors intégrés commutés par la gâchette (IGCT) comme composants de commutation et la techni-que du contrôle direct de couple DTC (Direct Torque Control), exclusivité ABB, pour piloter le moteur synchrone.

Les moteurs hexaphasés comportent 2 enroulements triphasés ; chaque moteur est normalement piloté par 2 convertis-seurs de fréquence à onduleurs à source de tension. Si l’un d’eux devenait indispo-nible, l’autre est capable à lui seul de pilo-ter le moteur de l’Azipod. Ce haut niveau de redondance et de tolérance aux pannes des entraînements fait que, même en cas de défaillance d’un des 4 convertisseurs de fréquence, le navire conserve 75 % de sa puissance propulsive.

Encadré 2 Onduleurs à source de tension et propulsion marine

56 Revue ABB 4/2009


Transports

nées seules ne suffisent pas à suivre ses performances globales. C’est pour-quoi le PCMS collecte également des informations de plusieurs autres systè-mes non fournis par ABB. Pour gérer les différents formats de données, il utilise le standard OPC3).

En principe, le PCMS est une applica-tion cliente des serveurs OPC DA (données temps réel) et OPC A&E (alarmes et événements) ; il peut donc lire les mesures sous forme de don-nées numériques et importer des signaux de types alarme et événe-ment. Certains dispositifs tiers ne sont pas compatibles OPC ; dans ce cas, des serveurs OPC spécialement déve-loppés par ABB sont nécessaires pour lire leurs données. Exemple : un dis-positif de surveillance vibratoire, situé dans la nacelle, collecte et traite les données de vibration des organes de roulement de l’arbre principal. Les données d’état du roulement sont envoyées au système de commande de l’Azipod par une sortie relais. En parallèle, les mesures vibratoires brutes avec leurs spectres et certains indicateurs calculés sont envoyés par la nacelle au système PCMS via une liaison sans fil d’un des boîtiers Drive-Monitor.

L’exemple suivant concerne les systè-mes de navigation de la passerelle. Pour collecter des informations sur la vitesse du navire, sa route, son assiette, sa gîte et l’état de la mer, un serveur OPC est interfacé avec le protocole de l’association NMEA4). Il est implanté dans un des boîtiers DriveMonitor et raccordé aux systè-mes de navigation par une liaison série directe. Il convertit les trames NMEA en balises OPC avec des valeurs récentes.

Des travaux sont en cours pour déve-lopper un serveur OPC spécifique aux relais de protection et capable de transférer les enregistrements transi-

propulsif. Toutes les données qui en sont issues sont traitées dans un seul boîtier DriveMonitor. Un troisième PC, situé dans le principal local de conduite du réseau électrique et dési-gné serveur PCMS, stocke et affiche toutes les mesures envoyées par la nacelle. Du point de vue des perfor-mances du système, cette structure est simple à configurer pour gérer et équilibrer différentes charges lorsque le système doit être modifié.

Le PCMS est basé sur le célèbre outil de diagnostic DriveMonitorTM, développé pour les variateurs basse tension et moyenne tension. ABB l’a enrichi de fonctions de diagnostic spécifiques aux applica-tions marines.

Traitement de données multisourcesLe système Azipod compte un grand nombre de dispositifs dont certains communiquent selon des protocoles industriels alors que d’autres sont tout simplement câblés avec les valeurs de mesure et de consigne données sous forme de niveaux d’intensité et de tension. Même si l’Azipod est une pièce maîtresse du navire, ses don-

Les principales liaisons de données entre le système PCMS et les compo-sants de l’Azipod sont illustrées en 1 . Le système peut être relié au réseau de conduite ou disposer de liaisons spécialisées avec des dispositifs parti-culiers. Ainsi, le PCMS accède, via le réseau de conduite (trait vert en 1 ) aux données fournies par le contrô-leur de l’interface de l’Azipod et par les relais de protection du réseau de distribution MT, ainsi qu’aux signaux traités par la commande de la propul-sion principale. Une liaison optique DDCS (Distributed Drive Communica-tion System) entre le PCMS et les convertisseurs de fréquence (trait bleu) sert à transmettre les change-ments de paramétrage ainsi que les listes de défauts, d’événements et d’alarmes générées par les convertis-seurs.

La connexion avec les dispositifs de surveillance ou les systèmes de navi-gation d’autres fabrications s’effectue avec une couche logicielle et maté-rielle spécialement développée.

Simplicité de configurationLa collecte, le traitement et le sto-ckage des données s’effectuent au moyen d’une structure distribuée sim-ple mais souple et « masquée ». Chaque Azipod intègre un PC DriveMonitor robuste et compact monté dans l’armoire de commande de l’appareil

Notes3) Acronyme de OLE for Process Control : interface

ouverte de communication industrielle temps réel

entre équipements de contrôle-commande de

marques et de modèles différents.4) National Marine Electronics Association : édicte des

standards pour la communication des instruments

de marine.

1 Synoptique d’équipements surveillés par un système PCMS

Rés

eau

de c

ondu

ite

Réseau d’automatismes

Rés

eau

de c

ondu

ite

Réseau d’automatismes

Dispositifs de surveillance et de diagnostic

PC PORTSIDE DriveMonitor

Composants du système PCMS

Serveur PCMS

PC STARBOARD DriveMonitor

Convertisseurs de fréquence

API

API

API

Postesopérateurs

57Revue ABB 4/2009


Transports

mutaux, puissances propulsives et vitesses de rotation de l’arbre).

Le système PCMS installé à bord du Celebrity Solstice intègre également une solution de surveillance du réseau de distribution MT. Le principal compo-sant de chaque pôle d’un appareil est un relais de protection intelligent raccordé via SPA à une passerelle PROFIBUS et à un automate AC800M. Cette solution permet au PCMS de définir et de surveiller des indicateurs clés de rendement comme la réparti-tion totale de puissance entre les groupes électrogènes, la charge de chaque groupe et le rapport entre énergie produite et énergie consom-mée.

Interface utilisateurLa principale interface utilisateur du PCMS se trouve dans la salle de commande des machines du navire. La quantité de données affichées et leur mode d’affichage varient selon le type d’utilisateur qui, dans la plupart des cas, fait partie du personnel d’exploitation ou de maintenance. Les ingénieurs de maintenance peuvent prendre le contrôle du système à distance, ce qui est indispensable lorsqu’il faut un diagnostic rapide et précis.

L’interface signale des alarmes et des événements sur les principaux compo-sants du système Azipod. Les événe-ments peuvent être accompagnés d’informations supplémentaires sur leur origine probable ou de conseils pour remédier au problème ; on y trouve également des liens avec des

sont nécessaires pour acquérir ces informations, ce que le système PCMS est capable de faire, d’une part, avec ses fonctions de mesures vibratoires BeAM (Bearing Asset Monitor) à la fréquence d’échantillonnage de 41 kHz et, d’autre part, avec ses fonctions de comptage des particules métalliques contenues dans l’huile, toutes les 30 minutes.

Intelligence fonctionnelleC’est l’utilisateur qui définit les mesu-res brutes que le PCMS doit collecter et leur mode de traitement (équations ou formules). Ainsi, par exemple, toutes les heures, le système vérifie si l’angle azimutal et la vitesse de rotation de l’arbre se situent dans une plage donnée. Le cas échéant, le PCMS contrôle la date et l’heure des dernières valeurs de vibration mesu-rées et stockées. Si elles sont antérieu-res à 24 heures, le BeAM est activé pour échantillonner les données de vibration pendant 6 secondes à haute fréquence. Cet échantillon est alors traité par les algorithmes de diagnostic du PCMS pour relever la présence de transitoires d’ondes de choc qui sont un signe précurseur d’un défaut de roulement. Répétons-le, cette procé-dure complète n’intervient qu’une seule fois par jour pour autant que les valeurs d’angle et de vitesse restent dans la plage spécifiée.

Une autre fonction de diagnostic cal-cule les profils opérationnels. Pour encore accroître la fiabilité, le PCMS calcule en continu le temps total de fonctionnement de l’Azipod aux diffé-rents régimes de charge (angles azi-

toires qui s’apparentent à des instanta-nés de transitoires électriques (ten-sions et courants de phase) et consti-tuent une source précieuse d’informa-tions pour un système PCMS qui cher-che à identifier l’origine d’un pro-blème.

La souplesse du système PCMS d’ABB autorise différents intervalles de collecte des données en fonction des spécificités du navire.

Périodicité de collecte des données La vitesse de dégradation d’un compo-sant ou de propagation d’un défaut varie d’un équipement à l’autre. La périodicité de collecte des données est donc parfois fonction des proprié-tés physiques de l’équipement en question. En effet, une surveillance à intervalles très rapprochés de tous les équipements n’est pas forcément synonyme de précision de la mesure pour une meilleure détection. La sou-plesse du système PCMS d’ABB auto-rise différents intervalles de collecte des données en fonction des spécifici-tés du navire. Prenons, par exemple, ses organes de roulement : pour connaître avec précision leur état, l’opérateur doit disposer en continu d’informations à la fois sur le niveau des vibrations imposées aux roule-ments de l’arbre principal et sur le nombre de particules métalliques dans l’huile de lubrification des roule-ments. Deux techniques distinctes

2 Liste des alarmes et événements avec un exemple de défaut du conver-tisseur de fréquence survenu au cours des essais de mise en service

3 Enregistrement d’un défaut de l’entraînement

58 Revue ABB 4/2009


Transports

diagnostic avec, en ligne de mire, des gains de productivité.

L’équipe de développement du PCMS a cherché à améliorer les performan-ces techniques du système et à élabo-rer une offre de services innovante. Le but ultime est de disposer d’un système de surveillance de tous les équipements critiques d’un navire pour maîtriser les performances et suivre le cycle de vie d’une flotte complète.

Jaroslaw Nowak

ABB Sp. z o.o.

Cracovie (Pologne)

[email protected]

Sami Kanerva

ABB Oy

Helsinki (Finlande)

[email protected]

Bibliographie

[1] Wärtsilä, Boosting Energy Efficiency, 2008.

http://www.wartsila.com, site consulté en septem-

bre 2009.

