Alimentations en réseau, intégrées, hautes performances pour l'automatisation des usines

Le but de l'automatisation des usines est d'augmenter la productivité et de réduire les coûts de fabrication grâce à l'application de technologies et de systèmes de commande avancés au processus de fabrication. Pour cela, il faut des postes de travail contrôlés par ordinateur afin de gérer le matériel et les opérations, avec des opérateurs humains nécessaires uniquement pour la supervision, la surveillance, le réglage et la maintenance. Même si de nombreuses technologies convergent pour rendre cela possible, tout repose d'abord sur des alimentations fiables, efficaces et intégrées, conçues et fabriquées en pensant aux besoins liés à l'automatisation des usines.

Par exemple, la gamme d'alimentations SITOP de Siemens offre diverses options de base, standard et avancées. Au fil des années, leur gamme d'alimentations avancées est devenue la meilleure solution pour bénéficier d'une fiabilité maximale et de fonctionnalités automatisées, notamment en ce qui concerne le rendement, le caractère compact, le comportement en cas de surcharge et l'intégration système. Les applications de classe standard de la gamme SITOP de Siemens sont conçues pour les applications industrielles moins strictes qui nécessitent tout de même une certaine robustesse et des diagnostics complets.

Examinons ces deux options SITOP de plus près.

Alimentations avancées entièrement intégrées

Les alimentations de classe avancée de la gamme SITOP de Siemens incluent le modèle 6EP34378MB002CY0, qui fait partie de la série d'alimentations PSU8600 de l'entreprise. Le 6EP34378MB002CY0 est une alimentation de 24 volts (V) (valeur nominale) à quatre sorties et à montage sur rail DIN. Les niveaux de tension de sortie sont ajustables de 4 V à 28 V. Chaque sortie peut fournir jusqu'à 10 ampères (A), pour une puissance nominale de sortie totale de 960 watts (W). Les sorties 1 et 2, ou 3 et 4, peuvent être reliées en parallèle pour obtenir 24 V à 20 A sur deux sorties. L'entrée est un courant alternatif (CA) triphasé entre 400 V et 500 V. D'autres versions de la série PSU8600 sont disponibles avec des entrées à une ou deux phases.

Le rendement global du 6EP34378MB002CY0 est de 93 %, ce qui permet d'éviter toute surchauffe. Cela permet à l'alimentation d'être refroidie de manière passive via une convection naturelle. Son logement métallique ne nécessite pas de dégagement sur les côtés, et seulement 50 millimètres (mm) de dégagement au-dessus et en dessous. Cette alimentation est répertoriée pour un fonctionnement sur une plage de températures de -40°C à +60°C.

Le 6EP34378MB002CY0 est un système compact, qui ne mesure que 125 mm de largeur, 125 mm de hauteur et 150 mm de profondeur. Les dimensions physiques de l'unité de base s'ajoutent aux modules complémentaires PSU8600, notamment les modules d'extension d'alimentation, les modules tampons, les alimentations secourues (UPS) et les modules de batteries (Figure 1).

Figure 1 : Alimentation de base SITOP PSU8600 de Siemens avec modules d'extension et modules complémentaires. L'encadré montre la liaison par clip du système, qui permet de connecter électriquement les modules. (Source de l'image : Siemens)

Il est possible d'augmenter l'unité de base PSU8600 en utilisant la liaison par clip unique du système pour ajouter des modules supplémentaires. Les modules d'extension d'alimentation ajoutent des sorties supplémentaires, jusqu'à 36 au total.

Les pannes de courant à court terme peuvent être évitées grâce à des modules tampons pour des périodes de 100 millisecondes (ms) à 10 secondes (s), ce qui devrait être suffisant pour arrêter les processus en toute sécurité. Les modules de batteries et d'alimentations secourues offrent une alimentation de secours pour des périodes plus longues, de l'ordre de plusieurs heures.

Tous les modules d'extension se connectent électriquement à l'unité de base via la liaison par clip du système, qui gère à la fois le transfert de puissance et de données, réduisant ainsi la nécessité de câblage supplémentaire.

Les alimentations de la série PSU8600 peuvent être entièrement intégrées à des systèmes d'automatisation et au portail TIA (Total Integrated Automation) (Figure 2).

Figure 2 : Les composants de la série PSU8600 offrent une intégration et un échange de données complets. (Source de l'image : Siemens)

L'unité de base PSU8600 inclut deux ports PROFINET. PROFINET est l'acronyme de Process Field Network. Il s'agit d'une norme de communication de données de l'industrie de l'automatisation utilisant Industrial Ethernet. Cette norme est conçue pour la collecte de données et le contrôle des équipements dans des systèmes industriels.

L'unité de base inclut également OPC-UA (Open Platform Communications Unified Architecture). Il s'agit d'une norme open-source multiplateforme pour l'échange de données depuis des capteurs vers des applications cloud, développée par la fondation OPC. Il s'agit essentiellement d'un protocole de communication machine-à-machine utilisé pour l'automatisation industrielle.

