Le parcours IIdO (Internet industriel des objets) commence avec la télémesure

Les unités de télémesure pour la surveillance et le contrôle peuvent être utilisées dans l’électricité, les services utilitaires, la diffusion et les transports intelligents, dit Craig Abbott.

L’IdO comporte la vision d’un reporting des données à partir de capteurs peu coûteux à travers des liaisons de communication ubiquistes et vers des bases de données immenses au sein du nuage, aux fins d’analyse. Avec plus de données, le but est de glaner des informations supplémentaires pour aider à optimiser les usines de transformation, les villes et même la vie de tous les jours.

Une immense valeur réside dans le fait de pouvoir d’optimiser les opérations et de détecter et d’intervenir plus vite sur les problèmes imminents. Par exemple, les unités de télémesure (RTU) ont été utilisées depuis des décennies pour surveiller la consommation d’électricité et les batteries de secours dans les tours de télécommunications. En cas de défaillance du réseau, le RTU permet aux exploitants de continuer à surveiller les biens d’équipement pour assurer leur fonctionnement continu sans interruption.

Plus récemment, ils ont été déployés sur des tours de turbines éoliennes pour surveiller la production – plutôt que la consommation – sur chacune d’elles. Le RTU doit avoir suffisamment de capacité pour gérer le nombre limité de points d’entrée/de sortie qui sont requis à chaque tour de production d’électricité. Dans le secteur de la fabrication, l’IdO industriel (IIdO) offre des avantages similaires pour un vaste éventail d’équipements, comme les pompes, les soupapes, les compresseurs et même les voies ferrées et l’eau potable.

Les RTU fonctionnent sur la base de la simple condition que, si l’état d’un bien d’équipement est compris, il peut être géré efficacement et répondre rapidement au changement. Dans une usine de transformation, couverte par un réseau Wi-Fi ou 5G et avec des serveurs dans le nuage ou dans une salle de commande climatisée voisine, les RTU rassemblent des informations sur les biens d’équipement critiques.

Intelligence industrielle

L’un des moteurs de l’IdO est la facilité d’accès aux réseaux de communication pour transporter les données vers le nuage et la modularité des serveurs pour rassembler et gérer de grands volumes de données aux fins d’analyse. Cependant, les installations industrielles peuvent être un magasin fermé. Les préoccupations relatives à la cyber-sécurité signifient que les communications extérieures sont souvent fortement limitées ou même non-existantes. De nombreuses applications industrielles concernent la sécurité du public, comme le transport de personnes ou de produits dangereux, ou la production d’aliments, de boissons ou de médicaments destinés à la consommation humaine.

Le risque de tout accès extérieur aux systèmes de contrôle interdit la connectivité ouverte qui est un moteur fondamental pour l’IdO. Pour certaines personnes, le manque de connectivité est suffisant pour suggérer que l’IdO n’est pas adapté au secteur. Pourtant, les concepts de l’IdO peuvent être appliqués à un cadre industriel.

Cela signifie d’utiliser des capteurs appropriés au secteur considéré, avec toutes les approbations requises concernant des zones dangereuses ou l’hygiène, des réseaux de communication qui sont limités via un LAN physique ou un VPN WAN, et un serveur potentiellement sur place plutôt que dans le nuage. Le résultat devrait être le même – surveillance accrue des biens d’équipement, collecte de données supplémentaires auprès de sources disparates et analyse des données pour produire des informations exploitables.

Les RTU en tant qu’ordinateurs de périphérie

Un ajout relativement récent à la famille de l’IdO est le concept de l’ordinateur de périphérie. Les serveurs de l’informatique en nuage sont situés physiquement en un lieu central et leur tâche est de gérer les mises à jour et demandes de données provenant de n’importe quel lieu dans la région. Avec des volumes de données qui augmentent, il y a des charges croissantes qui pèsent à la fois sur le serveur principal et sur les réseaux de communication qui s’y connectent.

Sur le plan conceptuel, il y a besoin d’un autre type de serveur qui est installé à la périphérie du nuage, peut-être au niveau d’un état ou d’une ville, et qui prend le rôle de pré-processeur de données. Il devrait filtrer le flux de données, en éliminant les données qui ne sont pas informatives, et, si possible, répondre localement au changement plutôt que de s’en remettre au serveur principal en nuage pour chaque événement. Ces actions réduisent la charge pesant sur le réseau de communications et réduisent la latence dans toute réponse.

La première chose à reconnaître à propos de l’application des concepts d’IdO industriel (IIdO) au contrôle de surveillance et à l’acquisition des données (SUPERVISION), c’est que l’ordinateur de périphérie industriel existe déjà. Les RTU collectent des données auprès de capteurs situés à distance et les traitent pour une réponse locale immédiate. Il n’y a pas de latence dans l’envoi des données vers un serveur central et dans l’attente de sa réponse. Il résout également le problème de coupure quand il n’y a aucun lien vers le serveur principal. Les RTU sont autonomes et peuvent maintenir un contrôle local pendant des périodes prolongées sans supervision.

