Automatisation des usines chimiques : Avantages, technologies et mise en œuvre

Les usines chimiques constituent l'épine dorsale de la fabrication moderne de produits chimiques. Leurs flux de travail complexes et les dangers qu'ils représentent exigent une précision, une sécurité et une automatisation rigoureuses des processus. L'automatisation n'est plus seulement un moyen d'améliorer la productivité, elle est aussi la garantie d'un fonctionnement fiable de l'usine et d'un équilibre écologique. Pour toute entreprise chimique, y compris les fabricants de produits chimiques, rester compétitif sur le marché nécessite de comprendre les principes fondamentaux de l'automatisation dans l'industrie chimique, ses principales technologies et l'impact de la technologie.

Quelles sont les bases de l'automatisation des usines chimiques ?

Les technologies et les systèmes utilisés dans une installation de production telle qu'une usine chimique, qui peuvent aider ou remplacer complètement l'intervention humaine, sont appelés automatisation de l'usine chimique. L'automatisation permet de surveiller, de contrôler et d'optimiser les processus de production chimique. L'automatisation englobe toutes les activités, du simple contrôle marche/arrêt à l'optimisation avancée des processus et des systèmes de verrouillage de sécurité. Le contrôle des paramètres clés du processus (température, pression, débit, niveau, etc.) avec précision est un objectif du processus. Il en résulte une qualité de produit constante, une efficacité de production améliorée, des coûts d'exploitation réduits et une sécurité accrue pour le personnel et les équipements. Le remplacement des processus manuels et la réduction des interventions manuelles sont des aspects essentiels. Les systèmes d'automatisation constituent le "système nerveux" et le "cerveau" de l'usine. Ils surveillent les changements au sein du système en temps réel et émettent des commandes pour corriger les niveaux de production.

Principaux avantages de l'automatisation dans les usines chimiques

Tout d'abord, l'un des principaux avantages de l'automatisation est qu'elle améliore considérablement la sécurité des opérations. L'automatisation fournit des systèmes spécialisés qui peuvent ramener l'usine à un état sûr dans des situations dangereuses, ce qui permet de prévenir les incidents de sécurité et de réduire le risque d'accident. Par exemple, les vannes automatisées certifiées SIL peuvent automatiquement arrêter ou autoriser la circulation des fluides dans les situations d'urgence. Elles jouent un rôle essentiel dans les systèmes de verrouillage de sécurité.

Deuxièmement, l'automatisation améliore l'efficacité et l'efficience des processus de production avec une uniformité nettement accrue. Les systèmes automatisés réagissent aux changements plus fréquemment et plus précisément qu'une personne ne peut le faire. Les variations de production d'origine humaine sont minimisées et les conditions de réaction sont optimisées de manière heuristique. La production et le rendement global s'en trouvent améliorés. Un contrôle plus précis des réactions chimiques et du processus de fabrication permet d'améliorer l'uniformité de la qualité et de réduire le taux de rejet.

Troisièmement, les questions relatives aux coûts de production bénéficient directement des systèmes automatisés mis en place. Avec l'augmentation de l'automatisation, le travail manuel est remplacé par des machines, ce qui réduit les dépenses de main-d'œuvre. En outre, le contrôle optimal des processus permet de réduire la quantité de matières premières et la consommation d'énergie, ainsi que les taux de déchets de produits. Cela contribue à des économies de coûts et d'énergie supplémentaires. Une automatisation efficace minimise également l'usure excessive des machines et des équipements, améliorant leur longévité et favorisant la réduction des coûts d'entretien, ce qui stimule l'efficacité opérationnelle. Cela constitue un avantage concurrentiel important.

En outre, l'automatisation peut accroître la flexibilité et la réactivité de l'usine. Lorsque la demande du marché évolue, les systèmes d'automatisation peuvent rapidement ajuster les programmes de production et les paramètres des processus. Cela permet de produire de nombreux produits différents en petites quantités. Les fonctions de surveillance et de diagnostic à distance permettent également de résoudre les problèmes plus rapidement, ce qui réduit les temps d'arrêt.

