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RÉSUMÉ
Le capteur intelligent, concept proposé durant les années 1980, est basé sur l'utilisation de l'électronique numérique aussi bien pour les fonctions de calcul que de communication. Grâce aux évolutions constantes de l'électronique numérique (puissance de calcul, miniaturisation, réduction de la consommation d'énergie et intégration dans des systèmes) et au déploiement des technologies de la communication, tous secteurs d'activités confondus, le capteur intelligent est aujourd'hui mature. Cet article fait le point sur les principes élémentaires du capteur intelligent et expose les avantages et les verrous au déploiement de ce capteur. Il suggère des recommandations à de futurs utilisateurs et identifie des évolutions potentielles.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Jacques GAGNIÈRE : Ingénieur expert en instrumentation, AREVA Engineering, France - Ingénieur CNAM
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Jean-Reynald MACÉ : Ingénieur expert en TIC (technologie de l'information et de la communication) et en électronique, AREVA R&D, France - Ingénieur ESIEE, California Institute of Technology, IAE Paris
INTRODUCTION
Les industries de production – pétrole, chimie, pharmacie, agroalimentaire, énergie, traitement de l’eau… – sont utilisatrices de technologie de l’instrumentation et du contrôle commande pour le respect des prescriptions réglementaires, la qualité des produits fabriqués et la tenue des objectifs de production (délais, coûts, quantités). Dans le monde industriel, ces technologies de l’instrumentation et du contrôle commande sont celles qui évoluent le plus rapidement au regard, par exemple, de la mécanique.
Au cours de ces dernières décennies, le contrôle commande a bénéficié des évolutions technologiques de l’électronique numérique et des technologies de communication. Cette évolution est prise en compte dans les capteurs et devrait être déployée dans les années à venir.
Cet article a pour objectif d’apporter un éclaircissement sur l’évolution de l’instrumentation dite « conventionnelle » (communiquant via un signal généralement électrique qui est l'image d’une grandeur mesurée) vers l’instrumentation intelligente (communiquant en bidirectionnel via un réseau numérique).
Les sujets abordés dans cet article portent sur les techniques et les technologies numériques (acquisition, traitement et communication), les normes et des standards techniques, les évolutions d’organisations à considérer, les compétences à acquérir et les perspectives sur l’exploitation des données générées par ces capteurs. Cet article s’appuie sur notre expérience et celle de fabricants avec qui nous travaillons.
Il va de soi que les informations disponibles dans cet article sont le reflet de la situation au moment de la rédaction et sont susceptibles d’évoluer.
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2. Concept
2.1 Révolution technologique : numérisation
Une étape majeure a été franchie dans les années 1970 pour l’électronique embarquée : du tout analogique, on est entré progressivement dans l'ère du tout numérique. Le signal continu en temps et en amplitude est devenu un signal échantillonné et quantifié, discret en temps et en amplitude. Cette migration a été possible grâce à l’apparition de composants électroniques complexes (convertisseur analogique/numérique, convertisseur numérique/analogique, microprocesseur, microcontrôleur) très performants qui ont permis de transposer en numérique des calculs jusque-là réalisés en analogique. Un signal peut être ainsi, quelle que soit sa nature (donnée, vidéo, audio), numérisé et traité à partir d’algorithmes. Ces algorithmes sont soit génériques (enregistrement, stockage, copie, chiffrement et transport) ou soit spécifiques (séquenceur, traitement du signal, compression, calcul scientifique…).
La numérisation est l’un des apports majeurs dans l’évolution de l’instrument conventionnel vers l’instrument dit « intelligent » et « communicant ». Il permet localement de stocker des informations, de réaliser en temps réel des traitements évolués et d’offrir des capacités de communication entre capteurs ou vers les couches supérieures.
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Aujourd’hui, il existe sur le marché des composants complexes sur une puce (appelés System On a Chip) ayant des capacités de traitement de plus en plus importantes et à des prix très accessibles. Par exemple, pour des applications à fort volume, le prix d’un microcontrôleur peut être inférieur au dollar. Cette évolution technologique, connue sous le nom de « loi de Moore », indique que le nombre de transistors sur un microprocesseur double tous les dix-huit mois, pour des circuits de même taille et à prix constant. Cette loi exponentielle résulte des progrès de la miniaturisation des transistors (par exemple la dernière technologie d’Intel 3D gate transistor en 22 nm) et à l’amélioration continuelle des techniques de fabrication (élaboration...
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Concept
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BURD, DOREY - Intelligent transducer - JaL Microcomputers Applications, 7, p. 97-97 (1984).
-
(2) - CIAME - Livre blanc : Les capteurs Intelligents, réflexions des utilisateurs - CIAME AFCET (1987).
-
(3) - GIMELEC - * - . – Industrie 4.0 L’usine connecté (2013).
-
(4) - * - Orange Business service, Syntec informatique, Fing – Livre blanc : Machine to Machine enjeux et perspectives. Orange Business service, Syntec informatique, Fing (2007).
-
(5) - INSTITUT CARNOT - Livre blanc : objets communicants et internet des objets - Institut Carnot (2011).
-
(6) - FDT/DTM ou EDDL ? Pourquoi pas les deux - Mesures, n° 794 (Avril 2007).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Fieldbus Inc :
Foundation fieldbus : Fieldbus Foundation (FF) :
https://www.fieldcommgroup.org/technologies/foundation-fieldbus
Hart : Hart Communication Foundation (HCF) :
Profibus : Profibus International (PI) :
Modbus : Modbus IDA (Modbus) :
ARC Advisory Group :
Gimelec :
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Industrie 4.0 L’usine connectée – Séminaire ISA – France – 29 avril 2014 Paris
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