Il est devenu économiquement faisable d’instrumenter les pompes pour suivre leur fonctionnement à distance. Les fabricants proposent plusieurs types de systèmes différant surtout par leur capacité d’analyse des données. L’offre de service évolue en parallèle mais aucun modèle ne se détache encore.
Instrumenter les pompes pour suivre leur fonctionnement à distance, l’idée n’est certes pas nouvelle. « La surveillance en continu peut apporter beaucoup à la gestion des pompes, en particulier pour leur maintenance. On le sait, on peut techniquement le faire depuis des années mais le coût empêchait la mise en œuvre de ce genre de systèmes . Les systèmes connectés qui peuvent être maintenus en fonctionnement avec un minimum d’interventions extérieures ont moins souffert du confinement imposé par la pandémie de Covid-19. Or la limitation des déplacements et le besoin d’une plus grande résilience des systèmes de production vont perdurer après cette crise sanitaire. Pour les systèmes de pompage, la connectivité offre un grand avantage. Même si de nombreux utilisateurs n’ont pas encore franchi le pas, le marché de la pompe connectée devrait se développer rapidement dans le contexte actuel » explique Julien Chalet, directeur de l’Action Collective à Evolis. Cette organisation professionnelle regroupe depuis juillet 2019 le Cisma (syndicat des équipements de construction, infrastructures, sidérurgie et de manutention) et Profluid (association française des pompes et agitateurs, des compresseurs et de la robinetterie). Or le contexte a récemment changé : le coût des capteurs a beaucoup diminué et l’émergence de l’IoT donne l’opportunité de transmettre des données à peu de frais. Dans le même temps, les contraintes se font plus fortes sur les utilisateurs de pompes. L’heure est en particulier aux économies d’énergie. De plus, les services techniques perdent en compétence, tout simplement à cause de l’évolution démographique. « Les services techniques des entreprises doivent faire face au départ des “anciens”, forts de leur expérience de terrain, sans toujours pouvoir organiser la transmission. Ceux qui arrivent, même très bien formés, n’ont pas cette expérience. Les systèmes de remontée et d’analyse des données de la pompe rassurent le client… et nous-mêmes sur la pérennité des matériels » affirme ainsi Christophe Tourneur pour Rovatti. Xylem partage la même analyse, soulignant dans son argumentaire pour les systèmes “intelligents” que, selon les entreprises, « 20 à 40 % des techniciens de maintenance partiront à la retraite dans les 5 ans ».
Des offres diverses
Les fabricants multiplient donc les offres d’instrumentation des pompes et d’analyse des données. Application la plus évidente, mise en avant par tous : passer de la maintenance préventive à la maintenance prédictive (voir EIN 423, p. 69). Au-delà, ces systèmes permettent de s’assurer que les pompes fonctionnent bien à leur point de “confort”, donc au meilleur rendement, ce qui économise de l’énergie et prolonge la durée de vie des appareils. Quitte à préconiser un changement de pompe s’il s’avère que le choix initial n’était pas le bon. Les plus avancés peuvent même contribuer à l’optimisation du process entier.
Vibrations, débit, température, caractéristiques du courant d’alimentation : toutes ces grandeurs, qui nécessitent des capteurs plus ou moins sophistiqués et coûteux, donnent des renseignements sur l’état ou le régime de fonctionnement de la pompe.
Le système de surveillance Sulzer Sense mesure en temps réel les vibrations et la température de l’équipement et permet d’améliorer la maintenance préventive.
Tsurumi, par exemple, propose la prise connectée Tsurumi Connect qui permet de prendre le contrôle des opérations de pompage. Son interface intelligente entre le pompage et l’instrumentation (débitmètre, pressostat, variateur de fréquence, sondes de niveaux etc…) offre une large gamme d’applications à distance : surveiller les pompages des pompes connectées en vérifiant les fonctions vitales de la pompe, assurer, planifier les arrêts en maintenant un niveau de pompage contrôlé, communiquer en temps réel les points de mesure ou vérifier leur acquitté,et prévenir en cas de défaillance par tous les moyens possibles SMS, Internet LAN etc…
Le dispositif se greffe sur n’importe quelle installation avec ou sans internet. Sa capacité de mémoire est de 30 jours minimum.
