Pompes : Les technologies qui facilitent l'exploitation
30 novembre 2021Paru dans le N°446
à la page 41 ( mots)
Rédigé par : Patrick PHILIPON
Les fabricants de pompes proposent des technologies communicantes permettant l’auscultation à distance. Contrôle du régime de fonctionnement, alertes en cas de dysfonctionnement, maintenance prédictive, tout est possible pour faciliter l’exploitation et, au final, diminuer le coût total de possession d’une pompe. Les industriels sont très intéressés, le monde de l’eau y vient doucement.
Le temps n’est plus où une pompe devait essentiellement tourner à vitesse fixe et se faire oublier… jusqu’à ce qu’elle se bloque ou casse. Que ce soit pour des raisons d’économies d’énergie, de durabilité des équipements ou de budget de maintenance, les utilisateurs veulent maintenant pouvoir surveiller leurs pompes à distance, adapter en permanence leur régime de fonctionnement, être alertés en cas de dérive ou d’incident, configurer leur installation, etc. Le tout dans un contexte où, chez les exploitants, toute une génération de personnel, très compétente sur les pompes, s’en va, laissant la place à des agents peut-être plus compétents sur l’ensemble du process… mais moins sur ses composants. « La filière de l’eau a réalisé en 2020 une étude sur les compétences. Très clairement, nous risquons de manquer d’électromécaniciens pour la maintenance des équipements. L’évolution de l’offre des fabricants, avec les pompes connectées et les aides à l’exploitation et à la maintenance, est essentiellement poussée par l’évolution technologique, mais elle “tombe bien” pour constituer, peut-être, une partie de la réponse au problème de la transmission des compétences chez les utilisateurs » estime Julien Chalet, directeur de l’action collective chez Evolis.
La solution GMH de Grundfos analyse les vibrations, le champ magnétique et la température pour proposer un service de maintenance prévisionnelle basée sur l'IA.
Les fabricants de pompes, comme par exemple Börger, Rovatti, Seepex, Sulzer, Vogelsang, Weir Minerals ou Wilo proposent en effet une large gamme de systèmes connectés rendant les pompes communicantes et facilitant leur exploitation. Des électroniciens et/ou automaticiens comme ABB, Eaton, Lenze, PL Systems Unitronics, Rockwell Automation, Schneider Electric proposent aussi des systèmes à “greffer” sur les pompes. Reste que, comme le souligne Mouthou Soudourissanane, responsable Monitoring & Control chez Xylem, « nous sommes des “pompistes” mais aussi des partenaires d’exploitation. Il existe sur ce marché des géants de la manipulation de données mais ils ne comprennent pas forcément les pompes. Nous, nous savons exploiter la donnée et possédons en même temps l’expertise hydraulique et la connaissance du métier ».
Une vaste gamme de possibilités
Quoi qu’il en soit, tout est possible, du simple capteur de vibration envoyant une alarme en cas d’anomalie à des services sophistiqués de maintenance prédictive et d’optimisation des installations, s’appuyant certes sur des boîtiers reliés à un cloud, mais surtout sur des capacités centrales d’analyse. Différentes stratégies d’entreprise coexistent, différentes conceptions des besoins du client, s’adressant à différentes situations techniques ou niches de marché. En effet, comme l’explique Julien Chalet, « les besoins ne sont pas les mêmes en relevage d’eau usées ou en pompage d’eaux claires, par exemple. Dans le premier cas, la problématique principale est la survenue de blocages impliquant l’intervention d’un technicien : la surveillance à distance est donc un essentielle. En eau claire, les pompes fonctionnent en continu jusqu’à la maintenance : il faut connaître leur dérive ».
Du côté des capteurs, pas de grandes surprises. Trois grandes familles de données peuvent être mesurées et analysées : les grandeurs hydrauliques (niveau, pression, débit), électriques (fréquence, intensité, différence de potentiel) et mécaniques (vitesse de rotation, vibrations, etc.), auxquelles s’ajoute en général la température.
Installé et connecté facilement par Bluetooth ou avec un câble USB, le dispositif MultiProtector développé par Netzsch, accroît la sécurité de fonctionnement en permettant d’alerter l’utilisateur et en désactivant la pompe en cas d’anomalie.
Atlantique Industrie, qui s’appuie sur les gammes de Landia et Varisco pour le traitement des eaux usées urbaines et industrielles, 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. Certains fabricants utilisent également le champ magnétique. La différence entre les systèmes se fait surtout au niveau des capacités d’analyse et des services associés.
