L’électrification croissante des installations industrielles transforme la façon dont les usines sont conçues, exploitées et agrandies. L’infrastructure électrique ne peut plus être considérée comme une couche de services distincte de l’automatisation de la production. Conscientes de cette évolution, Hitachi Energy et Rockwell Automation ont annoncé une collaboration axée sur une architecture intégrée du réseau au procédé, qui relie l’infrastructure électrique aux systèmes d’automatisation et numériques responsables de la production.
Des systèmes distincts à une architecture du réseau au procédé
Traditionnellement, la distribution électrique, la qualité de l’alimentation, la protection, la gestion de l’énergie, le contrôle des procédés et l’automatisation de la production ont souvent été conçus comme des disciplines d’ingénierie distinctes. Cette approche peut créer des frontières entre les systèmes qui fournissent l’énergie et ceux qui la consomment.
L’approche proposée par Hitachi Energy et Rockwell Automation tend vers une architecture plus coordonnée. Elle rassemble des compétences en raccordement au réseau, qualité de l’alimentation, protection et contrôle, gestion de l’énergie, automatisation des procédés et exploitation numérique.
Du point de vue de l’ingénierie, l’intérêt de ce concept ne consiste pas simplement à ajouter davantage de systèmes au même réseau. Le changement le plus important réside dans la possibilité d’intégrer les conditions électriques et les exigences de production au sein d’un même modèle de planification et d’exploitation.
Pourquoi l’électrification devient un enjeu de production
L’électrification industrielle est de plus en plus liée à la capacité de production, plutôt que d’être considérée uniquement comme un projet énergétique ou de développement durable.
Une demande électrique plus élevée peut avoir des répercussions sur la capacité des postes électriques, l’architecture de distribution, la qualité de l’alimentation, la coordination des protections, les systèmes de moteurs et d’entraînements, ainsi que la disponibilité des équipements de production. Parallèlement, les changements apportés aux procédés de production peuvent modifier directement la charge électrique et les exigences d’exploitation.
Il s’agit d’une relation à double sens : le système électrique influe sur la production, tandis que la production détermine la manière dont le système électrique doit être conçu et exploité.
Une architecture du réseau au procédé peut donc fournir un cadre commun pour tenir compte de ces interdépendances lors de l’ingénierie, de la mise en service et de l’exploitation de l’usine.
Les mines et la métallurgie comme premier domaine d’application
Les mines et la métallurgie seront le premier axe de cette collaboration. Ce secteur illustre clairement la nécessité de considérer ensemble l’infrastructure électrique et l’automatisation.
Des procédés comme le concassage, le broyage, le convoyage et le traitement des minerais consomment d’importantes quantités d’énergie électrique. Une interruption ou une dégradation de la qualité de l’alimentation peut donc avoir des répercussions sur l’utilisation des équipements, la continuité de la production et les coûts d’exploitation.
Les entreprises minières sont également sous pression pour accroître leur capacité tout en modernisant les installations existantes. L’électrification ajoute une variable d’ingénierie supplémentaire à des projets déjà soumis à des contraintes de capital, d’infrastructure et de mise en service.
Les entreprises citent une analyse selon laquelle les dépenses d’investissement nécessaires à la croissance de nouvelles capacités minières pourraient atteindre environ 1 000 milliards de dollars au cours de la prochaine décennie.
La qualité de l’alimentation fait partie des performances de l’automatisation
La qualité de l’alimentation constitue un enjeu d’ingénierie important.
Les ingénieurs en automatisation se concentrent souvent sur la disponibilité des contrôleurs, la redondance des réseaux, les performances des entrées-sorties, l’instrumentation et la logique de commande. Pourtant, ces systèmes dépendent en définitive d’une infrastructure électrique qui doit assurer une qualité de tension, une protection et une continuité adéquates.
Les gros moteurs, les entraînements à vitesse variable, les convertisseurs et les autres équipements électroniques de puissance peuvent provoquer des perturbations électriques ou créer des profils de charge exigeants. À l’inverse, une alimentation électrique instable peut affecter les équipements d’automatisation et les procédés de production.
L’intégration des données sur la qualité de l’alimentation aux données d’automatisation et d’exploitation peut ainsi donner une vision plus complète des performances de l’usine.
La protection et le contrôle ont besoin d’un meilleur contexte opérationnel
Les systèmes de protection fonctionnent traditionnellement en fonction de paramètres électriques et de schémas de protection prédéfinis. L’automatisation des procédés, quant à elle, réagit aux conditions de production et à l’état des équipements.