[2] Segercrantz, H., « Celebrity Solstice boosts energy

efficient technologies », dans Cruise Business

Review, 3/2008, p. 40–51, http://www.cruisebusi-

ness.com/images/cruise_old/20081217/cbr-3-

2008-s-28-51.pdf, site consulté en septembre

2009.

tiquement éditer des rapports conte-nant un sous-ensemble sélectionné de données enregistrées au cours d’une période spécifique. Ces rapports sont conçus pour inclure des informations générales sur les performances du système Azipod, comme les défauts critiques et l’état réel des principaux composants.

Cap sur l’avenirLe PCMS est le premier système intégré de surveillance et de diagnostic des navires avec des fonctions aussi complètes qu’évolutives. Pour autant, il ne s’agit véritablement que d’une amorce si l’on songe au nombre crois-sant de composants et de systèmes qui seront, tôt ou tard, dotés de fonc-tions intelligentes et automatiques de

journaux et des signaux appartenant au même groupe d’équipements sur-veillés et collectés au fil de l’eau 2 et 3 . En regroupant des informations multisources et en les affichant sur un même écran, on ajoute de la valeur au processus de localisation des défauts. Différentes courbes de tendance de signaux de valeurs à la fois mesurées et calculées et provenant de l’hélice de l’arbre principal et du palier de butée sont illustrées en 4 . Des vues spéciales simplifient l’analyse des données complexes. Les copies d’écran en 5 et 6 montrent comment un spectre vibratoire peut être géré en utilisant des curseurs d’harmoniques et de bandes latérales ou des graphi-ques en cascade (waterfall). Le système PCMS d’ABB peut automa-

4 Exemples de signaux liés aux roulements de l’arbre principal (%) : comptage des particules métalliques, valeurs efficaces haute fréquence, courbe de tendance du facteur de crête

5 Spectre d’accélération des mesures vibratoires

6 Graphiques en cascade (waterfall) des spectres vibratoires

59Revue ABB 4/2009

Transports

Au fil des ans, le système ABB de propulsion Azipod®, réputé pour sa manœuvrabilité, sa réactivité, ses vites-ses de croisière élevées, sa souplesse d’exploitation et son confort, a prouvé son utilité dans le secteur mari-time. Leader de la propulsion en nacelle (ou pod), il accroît les rendements propulsifs, réduit les émissions polluantes, raccourcit les délais de construction et amé-liore la forme des navires. En une vingtaine d’années, il s’est progressivement imposé sur le marché des luxueux paquebots de croisière et des brise-glaces.Pouvait-on encore améliorer ses performances ?

Pour répondre à cette question, ABB s’est rapproché des utilisateurs du système et a élaboré, en 2006, un programme complet de développement d’une nouvelle génération Azipod qui tient compte de leurs commentai-res. Au-delà des aspects techniques, plusieurs éléments devaient être améliorés : sécurité, maintenabilité, fiabi-lité, fabrication, interface homme-machine, coût global, écobilan, conception, etc.

Nous décrivons ici le projet de développement et les innovations du nouveau système Azipod® XO mis sur le marché en septembre 2009.

Puissance propulsiveL’Azipod® XO inaugure la deuxième génération de systèmes de propulsion marine d’ABB Lauri Tiainen, Antti Lehtela

60 Revue ABB 4/2009

Puissance propulsive

Transports

développement et les solutions inno-vantes imaginées sont décrits ci-après.

Des experts de tous bordsAlors même que l’équipe de R&D ne compt ait que 15 membres, près d’une centaine d’intervenants de 15 nationalités différentes prirent part au sous-projet : clients, constructeurs navals, armateurs, équipementiers, laboratoires de recherche, universités, consultants, designers, etc.

Une dizaine de clients d’un large panel d’entreprises du monde entier furent conviés à donner leur avis sur le système, ses fonctionnalités et leurs besoins. Ces échanges débouchèrent sur de nombreuses idées nouvelles pour des solutions techniques au développement influencé par les clients. Au final, les solutions retenues répondent aux intérêts de toutes les parties prenantes : clients, ABB et sous-traitants.

Un système propulsif associe des équipements mécaniques et électriques à des technologies modernes de communi-cation et exploite les qualités hydrodynamiques du navire pour optimiser son rendement propulsif et sa manœuvrabilité.

Le croisiériste Royal Caribbean Crui-ses, utilisateur de longue date de la propulsion en nacelle, fut un des clients qui participa activement au processus. Son retour d’expérience, sa bonne connaissance des systèmes Azipod existants et son attitude très positive lors des séances de « remue-méninges » ont débouché sur de véri-tables innovations. Certaines idées qui, au départ, semblaient pleines de promesses pour ABB n’étaient pas toujours plébiscitées par les clients. Leurs réactions et commentaires ont donc aidé l’équipe de projet à focali-ser ses efforts sur les fonctionnalités véritablement utiles aux clients.

En phase de conception, les améliora-tions qui simplifient la tâche et renfor-

Simplifier, maîtriser et alléger le coût des adaptations par la modula-risation ;

Faciliter le montage et raccourcir les temps d’assemblage à bord ;

Réduire les délais d’étude et les temps de conception de chaque projet ;

Minimiser les temps et coûts de fabrication ;

Améliorer la sécurité du système ; Diminuer la consommation de car-burant et les émissions polluantes pour minimiser l’impact sur l’envi-ronnement.

Un système qui, à la fois, fournit la puissance propulsive et sert d’appareil à gouverner, est d’une grande utilité à bord d’un navire. S’il lui permet, bien évidemment, d’arriver à bon port, il joue également un rôle clé en matière de sécurité. Il associe des équipe-ments mécaniques et électriques à des technologies modernes de communi-cation et exploite les qualités hydro-dynamiques du navire pour optimiser son rendement propulsif et sa manœuvrabilité.

Chacun des acteurs du marché – armateurs, pouvoirs publics et chan-tiers navals – a ses propres contraintes et exigences. Ainsi, les constructeurs navals veulent un système facile à ins-taller et rapide à mettre en service. Pour satisfaire les besoins de chacun, une démarche de conception globale a été retenue en divisant le projet en 7 sous-projets : Gamme de modules de propulsion Gestion des risques et de la fiabilité

Gamme d’appareils à gouverner électriques modulaires

Gamme de sous-ensembles modu-laires

Système de surveillance et de dia-gnostic

Interface intelligente de manœuvre Développement de règles de dimen-sionnement

Le sous-projet « gamme de modules de propulsion » était le plus lourd et le plus complexe à gérer car il concer-nait le principal élément physique de l’Azipod, à savoir la nacelle immergée avec le moteur électrique, les organes de roulement, les garnitures d’étan-chéité et l’hélice. Son processus de

Azipod est une nacelle immergée orientable à 360° qui contient un

appareil propulsif composé d’un moteur électrique commandé en vitesse variable entraînant une hélice à pas fixe. Avec ce système, le navire n’a plus besoin de gouvernail, de pro-pulseur transversal ou de longues lignes d’arbres dans la coque.

Depuis son introduction en 1990, l’Azipod a fait l’objet de nombreux développements et améliorations. Pour autant, il restait un produit de première génération qui, depuis la révolution technologique initiale, n’a fondamentalement bénéficié d’aucune évolution majeure mais plutôt d’adap-tations avec des solutions optimisées pour les différents clients. Chaque système livré faisant l’objet d’un projet spécifique, il était difficile de conser-ver l’uniformité des caractéristiques fonctionnelles et conceptuelles.

Les qualités exceptionnelles et éprou-vées de la propulsion en nacelle en faisaient une technologie prometteuse pour d’autres types de navire. Cette perspective, couplée au retour d’expé-rience des clients sur le système Azipod existant, a servi d’aiguillon au développement d’une deuxième génération de systèmes propulsifs Azipod.

Armateurs, pouvoirs publics et chantiers navals ont leurs propres contraintes et exigences. Ainsi, pour satisfaire aux besoins de chacun, une démarche de conception globale a été retenue.

Actions prioritairesPremière étape : déterminer les aspects importants du nouveau système, les développements nécessaires et les objectifs à atteindre. Après des études préliminaires rigoureuses, la consulta-tion des clients et des séminaires avec les grands noms du secteur, les objec-tifs suivants furent fixés : Accroître la rentabilité sur la durée de vie du navire en améliorant l’effi-cacité opérationnelle globale ;

61Revue ABB 4/2009


Transports

des clients avec un ou plusieurs modules.

Pour respecter cette exigence de modularité, l’équipe de projet exa-mina un grand nombre de méthodes et de solutions différentes. Ici encore, les informations fournies par les clients furent très précieuses. Au final, la gamme de produits Azipod regroupe près de 300 modules et une cinquan-taine d’options. Une telle palette de produits permet de répondre rapide-ment et de manière ciblée aux besoins de chaque client.

En phase de conception, les améliorations qui simplifient la tâche et renforcent la sécurité du personnel d’installation, d’exploitation et de maintenance du produit firent l’objet d’une attention particulière.

Etudes hydrodynamiquesLa propulsion en nacelle a déjà amé-lioré le rendement hydrodynamique

pour faciliter la comparaison des dif-férentes solutions par d’autres parties prenantes. Ici, la contribution d’un designer industriel fut précieuse car il traduisit sur le papier des idées vagues ou confuses. De même, on construisit des modèles miniatures et des maquettes pour travailler les détails. Comment, par exemple, rem-placer les joints d’étanchéité de l’arbre à l’intérieur de l’Azipod ? En construi-sant une maquette en bois, en deman-dant à des ingénieurs d’études et de maintenance d’y pénétrer avec leurs outils et en observant leur façon de procéder. L’idée de cet exercice émer-gea au cours d’entretiens en phase de développement avec un des plus gros clients d’ABB.

Structure modulaireL’expérience tirée de la première génération de systèmes Azipod démontra la nécessité d’une structure modulaire pour les générations sui-vantes. Les avantages sont triples : meilleure qualité des produits du fait de leur standardisation, efficacité accrue des procédés de fabrication et baisse du coût global sur le long terme. Pour autant, chaque solution doit être soigneusement conçue pour répondre aux besoins de la plupart

cent la sécurité du personnel d’instal-lation, d’exploitation et de mainte-nance du produit firent l’objet d’une attention particulière, comme l’accès aux équipements dans la nacelle Azipod pour les tâches de maintenance. Des étudiants de l’Université de Techno-logie d’Helsinki furent ainsi conviés à mettre au point un équipement spé-cial pour travailler dans cet espace restreint.

