Qu’il s’agisse d’approvisionnement en eau potable, de relevage d’eaux usées ou de traitement d’effluents industriels, les utilisateurs de pompes cherchent à optimiser leur fonctionnement. D’abord dans un souci d’économie d’énergie, mais également afin de prolonger la durée de vie du matériel installé. Explications.
Pour utiliser une pompe de manière optimale, celle-ci doit être amenée à travailler à son point de fonctionnement. Ce “point d’équilibre”, où une pompe est efficace avec un bon rendement énergétique, se définit souvent théoriquement, en fonction de l’environnement, mais doit aussi se vérifier sur le terrain. Pour adapter le fonctionnement d’une pompe, deux éléments sont essentiels : le variateur de fréquence, qui adapte la vitesse du moteur en fonction des besoins, et les capteurs installés qui aident les utilisateurs non seulement à intervenir sur des pannes imminentes mais aussi à prédire des comportements et des événements futurs.
Variateurs de fréquence : adapter le fonctionnement des pompes à la demande
Très présent dans le traitement des eaux usées, WEG fait partie des constructeurs qui proposent des variateurs de vitesse conçus suivant des techniques de pointe pour améliorer l’efficacité énergétique et la productivité des installations. Laurent Dubost, responsable produit Automation, explique : « WEG est un constructeur de moteurs depuis les années 60. L’entreprise a beaucoup investi dans le développement d’équipements pour les pompes et notamment dans les variateurs de vitesse. Aujourd’hui, il est possible de faire des choses que l’on n’aurait pas pu imaginer il y a 10 ans car on dispose de variateurs avec une intelligence intégrée ».
Au cœur de l‘offre destinée aux STEP, WEG a développé le programme Pump Genius pour une utilisation sur variateurs CFW11 ou CFW500. Le logiciel permet d’optimiser la gestion des pompes selon trois modes de fonctionnement : Simplex pour le contrôle de la vitesse d’une pompe avec possibilité d’en commander une deuxième en parallèle ; Multipump, pour le pilotage de 4 pompes avec un seul variateur ; Multiplex pour le fonctionnement de 6 pompes en parallèle. Dans cette configuration, chacune des pompes possède son propre variateur de fréquence, pouvant travailler en maître/esclave. La communication entre les variateurs étant réalisée via une interface RS485 ou par BUS Can, le système permet ainsi aux clients d’avoir une vision complète de l’installation et d’ajuster à tout moment le régime des moteurs à la charge réelle. « Lorsqu’ils achètent un variateur WEG, les clients ont accès à différents logiciels, dont Pump Genius, qui permettent de programmer les variateurs afin de les rendre intelligents, résume Laurent Dubost. Les variateurs permettent de réguler le débit ou la pression, et de gérer les bascules dans le cas où il y a une installation en cascade. Le système est conçu pour adapter la puissance des moteurs en fonction de la charge ». Malgré le coût d’achat des variateurs et leur propre consommation d’énergie (ils font baisser le rendement de 2 à 4 %), le retour sur investissement est souvent très rapide. « Cela change le montant de la facture énergétique ! Adapter la puissance aux besoins de l’installation, c’est un des critères principaux des clients aujourd’hui, ce qui n’était pas le cas auparavant ».
Le variateur n’étant pas une solution universelle adaptée à toutes les situations, Danfoss propose des variateurs dédiés par métiers et par applications pour des puissances allant de 0,37 kW jusqu’à 6,3 MW. Le variateur VLT® Aqua Drive FC 202, conçu pour les applications de pompage, embarque ainsi des fonctionnalités complémentaires permettant de détecter les absences de débit, quand la pompe fonctionne à sec, et les obstructions, et ainsi de consommer la juste quantité d’énergie afin d’obtenir le point de fonctionnement nécessaire sans perte supplémentaire créée par un organe additionnel de réglage de débit. « Cela permet d’indiquer au variateur comment réagir : arrêter ou forcer le fonctionnement, explique Antoine Bourgier, responsable Marketing Europe du sud chez Danfoss. Notre solution s’applique à tous les cas de figure, en circuit fermé ou ouvert ».