Tsurumi Connect, la prise connectée
de Tsurumi.
La grande différence entre les “gammes” de systèmes provient toutefois de l’analyse logicielle qui leur est appliquée. « C’est l’intelligence embarquée, le processeur qui peut faire la différence, plus que le principe de mesure physique » estime ainsi Julien Chalet.
Atlantique Industrie associe ainsi moteurs, variateurs, hydrauliques avec des outils de surveillance, de diagnostic et des automatismes pour collecter et analyser des paramètres clés tels que débit, pression, vitesse, vibration, positionnement, etc.
Les systèmes de surveillance des pompes Seepex sont conçus pour observer en temps réel les informations opérationnelles telles que le débit, la température, la pression, etc. et enregistrer les conditions de fonctionnement et le rendement de la pompe. Ils 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.
Vue de l'ensemble KSB Guard monté sur une pompe monocellulaire.
Outre l’offre technique, c’est par le service associé que les fabricants tentent de se distinguer. Faut-il assurer la gestion du parc de pompes de l’exploitant ou simplement installer le système et lui laisser la main ? « Nous ne savons pas quel modèle économique va se dégager. Chaque fabricant important de pompes propose ses services avec son modèle, son cheminement des données. Il est trop tôt pour voir un modèle se détacher » répond Julien Chalet. D’autant plus que certaines questions juridiques et de sécurité ne sont pas totalement tranchées. « Qui est propriétaire des données : le client ou le fabricant de pompes ? Et s’il y a délégation et qu’une attaque survient sur le cloud, qui est responsable ? Le client sera sans doute propriétaire des données, c’est ce vers quoi on se dirige. Nous devons donc proposer des services adaptés sans être trop intrusifs » expose par exemple Nicolas Zennaro, directeur des ventes chez Wilo.
Vibrations et alarme : le nouveau standard ?
Le système le plus courant consiste à installer des capteurs de vibration – et souvent de température – puis déterminer des seuils au-delà desquels une alarme est déclenchée, sans analyse particulière. Il faut alors envoyer un technicien sur place pour voir de quoi il en retourne.
KSB propose ainsi son système KSB Guard, présenté en France à Pollutec en décembre 2018, et disponible à la vente, en France, depuis l’année dernière. Il comprend un bloc équipé de deux capteurs - température et vibrations, à coller sur le palier de la pompe - associé à un bloc d’alimentation et de transmission à positionner sur le groupe motopompe.
Toutes les heures, les données collectées par le ou les KSB Guard sont envoyées à une passerelle, installée à proximité des pompes, qui relaie l’ensemble vers le cloud KSB (hébergé en Allemagne) où une application génère des alertes en cas de dépassement des seuils prédéterminés. Ces informations sont consultables soit par un smartphone ou une tablette, soit dans le serveur du client (supervision, GMAO, GTC…). « Le système n’analyse pas la cause de l’anomalie de vibration ou de température. Il alerte sur un dépassement de seuil qu’il faut analyser. Toutefois, cela se fait 24 fois par jour, et c’est de loin préférable à une visite d’un technicien une ou deux fois par an » souligne François Morsch, responsable national des contrats de service chez KSB. Même s’il ne fait pas la différence, un tel système peut révéler la survenue d’évènements comme de la cavitation, un colmatage, un défaut d’équilibrage ou de lignage, mais aussi suivre l’évolution des paramètres dans le temps et ainsi limiter les arrêts de production avec les coûts financiers associés. « Une tendance à la hausse signale une dégradation en cours, sur les paliers ou ailleurs. On peut alors décider d’aller voir ou d’attendre jusqu’au prochain arrêt » explique François Morsch. Il est également possible de déterminer si la pompe fonctionne bien dans sa “zone de confort”. Le système enregistre aussi l’historique des évènements et des interventions, ce qui permet des bilans annuels. Enfin, il est possible de centraliser toutes les informations techniques (spécifications, plans, vues éclatées, etc.) relatives à la pompe. Et c’est bien entendu le premier pas vers de la maintenance prédictive totale ou le pompiste saura définir par anticipation et proposer de la maintenance avant que l’incident ne survienne.