L’équipe de développement suivit également le cours de l’Académie marine d’ABB sur les espaces confi-nés, se joignant aux équipages de plusieurs navires pour une formation pratique sur le fonctionnement inté-rieur de l’Azipod. L’apprentissage sur un simulateur d’Azipod fut parti-culièrement utile à tous ceux qui seraient amenés à prendre des déci-sions sur le système de deuxième génération.

Un dessin plutôt qu’un long discours Au début de ce type de projet, toutes les idées sont bonnes à prendre pour résoudre les problèmes. Une grande ouverture d’esprit et une équipe très motivée ont donné à ce stade d’excel-lents résultats avec plus d’une cen-taine d’idées, dont 23 ont fait l’objet de concepts détaillés et 10 ont débou-ché sur une solution technique. Cinq formes de nacelle furent également conceptualisées 1 .

Une fois les différents concepts hiérar-chisés, on passa aux études de faisa-bilité technique. A ce stade, la diffi-culté était de visualiser ces concepts

1 Vue d’artiste de la version finale de la nacelle de l’Azipod XO

a Ebauche

c Maquette

2 Etapes du concept Interspace

b Plan

d Modèle final

62 Revue ABB 4/2009


Transports

En collaborant avec les clients et en cherchant véritablement à résoudre les problèmes, une idée farfelue s’est transformée en concept révolution-naire.

Palier hybrideDans le milieu maritime, les organes de roulement font souvent parler d’eux, pas toujours en bien. Il fallait souvent prolonger le temps de caré-nage des navires pour remplacer le palier de butée. Il devint donc évident que si ce remplacement pouvait se passer d’un carénage, on gagnerait un temps précieux. Une idée qui enchanta le client et prit la forme d’un palier hybride (brevet en cours) 3 .

Les travaux sur l’hydro-dynamique, comme la réduction du diamètre de la nacelle et du moyeu de l’hélice ainsi que l’optimi-sation de la forme du ren-fort, ont fait gagner près de 2 % de rendement.

Fruit d’une recherche systématique de solutions, un palier hybride est en principe un organe très simple asso-ciant deux types d’éléments de roule-ment bien connus : un palier lisse pour les efforts axiaux (palier de butée) et un roulement à rouleaux pour les efforts radiaux. Jusqu’à pré-sent, cette technologie n’avait pas pénétré le marché de la construction

Autre innovation importante : en modi-fiant l’axe de rotation vertical de la nacelle, le couple de direction diminua de près de 20 %, voire plus en fonction de la vitesse du navire. En d’autres termes, en réduisant les dimensions de l’appareil à gouverner, le navire consomme moins d’énergie et la méca-nique de direction s’use moins.

Aucune fuiteAutre exemple de solution innovante : le système d’étanchéité de l’arbre d’hélice. On imagine aisément que si de l’eau de mer pénètre dans la nacelle et atteint le moteur électrique de grande puissance, les dommages seraient considérables avec des coûts et des délais de réparation très impor-tants en cale sèche. A l’inverse, il ne faut surtout pas que les lubrifiants des organes de roulement polluent la mer. En effet, outre les aspects écologi-ques, la moindre goutte d’huile rele-vée autour des paquebots de croisière sur certaines destinations peut obliger les armateurs à verser des amendes extrêmement lourdes pour nettoyer les dégâts causés à l’environnement.

En général, les travaux de développe-ment sur les joints d’arbre portent sur les matériaux, les caractéristiques des enveloppes, etc. Or, pour ce projet, l’équipe de développement prit littéra-lement le problème à l’envers avec une configuration inversée, solution baptisée « Interspace concept » (brevet en cours) 2 . Avec ce concept, la maintenance des joints d’arbre se fait à l’intérieur de l’Azipod, réduisant les risques opérationnels.

des navires d’environ 10 à 15 % par rapport aux systèmes classiques à lignes d’arbres électriques. Toutefois, l’équipe de projet fut encouragée à développer un système encore plus économe en énergie pour réduire les émissions de CO

2 des navires.

Avec le concept Inter-space, la maintenance des joints d’arbre se fait à l’intérieur de l’Azipod, réduisant les risques opérationnels.

S’agissant d’un système complexe avec de nombreux critères et para-mètres (ex., simplicité de mainte-nance, rapidité d’installation et coût), le nombre de variantes hydrodynami-ques fut limité, obligeant à des compro-mis. Environ 15 formes hydro dynami-ques différentes furent développées et analysées avec des outils de simulation numérique d’écoulement des fluides CFD (Computational Fluid Dynamics). De même, de nombreux essais sur modèles furent réalisés en bassins1) pour valider les idées nouvelles. Pour finir, une seule forme de coque fut retenue pour le nouvel Azipod qui, pour le non-initié, ressemble beaucoup à celle de l’ancienne génération. Or le diamètre du moyeu de l’hélice et celui de la coque de l’Azipod ont été réduits et la forme de son support a été modifiée, améliorant de près de 2 % le rendement hydrodynamique des modèles testés.

3 Modèle du nouveau palier hybride développé pour l’Azipod XO 4 Vue intérieure de l’Azipod XO

63Revue ABB 4/2009


Transports

Avec l’interface intelligente de manœuvre, les officiers de la passe-relle de commande disposent d’infor-mations temps réel sur le système pour piloter de manière optimale le navire en sollicitant le moins possible l’appareil propulsif et en économisant du carburant.

Des fonctions avancées de surveil-lance et de diagnostic d’état des sous-systèmes critiques – appareil propulsif, appareil à gouverner, orga-nes de roulement et garnitures d’étan-chéité, systèmes de lubrification – contribuent à optimiser leur mainte-nance.

Pour les chantiers navals, cela se traduit par une grande souplesse d’intégration de l’Azipod dans la coque du navire, une installation sim-plifiée par la modularité et la suppres-sion des dispositifs hydrauliques sous haute pression dans le système de direction.

Pour les armateurs, le nouveau sys-tème Azipod XO est synonyme, d’une part, d’exploitation plus économique avec un meilleur écobilan et, d’autre part, de planification et de coordina-tion plus simples de leur flotte grâce à un système de propulsion fiable et facile à entretenir. Le premier Azipod XO est déjà sur le marché Encadré .

Lauri Tiainen

Antti Lehtela

ABB Oy, Marine and Turbocharging

Helsinki (Finlande)

[email protected]

[email protected]

Note1) Sert à tester les propriétés hydrodynamiques de

modèles miniatures de navires.

Lecture complémentaire

Su, B., Rissanen, M., « Saving energy the efficient

way: ABB’s products are energy efficient helping to

reduce energy wastes around the world », Dancing

with the Dragon, ABB Review Special Report,

p. 21–27, 2008.

de CO2 produites au cours du procédé

de fabrication complet de l’Azipod sont « compensées » après environ 8 mois d’exploitation. Ajoutez à cela les 10 % de rendement déjà gagnés avec l’Azipod de première génération et les économies sont encore plus impressionnantes !

La maintenance du système Azipod a été optimisée, autorisant les interven-tions sur les joints d’étanchéité et les paliers de butée à l’intérieur de la nacelle. A cet avantage indéniable, s’ajoutent les intervalles de carénage rallongés, ouvrant de nouvelles pers-pectives pour le secteur maritime.

Le système de direction électrique, qui se substitue à la solution hydraulique, simplifie l’installation, améliore le ren-dement, allège la maintenance et réduit le bruit.

navale. Pour l’Azipod de deuxième génération, le palier hybride remplace le palier de butée traditionnel.

L’Azipod XO lève l’ancreCe projet d’envergure a permis de concevoir, avec et pour les clients, le système propulsif Azipod XO aux multiples avantages 4 .

Les travaux sur l’hydrodynamique, comme la réduction du diamètre de la nacelle et du moyeu de l’hélice ainsi que l’optimisation de la forme du ren-fort, ont fait gagner près de 2 % de rendement. Pour un paquebot de croi-sière type, cela représente une écono-mie annuelle de près de 700 000 dollars de carburant et une réduction corres-pondante de 5 000 tonnes de CO

2 !

Pour illustrer la portée de ces amélio-rations, soulignons que les émissions

Encadré Spécifications de l’Azipod® XO2100

Désignation Azipod XO2100–S3000E4

Puissance utile nominale 13 000 à 18 000 kW

Vitesse nominale de rotation de l’hélice à puissance maxi 122 à 170 tr/min

Tension d’alimentation du moteur principal ± 3 000 V

Classe d’isolation/d’échauffement du stator et du rotor F/F

Nombre de pales de l’hélice 4 ou 5

Masse du module de propulsion (hors hélice) 135 000 à 155 000 kg

Masse de l’hélice 22 000 à 30 000 kg

Masse du module de direction 60 000 à 70 000 kg

64 Revue ABB 4/2009

Transports

Les fortes émissions de carbone du secteur des trans-ports couplées à la congestion du trafic automobile et de l’espace aérien obligent de nombreux pays à repenser leurs politiques de transport. Dans ce domaine, de nouveaux investissements, notamment dans les réseaux suburbains qui desservent les grandes agglomérations ou les lignes à grande vitesse entre des métropoles distantes de plusieurs centaines de km, contribuent à réduire considérablement notre consommation de carburant et les émissions de CO2.

Le train à grande vitesse constitue une alternative efficace à l’avion sur des vols courts, réduisant la saturation du ciel et rapprochant les villes. Le Japon et plusieurs pays euro-

Transformationà grande vitesseLes transformateurs ABB équipent le train à grande vitesse VelaroCécile Félon, Andreas Moglestue, Cyril Montacq, Christian Vetterli, Harry Züger

péens ont investi dans ce mode de transport depuis plu-sieurs décennies et disposent aujourd’hui de réseaux ferrés à grande vitesse denses. Le développement rapide des économies émergentes combiné à des facteurs comme la hausse continue du prix des carburants et le réchauffement climatique incitent de plus en plus de pays, sur différents continents, à s’intéresser aux lignes à grande vitesse. Face à ce constat, les constructeurs de matériels roulants déve-loppent une nouvelle génération de trains ultrarapides, plus performants et plus perfectionnés que leurs prédécesseurs.

