« Le contrôle avancé pour des process plus économes »

Schneider Electric – “Vers des process plus économes – Francis NICOLAS” 1

« Le contrôle avancépour des process plus économes »


L’expertise contrôle avancé Pour améliorer la performance de vos procédés

Respect des normes environnementales

Économie d’énergie

Réduction de consommable (matière, fluide, gaz)

Élimination des pertes ou des rebuts

Fabrication à la juste qualité


Avec un ROI très court !Le contrôle avancé permet d’optimiser les gains sans remettre en cause l’outil de production existant : C’est un investissement économiquement viable avec un retour sur investissement très court !

«70% des applications contrôle avancé ont un ROI de moins de 6 mois et pour 50% d’entre elles de moins de 3 mois»

Rhône Poulenc industrialisation

«Il faut compter 4 à 6 mois pour mettre en place une application contrôle avancé de complexité moyenne en pétrochimie et jusqu’à 9 mois pour une application importante. Au départ nous espérions réduire l’écart type de 2, en définitive nous l’avons réduit de 3…pour le ROI il faut compter 6 mois à 1 an»

Total Fina Elf


Une réponse technique à un problème économique...

Le contrôle avancé permet l’optimisation de procédés dans le but d’augmenter les performances du procédé lui-même.

Une température ou un débit… qui se maintient à la consigne plus régulièrement ou plus rapidement engendre des bénéfices importants.

Plusieurs objectifs : - Réduire des pertes de production rebus, rejets, etc…

- Réduire l’utilisation de matières premières et/ou d’énergies - Réduire les dépassements, la sur-qualité - Réduire les émissions polluantesou + Augmenter la production+ Augmenter la robustesse d’un procédé aux perturbations dues à une fluctuation inhérente du procédé, ou à des perturbations extérieures.


Ex : Optimisation d’une Carrière • Le besoin du client

●Maximaliser la capacité de production

●Réduire la consommation électrique

●Minimiser l’impact sur l’installation actuelle


●Augmentation de la capacité de production de 100t/h

●Réduction de la consommation électrique

●Amélioration de la durée de vie et de la maintenance des équipements mécaniques

Retour sur investissement rapide (< 3 mois)

Ex : Résultats bénéfices client


Principe de fonctionnement

Ex : Optimisation des fours d’incinération d’ordures ménagères : besoins exprimés

> Contraintes du procédé d’incinérationContraintes économiques

Taxe Générale sur les Activités Polluantes (TGAP)Les marges se resserrent

Contraintes environnementalesPollutions (COT, REFIOM, NOx, SOx, CO,…)Rejets thermiques en rivière

> Une demande de productivité accrueBrûler les OM au maximum des capacités du (des) four(s) pour produire de la vapeur et de l’électricitéRéduire la consommation de réactifs (Urée , Calcaire, … )Réduire l’autoconsommation électrique


Ex : résultats

• Obsolescence du système d’automatisme et de régulation de combustion

• Système existant fermé et non documenté

• Augmentation du débit vapeur moyen> Possibilité de produire plus de

vapeur (cogénération)• Diminution de l’excès d’air

> Gain sur le rendement• Diminution des pics de CO

> Moindre pollution

ROI : 10 mois

Four à grille Martin

Four à lit fluidisé dense

Problèmes client Bénéfices client

• Pics de CO excessifs• Encrassement anormal de

l’économiseur• Optimiser le rendement du four

pour garantir une meilleure efficacité

Problèmes client

• Rendement amélioré• Rejets de CO réduits

> Norme fixe la limite du rejet à 60h/an• Amélioration de la continuité de l’installation

> Encrassement économiseur fortement réduit

Bénéfices client


Et pour quelles applications ?

●Les séchoirs●Les centrales thermiques Sup. à 50 T/h●Les réacteurs chimiques●Les chaudières industrielles et les fours industriels●Les échangeurs thermiques et les systèmes de séchage●Les systèmes mécaniques (levage, systèmes de

positionnements par vérins,…)●Les salles blanches et climatisation●Les systèmes de dosage et mélangeurs●Le broyage●...

Le contrôle avancé peut intervenir à tous les niveaux du process : machines / lignes servitudes / contrôle / applications


1 Pré-Diagnostic

Comprendre le processus industriel et sa chaîne de valeur

Pourquoi ?Quels problèmes rencontrésQuels sont les éléments qui influent sur la valeur ajoutée de la production.

