Des alimentations intelligentes et performantes pour les applications industrielles de demain

Alimentations Powerbox pour équipements médicaux. (c) Powerbox

Les alimentations sont utilisées dans tous les secteurs de l’industrie, mais aussi dans le domaine médical, les activités de défense ou le transport ferroviaire. Leurs caractéristiques et performances doivent s’adapter à des applications et conditions d’ambiance ou des normes très différentes, mais toujours avec des besoins de fiabilité, d’efficacité énergétique ou de durée de vie optimaux. Les constructeurs développent déjà les alimentations de l’industrie de demain.

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Les blocs d’alimentation sont des composants clés de tous les équipements d’électronique, de robotique ou de sécurité. Si l’alimentation d’un de ces équipements est défaillante, alors celui-ci va s’arrêter immédiatement, avec des conséquences lourdes en termes de perte de production, de sécurité ou de risque pour la vie humaine. Cette fonction d’alimentation est donc cruciale pour tous ces secteurs d’activité et doit répondre à des caractéristiques et performances très précises adaptées à chaque utilisation et environnement.

Des besoins de plus en plus nombreux dans l’industrie et le secteur médical
Le développement de l’utilisation de robots de petite et moyenne taille et, plus généralement, d’objets et équipements connectés (IIoT) font de l’alimentation une partie active de l’architecture de la machine. Ces alimentations délivrent généralement une tension de 24 Vcc (mais d’autres besoins peuvent nécessiter 12V en domotique, 48 Vcc ou des tensions alternatives régulées) et doivent répondre à des contraintes mécaniques, environnementales ou de fiabilité élevées. Ainsi, explique Olivier Pellissier, chef de produit Alimentations de Phoenix Contact France « ces alimentations doivent avoir un MTBF très élevé, une durée de vie qui peut atteindre 1,5 million d’heures et pouvoir, dans des domaines comme l’“oil and gas” fonctionner à des températures qui peuvent atteindre -40 °C à +70 °C, ce qui nécessite des composants, comme les condensateurs, adaptés à ces ambiances. À cela s’ajoutent, pour garantir la continuité de service, des fonctions de monitoring afin de détecter des anomalies de fonctionnement ou des pannes ; de la communication ou de la sauvegarde d’énergie, avec des batteries dont la durée de vie va dépendre des conditions d’exploitation. Phoenix Contact a développé par exemple une alimentation UPS 24V avec un système intelligent qui analyse tous les événements pour anticiper la maintenance ou le remplacement de sa batterie. C’est important, pour des automates de sécurité d’un process ».

Alimentation en courant continu 24V pour l’industrie et le tertiaire. (c) Phoenix Contact

Pour Patrick Le Fèvre, Chief Marketing Officer de Powerbox « les segments industriels et médicaux sont influencés, à un moment ou à un autre, par l’Internet des objets (IoT), et pour les appareils connectés de quelques watts à plusieurs kilowatts, la communication devient très importante. Nous sommes habitués à CAN Bus ou PMBus mais dans l’industrie intelligente, les alimentations deviendront une partie active de l’architecture machine-machine intégrant la communication radio et utilisant une communication par bus beaucoup plus rapide que ce qui est actuellement en pratique ».

Les alimentations destinées au transport maritime ou à l’extraction pétrolière en mer devront répondre à des exigences plus strictes et suivre des règles de conception et de choix de composants rigoureuses pour fonctionner dans des environnements agressifs (vibrations, température, humidité…).

Gamme d’alimentations 24V STEP Power compactes pour montage dans les tableaux électriques. (c) Phoenix Contact

Le domaine médical est aussi un utilisateur important d’alimentations, avec des tensions de 12 à 48V pour des systèmes chirurgicaux, les lasers, la surveillance des patients, tous les équipements d’imagerie (scanners, IRM) ou les soins à domicile. La sécurité et la fiabilité sont là aussi impératives et seront garanties par des certifications et qualifications spécifiques.

Des alimentations pour l’automatisation et la digitalisation des bâtiments
Le développement de l’automatisation des bâtiments, tertiaires, industriels ou résidentiels entraîne l’utilisation de plus en plus importante d’alimentations pour le contrôle de l’éclairage, du chauffage, de la gestion technique du bâtiment ou la communication VDI.