Les technologies essentielles au service de l'automatisation

L'automatisation d'une usine chimique est une structure complexe. Elle dépend de plusieurs technologies de base qui fonctionnent ensemble. Ces technologies constituent le cadre du système d'automatisation. Elles permettent de surveiller, de raisonner et de contrôler parfaitement les processus de production. Il est essentiel de savoir comment intégrer et apprécier les technologies de base pour construire et améliorer les systèmes d'automatisation. Le système DCS fait partie des technologies clés. À cet égard, voici d'autres technologies clés qui facilitent l'automatisation des usines chimiques :

Type de technologie	Acronyme	Fonction principale	Rôle dans les usines chimiques
Système de contrôle distribué	DCS	Contrôle distribué, gestion centralisée, surveillance des processus, traitement des alarmes	Contrôle des processus continus ou discontinus de grande envergure, assure un contrôle coordonné à l'échelle de l'usine
Contrôleur logique programmable	PLC	Contrôle logique, contrôle de séquence, acquisition de données	Contrôle des équipements individuels ou des sous-systèmes, souvent utilisé pour le verrouillage et les séquences de démarrage et d'arrêt.
Contrôle de surveillance et acquisition de données	SCADA	Surveillance à distance, acquisition de données, stockage de données, génération de rapports	Surveille les équipements et les systèmes dispersés, fournit une vue d'ensemble des opérations, prend en charge les opérations à distance et l'analyse des données.
Système instrumenté de sécurité	SIS	Séparé du système de contrôle du processus de base, il détecte les conditions dangereuses et exécute les fonctions de sécurité.	Ramène le processus à un état sûr en cas d'urgence, réduit les risques et respecte les normes de sécurité fonctionnelle.
Bus de terrain et Ethernet industriel	Bus de terrain/Ethernet industriel	Connecte les dispositifs de terrain (capteurs, actionneurs) aux systèmes de contrôle pour le transfert de données et la communication.	Simplification du câblage, amélioration de l'efficacité et de la fiabilité du transfert de données, prise en charge du contrôle distribué
Capteurs et transmetteurs	Capteurs et transmetteurs	Mesure des paramètres du processus (température, pression, débit, niveau, etc.), conversion des signaux analogiques en signaux numériques pour la transmission.	Obtenir des données de processus en temps réel, être les "yeux" du système d'automatisation
Actionneurs	Actionneurs	Recevoir des signaux de commande, piloter des éléments de commande finaux (tels que des vannes, des moteurs) pour effectuer des actions.	Convertir les commandes du système de contrôle en actions physiques ; ce sont les "mains et les pieds" du système d'automatisation.

Tout fonctionne ensemble comme un seul système. Ils sont combinés à l'aide de logiciels et de cadres de réseau. Par exemple, les données des capteurs sont transmises par bus de terrain ou Ethernet industriel au DCS ou PLC. Le contrôleur traite les informations reçues à l'aide d'une logique et d'algorithmes prédéfinis. Il règle ensuite l'équipement sur le terrain à l'aide d'automates, notamment les vannes automatisées. Les opérateurs obtiennent l'état de l'usine et la possibilité d'effectuer des ajustements grâce au système SCADA qui fournit une vue d'ensemble centralisée. La sécurité de l'usine est gérée séparément du système de contrôle des processus de base par des systèmes SIS qui se concentrent entièrement sur la garantie d'une sécurité maximale.

Applications de l'automatisation dans les processus chimiques

Le rôle de l'automatisation dans le domaine du génie chimique englobe la quasi-totalité de la fabrication dans une usine chimique :

• Contrôle des processus : L'automatisation maintient le débit, la température et la pression pour un flux de travail dans les réacteurs, les colonnes de distillation, les échangeurs de chaleur ou toute autre pièce d'équipement vitale. L'automatisation surveille et contrôle les processus en permanence.
• Contrôle des lots : Dans les secteurs de la chimie fine et de la pharmacie, les systèmes d'automatisation sont utilisés pour l'ajout de matériaux, la synchronisation des intervalles de réaction et l'établissement des profils de température. Ce contrôle étroit garantit la répétabilité d'un lot à l'autre.
• Verrouillage de sécurité et arrêt d'urgence (ESD) : Les situations anormales sont détectées par les systèmes SIS. Pour atténuer l'aggravation de la situation, le pompage et la fermeture des vannes, ainsi que d'autres mesures de sécurité prédéfinies, sont effectués automatiquement.
• Gestion des actifs et maintenance prédictive : Les systèmes d'automatisation recueillent des mesures sur l'utilisation des équipements. L'évaluation de ces informations permet de prévoir les dysfonctionnements de l'équipement, ce qui rend possible la planification de l'entretien. L'automatisation minimise les temps morts réactifs.
• Gestion de l'énergie : Les systèmes de contrôle des services publics sont multitâches. Outre la supervision des processus les plus importants, ils peuvent également superviser des processus moins critiques tels que l'eau de refroidissement, l'électricité et la vapeur. Cela permet d'optimiser la réduction des coûts d'exploitation.
• Gestion des alarmes : Les opérateurs sont alertés des situations anormales par des systèmes d'automatisation. Les alarmes sont filtrées par des systèmes intelligents qui aident les opérateurs à réagir rapidement aux problèmes critiques. L'automatisation permet de gérer efficacement les calendriers de production et de manipuler les matières dangereuses en toute sécurité et au bon moment.