Dans cet article, nous présentons un de ces trains, le Velaro de Siemens.

Photo Siemens

65Revue ABB 4/2009

Transformation à grande vitesse

Transports

D’une puissance de 8 800 kW (10 % de plus que l’ICE-3), le train espagnol peut atteindre 350 km/h.

L’ICE-3 et le Velaro diffèrent de la pre-mière génération de trains à grande vitesse européens par le concept de traction distribuée qui remplace la locomotive ou la motrice dédiée. Tous les équipements de la chaîne de trac-tion – moteurs, transformateurs, câbles et auxiliaires – sont répartis sous le châssis des voitures, libérant

LHB, Bombardier/DWA et Siemens, le Velaro relève entièrement de la res-ponsabilité de Siemens Mobility. Des trains Velaro ont déjà été vendus à l’Espagne en 2001 (26 trains de 8 voi-tures pour la liaison Madrid-Barcelone), à la Chine en 2005 (60 trains de 8 voi-tures pour la liaison Beijing-Tianjin) et en 2009 (20 trains de 8 voitures et 120 trains de 16 voitures pour la liaison Beijing-Shanghai) et, enfin, à la Russie en 2006 (8 trains de 10 voitures pour la liaison Moscou-St-Pétersbourg).

La collaboration entre ABB Sécheron et Siemens Mobility remonte à

2003, lorsqu’ABB remporta une com-mande importante de 140 + 100 trans-formateurs de traction pour les trains à deux étages de la gamme Desiro de Siemens, destinés au réseau subur-bain de Zurich (S-Bahn Zürich) en Suisse 1 . Cette commande posait un défi spécifique car les transformateurs devaient être extrêmement légers et compacts afin de libérer un maximum d’espace pour les passagers.

En 2004, ABB se voyait attribuer un contrat de 172 transformateurs pour les rames automotrices électriques des réseaux suburbains de la région de Mumbai (Inde). Pour ce projet, le fait qu’une part importante de la com-mande provenait du marché local a pesé dans l’obtention du contrat. Une deuxième commande importante de Mumbai suivit en 2006 Encadré 1 .

Fort de ce succès, ABB décrocha en 2008 un autre contrat pour des trans-formateurs de traction, cette fois-ci avec Siemens pour des trains destinés à l’opérateur ferroviaire écossais Scotrail.

Enfin, en juin 2009, ABB remporta une commande prestigieuse de Siemens Mobility : la fourniture de transformateurs pour son produit phare, le train à grande vitesse Velaro.

L’ICE-3 et le Velaro diffèrent de la première génération de trains à grande vitesse européens par le concept de traction distribuée qui remplace la locomotive ou la motrice dédiée.

Train à grande vitesse VelaroLe développement du Velaro trouve ses origines dans le train ICE-3, livré à l’opérateur allemand Deutsche Bahn (DB) à partir de 2000 et capable d’atteindre 320 km/h en service commercial 2 .

Contrairement à son prédécesseur, qui était un projet partagé par Alstom

Avec 6,3 millions de voyageurs chaque jour,

le réseau ferroviaire suburbain de Mumbai

compte la plus forte densité de passagers au

monde. Il s’étend sur 319 km (790 km de

voies) et est divisé en 2 zones : Western

Railway (WR) et Central Railway (CR).

191 rames effectuent quotidiennement

2 226 trajets.

Pour des trains moins bondés et plus fré-

quents, un programme d’investissements

massifs a été lancé qui prévoit :

d’accroître les capacités en ajoutant

181 km de voies ;

de rallonger les quais pour accueillir des

trains plus longs ;

d’améliorer les systèmes de signalisa-

tion pour rapprocher la fréquence des

trains ;

d’acheter de nouveaux trains.

Les travaux permettront d’augmenter de

25 % le nombre de trains circulant quotidien-

nement et de ramener de 5 000 à 3 600 le

nombre de voyageurs par train de 9 voitures

pour un confort accru.

Le coût total de ce projet est estimé à

943 millions de dollars*), dont 57 % provien-

dront d’un prêt de la Banque mondiale.

La première phase prévoit l’achat de

101 nouveaux trains de 9 voitures et, la

deuxième, de 97 trains supplémentaires.

Le programme inclut également la conver-

sion progressive du réseau électrique

ferroviaire qui passera de 1 500 VCC à

25 kV/50 Hz ; les nouveaux trains seront

bitensions pour fonctionner sur les deux

réseaux pendant la période de transition.

Les trains sont construits par Siemens en

collaboration avec l’entreprise indienne

Integral Coach Factory (ICF). ABB assure la

fourniture des transformateurs de traction.

Performances des nouveaux trains :

baisse de 30 % de la consommation éner-

gétique avec la récupération de l’énergie

de freinage ;

hausse de 20 % de la puissance par

l’utilisation de moteurs de traction

triphasés ;

augmentation de la vitesse maximale

de 80 km/h à 100 km/h ;

accélération de 0,54 m/s2 contre

0,38 m/s2 précédemment ;

décélération de 0,76 m/s2 contre

0,6 m/s2 précédemment ;

réduction du temps de parcours de trajet

type Churchgate-Borivali ou CSTM-Thane

de 4 à 5 minutes ;

amélioration du confort des passagers

notamment par une meilleure tenue de

route, une meilleure ventilation, un

meilleur éclairage et des panneaux

d’information.

Pour en savoir plus, rendez-vous sur

www.mrvc.indianrail.gov.in.

*) 45 260 millions de roupies indiennes

Encadré 1 Réseau ferroviaire suburbain de Mumbai

Source: Integral Coach Factory (ICF)

66 Revue ABB 4/2009


Transports

intégrés à l’ensemble et des moteurs 60 Hz remplacent les habituels moteurs 50 Hz du système de refroi-dissement avec les mêmes performan-ces.

Des filtres à condensateurs ont été ajoutés pour atténuer les harmoni-ques. Les applications ferroviaires sont extrêmement sensibles à la pollution harmonique, susceptible de perturber les systèmes de signalisation. Sur ce plan, les exigences sont très contrai-gnantes et les problèmes potentiels doivent être examinés à la loupe.

Le transformateur de traction et son système de refroidissement forment un ensemble intégré complet dont l’instal-lation et la maintenance sont simpli-fiées. Il s’agit là d’un concept inédit pour Siemens qui achète normalement les deux éléments séparément. L’en-semble ne nécessite ni dégazage, ni remplissage d’huile et peut fonction-ner sur de longues périodes avec un minimum d’entretien.

Autre défi majeur : les délais très ser-rés demandés par Siemens qui désirait réceptionner le premier transforma-teur en décembre 2009.

Ces performances se complètent de niveaux d’efficacité énergétique éle-vés. En effet, avec une consommation équivalente à 0,33 litrel d’essence par passager pour 100 km, Siemens sou-tient que son Velaro est le « train le plus écolo du monde ».

Deux transformateurs de traction seront logés dans chaque train de 8 voitures. Pour éliminer encore les kilos superflus, leurs enroulements secondaires servent également d’in-ductances de ligne aux convertisseurs de puissance lorsque le train est ali-menté en courant continu. Ainsi, l’ensemble constitué du transforma-teur de traction de 5 220 kVA et de son système de refroidissement ne pèse plus que 7 700 kg.

Le transformateur de traction et son système de refroidissement forment un ensemble intégré complet.

Cette double utilisation des enroule-ments fut mise en œuvre pour la pre-mière fois sur la locomotive italienne E412, en 1996. Elle a, depuis, été adoptée par d’autres types de train, notamment l’ETR 5001), l’AGV2), le train à grande vitesse de la NTV3) et la locomotive Traxx MS4).

Toujours par souci de légèreté, l’enve-loppe du transformateur est en alumi-nium, les conservateurs d’huile sont

un maximum d’espace à bord du train pour les voyageurs. Cette approche a permis d’accroître à la fois la capacité du train (+ 20 %) et le bien-être des passagers.

En décembre 2008, la DB commandait 15 trains Velaro 3 qui serviront au tra-fic transfrontalier, ce qui n’était pas le cas de leurs prédécesseurs. Destinés à circuler en France, Allemagne, Belgique et Suisse, ils seront alimentés par 4 réseaux électriques différents et devront être compatibles avec les sys-tèmes de sécurité et de signalisation de chaque pays.

En juin 2009, Siemens Mobility confia à ABB la fourniture des transformateurs de traction. Ralf Mayer de Siemens Mobility souligne : « ABB a répondu haut la main aux exigences du cahier des charges de ces transformateurs spéciaux, notamment en termes de taille et de masse. Nous l’avons donc choisi comme partenaire pour le projet Velaro D. »

Défis techniquesLe transformateur du train Velaro posait plusieurs défis techniques.

En cas de défaillance d’une unité de traction, le train devait pouvoir conti-nuer son trajet en toute sécurité avec 75 % de son énergie maximale de traction et de freinage. Cela comprend la capacité du train à démarrer et à s’arrêter sur de fortes déclivités (jusqu’à 4 %, soit le double des trains classiques).

1 Train Desiro à deux étages des Chemins de fer fédéraux suisses (CFF) utilisé sur le réseau suburbain de Zurich (S-Bahn Zürich). Ces trains sont équipés de transformateurs ABB (photo Siemens).

2 Train à grande vitesse ICE-3 de la Deutsche Bahn qui roule à 320 km/h maxi.

Notes1) Train à grande vitesse exploité par l’Italien Trenitalia

et fabriqué par un consortium de fournisseurs.2) Automotrice à grande vitesse : dernière génération

de TGV développée par Alstom. Comme le Velaro,

elle utilise une traction distribuée.3) Cf. Encadré 2 .4) Série de locomotives multicourant fabriquées par

Bombardier Transportation.

67Revue ABB 4/2009


Transports

l’espace aérien ou accompagner la croissance économique rapide de nombreux pays en développement, le marché mondial du transport ferro-viaire à grande vitesse est indubitable-ment promis à un brillant avenir. Dans ce domaine, ABB a pour devise : « Laissez votre imagination s’envoler, prenez le train ! ».

Le projet Velaro n’est pas seulement un bon prélude à d’autres commandes dans le domaine de la grande vitesse sur rail, mais apporte également la preuve du savoir-faire d’ABB dans la conception et la fourniture de trans-formateurs de traction pour tous les types d’application.