Nous n’aborderons pas ici la question des variateurs de fréquence (voir pour cela EIN 442), destinés à adapter le régime de rotation aux besoins instantanés, désormais intégrés dès l’origine à la plupart des pompes. « Dans le domaine de l’eau, l’utilisation de variateurs est désormais courante et représente une vraie voie d’optimisation énergétique des systèmes et d’amélioration générale des conditions de fonctionnement. Mais les innovations actuelles chez les pompistes viennent plutôt des solutions de supervision » remarque à ce propos Julien Chalet.
Surveillance et alarme : le gros du marché
Les systèmes les plus simples comprennent des capteurs, un boîtier de communication capable de “remonter” les données soit localement soit vers la supervision (ou un cloud) et de générer des alarmes lorsqu’une valeur franchit un seuil prédéfini. Contrairement à certains de ses concurrents proposant des solutions plus sophistiquées, KSB a fait le choix de cette “simplicité” avec sa prestation KSB Guard. Elle comporte un bloc équipé de deux capteurs - température et vibrations sur les trois axes – 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 un service cloud hébergé en Allemagne. Là, une application stocke les données, les met en forme, détecte les niveaux et déclenche une alarme en cas de dépassement d›un seuil fixé avec le client. Ce dernier reçoit ces informations par un smartphone, un PC ou une tablette. Il peut aussi, depuis un an, recevoir les données brutes sur son serveur (supervision, GMAO, GTC, …), à charge pour lui de les mettre en forme pour les adapter à sa gestion centralisée. KSB peut aussi proposer des analyses plus avancées : indiquer si la pompe travaille à son meilleur rendement voire réaliser un profil de fonctionnement sur une certaine durée. « Depuis septembre 2021, pour chaque mesure vibratoire, nous proposons une analyse fréquentielle par séries de Fourier. Elle n’est pas très sophistiquée par rapport à d’autres – nous ne dépassons pas les 1 000 Hz – mais permet déjà de voir pas mal de choses » estime Guillaume Mendibil, responsable du service LSS automation chez KSB. KSB Guard est associé à différents niveaux de service, allant de la simple fourniture et paramétrisation de l’appareil à une assistance experte et l’envoi de techniciens KSB, voire à la réparation des pompes. « KSB Guard reste une solution peu chère, avec une mesure par heure. Nous ne visons pas les pompes à haute criticité ou technicité, qui sont instrumentées et suivies en continu. Mais pour l’immense majorité des pompes, que le client veut “garder à l’œil” pour s’assurer que tout va bien sans les suivre en permanence, KSB Guard est idéal. Dans le domaine de l’eau, les grosses installations ont leur propre système avec leurs automates (souvent des armoires standard) mais ce n’est pas toujours le cas dans les plus petites. Il y a donc de place pour KSB Guard, qui évitera, par exemple, de dépêcher un agent tous les matins dans les postes de relevage pour voir si la pompe va bien » affirme Guillaume Mendibil.
Le KSB Guard. KSB allie deux capteurs (température et vibrations sur les trois axes)
à un bloc d’alimentation et de transmission. Les données sont envoyées à un cloud où une application KSB les traite et déclenche une alarme en cas de dépassement d’un seuil. Les informations (ici un graphique vibratoire) sont consultables par PC, tablette ou smartphone.
Pour rappel, KSB propose également, depuis presque une décennie, son Pump Meter. Ce petit boîtier mesure la pression en amont en en aval de la pompe. Pour contrôler le régime de fonctionnement, évidemment, car c’est la base, mais aussi pour indiquer de manière très simple si la pompe travaille ou non à son débit optimal. « On peut aussi laisser tourner le Pump Meter un mois ou plus, puis brancher dessus un ordinateur ou un smartphone et récupérer un "profil de charge”. Cela permet de voir comment travaille l’installation pour éventuellement l’améliorer » rappelle Guillaume Mendibil.
Grundfos regroupe tous ses systèmes numériques d’aide à l’exploitation sous le nom de Grundfos iSolutions, une offre globale de solutions et services. « L’idée, à l’horizon 2025, est d’offrir des services à valeur ajoutée pour réduire la consommation énergétique, améliorer le fonctionnement et la capacité opérationnelle des installations. Cela comprend des capteurs rendant les pompes communicantes, des couches logicielles, des services d’audits de pompes, de test énergétique, jusqu’à la maintenance prédictive clés en main » résume Olivier le Goaster, responsable commercial des services numériques. Au niveau le plus “simple”, Grundfos fournit des capteurs et cartes de communication pour envoyer les données au scada du client, qui régulera la vitesse pour l’adapter aux besoins de l’installation. Un peu plus sophistiqué, le GIM (Grundfos ISolution Monitor) est un coffret “intelligent” capable d’analyser sur place les données des capteurs et d’indiquer, par exemple, si la pompe cavite. Il peut aussi superviser toutes les données opérationnelles telles que consommation, point de consigne, pression à l’aspiration… « Dédié à nos pompes CR, il offre l’analyse vibratoire et un service de maintenance prédictive » affirme Olivier Le Goaster.
