23 Mai 2014  |  Génie des procédés
Publié dans La Revue POLYTECHNIQUE 03/2014

Une installation industrielle miniature

Les installations techniques de procédés sont des installations industrielles miniatures. Elles doivent répondre à des exigences spécifiques en matière de conduite et de sécurité et représenter de manière transparente les processus en cours aux étudiants. Pour une nouvelle installation de rectification à la Haute école de Lucerne, la société Prola AG a fait appel au système de conduite des processus PCS 027 dans la version Microbox.

A la Haute école de Lucerne, dans la section Technique & Architecture, quelque 1700 étudiants Bachelor et Master étudient dans les disciplines de la construction et de la technique. La filière génie mécanique offre aux futurs ingénieurs une formation solide, reposant sur plusieurs piliers. Dans le cycle de spécialisation aux énergies renouvelables et en technique des procédés, les étudiants apprennent à connaître les processus de transformation des matières et la technique environnementale. Ils sont en mesure de concevoir des installations permettant une production écologique.
La séparation des mélanges de matières liquides est une des opérations fondamentales de la technique des procédés thermiques. La distillation à plusieurs étages, également appelée rectification, fait partie des processus de base les plus importants pour une séparation continue de mélanges liquides, tels que l’eau et l’éthanol, avec une bonne efficacité énergétique. Dans le cas de la rectification, les mélanges de matières sont séparés en fonction des différentes températures d’ébullition des composants. Le mélange de matières se sépare en différents composants individuels sur toute la hauteur de la colonne. Le composant volatil s’enrichit en tête de colonne, tandis que le composant entrant en ébullition aux températures plus élevées est recueilli en bas. La rectification est utilisée dans la fabrication des biocarburants, la récupération des solvants, la distillation de l’air ou dans les distilleries de whisky.
 
L’installation de rectification de la Haute Ecole de Lucerne permet à des étudiants à comprendre les processus de séparation des mélanges de matières liquides.
 
Une installation de formation
Afin de favoriser la compréhension fondamentale des procédés de séparation des matières, les responsables de la Haute école de Lucerne ont décidé de remplacer la petite colonne de rectification existante par une installation plus grande. Ivan Wyssen, travaillant auprès du centre de compétence Systèmes d’énergie thermique & Technique des procédés et gestionnaire de l’installation de rectification estime à ce propos: «Nous avons voulu réaliser une installation dédiée à la formation des étudiants, construite de manière analogue à une installation industrielle, pilotée et gérée par un système de conduite des processus de qualité industrielle».
La conception électrique ainsi que l’étude de projet de la technique de conduite et de supervision ont été confiés à la société Prola AG. En qualité de partenaire en solutions Siemens, cette société a déjà utilisé le système de conduite des processus Simatic PCS 7 à de multiples reprises, cependant encore jamais en version Microbox (voir encadré). Le directeur, Heinz Müller, justifie ce choix de la manière suivante: «L’installation sert de site d’apprentissage et de démonstration aux étudiants, également dans la perspective de l’automatisation des processus. C’est la raison pour laquelle nous avons choisi le système de conduite des processus PCS 7. Avec la nouvelle Microbox, c’est une excellente solution pour les installations de cette taille. Elle est simple d’utilisation et sûre, elle répond aux normes industrielles et économiques».
 
Au total, 25 mesures analogiques et 19 mesures numériques affichent les états du processus (températures, débits, pressions) dans les différentes sections de la colonne de rectification.
 
Sécurité et transparence
Le respect de la sécurité au travail est l’une des principales exigences. Les possibilités d’interventions manuelles de l’opérateur doivent être conçues de manière restrictive. Celui-ci assure la conduite des formulations prédéfinies et peut, dans le cadre de ses autorisations, modifier certaines valeurs de consigne et paramètres dans les différentes sections de la colonne. Les comportements thermiques et la conception de l’installation en qualité de zone Ex 1 ont principalement déterminé les exigences en matière de technique de mesure et de régulation. La surveillance permanente des valeurs de température définit les seuils d’alerte et de déclenchement, dont l’atteinte provoque la mise en sécurité automatique de l’installation.
L’installation offre de nombreux points de mesure, au sens de la transparence des processus. Grâce aux modules utilisés de l’APL (Advanced Process Library), tous les paramètres du processus et acteurs peuvent être représentés de manière claire et orientée objet sur l’écran. La spécificité - contrairement à une installation industrielle - est que tous les composants sont construits en verre, ce qui permet un suivi visuel du processus.
Une attention toute particulière a été accordée à l’aspect du traitement des données (Reporting). Le déroulement d’une charge (essai de mesure) est enregistré dans une base de données avec toutes les valeurs pertinentes. Les données des processus peuvent être éditées sous Excel, ce qui facilite la réalisation des rapports de laboratoire. Des rapports automatisés avec un ensemble exhaustif de graphiques de tendance sont possibles.
 
Les composants principaux suivants sont, entre autres, reconnaissables dans l’armoire de commande: les appareils de la périphérie décentralisée ET 200 (en haut à gauche), la Microbox Simatic PCS 7 AS RTX (au milieu à droite) et les convertisseurs de fréquence Micromaster (en bas à droite).
 
Une gestion rapide des projets
«Le système PCS 7 décharge le programmeur de nombreuses tâches routinières. Celui-ci peut ainsi mieux se concentrer sur l’installation, les procédures et l’interface utilisateur», c’est en ces termes que le chef de projet, Simon Wernli, décrit l’un des avantages du système de conduite des processus. L’installation pourrait ainsi être mise en service après une durée d’étude et de conception de trois mois environ. «Depuis la mise en service, nous avons réalisé avec succès plusieurs mémoires de fin d’études et divers exercices de laboratoire avec l’installation», affirme Ivan Wyssen, quant aux expériences déjà réalisées dans le domaine de l’exploitation. «Les étudiants peuvent conduire l’installation de manière autonome après seulement une heure d’initiation au système de conduite des processus». Ceci n’est rendu possible que grâce à une interface utilisateur optimale, que la société Prola a développée en coopération avec la Haute école de Lucerne.
 
La technique en bref
Le système d’automatisation Microbox Simatic PCS 7 AS RTX est un système d’entrée de gamme, adapté aux petites applications et à la zone à proximité de l’installation. Contrairement à une commande classique, le système PCS 7 est installé sur un PC compatible industrie logé dans une armoire de commande, dans le cas présent sur un ordinateur Microbox PC 427C. Celui-ci tourne sous le système d’exploitation Windows XP Embedded 2009. La commande communique via Ethernet avec la station de conduite, un Desktop-PC standard. Deux stations Remote I/O ET200 sont connectées aux capteurs et aux acteurs via une interface Profibus DP.
 
Prola AG
6020 Emmenbrücke
Tél.: 041 260 02 20
 
Siemens Suisse SA
1020 Renens
Tél.: 0848 822 844
www.siemens.ch


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