Sur des installations énormes de traitement
de carrières, Metso Crushing Systems met au point sa propre architecture
d’automatisme intégré. Objectif : fournir une solution évolutive et
indépendante du choix du matériel.
Fer, cuivre,
nickel, partout dans le monde, pour extraire les minerais enfouis dans la
roche, les exploitants des carrières utilisent de véritables usines. Ces
installations qui doivent concasser et broyer la roche en morceaux de plus en
plus fins (c’est la partie « sèche), puis séparer le minerai du reste par
gravité, par flottation, magnétisme ou lixiviation (on parle là de partie
humide, car on mélange alors la roche avec de l’eau), sont énormes, s’étendant
sur des centaines de mètres de long et souvent plusieurs dizaines de mètres de
haut. Et pas question de les voir s’arrêter ! Ces machines tournent 24 heures
sur 24, 7 jours sur 7, pendant des années. A chaque étape, les lignes,
entièrement automatisées, sont donc dupliquées pour assurer un fonctionnement
en continu.
Des solutions complètes
A Mâcon
(Saône-et-Loire), l’équipe « Automation » de Metso Crusher Systems – entité de
la division Mining & Construction -, le centre mondial de compétences
d’ingénierie d’installations de Metso Minerals France, est spécialisée dans
l’automatisation d’installations de broyage et de criblage. Elle assure les
travaux de basic engineering, d’ingénierie électrique, l’ingénierie process et
automation, celle des systèmes d’informations, les plans projets internationaux,
l’installation et la mise en route de l’ensemble sur site. Son crédo ? «
Les clients ne demandent plus des machines seules mais des installations
complètes, déclare Jack Marmet, vice-président de Crusher Systems. Notre
objectif est donc de combiner la distribution d’énergie et le contrôle-commande
avec la fourniture des machines Metso ». Concrètent, « sur chaque projet, nous
fournissons l’ensemble de la distribution moteur, la partie opérative, le
process control, l’interface et le MES », déclare Jérôme Berthier, Responsable
Automation de Crusher Systems. Déjà, plus de 60 ont été livrés. Pour le dernier
en date, dont les ultimes éléments viennent d’être livrés, son équipe s’est vue
confier le deuxième lot de la partie « crushing », ainsi que la l’ingénierie
basique et de détail et la programmation de la partie flottation primaire d’une
nouvelle aile de production d’une mine de fer en Ukraine. Sept lignes, sur deux
ateliers, avec une particularité pour le contrôle commande : « l’installation
prévoyait une redondance complète, matérielle et logicielle, avec un couplage
de sources d’alimentation, afin d’assurer une un passage d’un matériel à un
autre sans temps mort », commente Jérôme Berthier. Autres contraintes fortes,
comme pour chaque projet, les Français ont développé un outil de supervision
homogène par atelier, alors que l’installation comportait deux types de process
différents, l’un en batch, l’autre continu. Enfin, chaque atelier nécessitait
de mettre en œuvre des régulations particulières, non linéaires pour le
broyage, linéaires mais adaptées pour la flottation. Sans compter la grande
diversité des machines à intégrer…
Une démarche « précâblée »
Le petit
plus de Crusher Systems ? « Nous avons développé durant ces dernières années
des process d’ingénierie et des outils de conception et de programmation
capables d’assurer la sécurité, la disponibilité et la régulation en standard
pour toute machine dans une installation de broyage », déclare Jérôme Berthier.
Côté process d’ingénierie, d’abord, les ingénieurs réalisent l’analyse
fonctionnelle de l’ensemble, validée avec le client. Ils passent ensuite à la
réalisation des plans de détail des câblages, dont la réalisation est
sous-traitée à des professionnels « tableautiers ». « Nous
faisons travailler des acteurs locaux autant que possible », note le
Responsable Automation. Pour le projet ukrainien, c’est ainsi la société
Comeca, installée à Crissey, près de Chalon-sur-Saône, qui a été chargée de
cette étape. Côté outils, « pour gagner du temps et réduire les coûts, nous
adoptons pour la partie automatismes la même démarche que pour la mécanique,
fondée sur l’utilisation de modules, explique Jérôme Berthier. Nous ne recréons
pas tout à chaque projet, mais nous réutilisons des standards validés par
analyse de risque ». Ainsi, quel que soit le projet et les équipements
utilisés, la stratégie de contrôle-commande et l’IHM sont toujours les mêmes.