A l'image de Danfoss, ABB dispose d’une gamme 100 % compatible et dédiée au métier de l’eau avec ses variateurs ACQ580 qui bénéficient de fonctionnalités intégrées et de connectivités étendues, conçus spécialement pour les stations de pompage et d’eaux usées.
Également conscient des problèmes de plus en plus récurrents d’harmoniques générés par l’utilisation de variateurs, ABB va encore plus loin en proposant une gamme à très faible émission d’harmoniques (ULH) et permettant de tirer pleinement partie du variateur en s’affranchissant des problèmes de distorsion. Cette gamme de variateurs ULH d’ABB (Ultra Low Harmonic) garantie un THDi < 3 % tout en diminuant le courant de l’ordre de 10 % pour une puissance donnée. Et combiné à un moteur à réluctance synchrone (SynRM) cela peut réduire les pertes d'énergie jusqu’à 40 % , pour un rendement et une fiabilité optimisés. Basé sur une conception de rotor avancée (sans aimant de terres rares) et piloté par un variateur de vitesse, le SynRM offre les avantages de performance des moteurs à aimants permanents avec la simplicité d’un moteur à induction.
Nidec Leroy-Somer axe, de son côté, son offre sur des moteurs IE3, IE4, IE5, afin de répondre au mieux à la demande d’efficience énergétique. En s’adaptant au plus juste à la demande du réseau hydraulique, le fonctionnement à vitesse variable de la motopompe offre en effet la possibilité d’abaisser la facture énergétique. Dans le cas d’une pompe centrifuge, une réduction de vitesse de 15 % se traduit par une économie de la puissance consommée de quelques 33 %, indique le constructeur. « Mais les variateurs doivent également pouvoir communiquer entre-eux, explique Rodolphe Perault, spécialiste des applications de pompage chez Nidec Leroy-Somer. Nos variateurs prennent en compte les principaux protocoles de communication suivant le besoin client. L’aspect communicant du matériel se fait via les variateurs de vitesse, ou directement via les pompes selon ce que proposent les fabricants. Cet aspect essentiel permet de faire du pilotage à distance, du monitoring et de la maintenance prédicitive du matériel ».
Attentif aux retours d’expérience de ses clients, Nidec Leroy-Somer a ainsi élaboré une offre complète de moteurs et de variateurs spécialement conçue pour répondre aux besoins d’exploitation. La technologie de base est la même que partout ailleurs, mais le logiciel de commande intègre des fonctionnalités intelligentes telles qu’un régulateur PID, un API embarqué (Automate Programmable Industriel), un programme applicatif dédié pompe, ou encore le logiciel Machine Control Studio sur base CodeSys.
PL Systems Unitronics France a étendu son offre avec une vaste gamme de solutions de contrôle et d’automatisation tout-en-un Unitronics. Ses systèmes intégrés API + IHM + E/S + VDF + Servomoteur permettent d’automatiser les installations de pompage. De plus la nouvelle solution cloud d’Unitronics permet d’effectuer efficacement la maintenance préventive. Du côté de Chauvin Arnoux, fabriquant français en instrumentation électrique et appareils de mesures des grandeurs physiques, les enregistreurs PEL100 sont des enregistreurs de mesures de puissance et d’énergies qui permettent d’exploiter les fonctions de mesure, de comptage des énergies et de communication. Équipés de tous les modes de communication : USB, Ethernet, Bluetooth, WiFi et 3G/GPRS, ils réalisent les mesures de vitesse de rotation, couple et rendement moteur en temps réel et une analyse historique et comparative des consommations.
Face à l’offre des automaticiens et énergéticiens, les fabricants de pompes comme Grundfos, KSB, Sulzer, Wilo ou encore Xylem ne sont pas en reste. Ils proposent des systèmes intégrant des systèmes élaborés de variation de fréquence sur leurs propres pompes, à l’image du PumpDrive de KSB qui compense automatiquement les pertes de charge par régulation de la pression. Le système dont PumpDrive R, élargit la grille de sélection jusqu’à une puissance assignée de 110 kW en standard ou jusqu’à 1,4 MW, assure un fonctionnement mono ou multi-pompes (jusqu’à 6 pompes), en fonction des besoins. Préréglé en usine, il s’installe au mur, ou dans l’armoire de commande et dispose de différentes interfaces pour communication de bus.