Pour Olivier Pellissier, « ce déploiement de l’automatisation dans le secteur du bâtiment s’effectue dans un environnement de transition numérique permanent. Cette tendance va de pair avec une prise de conscience des contraintes environnementales. Qu’il s’agisse d’une commande d’ouverture de porte, d’un éclairage, d’un système de climatisation, l’automatisation rend beaucoup de choses plus pratiques, fiables et écoénergétiques. Dans un système de gestion de l’énergie qui permet l’accès et le contrôle de presque tous les consommateurs d’un bâtiment, le dimensionnement de l’alimentation électrique nécessite souvent de nombreux ajustements peu de temps avant la mise en service. En règle générale, une alimentation de 24V est requise. Les utilisateurs imposent des exigences différentes sur les alimentations électriques utilisées dans les bâtiments, de celles requises dans le milieu industriel. Pour ces applications, Phoenix Contact a développé une nouvelle génération d’alimentations STEP Power pour l’immotique, avec des arguments de gain de place dans l’armoire électrique, un rendement supérieur à 94 %, des pertes à vide inférieures à 0,1 % et une plage de température de -40 à +70 °C ». Car, poursuit Olivier Pellissier, « si les clients souhaitent que leur système d’alimentation électrique apporte une véritable valeur ajoutée et pas seulement de l’énergie, l’efficacité énergétique et l’orientation environnementale jouent un rôle central ».

Boitier Synaps de SLAT pour l’alimentation de plusieurs objets connectés (caméras, antennes) avec secours Li-ion embarqué. (c) SLAT

D’autres secteurs du bâtiment ou du domaine urbain nécessitent des alimentations, conformes aux normes et règlements très spécifiques : la vidéoprotection et les informations urbaines, la communication VDI, la sécurité incendie et évacuation ou le comptage intelligent. « Tous les domaines très spécifiques que les alimentations industrielles ne peuvent couvrir, selon Philippe Roux, directeur commercial de SLAT. Pour ces applications, nous avons développé et fabriquons en France des alimentations couplant la conversion d’énergie avec de très hauts rendements sur l’ensemble de la courbe de charge avec des technologies de stockage, plomb étanche ou packs lithium-ion conçus et fabriqués par SLAT et, plus récemment, des supercondensateurs. Les technologies sont choisies en fonction des contraintes environnementales, mais aussi de certaines exigences normatives ».

Des normes et certifications spécifiques pour les différents domaines

Alimentation sans interruption 24Vcc pour réseaux industriels avec interface intégrée de communication pour différents réseaux et système de gestion de la batterie. (c) Phoenix Contact

Pour les alimentations électriques dans les systèmes d’alarme et de détection incendie, ce sera la norme EN 54-4 qui intègre des exigences fonctionnelles et environnementales pour garantir un haut niveau de sécurité pour ces systèmes. « La conformité à cette norme est vérifiée par un organisme tiers (Afnor, CNPP) qui autorise sa mise sur le marché européen, explique Philippe Roux. La norme EN 50131-6 concerne les alimentations dans les systèmes d’alarme intrusion et définit des grades de 1 à 4 : plus le grade est élevé, plus le système est complexe à « détourner ». Cette norme exige, par exemple, d’envoyer une alarme en cas de tentative d’ouverture du coffret en définissant, en fonction des grades, les différents outils qui pourront être utilisés pour cette tentative. Les assurances dans le milieu bancaire demande généralement le grade 3 ».

Alimentation communicante Safe DC de SLAT pour la protection des composants actifs des Smart Buildings. (c) SLAT

Pour le domaine médical, la norme EN 60601-1 couvre les aspects de sécurité. Selon cette norme, le dossier et le processus de gestion des risques conformément à la norme ISO 14971 sont obligatoires. Des normes particulières s’appliqueront pour l’off-shore ou la marine, mais aussi pour l’éolien ou le ferroviaire. Et, explique Olivier Pellissier, « pour la plupart de ces métiers, des certifications vont s’appliquer (UL pour les USA ou GL pour le maritime), mais aussi pour l’alimentation des radars de contrôle de vitesse sur les routes ! Pour des applications domestiques, c’est la norme EN 60335. Et dans tous les cas, la conformité CEM est importante pour ne pas perturber des applications sensibles».

Le choix des alimentations pour répondre à ces différents marchés et besoins est vaste, mais plusieurs critères sont incontournables : l’efficacité énergétique, la fiabilité et durée de vie, la conformité aux normes et standards internationaux les plus exigeants et les possibilités de communication.

Jean-Paul Beaudet

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