Le moniteur Seepex est conçu pour observer en temps réel les informations opérationnelles telles que le débit, la température, la pression, etc.
et enregistrer les conditions
de fonctionnement et le rendement
de la pompe.
Le système KSB Guard a déjà permis, par exemple, de détecter la présence d’un corps étranger coincé dans la roue d’une pompe (non KSB) au revêtement intérieur de type PTFE (polytétrafluoroéthylène). « Ça aurait à la longue détruit le PTFE. Grâce au KSB Guard, nous avons pu anticiper, arrêter la pompe, retirer le corps étranger et ainsi éviter le remplacement du PTFE » se souvient François Morsch. A une autre occasion, un changement important du régime vibratoire survenu après un remplacement de moteur a donné l’alarme : le nouveau moteur était mal aligné avec la pompe. KSB SupremeServ propose trois niveaux de service. Avec le premier, “Transparence”, la firme fournit, installe et paramètre le KSB Guard, et en parallèle forme le client à son utilisation. A charge pour ce dernier de réagir aux alertes et de suivre son installation. Avec le niveau “Maîtrise”, KSB, qui a accès aux données, analyse les alarmes avec le client et définit avec lui les actions à mener. Une fois par an, un technicien vient inspecter les pompes. KSB fournit également un rapport annuel, renseigne l’historique de maintenance et gère l’ensemble des informations accessibles depuis l’application pour le client. Enfin, le niveau “Sérénité” propose un service complet, associant aux prestations précédentes d’autres types de prestation comme la dépose et la réparation éventuelle de la pompe, sur place ou en atelier.
Reste qu’un tel système a ses limites. « Sur de grosses machines, il est parfois nécessaire d’instrumenter les pompes avec des systèmes plus sophistiqués (analyse des caractéristiques de courant, analyse spectrale à distance…), qui sont beaucoup plus coûteux. Notre produit, relativement bon marché, est destiné à équiper un maximum de machines non instrumentées aujourd’hui, afin que le client ait rapidement une vision de l’état de son parc » explique François Morsch.
Le nouveau module GIM (Grundfos iSolution Monitor) permet d’établir un diagnostic dynamique, précis et le choix d’un pompage personnalisé.
Sulzer vient également de se lancer dans ce type de solution, proposant son système Sense depuis septembre 2019. Il s’agit d’un petit boîtier autonome comprenant deux capteurs (température et vibrations) doté de sa propre batterie. Il mesure les paramètres à une fréquence choisie par le client – 15 minutes, une heure, trois heures, un jour, etc. – et envoie une alarme en cas de dépassement de seuil. Sa particularité : chaque boîtier peut servir de relai pour un voisin, ce qui permet de construire des réseaux maillés comprenant jusqu’à 50 Sense envoyant leurs informations à une seule passerelle. « La distance entre deux appareils doit être inférieure à 20 mètres, modulable bien sûr s’il y a des murs ou des obstacles. Un boîtier posé au bon endroit peut aussi servir simplement de relai, sans prendre de mesure. Les données remontrent vers le cloud et sont ensuite accessibles via un smartphone, une tablette, etc... » précise Benjamin Mattei, ingénieur commercial chez Sulzer. Pour l’instant, le Sense ne communique pas avec le DCS du client : c’est l’objet d’un développement futur. Actuellement, Sulzer a accès aux données sur son cloud mais n’a pas encore défini de contrats de maintenance associés à ce tout nouveau système. « Cela dépendra de la demande des clients » assure Benjamin Mattei. Sulzer a d’ores et déjà vendu des centaines de Sense dans le monde, essentiellement à des clients industriels, mais le produit fait tout juste son entrée sur le marché français.