L’Hydrovar 5ème génération de Xylem, qui a été développé pour générer des économies d’énergie particulièrement lors du fonctionnement en charges partielles, offre des fonctionnalités telles qu’un système avancé de contrôle de la température du moteur permettant d’augmenter la durée de vie de l’équipement en contrôlant l’échauffement. De même, le capteur optimyze™ fournit des indicateurs sur la santé et la maintenance conditionnelle pour les équipements rotatifs et fixes comme les pompes, les moteurs, les échangeurs thermiques et les purgeurs de vapeur. En utilisant l'analyse décisionnelle, optimyze identifie les problèmes potentiels de l’équipement avant qu'ils ne se produisent. Les informations ainsi surveillées, collectées, stockées et analysées dans le capteur alimentent l’historique des données des équipements, créent des rappels de maintenance et permettent de générer des rapports détaillés.
Les capteurs, indispensables pour la surveillance des pompes
Moyennant une étude sérieuse avant l’installation, plusieurs fournisseurs proposent aujourd’hui des variateurs adaptés aux exigences de la distribution ou du traitement de l’eau. « Variateurs de vitesse et capteurs sont complémentaires », explique Stéphane Doucet, Sales Director Water Utility chez Grundfos France. « Les capteurs permettent de vérifier et de contrôler le fonctionnement de la pompe dans son milieu ».
Dans le cas des réseaux de distribution d’eau potable, qui portent sur des très grands linéaires et qui connaissent des variations de débits importants, il est notamment nécessaire de surveiller les pompes simultanément pour garantir la sécurité de distribution d’eau potable. Dans ce cas, Grundfos propose sa solution DDD, un SKID qui comprend l’ensemble des accessoires nécessaires au pilotage de la pompe et une armoire de commande pour gérer et adapter l’installation à la demande. « Dans le milieu industriel nous avons des capteurs de proximité : tout est sur le même site, il n’est pas nécessaire d’avoir une gestion à l’échelle du réseau. On utilise donc le GIM : ce capteur peut contrôler la température, la présence de liquides, et contient un vibromètre pour détecter d’éventuels coups de bélier. Ce capteur ne fait pas que renvoyer des données, il analyse lui-même les données et alerte l’exploitant en cas de problèmes. Il permet d’avoir une vision précise de la situation en temps réel » explique Stéphane Doucet.
Chez Xylem, les données communes des pompes et des applications telles que la température, la puissance, le temps de fonctionnement, la fréquence d’énergie, etc. sont contrôlées intelligemment par le système de surveillance Flygt Concertor. La technologie est ainsi capable d’identifier les conditions d’exploitation et d’adapter les performances de la station de pompage en temps réel tout en fournissant des informations à l’opérateur. « Nos systèmes de pompage Flygt Concertor assurent une tranquillité d’esprit aux techniciens et réduisent automatiquement la consommation énergétique, les appels d’urgence et les nettoyages programmés des puisards », explique Mouthou Soudarissanane, Manager Monitoring & Control. « Nous avons été les premiers à lancer ce système sur le marché en 2016 et aujourd’hui, ils sont universels, donc faciles à connecter avec les systèmes de supervision modernes ».
Pour améliorer leur performance et leur maintenance, les pompes doseuses de Seepex sont devenues "intelligentes". Équipé d‘un logiciel de contrôle, ainsi que des capteurs de débit et des fonctions de sécurité en option, le système de commande est intégré à la pompe, ce qui permet une automatisation modulaire et une intégration verticale. « Une boucle de régulation constante en temps réel compare les données des capteurs avec les paramètres déterminés pour le process et ajuste automatiquement la vitesse de la pompe en fonction des conditions demandées. Cette pompe s’autorégule et réduit les besoins de maintenance tout en assurant un fonctionnement rentable du système », précise Olivier Gallesio, son directeur des ventes.