Une meilleure intégration de ces domaines pourrait permettre aux équipes d’exploitation de comprendre les événements électriques dans le contexte des équipements de production. Par exemple, une perturbation électrique pourrait être évaluée non seulement comme un événement de protection, mais aussi en fonction des systèmes de production touchés, de l’évolution de l’utilisation des équipements et de la nécessité ou non de rétablir la production.
Cela ne supprime pas le besoin de fonctions de protection indépendantes. En revanche, cette approche ouvre la voie à un meilleur échange d’informations entre la protection, le contrôle électrique, l’automatisation des procédés et les systèmes de supervision.
Les opérations numériques créent une couche de connexion
Une fois une installation industrielle en exploitation, la combinaison de l’électrification, de l’automatisation et des technologies numériques peut rendre accessibles des informations sur la consommation d’énergie, les performances de production et l’utilisation des actifs.
Ces informations peuvent faciliter l’analyse opérationnelle et servir de base pour repérer les liens entre la charge électrique et le comportement de la production.
À mon avis, c’est l’un des aspects les plus concrets de cette collaboration. L’intégration numérique est particulièrement utile lorsqu’elle transforme des données d’ingénierie auparavant isolées en informations exploitables par les opérateurs et les équipes de maintenance. Le simple fait de recueillir davantage de données n’améliore pas une usine si celles-ci ne sont pas mises en relation avec l’état des équipements, les exigences de production et les décisions opérationnelles.
Planifier la capacité future
Les systèmes électriques industriels évoluent rarement de façon statique. La capacité de production peut augmenter, de nouveaux entraînements peuvent être installés, de nouveaux équipements de procédé peuvent être introduits et des sources d’énergie alternatives peuvent éventuellement être intégrées à l’installation.
Concevoir les systèmes électriques et d’automatisation séparément peut compliquer les agrandissements ultérieurs, car chaque modification peut nécessiter des changements dans plusieurs domaines de l’ingénierie.
Une architecture coordonnée peut au contraire fournir une base évolutive permettant d’accroître la capacité de production, d’intensifier l’électrification et d’intégrer de nouvelles sources d’énergie.
C’est particulièrement important pour les projets miniers, où l’infrastructure doit parfois s’adapter à des changements majeurs au cours de la durée de vie de l’installation.
L’avantage en ingénierie : moins de frontières
Le principal argument technique en faveur de cette collaboration est la réduction des frontières entre le génie électrique et l’ingénierie de l’automatisation.
Une installation industrielle moderne peut comprendre des réseaux de distribution moyenne et basse tension, des équipements de protection et de contrôle, des moteurs et des entraînements, des systèmes API ou DCS, des réseaux industriels, de l’instrumentation, des plateformes de gestion de l’énergie et des applications de surveillance des actifs. Ces systèmes interagissent déjà physiquement, même lorsqu’ils sont conçus et gérés séparément.
Le concept du réseau au procédé reconnaît cette interaction physique et cherche à fournir un cadre d’ingénierie et d’exploitation mieux coordonné.
Pour les équipes de projet, cela pourrait améliorer la coordination lors de la conception des systèmes, de la mise en service, du dépannage et des agrandissements futurs.
Au-delà des mines et de la métallurgie
Bien que les mines et la métallurgie soient le premier domaine visé, les mêmes principes d’ingénierie peuvent s’appliquer à d’autres secteurs à forte consommation d’énergie.
Les usines de fabrication, les centres de données, les installations chimiques, les infrastructures de transport et d’autres grands sites industriels dépendent de plus en plus d’une alimentation électrique hautement disponible et de procédés de production étroitement contrôlés.
Avec l’essor de l’électrification, la distinction entre « système électrique » et « système de production » perdra de plus en plus de sa pertinence sur le plan opérationnel.
Ce que cela signifie pour l’automatisation industrielle
La collaboration entre Hitachi Energy et Rockwell Automation reflète une évolution plus générale de l’ingénierie industrielle : l’infrastructure électrique devient un facteur de plus en plus visible des performances de production.
À long terme, l’enjeu ne consiste pas simplement à connecter les équipements électriques aux réseaux d’automatisation. Il s’agit de créer une architecture permettant de considérer ensemble les conditions électriques, les exigences de production, l’utilisation des actifs et la consommation d’énergie.
Pour les ingénieurs en automatisation industrielle, cela signifie que les futures architectures d’usine exigeront probablement une coordination plus étroite entre la distribution électrique, la protection, les entraînements, les plateformes API/DCS, les réseaux industriels, la gestion de l’énergie et les opérations numériques.
Les résultats concrets dépendront de la manière dont les entreprises traduiront ce concept en architectures précises et en applications industrielles. L’orientation technique est toutefois claire : à mesure que les procédés industriels s’électrifient, le génie électrique et l’ingénierie de l’automatisation doivent de plus en plus être conçus comme des composantes d’un même système.