L'alimentation prend en charge le système SIMATIC WinCC de Siemens, un système d'interface homme-machine (IHM). Siemens fournit une bibliothèque SITOP, qui offre à l'utilisateur des modules et des blocs d'affichage préconfigurés (faceplates) pour une intégration directe à SIMATIC PCS 7. L'entreprise propose également SITOP Manager, un outil pour la configuration initiale (mise en service), l'ingénierie et la surveillance des alimentations SITOP, qui est indépendant des structures techniques comme le portail SIMATIC TIA ou SIMATIC PCS 7.

Tous ces systèmes peuvent surveiller et contrôler les alimentations PSU8600. Les tensions de sortie peuvent être définies ou modifiées, et il est possible de surveiller le statut de fonctionnement et toutes les informations de diagnostic comme les courants de sortie, les tensions et les conditions de surcharge ou de court-circuit.

Alimentations standard

Les alimentations de classe standard sont compactes, robustes, écoénergétiques, et rapides et faciles à installer. Elles sont conçues pour une large gamme d'applications industrielles à tension fixe qui ne nécessitent pas le même degré élevé de contrôle que les alimentations avancées. Leur intégration système est axée sur le statut opérationnel et le diagnostic.

Les alimentations de la série PSU6200 de Siemens, ainsi que leurs modules complémentaires, constituent le pilier des sources d'alimentation de la classe standard (Figure 3).

Figure 3 : Exemples d'alimentations PSU6200 disponibles avec des sources d'alimentation CA ou CC et des plages de courants de sortie de 1,3 A à 40 A. (Source de l'image : Siemens)

Les alimentations série PSU6200 utilisent un boîtier à rail DIN similaire, ce qui permet un montage côte à côte et un refroidissement par convection. Elles sont disponibles avec des sorties en tension de 12 V, 24 V ou 48 V, avec des courants nominaux de sortie de 1,3 A à 40 A. Les spécifications de certaines alimentations PSU6200 les plus utilisées sont résumées dans le Tableau 1.

La disponibilité de plusieurs alimentations avec une tension commune et différents courants nominaux de sortie permet de passer très facilement à un niveau de puissance supérieur. Notez également que les tensions sources de ces alimentations peuvent être monophasées CA ou CC. D'autres alimentations de la série utilisent le CA triphasé.

Toutes les alimentations de la série PSU6200 offrent un excellent rendement de 95 % minimum, ce qui réduit la chaleur et améliore la fiabilité.

Le bloc d'alimentation de base peut être amélioré grâce à des modules complémentaires, notamment des modules d'extension, de redondance, de sélectivité, d'alimentation secourue et tampons (Figure 4).

Figure 4  : Les modules complémentaires améliorent la fiabilité et la stabilité du bus d'alimentation en cas de charges et de sources d'alimentation instables. (Source de l'image : Siemens)

Les modules tampons, d'extension et d'alimentation secourue ont été abordés précédemment et assurent la même fonction pour les alimentations de classe standard. Les modules de redondance relient deux alimentations. Si l'une des deux tombe en panne, l'autre prend le relais et fournit la charge, évitant ainsi tout temps d'arrêt. Le module de sélectivité surveille les courants de ligne individuels du bus. En cas de court-circuit ou de charge plus élevée que prévu, il coupe les circuits défectueux afin d'éviter de perdre le bus tout entier.

Les blocs d'alimentation répertoriés dans le tableau, avec des niveaux de puissance de sortie maximum de 240 W ou plus, sont dotés d'une fonction de correction du facteur de puissance (PFC) active. Par ailleurs, ils incluent un écran LED de diagnostic intégré et un port d'interface de diagnostic à connecter au logiciel d'automatisation.

L'écran de diagnostic indique les paramètres de fonctionnement clés et leur statut, notamment l'absence de problème de tension, l'utilisation du courant et la durée de vie. L'interface de diagnostic est un bus de données série qui communique avec l'entrée numérique d'un automate programmable (PLC) ou d'un autre logiciel d'automatisation. Le port de diagnostic indique la tension de sortie, le statut du courant de charge, les heures de fonctionnement et le statut de la température, ainsi que le type de dispositif (Figure 5).

Figure 5 : L'écran de diagnostic (à gauche) et le bloc d'affichage préconfiguré WinCC PSU6200 (à droite) indiquent le statut de l'alimentation. (Source de l'image : Siemens)

Conclusion

Quels que soient les besoins en alimentation de votre usine automatisée, les alimentations et les modules complémentaires SITOP de Siemens sont là pour prendre en charge les processus de production essentiels. La gamme complète et coordonnée de produits d'alimentation, combinée à un logiciel convivial, garantit un système d'alimentation fiable qui s'intègre facilement à l'usine moderne.