Du côté d’ABB, le capteur Smart Sensor de la gamme Ability, est une solution de monitoring à distance qui permet aux utilisateurs de vérifier les principaux paramètres de fonctionnement et de performance des pompes depuis un smartphone ou un portail web. « Ce capteur fonctionne sur des pompes centrifuges ou vortex uniquement, avec des liquides dont la viscosité doit être proche de celle de l’eau » précise Yoann Repussard, Marketing & Sales Manager. « Ce capteur est adapté pour des grosses pompes, avec une hauteur d’axe jusqu’à 450 mm pour le moteur ». Concrètement, il mesure en premier lieu les paramètres de fonctionnement du système : l’état des roulements, la mesure des vibrations (radiales, tangentielles, et axiales), la température de surface, la vitesse, la fréquence d’alimentation et le nombre de démarrages, et permet d’évaluer l’état de santé du matériel : l’alignement, la température, la cavitation, le desserrage, et d’éventuelles problématiques sur les lames. Les informations sont fournies à l’utilisateur sous un format permettant une compréhension immédiate afin de réaliser des analyses prédictives visant à optimiser les temps de fonctionnement tout en réduisant la consommation d’énergie. « Le capteur permet au client d’anticiper des problèmes, d’optimiser les process et de faciliter la planification des maintenances » poursuit Yoann Repussard. « On optimise les coûts et on limite les risques pour le personnel, car la maintenance de type prédictive ne nécessite pas d’intervention humaine ». Adossées à la solution de service ABB Ability™ Powertrain, les données de surveillance collectées peuvent être regroupées, stockées et accessibles via le cloud, donnant ainsi aux opérateurs une vue d'ensemble complète de l'état de santé de leurs équipements. Et une base solide pour la mise en œuvre d'une maintenance prédictive….
La maintenance prédictive, La tendance
Si l’évolution vers une gestion “intelligente” intégrée constitue une tendance lourde des installations, au-delà des solutions intelligentes embarquées, l’enjeu reste celui de la maintenance prédictive afin d’éviter à tout prix de devoir faire des interventions curatives.
Avoir le moins de pannes possibles, limiter les risques de détérioration, et faire fonctionner la pompe de manière optimale du point de vue énergétique deviennent ainsi la clé de voûte des process intelligents et efficaces.
C’est ce que propose Schneider Electric avec la gamme Altivar™ Process de variateurs de vitesse de qui peut être associée à tout type de Capteurs. Altivar™ Process dispose d’une gestion de pompe intégrant des informations sur les processus permettant de personnaliser la surveillance des processus à tout moment et en tout lieu. « Grâce à ces outils, on peut modéliser les caractéristiques d’une pompe et visualiser son point de fonctionnement » explique Edouard Van Den Corput, responsable marketing. « Avec notre système, on peut commuter des pompes auxiliaires, en fonction du débit ou de la pression, pour avoir une bonne régulation globale. On peut ainsi égaliser l'usure des pompes pour lisser la maintenance sur l’ensemble du parc. On peut donc identifier le rendement optimal d’une pompe, et faire de la maintenance prédictive pour éviter les phénomènes de colmatage, de cavitation ou de barbotage ».
En août 2018, Weir a lancé son système de surveillance embarqué Synertrex®, développé en partenariat avec DELL et Microsoft. Fixé sur le châssis de la pompe, équipé de multiples capteurs (accéléromètre, thermomètre, tachymètre, pressostat) et d’un boîtier de transmission, il permet le suivi en temps réel de l’état de santé et de performance de la pompe via des paramètres spécifiques et stratégiques. La plate-forme Synertrex® permet au client de connaître l’état d’usure des roulements et du système d’étanchéité, de suivre le rendement de la pompe et d’être alerté d’un problème mécanique (défaut d’alignement, de coaxialité de la boîte palière, etc.) ou de cavitation. Grâce au suivi de l’état des pièces d’usure, il sera en mesure d’affiner sa maintenance préventive et ainsi minimiser ses coûts de fonctionnement.
