Surveillance d'état sans fil : augmenter la production et réduire les temps d'arrêt

Les défaillances mécaniques dans les moteurs, variateurs et autres équipements électromécaniques sont la cause la plus fréquente d'arrêts de production. Les systèmes modernes de surveillance d'état basés sur la vibration détectent les problèmes avant qu'ils ne surviennent, réduisant les arrêts coûteux et maximisant la production.

Pourquoi le sans fil ?

Les unités de surveillance d'état sont généralement mises en réseau vers un ordinateur central pour l'analyse de données et l'annonce d'alarmes. Dans de nombreuses installations, les machines sont dans des emplacements distants ou mobiles où la connectivité câblée est impraticable ou trop coûteuse. La communication sans fil offre des coûts d'installation plus bas, un déploiement plus rapide, et dans certains cas, une fiabilité améliorée.

Défis de coûts du réseau

Quand l'infrastructure réseau est indisponible, le coût supplémentaire de câblage fibre optique, génie civil fourreaux, tranchées et lignes téléphoniques louées peut pousser le retour sur investissement au-delà des limites acceptables. Par exemple, le coût moyen d'installation de câble dans une usine chimique est de 40 $ le pied (120 $ le mètre), tandis qu'une centrale nucléaire peut atteindre 2 000 $ le pied (6 000 $ le mètre). La location de lignes téléphoniques pour des sites à plusieurs miles ajoute des frais d'activation et mensuels qui doivent supporter des flux de données vibration haute vitesse continus.

Les services cellulaires sans fil sont parfois utilisés pour sites distants, mais ils sont limités par la couverture et la bande passante, et les coûts d'abonnement peuvent être élevés.

Options technologiques sans fil

L'approche la plus courante pour l'Ethernet sans fil est la transmission RF dans les bandes 2,4 et 5,8 GHz sans licence. Deux techniques d'étalement de spectre sont disponibles : séquence directe et saut de fréquence.

Séquence directe utilise un large canal pour transmettre des schémas de modulation complexes, offrant les débits les plus rapides (jusqu'à 54 Mbps avec IEEE 802.11g). Cependant, la large bande passante est plus sensible aux interférences quand de nombreux systèmes opèrent à proximité. Dans la plupart des pays, seulement trois des 13 canaux 2,4 GHz disponibles ne se chevauchent pas, menant à une congestion potentielle.

Saut de fréquence divise le spectre en nombreux petits canaux et saute rapidement entre eux. Bien que plus lent (typiquement <1 Mbps) et avec une latence plus élevée, il offre une immunité au bruit et une fiabilité supérieures. Les systèmes à saut de fréquence sont propriétaires, permettant aux fabricants d'implémenter authentification et chiffrement uniques, et de garder le réseau industriel isolé de l'IT corporate.

Intégration du sans fil avec la surveillance d'état

La plupart des systèmes de surveillance d'état utilisent l'Ethernet pour la connectivité. Lors du déploiement sans fil, deux facteurs clés doivent être considérés : le débit (bande passante) et la latence. Pour plusieurs machines distantes, un réseau RF dédié ou des systèmes RF séparés peuvent être requis pour maintenir la performance. L'équipement RF industriel doit présenter une puissance de sortie élevée, une large plage de température, des diagnostics intégrés, des certifications pour zones dangereuses, et le support d'ingénieurs expérimentés en réseautage industriel.

Applications pratiques

La surveillance d'état sans fil bénéficie pratiquement à chaque industrie reposant sur équipement électromécanique. Cas d'usage typiques :

• Pompes de traitement des eaux usées
• Entraînements de foreuses pétrole/gaz
• Entraînements de lignes d'assemblage automobile
• Ponts roulants dans aciéries
• Ventilateurs de refroidissement de centrales électriques

Étude de cas : Ventilateurs de refroidissement de centrale électrique

Une centrale au charbon devait surveiller les ventilateurs de refroidissement à la base de ses tours de refroidissement. L'environnement hostile et l'absence d'infrastructure Ethernet rendaient l'installation fibre prohibitive — estimée à plus de 100 000 $ et six mois de planning. En déployant une solution Ethernet sans fil, l'usine a installé le système en seulement trois semaines et l'exploite de façon fiable depuis plus de cinq ans.

Conclusion

Les avancées en analyse de vibration fournissent maintenant une surveillance d'état fiable en temps réel. Quand le réseau câblé est coûteux ou impraticable, les technologies sans fil peuvent livrer les mêmes bénéfices avec un investissement capital plus bas et un déploiement plus rapide. Sélectionner la méthode et l'équipement sans fil appropriés est critique pour assurer la fiabilité et la performance à long terme.

Figure 1. Forme d'onde séquence directe.

Figure 2. Canaux séquence directe 802.11b.

Figure 3. Canaux 802.11b non chevauchants.

Figure 4. Canaux saut de fréquence.

Figure 5. Application tour de refroidissement sans fil.