Que serait un procédé de fabrication sans, entre autres, des sondes de température, des capteurs de pression, des transmetteurs de niveau, des sondes de pH? Les exploitants de site seraient en effet bien embêtés pour piloter leur process, l'optimiser, garantir la sécurité des équipements et des personnes. C'est ce qui explique notamment le nombre très élevé d'appareils compatibles avec le protocole de communication numérique Hart installés et en service dans le monde. Si le déploiement en zone sûre ne pose pas de problèmes particuliers, il n'en va pas forcément de même pour les zones requérant des équipements disposant d'un certain niveau de sécurité (on parle alors de niveau d'intégrité de sécurité ou SIL pour Safety Integrity Level ).

Dans le cas de sites pétroliers ou chimiques, par exemple, les systèmes instrumentés de sécurité (SIS), composés de capteurs et transmetteurs SIL, sont très souvent déployés à des fins de prévention ou de protection des risques potentiels que peuvent faire courir les systèmes automatisés pour les personnes, l'environnement ou les biens. Au travers des demandes de formation, d'information sur les produits, le domaine des solutions SIL connaît une certaine effervescence, et pas seulement dans les industries lourdes traditionnelles. D'autres secteurs comme l'agroalimentaire où il existe des risques potentiels d'explosion, en plus des machines tournante et des des fonderies, s'intéressent en effet beaucoup aux systèmes instrumentés de sécurité pour des raisons de conservation de l'intégrité des installations et d'efficacité énergétique (recherche de rendement maximum).

L'installation et la mise en service de transmetteurs dans des zones de sécurité peuvent parfois révéler des contraintes supplémentaires que l'on ne rencontre pas en zone sûre. Prenons le cas de l'isolation dans une boucle de courant 4-20 mA de sécurité. Cela se traduit par l'installation d'un isolateur/convertisseur de signaux à la sortie d'un transmetteur de température Hart (également appelé transmetteur intelligent), par exemple. L'utilisateur aura toutes les malchances de découvrir que le signal numérique Hart émis par le transmetteur est bloqué par l'isolateur. Comme si ce dernier avait «déshabillé» le signal 4-20 mA de sa partie numérique. Sans cette continuité, le technicien ne sera en mesure ni de configurer le transmetteur de température avec ses outils habituels, ni d'exploiter les informations de diagnostic, ni les deux. Il peut également vouloir partager un signal de process faisant partie du système instrumenté de sécurité avec son progiciel de gestion des actifs (asset management system ) qui est également compatible Hart.

Transmettre ou non le signal Hart d'une manière transparente

Pour pallier cet inconvénient, le fabricant américain Moore Industries a développé une solution qui se résume en fait à un simple module d'isolation et de conversion de signaux. Les modules d'isolation 2 fils SSX et 4 fils SST permettent toujours d'isoler le système instrumenté de sécurité de la commande de procédé ou du système de gestion. Les deux modèles assurent une capacité d'isolation jusqu'à 1500 Vrms et une protection vis-à-vis des perturbations électromagnétiques de 20V par mètre. Ils ont tous les deux été conçus dès le départ pour répondre aux spécifications de la norme CEI 61508: 2010 et certifiés jusqu'à SIL 2 par l'organisme indépendant exida.

Le principal atout des modules SSX et SST est de permettre la transmission des données véhiculées par le signal Hart jusqu'à un sys-tème numérique de contrôle-commande (SNCC, Distributed Control System ou DCS) ou un progiciel de gestion d'actifs, et dans l'autre sens. En d'autres termes, les données issues du protocole Hart sont lisibles de chaque côté de l'isolateur, en entrée et en sortie, d'une manière complètement trans-parente.Latechnologie utilisée pour la trans-mission des données Hart, qui n'est pas propriétaire, est en fait un simple circuit passif (un transformateur) monté en dérivation dans l'isolateur.Tant que ce circuit n'est pas actif, il n'y a pas de lecture du signal Hart et les données traversent simplement le module sans perturber le signal analogique. Avec des modules pouvant transmettre les deux signaux (analogique et numérique), les utilisateurs sont capables de les installer n'importe où sur une boucle de transmetteurs intelligents, et ce sans perturber les données numériques. Un technicien peut ainsi vérifier l'état d'un transmetteur Hart, l'étalonner depuis n'importe quel point le long de la boucle de courant via un commuicateur portable Hart ou depuis un système ôte compatible Hart comme un système umérique de contrôle-commande ou un ystème de gestion des actifs. Les utilisateurs euvent d'ailleurs faire ce qu'ils veulent arce qu'il est également possible de désac-iver la fonctionnalité de transmission du ignal Hart. Dans le cas d'un automate n'in-égrant pas de carte Hart par exemple ou ans les applications où le protocole de com-unication numérique n'a pas besoin d'être is en œuvre, les modules SSX et SST euvent filtrer la partie Hart en sortie et ainsi e transmettre que le signal analogique.

