Situation initiale
Une entreprise active dans le secteur de l’automatisation industrielle lourde a sollicité TPS Elektronik afin de moderniser une plateforme de protection électrique installée dans des armoires de distribution d’énergie.
Le système de disjoncteurs en place était exploité depuis plus de 20 ans. Sa conception ne répondait plus aux exigences techniques et opérationnelles actuelles.
Les principaux constats étaient les suivants :
- Le concept de protection ne correspondait plus aux attentes actuelles en matière de sécurité et de supervision.
- Des composants mécaniques présentaient des signes d’usure, limitant les possibilités d’évolution fonctionnelle.
- La logique de commande embarquée offrait une évolutivité limitée et ne disposait pas d’une gestion structurée des défauts.
- Aucune documentation numérique ni donnée de conception n’était disponible ; seul un exemplaire physique existait.
- Le fournisseur d’origine n’assurait plus le support de production ni les mises à niveau.
TPS Elektronik a été mandaté pour réaliser un retrofit complet, incluant le développement électronique, la refonte mécanique et la modernisation du logiciel embarqué.
Défis techniques
Le projet a nécessité une approche coordonnée couvrant plusieurs disciplines d’ingénierie.
1. Redéfinition de l’architecture de protection
- Migration de la logique de protection existante vers une architecture de commande moderne et structurée.
- Introduction d’un modèle logiciel de type « circuit breaker » pour l’isolation contrôlée des défauts et la reprise de fonctionnement.
- Intégration cohérente entre l’interruption matérielle des courants de défaut et des mécanismes de résilience au niveau logiciel.
2. Refonte électronique
- Développement d’un nouveau contrôleur de protection intégrant des circuits de surveillance et de commande à haute vitesse.
- Reconfiguration du PCB dans des environnements ECAD professionnels.
- Optimisation des chemins de courant fort et de l’intégrité des signaux afin d’améliorer le comportement CEM (EMC).
3. Reconstruction mécanique
- Reverse engineering du boîtier et du système d’actionnement existants.
- Re-conception des éléments mécaniques pour faciliter la maintenance et optimiser le comportement thermique.
- Simulation des mécanismes de déclenchement et des pièces mobiles pour valider le fonctionnement.
4. Contraintes d’intégration système
- Compatibilité mécanique avec les armoires de distribution existantes.
- Capacité de retrofit sans modifications majeures du câblage sur site.
- Réduction des temps d’intervention lors de l’installation.
Solution mise en œuvre
TPS Elektronik a réalisé une refonte complète du système, couvrant l’électronique, le firmware et la conception mécanique.
Conception électronique et layout PCB
- Développement d’une nouvelle carte de commande et de protection.
- Conception structurée du PCB à l’aide d’outils ECAD modernes, notamment des environnements tels qu’Altium Designer et Cadence Allegro.
- Optimisation des chemins de courant fort et séparation des signaux pour soutenir les performances CEM.
Logiciel embarqué et commande FPGA
- Implémentation de la logique de protection sur une architecture de commande basée sur FPGA.
- Détection déterministe des défauts et traitement rapide des signaux.
- Application d’un modèle logiciel « circuit breaker » dans le firmware et dans les logiciels de supervision distribués afin d’isoler les défauts et de contribuer à la stabilité globale du système.
Conception mécanique et enveloppe
- Reconstruction du boîtier et des mécanismes d’actionnement à l’aide d’outils CAO 3D (par exemple SolidWorks).
- Validation thermique et mécanique des composants mobiles.
- Ajustements de conception visant à faciliter les opérations de maintenance et la pérennité de l’installation.
Intégration en retrofit
- Intégration mécanique et électrique dans les armoires existantes.
- Conservation du câblage sur site lorsque cela était techniquement possible.
- Validation structurée avant la mise en service.
Résultats du projet
La modernisation a permis au client de maintenir l’exploitation de son infrastructure installée tout en actualisant la plateforme de protection.
Les évolutions observées comprennent :
- Mise en conformité avec les exigences industrielles actuelles en matière de protection et de supervision.
- Amélioration du comportement CEM grâce à l’optimisation du routage PCB et à la séparation des signaux.
- Gestion logicielle structurée des défauts, contribuant à limiter les effets en cascade au niveau système.
- Prolongation du cycle de vie de l’équipement grâce à l’approche retrofit.
- Réduction du temps de réaction de la fonction de protection via le traitement FPGA, par comparaison avec la conception précédente.
L’ensemble des évolutions a été documenté et validé dans le cadre du projet, en coordination avec le client.
Conclusion
Ce projet illustre la capacité de TPS Elektronik à conduire des modernisations multidisciplinaires dans le domaine des systèmes industriels de protection.
En combinant :
- La refonte du système électronique,
- Une commande embarquée basée sur FPGA,
- La reconstruction et la validation mécaniques,
- Des concepts structurés de résilience logicielle,
TPS Elektronik a accompagné la transition d’une plateforme de protection existante vers une architecture plus évolutive et maintenable.
L’approche retrofit a permis de moderniser les installations en place tout en préservant l’infrastructure principale, limitant ainsi les perturbations opérationnelles lors du déploiement.