Le rôle vital des vannes dans les systèmes automatisés

Les vannes sont des éléments cruciaux du contrôle de l'écoulement des fluides dans tout système d'automatisation chimique. Elles servent d'élément décisif pour les flux de fluides et influencent donc la précision et la sécurité de l'ensemble du processus. Même de simples actions marche/arrêt nécessitent une mécanique de vanne précise.

Les vannes automatisées sont équipées d'actionneurs, qu'ils soient pneumatiques, électriques ou hydrauliques. Le système de contrôle les commande pour modifier la direction, le débit ou la pression du fluide. Les vannes de contrôle sont d'une grande importance car elles peuvent effectuer des ajustements d'équilibre dans la vitesse du fluide en fonction des changements dans les signaux de contrôle qui leur sont envoyés. Elles sont essentielles pour le contrôle en boucle fermée. Les soupapes de sûreté ou de décharge sont vitales du point de vue de la sécurité, car elles agissent comme première ligne de défense en évacuant la pression excessive lorsque des seuils automatiques prédéfinis sont franchis, protégeant ainsi l'appareil et la tuyauterie.

Les vannes sont d'une importance vitale dans tout système d'automatisation. Quel que soit le degré d'avancement d'un système de contrôle, des vannes trop négligentes, trop lentes ou trop imprécises rendent le contrôle impossible. Parfois, ces systèmes présentent également des risques pour la sécurité. Ainsi, pour que le système d'automatisation d'une usine chimique fonctionne sans heurts, il faut des vannes automatisées précises qui tiennent compte du fluide, de la température, de la pression et des exigences du processus.

Surmonter les défis de la mise en œuvre de l'automatisation

La mise en œuvre de projets d'automatisation d'usines chimiques n'est pas toujours facile et comporte de nombreux défis :

Intégration technique et compatibilité

L'intégration d'équipements et de systèmes d'automatisation provenant de différents fournisseurs constitue un défi en raison de leurs différentes interfaces de communication. L'échange d'informations entre les composants du système nécessite une intégration compétente.

Risques liés à la sécurité des réseaux

Plus les systèmes d'automatisation sont proches des réseaux de l'entreprise, plus les menaces de cybersécurité sont importantes. Les virus de contrôle, les logiciels malveillants et les cyberattaques contre les systèmes de contrôle nécessitent des défenses solides et des plans d'urgence.

Formation du personnel et amélioration des compétences

L'intégration de l'automatisation modifie les flux de travail des opérateurs et du personnel de maintenance. Le personnel a désormais besoin d'une formation complète pour exploiter, surveiller et entretenir les systèmes. Une formation multidisciplinaire doit également être organisée.

Contrôle des coûts et retour sur investissement

Les projets d'automatisation impliquent généralement un investissement financier initial important. Garantir la performance et la fiabilité du système tout en contrôlant les coûts et en évaluant avec précision le retour sur investissement a un impact considérable sur les décideurs.

Gestion de la maintenance et des pièces de rechange

Comme tous les autres systèmes, les systèmes d'automatisation nécessitent une gestion efficace en termes de compétences et d'outils. La mise en œuvre de stratégies de maintenance et la préservation des stocks de pièces de rechange essentielles permettent de récupérer et de remplacer sans effort les pièces des systèmes non fonctionnels dans un délai défini. Cela permet de favoriser un fonctionnement continu et cohérent et de réduire, voire d'éliminer, les défaillances du système dans l'ensemble de l'automatisation.