Dans cet exemple, le signal Hart issu d'un transmetteur de process 2 fils est transmis à travers la sortie A de l'isolateur vers un automate qui n'intervient pas dans les aspects de sécurité, et le signal numérique est bloqué sur la sortie B. Il s'agit de la configuration par défaut du module SST.

Nouveaux membres de la famille Functional Safety (FS) de Moore Industries, qui complètent ainsi son offre, les modules d'isolation/conversion de signaux SSX (2 fils) et SST (4 fils) permettent l'isolation d'une boucle de courant 4-20 mA de sécurité dans les systèmes instrumentés de sécurité, en garantissant la continuité des données Hart jusqu'à un automate, un système de gestion des actifs…

Dupliquer ou partager les signaux

Garantir la pérennité des signaux numériques lorsqu'on en a besoin est une chose importante. Mais le module SST de Moore Industries recèle une autre fonctionnalité qui se traduit notamment par des gains significatifs, surtout dans un environnement SIL, en termes de câblage. Le module 4 fils, alimenté en 24 Vcc, 117 ou 230 Vca, joue en effet également le rôle de duplicateur Hart grâce à la présence d'une entrée et de deux sorties 4-20 mA. Les deux sorties indépendantes, complètement isolées et dotées chacune d'une impédance de 600O (1000O avec une seule sortie) fournissent des signaux rigoureusement identiques en termes de reproductibilité, de répétabilité, etc.

Cette fonctionnalité de « partage » ou de «duplication» des signaux de process est particulièrement pratique quand on a besoin d'un indicateur local ou d'un enregistrement en plus de la liaison avec l'automate ou de l'interface homme-machine (IHM).Comme les deux sorties sont totalement indépendantes, le signal Hart superposé au signal analogique en entrée peut être transmis à l'une des sorties ou aux deux. On parle alors plus de partage des valeurs Hart. C'est particulièrement important lorsqu'un système de gestion d'actifs doit maintenir une connexion numérique Hart avec des vannes critiques ou d'autres équipements pour le suivi des informations de diagnostic ou la conservation de l'enregistrement d'étalonnages.Autre avantage,les techniciens peuvent très facilement configurer leurs transmetteurs de terrain déportés via une pocket Hart ou n'importe quel autre système de configuration depuis la salle de contrôle.

Ici, l'industriel imposait que la sortie d'un transmetteur de température 4-20 mA soit partagée avec quatre indicateurs distincts et situés dans des zones sûres différentes de son usine de production. Deux isolateurs ECT ont été mis en œuvre, mais des modules SST auraient très bien pu être utilisés.

Dans l'exemple de la figure 1, le signal Hart est transmis à travers la sortieA vers un automate qui n'intervient pas dans les aspects de sécurité, et le signal numérique est bloqué sur la sortie B. Il s'agit de la configuration par défaut du module SST. Si la transmission des données Hart est nécessaire sur les deux sorties, l'option «-2HART» proposée dans le module permet alors à deux appareils d'avoir accès aux données Hart. Dans de nombreuses applications, les utilisateurs souhaitent partager des signaux qui ne sont pas liés à la sécurité (boucles de courant en zone sûre) entre deux ou plusieurs instruments. Dans l'exemple de la figure 2, l'industriel imposait que la sortie d'un transmetteur de température 4-20 mA soit partagée avec quatre dispositifs d'affichage distincts et situés dans des zones différentes de son usine de production.

Ce sont finalement deux isolateurs ECT qui ont été mis en œuvre dans cette application parce qu'il ne s'agissait pas d'une boucle de sécurité; des modules SST auraient d'ailleurs très bien pu être utilisés de la même manière, en lieu et place des modèles ECT. Les deux « diviseurs » créent une charge de 100O au niveau du transmetteur de température qui dispose de deux sorties 4-20mA alimentées par un des deux ECT. Chaque sortie des modules ECT, isolée de l'entrée et de l'autre sortie du module, peut délivrer un courant dans une charge de 600O d'impédance. On pourrait ainsi multiplier les cas de figure où les utilisateurs doivent à la fois garantir l'isolation de boucles de courant au sein de systèmes instrumentés de sécurité et s'assurer de la pérennité des signaux numériques Hart dans un environnement SIL, ou non d'ailleurs.