Xylem est également présent sur le marché de la “simple” surveillance des blocages en station de pompage, avec sa solution complète Flygt Concertor qui comprend une pompe dédiée, un moteur IE4 et un boîtier communicant. Non seulement ce dernier peut envoyer des alertes mais il est capable d’enclencher de lui-même un cycle de décolmatage en faisant tourner la pompe à l’envers.
Du côté des pompes péristaltiques, la gamme de Watson-Marlow (WMFTG), est entièrement compatible avec les systèmes d’automates Rockwell Automation, Emerson (Delta-V) et Schneider. Elle permet de piloter le fonctionnement des pompes et de fixer des limites spécifiques afin de préserver l’intégrité du process tout en surveillant de manière indépendante les performances de ces process.
L'OmniDIP® de Side Industrie est un système mesurant en continu plus de 200 paramètres sur les pompes DIP Système®, avant de les envoyer sur un cloud “maison”. Algorithmes et experts s’allient alors pour assurer le fonctionnement optimum de ces équipements.
L’application MultiProtector développée par Netzsch pour les pompes doseuses prévient également l’utilisateur à l’avance et désactive la pompe en cas d’anomalie. Centralisées sur un seul appareil, les données qui surveillent la pompe (détection de fuites, sondes de température, capteur de pression etc...) peuvent être analysées à distance sur simple smartphone, tablette ou sur ordinateur. En détectant les éventuels écarts à un stade précoce, l’application MultiProtector permet de prolonger la durée de vie des équipements. Le dispositif est compatible avec toutes les pompes volumétriques.
De son côté, la nouvelle série Dulco flex Control de Prominent revendique un dosage ultra précis, linéaire, et reproductible dans toutes les conditions de process grâce au système de commande électronique intelligent. L’interface avec molette cliquable, 4 touches de commande complémentaires et grand écran LCD émet des messages d’erreurs ou des avertissements. Il est également possible de commuter des appareils externes via la minuterie intégrer programmable pour optimiser le processus d’exploitation.
Au-delà de la “simple” alarme
Tout naturellement, avec l’augmentation des capacités de calcul embarquées, ces solutions “simples” se sont mises à proposer un peu plus que de l’envoi d’alarmes. Tsurumi commercialise depuis l’année dernière sa solution “Tsurumi Connect”. Un boîtier (la TC-Box), branché sur la prise de la pompe ou dans l’armoire de contrôle, est relié au Tsurumi Connect Cloud par téléphone, Lan ou wifi. La connexion peut être permanente ou ne s’établir qu’en cas d’alarme. En cas de panne de réseau, le système est capable d’enregistrer les données durant 30 jours. Acceptant toutes sortes de capteurs - hydrauliques, mécaniques ou électriques – et configurable pour tous types d’installations, l’ensemble enregistre et analyse les flux, propose des historiques à la demande, empêche les contre-rotations ou les suralimentations. Muni d’un PC, une tablette ou un smartphone, l’utilisateur peut, par exemple, surveiller son équipement en continu, recevoir des signalements de dérives ou des alarmes, lancer un programme de déblocage, planifier les arrêts, etc. Le maître mot ici est flexibilité : en fonction des capteurs choisis, le système peut s’adapter aux besoins de tous types d’utilisateurs, même si Tsurumi vise particulièrement le marché des eaux usées. Le “plus” ? Il s’agit d’un système “plug and play”, qui ne requiert même pas de carte SIM propre.
Les services connectés Seepex comparent également 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 quant-à-lui 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.
Chez Feucht, qui commercialise les pompes à piston et membranes à simple ou double effet Abel, le “Smart Pump Assitant” d’Abel est, pour les opérateurs de pompes, ce que le fitness tracker est pour les particuliers, assure Eric Schaffner, directeur commercial. En donnant un aperçu continu (24/7) des valeurs de fonctionnement des pompes volumétriques, ce nouveau service garantit la disponibilité à long terme des équipements de pompage. Cette solution intelligente offre également un potentiel considérable d'optimisation des processus utilisant les pompes à piston-membranes Abel. « « Dans les faits, les services de diagnostic “SelfService” et “TechService”, associés au Smart Pump Assitant, fournissent des rapports de performance du fonctionnement de la pompe et permettent l’accompagnement à distance du client par à un technicien qualifié Abel, que ce soit pour réaliser la mise en service de l’installation ou pour le guider dans ses opérations de maintenance ».
