Un nouveau capteur intelligent sans fil comble le fossé qui sépare les opérateurs des industries dangereuses.

Alors que le monde a connu une prolifération de capteurs sans fil intelligents, dans toutes sortes d'applications, les opérateurs des industries chimique, pétrolière et gazière n'ont pas pu jusqu'à présent tirer pleinement profit de cette technologie. Ces industries sont généralement associées à des endroits qui contiennent des niveaux de gaz, de vapeur ou de mélanges de poussières explosifs dangereux. En raison d'absence de capteurs adaptés à ces conditions ou encore de coûts d'investissement et d'installation importants, il existe une défaillance considérable en termes de surveillance à distance pour ce qui concerne l'état de santé et les performances des machines entraînées par des moteurs électriques.

La situation a changé grâce au capteur intelligent sans fil appartenant à la nouvelle génération d'ABB, spécifiquement développé pour les applications dans des zones dangereuses. Il permet aux opérateurs de bénéficier d'une surveillance de l'état de la machine à un coût raisonnable, sans risque de sécurité associée. La surveillance de l'état de santé, combinée à des analyses avancées, fournit une alerte précoce et efficace permettant aux opérateurs d'identifier les problèmes potentiels et les mesures de maintenance appropriées à prendre. Cela permet également d'éliminer le risque de temps d'arrêt, à caractère coûteux et imprévu. 

Le capteur intelligent ABB Ability Smart Sensor surveille les paramètres clés des équipements, tels que les moteurs et les pompes, afin de fournir des informations sur leurs performances et leur état de santé. En plus d'être plus sensible aux petits changements de l'état de l'équipement surveillé, ce capteur intelligent dispose d'un microprocesseur plus rapide, combiné à une mémoire de travail et stockage interne accrues. Ces améliorations permettent au capteur intelligent d'offrir une capacité de surveillance, une portée de communication ainsi qu'une durée de vie de la batterie plus importantes.

Ce dispositif, scellé à vie avec un indice de protection IP66/67, peut être monté sur un équipement en quelques minutes à l'aide d'un simple support. Il peut détecter les vibrations à haute fréquence constituant une alerte précoce en ce qui concerne la défaillance d'un roulement. Cependant, contrairement à la plupart des capteurs équivalents sur le marché, le Smart Sensor d'ABB mesure non seulement les vibrations et la température, mais aussi le champ magnétique. Cela permet de mesurer l'état de santé et les performances des moteurs avec grande précision.

Déployer des capteurs intelligents dans les zones dangereuses

Les capteurs intelligents permettent de surveiller, à distance et en toute sécurité, les équipements installés dans des endroits difficiles ou dangereux d'accès. Cela évite aux opérateurs d'être exposés à des conditions dangereuses. En outre, en combinant la connectivité et l'analyse des données, les capteurs intelligents permettent aux utilisateurs de planifier leurs activités de maintenance, de réduire les temps d'arrêt et de prolonger la durée de vie des équipements.

L' une des principales caractéristiques du nouveau capteur est la durée de vie de sa batterie, estimée à trois fois plus longue que la plupart des modèles concurrents. L'utilisation d'une batterie à longue durée représente un avantage par rapport aux piles remplaçables. En effet, ces dernières risquent de compromettre la protection du capteur contre la poussière, l'eau et le gaz si le boîtier n'est pas correctement ouvert ou si une nouvelle pile est mal insérée.

ABB utilise une batterie qui respectivement limite les fuites de courant internes dans le temps, empêche aux tampons soudés de se rompre, sous l'effet des vibrations, et qui maintient la consommation électrique à un faible niveau. Cela est possible uniquement en s'assurant que la pile et ses plots soudés sont enfermés dans un support et séparés des sources de chaleur primaires par un espace d'air.

Grâce à la technologie Bluetooth ou Wireless HART, à faible consommation d'énergie, le capteur communique avec les smartphones, tablettes, PC et passerelles. Une nouvelle conception d'antenne étend la portée de transmission, ce qui rend possible des communications fiables en champ ouvert, sur des distances de quelques centaines de mètres.

Les données collectées par les capteurs sont transférées vers un smartphone ou une passerelle et ensuite vers un serveur sécurisé, basé sur le cloud. Des algorithmes avancés, axés sur la vaste expérience d'ABB en matière de moteurs électriques, analysent les données et les convertissent en informations utiles pour ce qui concerne l'état de santé et les performances de l'équipement. Une défaillance potentielle peut être prévue, ce qui permet aux exploitants de prendre des mesures correctives avant qu'une panne ne se produise.

Tester les capteurs intelligents pour les zones dangereuses

Les zones dangereuses sont généralement classées selon deux systèmes largement appliqués : les systèmes nord-américains basés sur la classe, la division et le groupe, et les systèmes européens basés sur la classe, la zone et le groupe. Diverses normes nationales et internationales respectent l'un ou l'autre de ces deux systèmes.

Les capteurs certifiés pour les zones dangereuses, disponibles dans le monde entier, doivent donc être conformes à de nombreuses exigences définies dans ces normes et dans d'autres. Certaines des conditions essentielles impliquent que le matériel interne (ou un court-circuit interne dans la batterie) ne doit pas provoquer de chauffage ou d'étincelles susceptibles d'enflammer le gaz. L'enceinte du capteur doit également être suffisamment robuste pour résister aux contraintes liées aux zones dangereuses.

Pour vérifier la première condition, les ingénieurs d'ABB ont testé des capteurs en court-circuitant afin de vérifier si l'augmentation de température qui en résulte reste en-dessous de la limite maximale de 135 °C (classe de température T4) définie par la norme. Comme la chaleur est acheminée vers le reste de la structure mécanique et absorbée par les plastiques du boîtier, les nouveaux capteurs intelligents étaient bien dans les limites.

La deuxième condition exige que les nouveaux capteurs fonctionnent de manière optimale dans les conditions environnementales les plus extrêmes. La plage de fonctionnement visée de -40°C à +85°C est typique pour la plupart des composants électroniques industriels. Les ingénieurs d'ABB ont effectué des tests de durée de vie hautement accélérés (HALT) pour tester la robustesse du capteur en dehors de la fenêtre opérationnelle nominale.

Ces tests ont soumis le capteur à des cycles de températures élevées et basses ainsi qu'à une combinaison de vibrations élevées et de températures extrêmes. Les résultats des tests HALT ont indiqué que le capteur ABB pouvait survivre à une plage de température allant de - 70°C à 130°C, ce qui est bien au-delà de la cible initiale. Le capteur possède déjà des certifications pour les zones dangereuses telles que ATEX et IECEx. Il est actuellement en train de passer la certification pour la NEC et d'autres certifications locales.

Flexibilité

Le firmware et le software du capteur intelligent (nouvelle génération) lui donnent la souplesse nécessaire pour être reconfiguré facilement afin de surveiller différents types d'équipements. Par exemple, un capteur pourrait être reconfiguré à la volée pour agir soit comme capteur de pompe soit comme capteur de moteur en sélectionnant des profils de machine prédéfinis ou personnalisés.

Les capteurs intelligents pour les zones dangereuses aident déjà les opérateurs et les équipes de maintenance à obtenir des informations sur la santé de leurs principaux . Cela leur permet de prévoir les défaillances et de prendre des mesures correctives avant qu'une panne coûteuse ne survienne. La facilité d'utilisation des capteurs intelligents et leur capacité à générer un large éventail de données devrait jouer un rôle clé dans la numérisation des industries pétrolière, gazière et chimique.

Teijo Karna, chef de produit pour les capteurs intelligents chez ABB Motion.

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