La plate-forme Synertrex® se veut simple et facile d’accès pour permettre au client de naviguer aisément sur son interface, véritable tableau de bord, et ainsi garantir son autonomie sur le suivi de son installation. Elle fournit également un résumé complet des indicateurs d’usure et de bon fonctionnement de tous les équipements connectés en temps réel. En cas d’alerte, le client est immédiatement notifié par SMS ou email.
Ces informations peuvent être intégrées à un système de contrôle existant, ou consultées via un accès distant sur n’importe quel appareil (smartphone, tablette, ordinateur fixe ou portable) et disponible à tout moment.
En plus d’une formation à l’utilisation et à la gestion du système Synertrex®, Weir reste à disposition du client pour analyser et expertiser les données recueillies et coordonner avec l’équipe service les interventions de maintenance nécessaires.
Pour Seepex, les systèmes de surveillance des pompes poursuivent le même objectif. Ils sont conçus autant pour observer en temps réel les informations opérationnelles telles que le débit, la température, la pression, etc. que pour enregistrer les conditions de fonctionnement et le rendement de la pompe. Ces systèmes fournissent aux utilisateurs un historique et des tendances pour l'analyse des performances et l'optimisation des process. Les écarts par rapport aux valeurs de consigne déclenchent des alarmes, notifiées par SMS ou par e-mail via des appareils mobiles, pour réduire les tournées d'inspection et proposer une meilleure protection des process de production critiques. L'analyse des données permet de prévoir l'entretien des pompes et de programmer la maintenance en conséquence. « Les services connectés SEEPEX, par exemple, comparent les données reçues des moniteurs avec les spécifications opérationnelles préalablement définies et la courbe de performance des pompes afin de déterminer les écarts par rapport à la performance optimale. Cet écart est communiqué à l'utilisateur pour permettre d'apporter des corrections au processus », explique Olivier Gallesio.
Du côté de Side industrie, « pour fêter ses 10 ans en grandes pompes, l’OmniDIP® s’offre un tout nouveau design, des tutos embarqués, une Wifi locale, et une nouvelle interface sera lancée cet été », prévient Stéphane Dumonceaux, président et concepteur du système. « Si la plupart des outils de télégestion collectent les paramètres et les envoient vers un serveur où ils sont ensuite analysés, l’OmniDIP® va au-delà. Il envoie en temps réel les paramètres déjà analysés ce qui permet ainsi la réelle prédiction soit sur place, soit à distance sur un smartphone, un PC ou une tablette par l’utilisateur ou le technicien de Side Industrie ». Plus de 200 paramètres sont analysés en continu permettant d'effectuer des points de contrôle, de connaître l'état d'un moteur, de tester l'alternance automatique et de garantir le fonctionnement optimum de l’installation en évitant les déplacements inutiles. « Des vérifications des processus automatiques de toute la gamme des pompes DIP Système®, tel que le débourrage automatique, l’auto-nettoyage, ou le respect des consignes de niveau par exemple, peuvent être faites et ainsi connaître l’état de la sonde, l’état d’un moteur, ou bien tester l’alternance automatique par exemple, par un outil de monitoring qui analyse au pas d’une seconde, sous contrôle de l’Usine 24h/24, 365 jours par an. Ce faisant la machine prévoit ses besoins et prévient son utilisateur par un système d’alertes (par sms ou email) ».