Cécile Félon

Cyril Montacq

Christian Vetterli

Harry Züger

ABB Sécheron SA

Genève (Suisse)

[email protected]

[email protected]

[email protected]

[email protected]

Andreas Moglestue

Revue ABB

Zurich (Suisse)

[email protected]

retards ou des dysfonctionnements du produit final livré et des pénalités financières ; or, avec des procédures de réception dans 4 pays différents, le calendrier est extrêmement contrai-gnant. Siemens doit, par conséquent, pouvoir compter sur des partenaires fiables qui feront tout leur possible pour éviter les retards. ABB est en contact permanent avec Siemens pour discuter de l’état d’avancement des travaux et débattre des questions tech-niques. Parallèlement, ABB travaille avec le client final (DB) sur différen-tes exigences particulières comme, par exemple, la qualité des soudures des enveloppes.

Avec de nombreux projets aux quatre coins du globe pour relever les défis environnementaux, décongestionner

L’avenir à un train d’enferABB Sécheron est parvenu à instaurer d’excellentes relations de travail avec Siemens Mobility, d’une part en tirant parti de son savoir-faire dans la conception des transformateurs de traction pour satisfaire aux exigences de performances, de compacité et de légèreté Encadré 2 et, d’autre part, en fai-sant preuve de réactivité et de volonté de collaboration. Les correspondants ABB étaient en permanence disponi-bles, y compris les week-ends, pour assister aux réunions, répondre aux questions par téléphone ou message-rie électronique, ou se déplacer sur site pour partager leur expertise.

Pour Siemens, l’assurance de pouvoir compter sur ABB est capitale. Respon-sable du projet, Siemens répond des

ABB bénéficie d’une expérience considéra-

ble dans la conception et la fabrication de

transformateurs pour la traction à grande

vitesse, avec quelques grands succès

comme :

L’AGV qui établit le record du monde de

vitesse sur rail à 574 km/h le 3 avril 2007

(photo ci-dessus). Le train comptait des

motrices classiques aux 2 extrémités et

utilisait 2 bogies moteurs AGV sous les

voitures de passagers.

Les rames AGV pour Nuovo Trasporto

Viaggiatori (NTV), premier opérateur

privé italien.

Le Velaro de Siemens destiné à la

Deutsche Bahn.

Encadré 2 ABB et les trains à grande vitesse

3 Train Velaro D qui sera livré à la Deutsche Bahn (photo : Siemens). 4 Transformateur de traction ABB pour le train Velaro D

68 Revue ABB 4/2009

Interconnexions

ABB lance le coffret de raccordement X-PlugTM pour simplifier et standardiser le câblage des cellules basse tension de ses tableaux moyenne tension isolés dans le gaz.

Principe de simplicitéX-PlugTM facilite le câblage de la gamme ZX d’appareillages à isolation gazeuseRalf Henke, Sven Wehrmann, Gerhard Salge, Thorsten Fugel

69Revue ABB 4/2009

Principe de simplicité

Interconnexions

Une cellule secondaire basse ten-sion, utilisée habituellement pour

la commande d’un appareillage, abrite une multitude de composants électroni-ques et mécaniques : boutons-poussoirs, voyants, capteurs de courant et de tension, transformateurs de mesure, IED (Intelligent Electronic Devices), relais et contacts auxiliaires . . . Pour permettre à tous ces matériels de rem-plir leurs fonctions et de constituer une armoire de protection et de com-mande, il faut les câbler ! Hélas, leur topologie de raccordement varie d’une application à l’autre. La variété des fonctions, des constituants, des besoins et des spécifications client empêchait jusqu’ici de standardiser l’opération : les armoires devaient être câblées une à une, ce qui prenait du temps et coûtait cher.

Plutôt que de raccorder un à un chaque constituant de l’armoire, X-PlugTM les regroupe dans un seul coffret.

En outre, le large éventail des applica-tions possibles écartait la possibilité d’utiliser des faisceaux de câbles nor-malisés, préconfigurés et pré-équipés de connecteurs enfichables à chaque extrémité. Ces armoires renfermaient alors un véritable maquis de câbles, source d’erreurs et frein à la mainte-nance et aux modifications.

Comment démêler pareil écheveau ?

1 Tableau à isolation gazeuse de la gamme ZX

Tout en unABB dote ses appareillages moyenne tension ZX d’un nouveau concept de câblage 1 : plutôt que de raccorder chaque constituant de l’armoire en fil à fil, X-PlugTM permet de regrouper tout l’équipement électrique sur une platine, à l’aide d’une connectique standardisée. C’est à ce niveau que s’effectuent le brassage et le raccorde-ment de tous les signaux 2 .

Cela ne revient-il pas à déporter le problème du câblage de l’armoire au coffret ? Non, car plutôt que d’avoir à multiplier les connexions, longueurs et chemins de câbles pour intercon-necter tout l’équipement, il suffit ici

de le raccorder au coffret X-Plug, à l’aide de connecteurs standards. Tous les câbles de sortie de l’équipement arrivent aux bornes du coffret, ce qui réduit la filerie (X-Plug peut ainsi éco-nomiser jusqu’à 50 fils sur un tableau ZX2 à deux jeux de barres) et unifor-mise les longueurs et faisceaux de câbles. Les photos 3a et 3b illustrent l’extrême simplicité de câblage de la platine X-Plug. La connectique X-Plug est totalement standardisée, son adé-quation au cahier des charges du client se faisant dans le coffret.

L’un des grands avantages de ce concept est la possibilité de repro-grammer facilement les armoires.

Disjoncteur Sectionneurde terre A

Commandede cellule Départ-moteur

Bornes client

Sectionneurde terre B

Isolateurjeu de barres B

Isolateurjeu de barres A

a b

Disjoncteur Sectionneurde terre A

Commandede cellule Départ-moteur

Bornes client

Sectionneurde terre B

Isolateurjeu de barres B

Isolateurjeu de barres A

2 Topologie de raccordement : traditionnelle a et X-Plug b

70 Revue ABB 4/2009

Principe de simplicité

Interconnexions

qui représente 86 % de ses comman-des de tableaux en août 2009 pour les marchés de la chimie, de la distri-bution électrique et de l’extraction minière. Cet appareillage a beaucoup allégé le travail de configuration sur site tout en conférant aux clients une souplesse de modification sans précé-dent, avec la garantie de protéger leur investissement.

Ralf Henke

Sven Wehrmann

Gerhard Salge

Thorsten Fugel

ABB Medium Voltage Products

Ratingen (Allemagne)

[email protected]

[email protected]

[email protected]

[email protected]

Il suffit de changer de connecteurs, sans avoir à décâbler ni recâbler, réduisant sensiblement les arrêts tech-niques et le risque d’erreurs, surtout dans le cas où X-Plug est livré préconfi-guré et prétesté.

Pour reprogrammer, il suffit de changer de connecteurs. Les arrêts techniques et les erreurs de câblage en sont nettement réduits. Il est ainsi possible, par exemple, de passer d’un tableau d’arrivée à un circuit de départ ou des fonctions d’un jeu de barres double à celles d’un jeu de barres simple, en rempla-çant les connecteurs X-Plug, avec un codage différent.

Sobre et compact, X-Plug se substitue au câblage classique.

3 Vue avant a et arrière b de la platine de câblage X-Pluga b

Configuration intérieureX-Plug peut être préconfiguré pour réduire le temps d’installation tout en restant modifiable au gré du client, sans rien sacrifier à la souplesse du câblage classique.

Sa version de base renferme 4 étages de borniers de 4, 8 ou 16 connecteurs.

Ces derniers peuvent s’interconnecter à l’horizontale, à la verticale et en dia-gonale, au moyen de cavaliers.

Premiers pasLe coffret de raccordement X-Plug est une exclusivité ABB, protégée par des droits de propriété intellectuelle.

Au terme du premier mois de commer-cialisation de ce nouveau concept, 390 tableaux ZX équipés de platine X-Plug ont été réalisés par ABB, ce

71Revue ABB 4/2009

Interconnexions

Pour la plupart d’entre nous, l’Internet est devenu une source d’informations indispensable : les clients potentiels y trouvent des produits et services, des réponses à leurs questions et un excellent moyen de télécharger des documents ; les clients fidèles peuvent suivre leurs commandes, se renseigner sur les formations, s’informer des toutes dernières tendances de l’industrie, glaner de la documentation produit ; les collaborateurs accèdent facilement aux informations pertinentes et à jour. Un site web est sans conteste le support publicitaire le plus percutant et écologique qui soit pour une entreprise.

Accessibilité, simplicité et interactivité sont les trois qualités d’un site web privilégiées par nos clients, prospects, partenaires et employés, toujours plus pressés. Tous veulent trouver la bonne information vite et facilement, sans se préoccuper du nombre d’applications ou services qui œuvrent en coulisses, ni de leur localisation géographique. En d’autres termes, le contenu d’un site doit être « pensé local » pour satisfaire aux besoins d’un espace géographique donné et délivrer les messages marketing correspondants, mais aussi « réalisé global » avec une interface adaptée à des communautés virtuelles sans frontières.

ABB y est parvenu : grâce à sa plate-forme One ABB on the Web, le Groupe se met au service d’un public mondial, par l’intermédiaire d’un seul et unique guichet, www.abb.com.

De gré à gréABB personnalise son service client avec la plate-forme en ligne One ABB on the WebJan Anders Solvik, Håkan Wärdell, Nathan Becker

72 Revue ABB 4/2009

De gré à gré

Interconnexions

de repérage des offres de formation aux extranets d’interaction avec les partenaires du Groupe, en passant par l’accès direct aux équipements ABB installés et la possibilité de comman-der des pièces de rechange et des solutions de maintenance en ligne. Toutes ces fonctionnalités sont traitées en arrière-plan par plusieurs applica-tions et services chargés de diffuser l’information tout en conservant les mêmes éléments visuels et graphis-mes. L’intérêt de cette interface web standardisée et d’un élément d’inter-action commun est d’accélérer la courbe d’apprentissage des internau-tes utilisant ces services pour la pre-mière fois. L’information recherchée est collectée et publiée sur le portail My ABB auquel les clients accèdent directement par www.abb.com.