Chez Wilo, Nicolas Zennaro insiste sur le fait que de nombreuses pompes de la société sont équipées de moteurs synchrones à aimants permanents de classe IE5. Wilo propose d’intégrer à la pompe des capteurs d’humidité, température et vibrations. Là encore, il s’agit de favoriser une forme de maintenance préventive et optimiser l'exploitation du matériel. Le système fournit aussi une aide à la prise de décision sur l’usure d’un roulement, d’un palier. Selon les installations, il peut même mettre en évidence des problèmes de cavitation ou de colmatage. « Le système récupère en continu les données mais un problème de vibration, par exemple, peut-être lié à beaucoup de raisons : installation de la pompe, cavitation, usure de roulement ou de palier. Il est difficile d’avoir un algorithme capable de faire la distinction. C’est l’environnement qui permet de s’orienter vers un diagnostic » explique Nicolas Zennaro. En matière de contrat, le client peut récupérer les données et faire le reste (avec l’aide d’équipes d’intervention Wilo au besoin), ou Wilo peut proposer la supervision totale de l’installation. « Nous pouvons techniquement le faire mais la question de l'exploitation et propriété des données demeure ouverte » tempère toutefois Nicolas Zennaro.
Les services connectés Seepex de leurs côtés, 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.
« L'utilisation d'un logiciel API (interface de programmation d'applications) permet également de relier entre eux des équipements de différents fournisseurs afin de produire une vue d'ensemble du process et de permettre l'optimisation de l'ensemble du process », ajoute Olivier Gallosio, son directeur commercial.
Le système de surveillance OmniDIP® de Side industrie dispose d'un service Usine sécurisé de courbes de suivi par pompe.
La configuration capteur de vibrations/remontée vers le cloud/alarme si dépassement de seuil semble de fait devenir une option “par défaut”, un standard. A tel point que de “purs” fabricants de pompes, à l’instar de Rovatti, se tournent vers des capteurs et des logiciels du commerce qu’ils adaptent pour construire ce type de solution. « Nous avons un réseau d’installateurs partenaires agréés. Les données leur sont accessibles, ainsi évidemment qu’aux clients finaux. Ce sont les installateurs qui proposent, ou non, des contrats de maintenance pouvant s’appuyer sur les données en provenance des pompes » précise Christophe Tourneur.
Depuis 2012, le système OmniDIP® de SIDE industrie garantit le fonctionnement optimum des pompes connectées à travers quelques 230 paramètres, sans capteur intrusifs, via un Cloud dédié sécurisé.
Il ne se contente pas de prévenir une anomalie, ou d’archiver des données, il les croisent dès leur réception, en déduit des états analytiques, et traite automatiquement les alertes préventives émises par le DIP Système®. Des vérifications des processus automatiques du DIP Système®, telles que le débourrage automatique, l’autonettoyage, ou le respect des consignes de niveau par exemple, peuvent être lancées à distance depuis l’OmniDIP®, permettant ainsi de connaître l’état de la sonde, d’un moteur, de l’hydraulique de pompe, ou bien de tester l’alternance automatique par un outil de monitoring et d’éditer ses rapports synthétiques sur des périodes choisies.
Des analyses plus complexes
Plusieurs constructeurs proposent des systèmes plus sophistiqués – et plus chers – dotés d’une intelligence embarquée capable d’analyser les données et fournir un diagnostic. Ils peuvent utiliser des capteurs de vibrations, combinés éventuellement avec d’autres (débitmètres par exemple), mais aussi mesurer les caractéristiques du courant (intensité, potentiel, fréquence) au niveau du moteur. Un peu plus récents, un peu plus complexes, ces derniers capteurs sont aujourd’hui économiquement sensés, même pour des pompes. « Nous installons certes des capteurs pour surveiller les éléments fortement sollicités (roulements, joints d'étanchéité, etc.) et faire de la maintenance prédictive. Mais nous ajoutons des possibilités d’analyse supplémentaires pour vérifier si la pompe fonctionne dans conditions adaptées à sa conception, et éviter ainsi cavitations, fonctionnements à sec, coups de bélier, usures prématurées, donc pertes de rendement et gaspillages d’énergie. Nous en arrivons à un diagnostic dynamique », explique ainsi Manuel Ramos, spécialiste applications & solutions connectées chez Grundfos. Pour cela, Grundfos à développé l'année dernière un capteur dit "3 en 1" et son coffret intelligent le GIM (Grundfos Isolution Monitor).
La solution Wilo Solid Rexa Q Nexos Technologie dispose d'une électronique intégrée " intelligente" et autonome pour faciliter la maintenance des opérateurs et réduire les consommations d'énergie.