Pour
construire des automatismes structurés, l’équipe s’est inspirée d’une norme
industrielle : la S88. Dans le cadre d’une analyse dite « organique », « nous
sélectionnons les blocs qui constituent l’affaire : blocs pompes, blocs
agitateurs, etc. Nous choisissons ensuite les régulations à appliquer puis,
enfin, nous construisons le superviseur», détaille Jérôme Berthier. Ces blocs
de départ sont piochés dans une bibliothèque de blocs « maison », réalisés sous
Excel, qui décrivent chaque composant en termes fonctionnels, avec ses entrées
et ses sorties. La machine est donc construite d’abord selon son analyse fonctionnelle
; il suffit ensuite de traduire ces blocs par leur traduction dans le langage
du superviseur cible. « Cela permet d’être indépendant du matériel et du
logiciel. C’est là que réside notre savoir faire », commente le responsable
Automation. La même machine peut ainsi être déclinée très rapidement en une
version utilisant du matériel et une supervision Siemens, Rockwell ou
Schneider, en fonction du choix du client. Pour le projet ukrainien, la
distribution d’énergie basse tension, les huit moteurs moyenne tension des
broyeurs à cônes et la surpervision (WinCC) ont été fournies par Siemens.
Des programmes structurés
« Nos
programmes suivent une structure Objet. Ces objets, que nous développons
nous-mêmes, portent l’information de façon naturelle. Cela permet d’instancier
les machines dans les programmes », explique Jérôme Berthier. Des blocs
programmes sont structurés par fonction, par équipement et par machine. «
L’utilisation systématique de programmes structurés nous permet de garantir la
remontée des informations de l’installation permettant une analyse des
événements et des causes d’arrêts hiérarchisées par machine et par zone »,
ajoute le responsable Automatisation. En outre, cette démarche permet aux
ingénieurs de gagner du temps en réutilisant des développements précédents et
en se concentrant sur ce qui manque et elle facilite les extensions.
Concrètement,
dans les locaux techniques, les équipements sont regroupés par modules :
puissance, communication et automates, avec une armoire automates par zone de
process. Sur le projet ukrainien, chaque atelier compte environ 3000
entrées/sorties. La partie sécurité est assurée par des technologies câblées.
Crushing Systems peut également mettre en œuvre une sécurité sur réseau
Profisafe. Autre point particulier de ce projet, « pour les alarmes, le client
exigeait de pouvoir réaliser une discrimination à la source », commente Jérôme
Berthier. Afin d’assurer l’horodatage et la sauvegarde des événements au niveau
de l’automate, les ingénieurs ont utilisé le bloc 8P de Siemens. « Siemens l’a
modifié pour l’intégrer au nôtre », souligne le responsable automation.
Evidemment, pour assurer le fonctionnement en continu de l’ensemble, tout est
redondé dans l’installation, à commencer par les automates S7 400, connectés
par paires via une fibre optique, afin d’assurer un basculement dans la
milliseconde.
Rapide et économique
Testés en
Bourgogne, tous les équipements Ukrainiens ont été expédiés. Ils seront bientôt
réceptionnés sur place et les équipes de Metso se rendront sur place pour la
mise en route. En toute confiance. « Avec une conception intégrée et des
systèmes de régulation adaptés, nos avons été en mesure d’obtenir des niveaux
d’efficience de 98% et de réaliser des économies d’énergie de 5 à 10% », déclare Jack Marmet. Cela permet surtout à
Metso de se présenter comme un ensemblier face à ses clients du monde entier.
Comment aller plus loin ? Par exemple en intégrant dans les futurs systèmes la
technologie de Cisa, filiale de Metso spécialisée dans les systèmes experts. Ce
type de systèmes permettrait en effet de maîtriser les régulations de la
totalité du process, plutôt qu’atelier par atelier, un atout maître dans ce
métier…