Tendances futures de l'automatisation des usines chimiques

L'automatisation des usines chimiques a tendance à devenir plus intelligente, plus connectée et plus indépendante :

• L'Internet industriel des objets (IIoT) et l'analyse des données massives (Big Data Analytics) : Davantage de capteurs et d'appareils intelligents seront utilisés pour collecter de grandes quantités de données de production. L'analyse des big data permettra de tirer des enseignements précieux de ces données. Celles-ci seront utilisées pour optimiser les processus, prévoir les défaillances et aider à la prise de décision.
• Intelligence artificielle (IA) et apprentissage automatique : L'utilisation d'algorithmes va améliorer l'optimisation du contrôle, la prédiction des performances des équipements, la détection des anomalies et des événements, la gestion intelligente des alarmes et les performances globales du système. Cela permettra d'améliorer les comportements d'apprentissage et d'adaptation des systèmes.
• Jumeau numérique : Construire virtuellement un modèle d'usine. Un tel modèle peut simuler le fonctionnement de l'usine à l'aide de données en temps réel qui peuvent optimiser les processus et contribuer à la formation des opérateurs et à l'évaluation des risques, donc à la prédiction et à l'optimisation. La transformation numérique favorise l'adoption de ces technologies.
• Informatique en nuage et informatique en périphérie : L'informatique en nuage fournit un traitement et un stockage robustes des données, tandis que l'informatique en périphérie rapproche le traitement et le contrôle des appareils de l'atelier. Cela permet d'augmenter le temps de réponse tout en renforçant la sécurité des données.
• Réalité augmentée (RA) / Réalité virtuelle (RV) : La technologie AR/VR sera utilisée pour la maintenance sur le terrain, les opérations de guidage et la formation du personnel, ce qui améliorera l'efficacité et la sécurité.

Choisir les bonnes solutions d'automatisation

Le choix des solutions d'automatisation appropriées est essentiel pour une usine chimique. Il est essentiel d'avoir un partenaire fiable qui apporte une réelle valeur ajoutée. Au cours de la dernière décennie, VINCER s'est concentrée sur les vannes automatisées en tant qu'entreprise technologique et compte aujourd'hui parmi les leaders dans ce domaine. VINCER offre des services de haute qualité ainsi qu'un excellent rapport qualité-prix grâce à ses services de vannes automatisées tout-en-un.

VINCER fournit des vannes électriques, des vannes pneumatiques, des vannes à bille, des vannes papillon, des électrovannes et d'autres produits de vannes automatisées d'une qualité remarquable. Grâce à ses connaissances approfondies dans divers secteurs, VINCER propose des options de vannes configurables spécialisées et professionnelles. VINCER étudie les besoins du client en fonction de huit paramètres : analyse du fluide, analyse de la température, analyse de la pression du fluide, détermination de la norme de raccordement, méthode de commande (manuelle/électrique/pneumatique), exigences en matière de matériaux, temps d'ouverture/de fermeture du fluide, et position et espace d'installation. Cette approche garantit un alignement précis sur les exigences du client. Les produits de VINCER sont conformes aux certifications internationales telles que CE, RoHS, SIL et FDA, et sont certifiés ISO9001, ce qui garantit la fiabilité de la production et du contrôle de la qualité dans la grande usine de VINCER dotée d'équipements de pointe. VINCER fournit une réponse rapide et un service professionnel, avec des devis rapides et des délais de livraison efficaces. Un service après-vente professionnel est assuré.

En choisissant VINCER comme partenaire, vous bénéficiez de solutions professionnelles personnalisées, de temps de réaction rapides et d'une précision fiable en ce qui concerne vos vannes automatisées. Votre usine chimique devient ainsi plus productive, plus sûre et plus rentable.

Conclusion

Pour améliorer la rentabilité des entreprises, il est essentiel d'automatiser les usines chimiques. La compétitivité va au-delà de la production et des coûts ; elle englobe également la sécurité, la durabilité et l'avenir de l'usine. La maîtrise des technologies d'automatisation de base rendra les usines chimiques plus sûres et plus efficaces à l'avenir. Surmonter les défis de la mise en œuvre, utiliser les principes fondamentaux de l'automatisation et choisir les bons partenaires permet de créer des usines intelligentes. Les progrès de la technologie de l'automatisation renforceront l'influence de l'automatisation dans les industries chimiques et développeront ainsi ce segment de l'industrie.