Cette solution intègre donc un accéléromètre pour l'analyse des vibrations (pouvant provenir d'un problème de cavitation, de roulement palier, de coup de bélier ou simplement de l'installation de la pompe), un capteur de température ainsi qu'un capteur ultrasonique pour détecter l’absence de liquide. « La technologie ultrasonique est importante car pour les procédés industriels, le liquide pompé n'est pas forcément de l'eau et les capteurs classiques d'humidité sont alors inefficaces » précise Manuel Ramos. Mais surtout, comparé a une solution traditionnelle, le GIM est doté d'algorithmes permettant de fournir en temps réel un diagnostic précis. Il indiquera, par exemple, que la pompe cavite. De plus, interconnecté avec les moteurs à fréquence variable intégrée Grundfos MGE ou équipé de variateur externe CUE, le GIM permet de superviser toutes les données opérationnelles telles que consommation, point de consigne, pression à l'aspiration...
Tout cela permet à Grundfos de proposer trois types de services à la carte. Possibilité la plus simple : le client installe le GIM et va lire via bluetooth sur son téléphone ou tablette les alarmes et les données. Il peut aussi décider de faire remonter les données dans sa supervision ou dans le cloud de Grundfos, bénéficiant alors d’un historique plus important et d’analyses plus fines. Le client peut lire et exploiter lui-même cette information ou, et c’est là le troisième niveau de service, confier le tout à Grundfos qui fera alors un rapport détaillé.
Avec cette solution, les équipes de recherche et de développement de Grundfos visent à élargir les bénéfices utilisateurs. Notamment, améliorer et mieux cibler la planification de la maintenance préventive, accéder aux données de la pompe et du système de pompage à tout moment. La solution Grundfos GIM comprend une unité de communication montée, sur ou à côté de la pompe, une interface Web et l'application Grundfos GO pour suivre les installations à distance.
Le système de surveillance SAM4 de Xylem s'appuie sur l'IA pour reconnaitre
la signature de déviation de chaque onde.
KSB se dirige également vers ce type de solution. « A terme, nous souhaitons “nourrir” nos algorithmes avec les données provenant de tout le parc de machines équipées de KSB Guard, afin d’anticiper les pannes. Il ne s’agira plus de simplement signaler un dépassement de seuil mais de pouvoir tirer une prédiction de panne précise d’un profil de vibrations » avance ainsi François Morsh. « De nouvelles technologies non intrusives (sur la partie hydraulique) arrivent sur le marché. A partir de la tension, la fréquence et l’intensité courant, on peut déduire de nombreux paramètres permettant d’évaluer la performance de la pompe et son état de santé. Ce type d’équipement qui s’installe dans une armoire électrique a l’avantage d’être agnostique quant à la marque et au type de pompe » explique Mouthou Soudarissanane, manager Monitoring and Control chez Xylem. C’est sur ce principe d’analyse de la forme d’onde du courant que repose le système SAM4 de Xylem. Il comprend un boîtier, placé dans l’armoire électrique, qui envoie les données par 4G à une passerelle laquelle les relaie vers le cloud Xylem. Là, des algorithmes à base d’intelligence artificielle les analysent automatiquement et, d’une part, envoient si nécessaire des alertes que les opérateurs reçoivent, par exemple, sur leur smartphone et, d’autre part produisent et mettent en permanence à jour des tableaux de bord (suivi de performance, de consommation énergétique, état de santé de la pompe…) lisibles par ordinateur (y compris le scada du client). « Nos algorithmes comparent les données réelles avec un jumeau numérique de la machine et utilisent l’IA pour être en mesure de “reconnaître” la signature de chaque déviation. Nous disposons d’une base de données qui permet de comparer la signature relevée avec celle de défauts connus » précise Mouthou Soudarissanane. « La pertinence de ce genre d’équipement dépend de la taille et/ou de l’importance de la pompe. Nous ne le proposons pas dans toutes les situations car l’investissement n’est pas toujours justifié » rajoute-t-il.