Xylem propose Optimyze, une solution destinée aux pompes immergées, à base de capteurs de température, vibration et champ magnétique. Un boîtier posé sur la pompe est muni de suffisamment de capacités d’analyse pour permettre la surveillance locale de l’équipement à partir d’un smartphone, un PC ou une tablette (via une application téléchargeable). Il fournit des indicateurs très simples (vert, orange, rouge)
de "santé" de la pompe, ou tout autre équipement rotatif, contribuant
à la maintenance préventive.
Le système Tsurumi Connect est capable d’enregistrer les données issues de toutes sortes de capteurs – hydrauliques, mécaniques ou électriques – et configurable pour tous types d’installations. L’ensemble enregistre et analyse les flux, propose des historiques à la demande, empêche les contre-rotations ou les suralimentations.
Side Industrie s’adresse essentiellement aux stations de relevage des eaux chargées, dont les eaux usées urbaines, avec sa pompe DIP Système®, accompagnée de l’outil de télégestion OmniDIP®. Ce dernier mesure en continu – par pas d’une seconde - plus de 230 paramètres issus de l’automate convertisseur de fréquence qui pilote les pompes et, via un cloud sécurisé, envoie en temps réel des données déjà analysées, bien au-delà de la simple alarme. L'OmniDIP® permet d’effectuer des points de contrôle, de connaître l’état d’un moteur, et de manière générale de garantir le fonctionnement optimum de l’installation. Le service Usine – un serveur utilisant de puissants algorithmes, mais aussi une équipe de techniciens dédiés - peut également lancer des interrogations ou des modifications et traiter automatiquement les alertes préventives. « En 2012, nous avons imaginé qu’il serait nécessaire dans l’avenir de profiter de la connexion de machine à machine, d’autant que les stations de relevage sont souvent isolées. Il fallait qu’un système informatisé puisse, alimenté en temps réel par des données de fonctionnement bien choisies, prédire les éventuelles dérives, les dysfonctionnements à venir avant que cela n’arrive » se souvient Stéphane Dumonceaux, président de Side Industrie. A l’occasion de Pollutec 2021, Side Industrie a présenté la version 2 d’OmniDip, munie entre autres d’une interface améliorée et de nouveaux protocoles de communication.
Les services complets
On entre là dans le domaine des solutions complètes, comprenant non seulement un boîtier communicant relié à des capteurs mais aussi un service centralisant et analysant les données grâce à l’intervention d’algorithmes sophistiqués et/ou d’experts, et diverses options de retour et soutien au client. Intelligence artificielle (machine learning, jumeaux numériques, etc.) et experts humains dédiés sont de la partie… non seulement pour donner une alarme en cas de dépassement d’un seuil mais surtout pour exploiter les données afin de fournir un diagnostic, lancer une intervention ciblée avant un éventuel incident (maintenance prédictive) ou recommander une adaptation du schéma de pompage, voire de l’installation elle-même. C’est sans doute là que l’expertise “métier” des fabricants de pompes fait vraiment la différence par rapport aux automaticiens ou spécialistes de la supervision. Il va sans dire que le coût de ces solutions les destine surtout à des pompes “importantes”, en termes de criticité dans le process ou de puissance. De l'intégration dans la gestion technique centralisée, au contrôle par application mobile, Wilo Smart Connect offre une plateforme complète de services à l'exploitant, à l’aide d'une application mobile, qu’il s’agisse des pompes de nouvelles et anciennes générations.
A partir de mesures de température, vibration et champ magnétique, le boîtier Optimyze de Xylem donne des indicateurs de “santé” de la pompe lisibles sur smartphone, PC ou tablette.
Chez Grundfos, la solution GMH (Grundfos Machine Health) allie des capteurs de vibration, champ magnétique et température à de l’intelligence artificielle (développée par Augury) pour proposer un service de maintenance prévisionnelle. GMH peut prédire des dysfonctionnements plusieurs semaines à l’avance, fournir les causes et préconiser les interventions de maintenance à réaliser avec le support d’une équipe d’experts en vibration disponible en continu. « Selon nos retours, 82 % des entreprises interrogées ont déclaré avoir subi au moins une interruption de production non planifiée entre 2018 et 2020. Avec des pannes d’une durée moyenne de quatre heures, la perte de productivité peut se traduire en centaines de milliers d’euros » plaide Olivier Le Goaster. Il identifie deux grands points forts sur cette offre. D’une part la puissance de l’algorithme, développé à partir des retours de près de 90 000 machines et 55 millions d’heures d’écoute, qui est en mesure de reconnaître la signature vibratoire de chaque type d’anomalie : cavitation, mauvais alignement des axes, etc. D’autre part, une fois l’alerte reçue, le client dialogue avec l’équipe support dédiée de Grundfos pour obtenir des levées de doute et des recommandations de suivi ou de maintenance à exécuter. « Après l’identification initiale des pompes à suivre et la fourniture du matériel, le service fonctionne sous forme d’abonnement, avec un prix très avantageux par rapport à des interventions en urgence. En France, des industriels se sont déjà dotés de GMH, en particulier dans le domaine de la pharmacie où les interruptions de production sont hors de question » affirme Olivier Le Goaster.