Cette plate-forme web offre une architecture souple qui permet d’ajouter de nouveaux services à l’aide d’une interface graphique cohérente et unifiée.

LocalisationA l’instar de nombreuses entreprises de stature internationale, ABB inter-vient dans une multitude de pays pour mieux cerner les besoins de ses clients et les satisfaire. Cette présence locale se retrouve aussi sur www.abb.com. One ABB autorise en effet la traduc-tion de l’offre produits, solutions et services d’ABB : sachant qu’une majorité d’utilisateurs préfère consulter un site web dans sa langue maternelle, la traduction du portefeuille ABB fera profiter les clients de l’expérience des utilisateurs.

Ajout de produits locaux : une entité d’ABB peut ajouter des produits adaptés à son marché local et qui ne sont d’ordinaire pas proposés dans d’autres régions du monde.

Exclusion de produits : les produits ne respectant pas les normes et réglementations locales, ou ne convenant pas à un marché précis peuvent être retirés du site.

ces ABB présenté sur www.abb.com suit une même logique cohérente. Bâti sur une plate-forme unifiée, baptisée One ABB on the Web, le site est une mine d’informations à la fois globales et locales pour différentes communautés d’internautes, accessible par un seul guichet. Cette plate-forme web offre une architecture souple qui permet d’ajouter de nouveaux services dotés d’une interface graphique cohé-rente et uniformisée. Mieux encore, en mutualisant ses informations pro-duits et services sur un seul portail, ABB est à même de renseigner tous ses interlocuteurs, de façon personna-lisée. Ces derniers peuvent en effet obtenir des informations sur les pro-duits, services et solutions ABB rele-vant de leur secteur d’activité et de leur pays. De surcroît, l’emploi d’une interface web standardisée et d’outils interactifs communs permet de sensi-biliser les visiteurs du site à des appli-cations et services inédits.

Pour sécuriser l’information, la plate-forme One ABB utilise le mécanisme d’authentification et d’autorisation d’accès par signature unique SSO (Single Sign-On) qui permet d’accéder aux applications et services web sécurisés d’ABB en ne saisissant qu’une seule fois ses identifiant et mot de passe.

Face à faceOne ABB propose une panoplie de services client variés, allant des outils

Comment une entreprise peut-elle faciliter le dialogue et resserrer

les liens avec ses clients, en conquérir de nouveaux et répondre aux attentes de ses partenaires et collaborateurs ? Donner satisfaction à ces auditoires spécifiques, par une interface visuelle commune, n’est pas simple. Quand un internaute se rend sur un site web, il s’attend à y trouver une palette d’in-formations sur les produits, services et solutions proposés dans sa filière et son pays, de préférence dans sa langue. Or la réalité est souvent différente : le visiteur doit mémoriser différentes adresses URL, jongler avec plusieurs interfaces et gérer moult identifiants (ID) et mots de passe pour accéder à cette opulence information-nelle. Las . . . Son temps étant précieux, il y a fort à parier que ce client poten-tiel abandonne sa recherche pour passer à la concurrence !

Accessibilité et simplicité d’emploi sont les critères les plus importants pour les clients et prospects, partenaires et employés d’ABB.

Telles étaient, il y a cinq ans, les criti-ques adressées à ABB par ses clients. Pour y répondre, le Groupe décida de revoir sa stratégie web. Aujourd’hui, le vaste catalogue de produits et servi-

73Revue ABB 4/2009

De gré à gré

Interconnexions

Commandes CSCOne ABB propose un service web permettant de doter l’application d’un contexte html. Cette démarche est privilégiée si l’application possède sa propre plate-forme d’exécution hôte et n’est pas développée dans l’environnement .NET.

L’application adresse au service web une demande de récupération du contexte html approprié 3 . Ce dernier contient normalement : Des informations de style (feuilles et éléments correspondants) ;

Des menus, placés en haut et à gauche de l’écran ;

D’autres informations contextuelles (nom d’utilisateur et éléments gra-phiques communs).

Le service web fournit actuellement les contextes suivants : My ABB (menu en haut et à gauche, informations de connexion) ;

Détails du produit (menu du haut, arborescence du produit, choix de la langue et du pays, onglets de détails du produit) ;

Commandes ASP.NETASP.NET utilise une grande variété de commandes qui servent de « boîte noire » aux concepteurs web pour enrichir les fonctionnalités de leurs applications et en améliorer l’ergono-mie visuelle. Deux d’entre elles, user (utilisateur) et web server (serveur web), sont largement utilisées par One ABB : les commandes de serveur web améliorent l’aspect visuel et la richesse fonctionnelle du site, tandis que les commandes utilisateur sont créées par le concepteur pour réaliser les fonctions faisant défaut aux commandes de serveur web natives de ASP.NET.

Une ou plusieurs commandes web2) ASP.NET sont développées et inté-grées dans les pages One ABB 2 ; elles doivent normalement produire une interface utilisateur épurée, capa-ble de communiquer avec un service web de traitement renfermant la logi-que d’entreprise de l’application. Cette dernière fournit une commande utili-sateur ASP.NET 2.0 précompilée, qui tourne aussi sur One ABB.

Consultation de documents spécifi-ques à un pays : nombreux sont les cas où la documentation ne s’applique qu’à un ou plusieurs pays. One ABB ne présente ces documents qu’aux visiteurs relevant des pays autorisés à diffuser l’information.

Contacts locaux : une base de données centralisée fournit au client le nom d’un interlocuteur privilégié.

Page spécifique à un pays : la réalisation d’une page spécifique à un pays permet de mettre l’accent sur les événements et campagnes d’informations circonscrites à ce périmètre géographique ; la page ne s’affichera que si l’utilisateur a inclus le pays dans ses préférences.

Coulisses technologiquesPour éditer cette vitrine sur le Web et l’insérer dans les systèmes de traite-ment en arrière-plan, ABB a choisi la célèbre plate-forme d’applications ASP.NET1) de Microsoft, adossée au serveur SQL Server et au service d’annuaire Active Directory (cf. « Glos-saire », p. 76). L’intégration est axée sur des interfaces de communication ouvertes, basées sur le protocole SOAP et les principes REST. La sécurité est assurée par le protocole WS-Security et le langage SAML. La solution Lotus Domino d’IBM gère le contenu du site, qui est fourni à ASP.NET en XML.

Grâce à One ABB, les clients peuvent accéder aux équipements ABB et commander des produits, composants, pièces détachées et solutions de maintenance.

Les deux principaux mécanismes 1 permettant d’insérer une application dans One ABB sont les commandes ASP.NET et le service web CSC (Context Service Consumer), qui sim-plifient la gestion des utilisateurs et l’accès des clients au site.

Notes1) Version actuelle : 3.52) Ces commandes sont déployées pour chaque

révision majeure de One ABB.

1 Deux méthodes d’intégration d’une application existante

Options

Intégration de l’interface utilisateur

Intégration de l’utilisateur

Intégration des services

Traitementstâche de fond

Utilisateur final

Commandes ASP.NET

Service web CSC

Contenu

Contenu

Connexion

Localisation

Mise en cache

Evénements app.

Evénements app.

Sécurité SOAP/WSS

SAML SSO

2 Commandes ASP.NET

One ABB sur portail web

Sécurité WSS/SOAP

Application X

Utilisateur final

Commande

Commande X

Commande Y

Commande Z

Connexion

Mise en cache

Localisation

Service web

74 Revue ABB 4/2009

De gré à gré

Interconnexions

Auto-enregistrés

Le visiteur crée un compte utilisateur lors

de son enregistrement sur www.abb.com.

Son identité n’est pas confirmée : son

adresse électronique est donc son seul

attribut valide.

Administrés

L’utilisateur accédant aux services

« métier » du site confirme son identité

auprès d’ABB. Des restrictions sécuritai-

res s’appliquent toutefois lorsque son

compte est modifié.

Internes (employés ABB)

Les employés ABB sont intégrés au

service d’annuaire Active Directory.

Encadré 1 Trois types d’utilisateurs SSO com

Passation de commande en ligne,

24 h sur 24, 7 j sur 7

Interface unique pour accéder à plus de

450 000 produits et composants ABB

(+ brochures et images), en fonction du

pays, de la région et du distributeur

Intégration dans les « configurateurs

ABB de produits différenciés »

Catalogues produits personnalisés

Recherche produits par paramètres et

disponibilité des références en temps

réel

Chiffrage spécifique au client

Demande de devis

Procédure totalement intégrée d’établis-

sement de devis et d’accord pour des

produits entièrement configurés, stan-

dards et locaux

Conversion de devis en commandes

Saisie d’une seule commande et procé-

dure totalement intégrée de modification

de commande

Transmission de la commande aux diffé-

rents sites ABB de chaque pays

Dialogue direct avec le personnel ABB

Traitement des ordres de réparation

Traitement des garanties

Commande d’urgence

Ordre d’achat et paiement par carte

Alerte automatique par courriel

Etat d’avancement et historique de la

commande

Rapports de défauts et de défaillances

Suivi temps réel des expéditions

Bilans détaillés

Encadré 2 Les services de l’application Business OnLine d’ABB

Choix de la langue et du pays (avec menu du haut).

Signature unique (SSO)L’authentification SSO garantit que tous les utilisateurs d’abb.com Encadré 1 , qu’ils soient employés, partenaires ou clients, accèdent aux informations et services de leur choix, à l’aide d’un seul identi-fiant et mot de passe. Les avantages de ce principe sont les suivants : Les mots de passe oubliés sont gérés au niveau de tous les services ;

La totalité des restrictions de sécu-rité sur les couples ID/mot de passe est gérée en un seul endroit, dans le strict respect de la politique de sécurité d’ABB ;

Les modifications de ces données utilisateur se synchronisent avec tous les services intégrés ;

Un seul et même processus adminis-tre les comptes d’utilisateur.

Pour autant, cette gestion dépasse largement le cadre de la simple autori-sation de connexion à plusieurs appli-cations ou services. Chaque utilisateur ne devant s’authentifier qu’une fois, l’étape logique suivante s’emploie à consolider cette autorisation d’accès en fonction du service.