Pour quel service associé ? Tout dépend du contrat. Le client peut s’appuyer sur son propre service technique pour exploiter le système à 100 % avec un abonnement mensuel au cloud. Il achète alors la partie harware et Xylem fournit l’accès à la base de données et aux algorithmes d’analyse décisionnelle. Cela peut se coupler avec un service de maintenance. Mais Xylem peut aussi assumer tout ou partie de la maintenance, voire prendre en main toute la gestion du patrimoine.
Pompes “intelligentes” : un service intégré
Certaines opérations, comme par exemple le décolmatage d’une pompe ou son adaptation continue à l'environnement, ne nécessitent pas forcément de supervision distante. Le “service associé” au relevé des données est alors totalement automatisé, et intégré à l’appareil. C’est ce que propose par exemple Xylem avec le système Flygt Concertor pourvu de son propre automate. « En fonction des données électriques, la pompe se décolmate seule pour éviter la venue d’un technicien. Son algorithme détecte le blocage de la roue et elle tourne d’elle-même à l’envers » explique Mouthou Soudarissanane. Cela n’empêche d’ailleurs pas de la connecter à un scada pour, par exemple, afin de totaliser les décolmatages. Grâce à sa technologie FreeFlow basée sur deux nouveaux produits SharkFin et JetDisk, Hidrostal perfectionne le système hydraulique, quasiment exempt de colmatage dans différents domaines d’utilisation.
Wilo réplique avec sa Solid Rexa Q, pourvue d’une “intelligence” Nexos Technologie intégrée à la tête de pompe. « Elle répond à une demande forte des exploitants qui souhaitent des systèmes connectés, autonomes sur certaines fonctionnalités (inversion de sens en cas de colmatage, basculement automatique maître/esclave, etc.). Ils souhaitent cependant être informés des évènements, pour pouvoir agir sur site ou à distance. Nous avons un “mode de fonctionnement ouvert”, ce qui est important pour certains clients, dont les grands contractors du secteur de l’eau qui ne souhaitent pas dépendre trop fortement du système du fournisseur » précise Nicolas Zennaro. De même, le système Wilo se cale de façon autonome à son meilleur point de fonctionnement en fonction de son environnement. « Plusieurs fois par jour, la pompe balaye seule toute sa plage de fonctionnement – le variateur de fréquence externe (client ou Wilo) va de 25 à 50 ou 60 Hz – pour vérifier le meilleur point de fonctionnement et s’y recaler en permanence. Cela permet des économies d’énergie significatives et allonge la durée de vie des pièces d’usure » ajoute Nicolas Zennaro. Un outil logiciel téléchargeable gratuitement sur smartphone, Wilo-Assistant, permet d’accéder à différentes fonctionnalités développées par Wilo. Par ailleurs, le cloud Wilo permet de visualiser et piloter à distance des systèmes comme la Solid Rexa Q Nexos Technologie. Hamburg Wasser a choisi cette pompe “intelligente” pour le transfert d’eaux usées dans un quartier de Billstedt. Ses capacités d’autoadaptation et de décolmatage autonome lui permettent de répondre à la charge toujours croissante des eaux usées en matières fibreuses (les trop fameuses lingettes…).
Dans cette optique, le Smart Air Injection (SAI) de Seepex améliore le transfert des boues déshydratées sur de très longues distances. En tant que système automatisé, le SAI de Seepex est contrôlé par des services connectés pour permettre la collecte d'informations en temps réel sur les pompes et le process. « Cela permet d'optimiser les conditions de traitement, de réaliser des économies d'énergie optimales et d'augmenter la durée de vie des pompes. Tous les composants fonctionnels, capteurs et actionneurs font partie de la fourniture et sont intégrés dans le logiciel de contrôle du SAI, configuré pour chaque application », précise Olivier Gallesio. Disponibles sur le cloud, l'utilisateur peut les récupérer à tout moment, et tout lieu.
De son côté, le Cetim, qui travaille aux côtés des fabricants pour développer des pompes innovantes et notamment intelligentes, a développé une offre de maintenance prédictive dédiée au tissu mécanicien, basée sur l’expertise métier. Cette offre propose un accompagnement sur mesure, depuis l’expression du besoin jusqu’au bénéfice attendu, qui couvre toutes les briques technologiques de la chaîne de valeur : collecte, gestion, transformation et interprétation des données.
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