La pompe doseuse péristaltique Dulco flex Control DFYa, dose sans vannes ni clapets et convainc par une précision jusqu’ici impossible à atteindre.
Dans cette gamme de service, Xylem propose Sam Pro (pour Performance, Reliability, Optimization), une nouvelle version du SAM 4 (présenté par exemple dans EIN 433), toujours dédiée à la maintenance prédictive. Elle intègre désormais, outre les données électriques, des grandeurs hydrauliques et mécaniques. Le plus : le boîtier Sam Pro dispose déjà de capacités d’analyse sur place (edge computing) grâce à son propre algorithme, mais il est relié par cloud à un serveur Xylem où d’autres algorithmes plus puissants poussent l’analyse plus loin. Le service met également à disposition du client une banque de signature d’anomalies. « Sam Pro permet la cartographie complète de l’état du patrimoine du client. Toutes ces données sont exploitables et peuvent être transférées vers un système de supervision ou autre » souligne Mouthou Soudourissanane. Solution de surveillance et de diagnostic, Sam Pro n’agit cependant pas sur les paramètres de l’installation. Il revient aux équipes de Xylem d’aider ensuite le client à optimiser cette dernière : modifier son schéma de pompage, changer une roue, etc. « En théorie, tout le monde pourrait l’utiliser mais Sam Pro est surtout destiné à des pompes critiques dans le process ou d’une puissance d’au moins 75-100 MW. En dessous, cela n’a guère de sens d’un point de vue technico-économique. Typiquement, dans le monde de l’eau, la solution concerne les usines d’eau potable ou les STEP mais pas les petites stations de relevage… » estime Mouthou Soudourissanane.
Le Seepex Pump Monitor transforme la pompe à vis excentrée en un appareil de terrain intelligent qui surveille en permanence ses conditions de fonctionnement et sa performance et signale sans retard les résultats de cet auto-diagnostic à l’utilisateur. Avec un maximum de précision et de fiabilité, il mesure des valeurs de process et les données de machine définies individuellement telles que la pression, le débit, la température, la vibration et les données d’entraînement et les enregistre - 24 h sur 24, 365 jours par an.
Enfin, au-delà de ses systèmes dédiés au suivi individuel des équipements, Xylem propose XDM Digital Maintenance, une solution logicielle de GMAO (gestion de la maintenance assistée par ordinateur) qui permet à l’opérateur de remonter toutes ces informations au niveau central, afin de gérer l’ensemble de son parc. « XDM donne à l’exploitant une vision panoramique de son installation. Aux données techniques s’ajoute une partie financière (contrats, sous-traitants, prix…) car la maintenance se budgétise. XDM peut même aider le responsable de maintenance à gérer sa ressource humaine puisqu’il sait où et quand intervenir » souligne Mouthou Soudourissanane.
Qu’elles soient proposées par Grundfos, KSB, Tsurumi, Xylem, Wilo ou d’autres, ces solutions sont en général agnostiques : d’une part elles se connectent à toutes sortes d’équipements rotatifs munis d’un moteur électrique (pompes, compresseurs, ventilateurs, etc.), d’autre part elles “acceptent” des équipements de toutes marques. Un aspect indispensable car beaucoup de parcs existants sont multimarques. Au total, les fabricants suivent encore des philosophies différentes et il ne semble pas encore qu’un modèle économique ou une tendance technique se détache. « Nous sommes loin de la fin de l’histoire. Chaque fabricant propose sa solution, l’exploitation des données se fait encore de manière variable selon les fabricants et les clients. Cela dépend au cas par cas du dialogue entre “pompiste” et utilisateur. La décantation va prendre du temps, ne serait-ce que parce que le retour d’expérience sur la maintenance de pompes implique des durées longues. D’autant plus que ces technologies de connexion ne concernent encore qu’une minorité des pompes du parc existant » affirme Julien Chalet. Il reste donc du chemin à faire…
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