L’intérêt de ce principe est de fournir aux clients et utilisateurs des applica-tions web d’ABB les fonctionnalités et services dont ils ont spécifiquement besoin. En gérant les droits d’accès, fonctions et responsabilités des utilisa-teurs au sein d’un outil commun, ABB est à même d’adapter les fonc-tionnalités de plusieurs applications aux exigences d’utilisateurs et de groupes d’utilisateurs ciblés qui bénéficieront ainsi de services diffé-renciés. De plus, en permettant au personnel ABB chargé d’administrer

ces utilisateurs sur différentes appli-cations d’agir par le biais d’une seule interface, la démarche gagne en efficacité et sécurise l’accès aux données.

Cet outil en ligne repose sur l’archi-tecture logicielle CAM (Common Authorization Management) de ges-tion d’autorisation commune. CAM ne tardera pas à devenir une composante essentielle de la migration d’ABB vers le Web orienté services SOA (Service-Oriented Architecture), qui favorisera la modularisation des applications capables d’échanger des données à l’aide d’infrastructures de services interopérables.

Architecture CAMCAM repose sur le couplage de fonc-tionnalités existantes, de l’expérience et des besoins futurs spécifiques de l’entreprise. Dans la mesure où ABB poursuit son concept de groupes d’utilisateurs sur One ABB on the Web, il importe d’utiliser une structure globale d’autorisation pour adminis-trer rapidement, efficacement et en toute sécurité leurs droits d’accès aux divers applications et services du site 4 .

Outre ce concept de groupes, CAM met en place une structure souple de création d’attributs qui peuvent être rattachés à n’importe quelle applica-tion, en fonction des besoins. Ces

3 Service web CSC

Sécurité SOAP/WSS

Application X Application X

Utilisateur final

One ABB sur portail web

Connexion

Mise en cache

Localisation

Commande X

Commande Y

Commande Z

CSC Service web

75Revue ABB 4/2009

De gré à gré

Interconnexions

Les clients détenteurs d’un compte My ABB ont la maîtrise de leurs échanges avec ABB.

Exemple de localisation ABB : la page Amérique du Nord La page Suisse

Passer une commande en ligne diminue les saisies manuelles et les risques d’erreurs.

En cumulant les atouts du doublé AJAX/HTML dynamique (DHTML) et du calcul côté serveur, le site améliore sa fonctionnalité et son interactivité.

données, ce qui allège d’autant la charge imposée au serveur et au réseau.

attributs de tous types peuvent comporter une ou plusieurs valeurs. L’interface utilisateur CAM s’appuie sur l’aspect et le graphisme du site abb.com pour servir le même objectif.

Service internet Business OnLineBusiness OnLine (BOL) est un exem-ple d’application intégrée sur abb.com utilisant les mécanismes SSO et CAM. En 2008, ABB a entièrement revu ce service internet pour se conformer à sa stratégie SOA. La nouvelle architec-ture se fonde sur AJAX (Asynchronous Javascript And XML) pour créer une application réactive mais plus sobre en ressources CPU et mémoire. Cette technique met à l’œuvre la notion de modularisation qui améliore considé-rablement la dynamique de la page web en diminuant les transferts de

4 Architecture de gestion d’autorisation CAM

Infrastructure Couche modèle : API de persistance

Java des données (JPA) « maison » (facilité de migration) Couche interface utilisateur : Struts

(outil libre de création de sites web en Java) Services web

Environnement Serveur d’application

WebSphere sur Java Base de données

Oracle

Interface utilisateur

Données

CAMAPI

Logique d’entreprise

Accès aux données

Services web

76 Revue ABB 4/2009

De gré à gré

Interconnexions

Certains exemples de cette technique trouvent leur illustration dans les dif-férentes étapes de la passation de commande en ligne ABB : Recherche de produits : la référence produit s’affiche automatiquement dès que l’utilisateur saisit un identi-fiant, la recherche s’affinant à cha-que frappe de caractère.

Sélection par glisser-déposer : les produits choisis peuvent facilement passer des pages de résultats de la recherche au panier d’achat virtuel ;

Tarif et disponibilité : les services web accèdent en temps réel aux systèmes de traitement de commande ABB.

Images et documentation : les servi-ces web accèdent, là encore en temps réel, aux systèmes de gestion d’images et de documents du pro-duit ABB sélectionné.

Business OnLine fait désormais partie intégrante du site web d’ABB, renfor-çant son offre de services client en ligne Encadré 2 .

Full contactAvec sa plate-forme One ABB on the Web, ABB entend bien améliorer la qualité de ses services à la clientèle en aidant différents groupes d’utilisa-teurs à trouver, le plus vite possible, l’information pertinente. One ABB permet aussi à de nombreuses entités du Groupe de rationaliser leurs activi-tés de gestion et de diffusion de l’in-formation, de chiffrage et de prise de commande. Ce contact direct, en temps réel, est la piste à suivre pour fidéliser durablement la clientèle.

Jan Anders Solvik

ABB Corporate Communications

Global Web Management

Zurich (Suisse)

[email protected]

Håkan Wärdell

Nathan Becker

ABB Information Systems Ltd.

Zurich (Suisse)

[email protected]

[email protected]

Active Directory

Service d’annuaire utilisé sur les ordinateurs

et serveurs Windows de Microsoft pour réfé-

rencer les noms et adresses des utilisateurs

ainsi que les noms de domaine et adresses

des ressources accessibles en ligne sur le

réseau.

(Source : site http://www.tech-faq.com)

AJAX

(Asynchronous Javascript And XML)

Méthode de récupération sur un poste client

des informations actualisées d’un serveur

web en « asynchrone », c’est-à-dire sans

télécharger à chaque modification toute la

page pour éviter de mobiliser inutilement le

serveur.

(Source : http://javascript.about.com)

ASP.NET (Active Server Page)

Plate-forme d’applications sur le Web, déve-

loppée et commercialisée par Microsoft pour

permettre aux programmeurs de construire

et déployer des sites, solutions et services

web dynamiques. ASP.NET s’appuie sur

l’environnement d’exécution « CLR » (Com-

mon Language Runtime) de l’architecture

.NET qui, à l’instar d’une machine virtuelle

Java, permet de traduire différents langages

de programmation en code ASP.NET.

(Source : Wikipedia)

Microsoft SQL Server

Système de gestion de base de données

relationnel (SGBDR) utilisant les langages de

requêtes transactionnels « T-SQL » et norma-

lisé « ANSI SQL ».


REST (REpresentational State Transfer)

Style d’architecture universel décrivant la

manière de réaliser une application sur le

Web. Son concepteur, Roy Fielding, évoque

le fonctionnement d’une application web

bien construite en ces termes : « un réseau

de pages applicatives (machine d’états vir-

tuelle) dans lequel l’utilisateur progresse en

cliquant sur des liens (transition d’états), ce

qui provoque l’affichage de la page suivante

(nouvel état de l’application) et le transfert

des données vers l’utilisateur qui peut alors

les exploiter. »

(Source : http://www.xfront.com)

SAML

(Security Assertion Markup Language)

Standard XML définissant la façon dont les

services web peuvent échanger des déclara-

tions de sécurité (authentification, autorisa-

tion, attributs), indépendamment des tech-

nologies exploitées par chacun d’eux. SAML

vient en renfort de nombreuses solutions

SSO pour les problèmes de gestion des

identités dans l’entreprise.

(Source : http://xml.coverpages.org)

SOA (Service-Oriented Architecture)

Assemblage de services capables de commu-

niquer et de collaborer pour créer de nouvel-

les applications « métier ». Les échanges

peuvent porter sur de simples données ou

impliquer plus de deux services coordonnant

une activité.

(Source : http://www.service-architecture.com)

SOAP (Simple Object Access Protocol)

Protocole d’échange d’informations structu-

rées assurant l’interopérabilité des données

et services applicatifs à travers le Web, indé-

pendamment des systèmes d’exploitation,

techniques et langages de programmation

utilisés par le réseau. Il s’appuie sur le

langage de description XML.


WS-Security (Web Services Security)

Protocole de communication sécurisant une

transaction réalisée par un service web en

ajoutant des mécanismes de signature, de

chiffrement (en-têtes WSS) et d’authentifica-

tion des messages SOAP, à l’aide de jetons

de sécurité binaires, tels que les certificats

électroniques X.509 et les tickets Kerberos

(protocole permettant aux nœuds d’un

réseau non sécurisé de s’identifier à l’aide de

tickets servant de carte d’identité).


XML (eXtensible Markup Language)

Langage simple, souple et évolutif de des-

cription de documents et données structu-

rées pour le Web, issu de SGML (norme

générique ISO 8879). Conçu à l’origine pour

relever les défis de l’édition numérique à

grande échelle, XML joue un rôle croissant

dans l’échange d’une grande variété de don-

nées informatisées sur le Web et les réseaux

en général.

(Source : http://www.w3.org/XML)

Glossaire

77Revue ABB 4/2009

Index

Revue ABB 1/2009 Leviers de productivité

Service gagnant Le concept ABB de télémaintenance révolutionne la robotique industrielle 6

Partenariats technologiques Comment ABB collabore avec ses clients pour dynamiser l’innovation 9

Haro sur le papier ! Dématérialisons les échanges industriels 15

Des départs-moteurs étroitement surveillés Surveillance et suivi d’état des départs-moteurs intégrés BT chez un industriel finlandais 20

Les nouveaux visages de la communic’action’ homme-machine Le service axé sur le dialogue et le partage entre équipement et utilisateur 26

Ascension risquée, conseils avisés Identifier les risques et mécanismes de défaillance industriels pour réduire les coûts 30

Les rouages de la fiabilitéTerminologie et concepts 34

Excellence industrielle : ABB avance ses pions ABB Full Service® réduit les coûts et améliore la satisfaction client du site pétrogazier Solvay 38

Modèles de laminage Des modèles adaptatifs pour les laminoirs à froid 43

Produire plus avec moins Des solutions logicielles au service de la productivité et de l’efficacité 49

Roulements de tambours pour atteindre des sommets de productivité 54

Touche finale ABB innove dans la mesure d’épaisseur du papier avec un capteur optique sans laser très prometteur 60

Robots écolos Les procédés robotisés sont une source d’économies pour les industriels de la plasturgie 63

Les robots prennent la clé des champs Des gisements de sécurité et de productivité pour l’industrie du pétrole et du gaz 68

La propulsion électrique met les gaz La propulsion électrique ABB accroît le rendement énergétique et la capacité des navires méthaniers 74