Ce sont aussi des concentrateurs de données, mais l’envoi de chaque échantillon de donnée à un serveur principal surcharge rapidement une liaison de communication. Un RTU peut échantillonner le niveau d’un réservoir d’eau ou la tension d’une ligne électrique de voie ferrée plusieurs fois par seconde, aux fins d’alerte et de contrôle, mais n’envoyer que les détails clés au serveur principal. Cela maintient le trafic des communications à un minimum. Par exemple, envoyer un minimum, un maximum, une moyenne, un total et un écart standard toutes les heures pour un point de donnée, plutôt qu’un échantillon toutes les secondes, réduit le trafic des communications de 99,9%. Cela permet aux RTU de fournir un aperçu essentiel des systèmes à distance, même quand il n’y a pratiquement aucune bande passante disponible.

En tant qu’outils d’analyse, les RTU collectent les données auprès de capteurs locaux, les analysent, puis répondent au changement. Les algorithmes typiques utilisés aujourd’hui sont liés au contrôle des processus, exactement comme un contrôleur logique programmable (PLC).

À mesure que l’IIdO évolue, des fonctions plus nombreuses et variées sont développées. Par exemple, le Kingfisher CP-35 exécute un système d’exploitation Linux sur un processeur de 1 GHz. C’est un niveau de puissance traitement important qui est disponible sur le terrain, dédié à l’analyse des données à partir d’un seul endroit. Un parc de 100 de ces RTU déployé à travers un réseau donne une puissance de traitement de 100 GHz.

La première règle d’un SUPERVISION est que les communications échoueront. Non seulement les RTU sont des contrôleurs autonomes, mais ils doivent aussi être des enregistreurs de données. Quand il est hors ligne, un RTU maintiendra une banque de données qui devraient être envoyées au serveur central en les téléchargeant une fois que la ligne est rétablie. Les derniers RTU peuvent archiver des centaines de milliers, et potentiellement des millions, d’événements. Pour mettre cela en perspective, 100 000 événements représentent environ la valeur de 140 jours de moyennes horaires provenant de 30 capteurs à distance. Dans l’IdO, le rôle d’un ordinateur de périphérie est de pré-traiter les données et d’agir avant que les données ne soient transmises au serveur principal. Cela permet une réponse rapide, à faible latence, et minimise le trafic entre le serveur central et la périphérie. C’est exactement le rôle qu’un RTU peut remplir dans l’IIdO.

Considérations industrielles

Contrairement aux ordinateurs installés en baies et situés dans des centres de données, les ordinateurs de périphérie, dans l’IIdO, se trouvent là où les liaisons série RS485 et le câblage des capteurs 4,0 mA-20 mA rencontrent les connexions de réseau 4G et 5G. C’est là où les capteurs locaux et les communications à distance se rencontrent.

Un PC typique installé en baie n’est pas fait pour survivre aux conditions thermiques pénalisantes, aux événements électriques préjudiciables et aux coupures d’alimentation électriques potentielles. D’un autre côté, les RTU peuvent supporter des températures extrêmes variant de -40°C à +85°C. Ils ont une isolation atteignant 5 000V entre le câblage des capteurs et le processeur principal comme protection contre les événements parasites. L’alimentation électrique gère aussi le rechargement d’une batterie locale pour assurer la continuité des opérations pendant la perte d’alimentation électrique primaire.

Dans ces environnements rudes et éloignés, l’endommagement des systèmes devrait être considéré comme inévitable. Les RTU peuvent être équipés d’alimentations électriques doubles, de CPU doubles et de modules de communications redondants multiples. En cas de défaillance, les composants de secours prennent immédiatement le relais, en assurant que la surveillance et le contrôle à distance peuvent continuer sans interruption jusqu’à l’arrivée d’une équipe de maintenance.

Un défi de l’IIdO courant pour les ingénieurs de conception est de savoir comment commencer. L’option à faible risque est de sélectionner un RTU avec des caractéristiques de protection et de sécurité. De nombreux ingénieurs travailleront déjà avec des RTU, ont un serveur SUPERVISION pour recevoir et visualiser les données et ont accès aux ingénieurs ou à un partenaire d’intégration qui n’a pas besoin de formation particulière.

Ce sont là tous les outils nécessaires pour commencer à poser des questions sur les biens d’équipement et pour que les données soient collectées et analysées. Une fois qu’un essai d’IIdO est exécuté, il est alors possible de bâtir en vue de concepts IdO plus sophistiqués, comme les courtiers MQTT, le protocole HTTPS intégré et l’analytique prédictive.