Avec SAM Pro, Xylem propose désormais la maintenance prédictive et l’optimisation Smart pour les applications classiques de pompes, d’agitateurs et de compresseurs d’air. Les analyses basées sur les performances des équipements permettent de contribuer à une meilleure maîtrise des dysfonctionnements et d’amener de meilleurs services aux exploitants en gestion et en maintenance. « SAM PRO est unique, affirme Mouthou Soudarissanane. Il peut être installé sur n’importe quel équipement sans besoin d’installer de nouveaux capteurs. En analysant simplement le courant, la tension et la fréquence, il fournit des informations en temps réel sur l’état de l’équipement. En ajoutant un capteur de pression à la sortie de la pompe, les données issues de SAM PRO deviennent alors exploitables en temps réel dans la maquette BIM numérique. Elles permettent ainsi de simuler différents scénarii de comportement et des défaillances potentielles. D’une maintenance corrective ou préventive, SAM PRO permet aux exploitants d’optimiser la gestion de leur parc machine et de passer à une maintenance prescriptive, ce qui dans les faits constitue une véritable valeur ajoutée pour le cycle de vie des actifs », se félicite Mouthou Soudarissanane.
Du côté de Weg, le capteur WEG Motor Scan fait désormais partie de la famille des accessoires connectés déterminants pour la réduction des coûts de maintenance et l’allongement du cycle de vie d’un moteur. Vissé sur la carcasse de la pompe, le capteur donne accès à toutes les fonctionnalités et permet de juger de l’efficacité énergétique du système d’entraînement. « En parallèle, notre capteur Motor Scan, qui est indépendant du variateur, permet d’enregistrer différents paramètres pendant le fonctionnement du moteur : les vibrations, la température, le temps de fonctionnement, et on peut prérégler des seuils d’alarme dans le cas où il y aurait une dérive », explique Laurent Dubost. Téléchargement rapide, mesures instantanées avec visualisation du spectre, mode veille pour économiser l’énergie de la batterie etc, sont autant de fonctionnalités disponibles. Chez Nov Mono, le logiciel de maintenance Max™ MT de nouvelle génération permet une gestion plus efficace de la maintenance prédictive et conditionnelle grâce à la collecte et l’analyse des données en temps réel.
De la même manière, Danfoss a développé la CBM, une fonction de maintenance préventive sous condition, qui permet d’avoir une surveillance accrue du moteur et de la pompe. Elle permet de vérifier les vibrations, l’état du bobinage, et la déviation potentielle par rapport à la charge. « Un moteur qui commence à avoir des défaillances au niveau du bobinage ne va pas casser le jour même. Il est donc primordial de chercher à détecter une potentielle casse avant qu’elle n’arrive », rappelle Antoine Bourgier.
Sulzer invite à intégrer sa BLUE BOX™ et les nouveaux capteurs de surveillance (Sulzer Sense) pour suivre de très près la digitalisation de la maintenance préventive et prédictive des systèmes de pompage. Composé des trois modules (acquisition des données, analyse de ces données et actions ciblées basées sur l’analyse des résultats), elle comprend une large gamme d’options allant des opérations destinées à diminuer les coûts énergétiques jusqu’à la modernisation de l’équipement via le retrofit.
Lorsque la maintenance est identifiée comme nécessaire, les applications de service rationalisent les processus de maintenance et améliorent la gestion des actifs, poursuit Olivier Gallesio. « L'utilisation d'instructions en réalité virtuelle pour la maintenance des pompes via des smartphones ou des appareils mobiles peut être très utile aux techniciens sur le terrain. De même, l'accès aux manuels de service et d'instructions, aux listes de pièces détachées, au chat avec un technicien SEEPEX, et aux commandes en ligne contribuent à l'efficacité globale de la maintenance. Par exemple, les pompes Seepex ont des codes QR qui, lorsqu'ils sont scannés par la caméra d'un smartphone, identifient la pompe de manière unique, génèrent une liste de pièces détachées et un manuel d'entretien OEM si nécessaire ». En utilisant l'application, l’utilisateur peut demander des devis de pièces détachées. Les applications de ce type offrent des solutions numériques pour fournir des informations opérationnelles instantanées sur site et pour simplifier la chaîne d'approvisionnement. « Le magasin en ligne de SEEPEX permet de commander des pièces de rechange d’origine de manière simple et rapide, où que vous soyez. Il vous propose une liste exhaustive de pièces pour des pompes à vis excentrée et donne accès à des informations importantes comme des listes de pièces, des plans-coupes, des prix ou des délais ».
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