L’intelligence mène la course Le diagnostic des appareils de terrain, gage de fiabilité 80

Amélioration de la performance environnementale Des solutions pour réduire les sous-produits et effluents industriels 86

Un appareillage compact et fiable 40 ans d’innovation dans l’appareillage d’interruption à isolation gazeuse de 52 à 1 100 kV 92

2 / 2009



Revue ABB

Pioneering spirits

A revolution in high dc current measurement

page 6

Team-mates: MultiMove functionality heralds a new era in robot applications

page 26

Best innovations 2004page 43

a

Croissanceverte

Le recyclage vire au vert page 10

Des variateurs écologiquement correctspage 25

Des moteurs ABB fabriqués par des robots ABBpage 47

1 / 2009



Revue ABB

a

Leviers deproductivité

Les appareils de terrain découvrent le chat sur Internet

page 26

Questions de fiabilitépage 34

La propulsion électrique,vague de fond des navires méthaniers

page 74

Revue ABB 2/2009 Croissance verte

Les défis énergétiques mondiaux Ernest Moniz commente les contradictions des questions environnementales qui nécessitent des réponses immédiates 6

Les déchets ont de l’avenir Recyclage et valorisation des matériaux isolants en fin de vie 10

Commande prédictive, pilote automatique de l’usine écoperformanteOptimiser la production pour s’adapter aux difficultés et complexités du marché 17

Le développement ABB se met au vert Des produits conçus pour durer 23

Les variateurs en habit vert La variation électronique de vitesse, un investissement écologiquement correct 25

L’attrait de la simplicité Des machines à aimants permanents très prometteuses 29

BORDLINE® M Des architectures d’alimentation très performantes pourservices auxiliaires de traction ferroviaire 35

Tour de force ABB lance sa nouvelle génération de turbocompresseurs A100pour des moteurs plus performants et moins polluants 42

De la parole aux actes On n’est jamais aussi bien servi que par soi-même :ABB le prouve en utilisant ses robots pour fabriquer des moteurs BT 47

Ecoperformance : démarrez sur les chapeaux de roue ! L’amélioration des logiciels de régulation et les outils d’optimisation mathématique participent à l’efficacité énergétique des procédés industriels 50

Eco-exploitation des établissements hôteliers Plus de confort et d’économie d’énergie avec l’i-bus® KNX d’ABB 55

Déploiement imminent Une métamorphose réussie avec le modèle IDEALSM 58

Analyser la fiabilité Des outils d’évaluation probabiliste et de modélisation aident une usine de traitement des liquides du gaz naturel à améliorer sa maintenance et à fiabiliser ses équipements 64

78 Revue ABB 4/2009

Index

Revue ABB 3/2009 Puissance utile

Défis climatiques et énergétiquesLa lutte contre le changement climatique impose un nouveau paysage énergétique 6

Les progrès de l’usine à gaz ABB améliore l’exploitation et la gestion d’un terminal méthanier avec les systèmes de supervision SCADA VantageTM et d’automatisation étendue 800xA 11

Rétablir le lien Deux stratégies ABB de reprise du service électrique 17

Toute la lumière sur HVDC Light® 1 100 MW au compteur ! 23

Questions d’équilibre Les grands réseaux de transport adoptent HVDC Light® 27

Gestion des réseaux électriques : une tête d’avance La gestion optimale de la tension et de la puissance réactive permet de réduire les pertes et de maîtriser la demande 33

Des données brutes à l’information pointue Automatiser la détection et la localisation temps réel de défauts sur les lignes de distribution 38

Gestion éclairée de la distribution Des centres de conduite innovants 45

L’efficacité énergétique devient la règle Les moteurs électriques voient leurs classes de rendementénergétique harmonisées au niveau international 50

Tous à l’unisson Les automatismes s’offrent un standard révolutionnairede communication et de modélisation de l’information 56

Traduction simultanée Avec un nouveau concept d’importation générique des données, ABB simplifie l’intégration des sous-systèmes 62

Traversées haute tension Un siècle de progrès 66

3 / 2009



Revue ABB

a

Changement climatique : les scénarios de la dernière chance

page 6

Garder la maîtrise du réseau page 33

Un siècle sous haute tension : les traversées ABB

page 66

Puissance utile

Revue ABB 4/2009Les chemins de l’innovation

2009, année innovante 6

Effets démultiplicateurs La solution Direct Drive décuple les performances des procédés industriels 12

Du nouveau sous le soleilLes déserts, futur eldorado énergétique ? 16

Energie lumineuseABB présente son premier onduleur solaire 22

Sous pression Les transformateurs ABB se jettent à l’eau 25

Sans-fil industriel : débloquer l’informationL’adaptateur WirelessHART™ d’ABB 27

L’innovation en actionAvec le capteur optique d’ABB, les papetiers mesurent et contrôlent l’épaisseur des papiers les plus fins 33

Portrait-robot d’un petit prodige Dernier-né des robots ABB, l’IRB 120 et son armoire de commande IRC5 Compact 39

Un robot au bras longL’IRB 2600, un bourreau de travail au service de l’industrie 42

Les raffinements de l’intégrationContrôle-commande et gestion énergétique entament le dialogue CEI 61850 sur 800xA 47

La croisière tient la forme Un système ABB de surveillance et de diagnostic de l’appareil propulsif pour une exploitation plus rentable des navires 53

Puissance propulsiveL’Azipod® XO inaugure la deuxième génération de systèmes de propulsion marine d’ABB 59

Transformation à grande vitesseDes transformateurs pour le train à grande vitesse Velaro 64

Principe de simplicité X-Plug™ facilite le câblage de la gamme ZX d’appareillages électriques 68

De gré à gréABB personnalise son service client avec la plate-forme en ligne One ABB on the Web 71

Les innovations 2009 en vedettepage 6

Desertec : le soleil du Sahara pour étancher notre soif d’énergie

page 16

Le sans-fil industriel occupe le terrain

page 27

Les cheminsde l’innovation

4 / 2009



Revue ABB

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79Revue ABB 4/2009

Dans le numéro 1/2010

Les réseaux électriques évoquent immanquablement ces imposantes centrales qui fournissent en électricité des consommateurs situés à des centaines de kilomètres à la ronde. Ce flux de puissance s’écoule le plus souvent dans un seul sens, selon un modèle immuable obéissant aux injonctions de la demande. L’image d’Epinal n’a pratiquement pas évolué depuis les premières heures du trans-port d’électricité.

Or le monde change et oblige à revoir notre copie. Premier facteur d’influence : la montée en charge des énergies renouvelables, portée par la prise de conscience écologique et nos velléités d’indépendance vis-à-vis du carbone. Hélas, l’intégration des sources éolienne et solaire dans les réseaux existants se heurte au double obstacle de leur intermittence et de leur imprévisibilité. Qui plus est, elles sont souvent produites loin des grands centres de consommation et raccordées par un réseau tradition-nellement fragile.

Connexions d’avenir

Autres facteurs conditionnant le futur du transport électrique : son ouverture à la concurrence, qui dope le négoce d’énergie, et la possibilité pour le consommateur de choisir sa source.

Face à ces enjeux, le réseau du futur doit pouvoir gérer ces flux sur de longues distances, sans entamer la sécurité et la fiabilité des transits. Il doit donc s’appuyer sur des techno-logies capables de renforcer sa capa-cité et sa stabilité. Les grandes centra-les électriques céderont le pas à une production décentralisée, aux écoule-ments bidirectionnels. Et pour parer à la complexité accrue de la conduite des réseaux, il faut des équipements de surveillance modernes, adossés à des stratégies de contrôle-commande tout aussi pointues.

Technologies, produits, services et stratégies : ABB a de sérieux atouts pour répondre à cette nouvelle donne. Retrouvez-les à la une de notre première édition de 2010.

RédactionPeter TerwieschChief Technology OfficerGroup R&D and Technology

Clarissa HallerHead of Corporate Communications

Ron PopperManager of Sustainability Affairs

Axel KuhrHead of Group Account Management

Friedrich PinnekampVice President, Corporate Strategy

Andreas MoglestueChief Editor, ABB [email protected]

EditionLa Revue ABB est publiée par la direction R&D and Technology du Groupe ABB.

ABB Asea Brown Boveri Ltd.ABB Review/REVCH-8050 ZürichSuisse

La Revue ABB paraît quatre fois par an en anglais, français, allemand, espagnol, chinois et russe. Elle est proposée gratuitement à tous ceux et celles qui s’intéressent à la technologie et à la stratégie d’ABB. Pour vous abonner, contactez votre correspondant ABB ou directement le bureau de la rédaction de la revue.La reproduction partielle d’articles est auto-risée sous réserve d’en indiquer l’origine. La reproduction d’articles complets requiert l’autorisation écrite de l’éditeur.

Publisher and copyright ©2009ABB Asea Brown Boveri Ltd. Zurich (Suisse)

ImpressionVorarlberger Verlagsanstalt GmbHAT-6850 Dornbirn (Autriche)

MaquetteDAVILLA Werbeagentur GmbHAT-6900 Bregenz (Autriche)

Traduction françaiseBrigitte Fessard [email protected]

AvertissementLes avis exprimés dans la présente publi-cation n’engagent que leurs auteurs et sont donnés uniquement à titre d’information. Le lecteur ne devra en aucun cas agir sur la base de ces écrits sans consulter un pro-fessionnel. Il est entendu que les auteurs ne fournissent aucun conseil ou point de vue technique ou professionnel sur aucun fait ni sujet spécifique et déclinent toute responsa-bilité sur leur utilisation. Les entreprises du Groupe ABB n’apportent aucune caution ou garantie, ni ne prennent aucun engagement, formel ou implicite, concernant le contenu ou l’exactitude des opinions exprimées dans la présente publication.

ISSN: 1013-3127


Connect emission-free power to the grid?

Naturally.

ABB is helping construct the world’s largest offshore wind farm. Using our eco-friendly transmission technology, this 400-megawatt plant is expected to avoid 1.5 million tons of CO2 emissions per year and improve the reliability of the power grid. It’s just one of the ways that we, as the biggest supplier of electrical products and services for the wind industry, can use renewable power sources to help combat climate change. www.abb.com/energyeffi ciency

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