Quels priorités ?Économies d ’énergieLa qualité du produit (surtout limiter les sur-qualités)La quantité de production

Faisabilité technique et économique

Les 3 étapes du contrôle avancé:

2 DiagnosticPrestation de protocoled’identification

Modélisation/identifierAcquisition des donnéesTraitement numériqueIdentification et validation

Auditer Instrumentation/actionneursAnalyser la régulation en

placeFonctionement du procédé

Définir les algorithmes adaptés

Tests de simulation numérique

3 RéalisationMises en place de la

solution technologique

Mise en place dans l’automate

Mise en service

Contrôle des gains

Prestation type:Diagnostic Process: missions courtes (un à quelques jours) d’aide au diagnostic client et optimisation de boucles de régulation.

Missions contrôle avancé : (plusieurs semaines) diagnostic et optimisation du process

Contrôle avancé Annexes


Article extrait de l’Usine Nouvelle

L’optimisation De multiples opportunités


Les économies d’énergie : avec des régulateurs à commande prédictive MPC Model (Based) Predictive Control

Débit poudre 100 Kg/h

Débit alim. sécheur

Kg/h

Vitesse Pompe HP

%

Consigne Temp.Air entrant°C

Temp. Extraction

°C

Concentration%TS

Sans MPC Avec MPCMPC On/Off

Atomiseur contraint par la températured’admission d’air

(6% augmentation de production)

●Exemple de régulateur avec la fonction MPC« Contrôle avancé »

Quick Win


Histogramme de la Production - Commande actuelle

6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10

Humidité produit (en %)

%Zone de

rejet

Point de fonctionnement

Histogramme de la Production - Optimisation Niveau 1

6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10


%

Point de fonctionnement

Zone derejet


6 7 8 9 10


%

Déplacement du point de fonctionnement

Zone derejet


6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10


%

Déplacement du point de fonctionnement

Zone derejet

Impact économique

1 > Commande peu performante

3 > Optimisation par déplacement du point de fonctionnement

2 > Commande optimisée

Nb

d’é

cha

ntil

lon

s GAIN

Être au plus juste tout enrespectant les contraintes


Un constat dans l’industrie : ● 40% des régulateurs sont réglés approximativement par essais-erreur.

Commencer par un bon réglage

Logiciel de réglage OptiReg : Un modèle du procédé les réglages à adopter

Outil et expériences des experts de Schneider Electric dans l’optimisation des process


Four à grille (avant notre intervention) Four à grille (après notre intervention)

Ex de réglage réalisé par les experts de Schneider Electric

Les pics de CO ont été fortement réduits


Densité produit

Température produit

Concentration évaporateur

Vitesse MRV

Débit TRV

Température air atomiseur

Humidité poudre

Débit alimentation évaporateur

Températures vapeur

Niveau tampon

Température sortie atomiseur

Température air sécheur

Température sortie sécheur

Débit alimentation atomiseur

Niveau tank alimentation

Température air sécheur

Atelier Poudres

Ex : Les poudres alimentaires

Une problématique complexe qui justifie la mise en place d’un contrôle avancé

Augmenter sa capacité de production

• Problématique client

Système Multi variable


Evaporateur / Sécheur 1

●L’optimisation des régulateurs permet une augmentation de débit de 7 à 9%

●Correspond à un minimum de 4,8 tonnes par jour d’augmentation de production

Evaporateur / Sécheur 2

●L’optimisation des régulateurs permet une augmentation de débit de 7.7 %

●Correspond à un minimum de 6 tonnes par jour d’augmentation de production

Retour sur investissement < 6 mois

Ex : Les bénéfices mesurés


Ex : Les Stations d’Epuration (STEP)

Normes de rejets (arrêté du 2 février 1988) : en sortie : MES, DBO, DCO, Phosphore, Azote total

doivent être inférieurs à des valeurs fixées avec la consommation d’énergie minimale

Complexité du traitement de l’eau : des interactions et des contraintes multivariables

Une problématique complexe

• Le but essentiel :


Consommation électrique moyenne de l’aération

Sans le contrôle avancé

de 1 300 MWh/an)

à 1 450 MWh/an

Avec le contrôle avancé

950 MWh/an

REDUCTION de la consommation électrique de 25% à 35%

Gains sur qualité des rejets

• Des économies d’Energie, et un gain en qualité …

Ex - Résultats

MPC Model (Based) Predictive Control


Centre de Services Distribution Électrique (DE) :28 centres, 750 personnes

Transfo Services : 5 ateliers, 130 personnes

ISF : 2 centres de formation120 personnes

Centre Rétrofit DE : Grenoble & Macon130 personnes

Centre Logistique Services IND : Lyon 20 personnes

Les Services Schneider Electric en France : Une compétence de proximité

Services en Automatismes Industriels (SAI) :9 centres, 150 personnes

70 personnes Services Experts en ligne


Francis NICOLASResponsable développement des services industrie région Grand Ouestemail : [email protected]

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Documents

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