Ces derniers mois, plusieurs fabricants de convertisseurs de signaux et autres isolateurs galvaniques, duplicateurs, etc. ont introduit de nouvelles séries et/ou étendu leur offre de modules. A l'instar de l'allemand Knick avec sa série BasicLine et tout récem-ment l'isolateur SIL 3 et untransmetteurdetem-pérature pour les applications à hautes tensions, du danois PR electronics avec les PR3000, de l'américain MooreIndustries,distri-bué en France par Mesure,Process-Control (MPC) et ses SST et SSX ou encoredel'allemand Phoenix Contactavec les Mini Analog Pro et les MACX, de l'allemand Pepperl+Fuchs avec la série SC-System,de MTL Instruments (activité Crouse-Hinds du groupe américain Eaton) et la série MTL1000. Mais, pourquoi s'intéresser à ces modules qui ont un aspect tout ce qu'il y a de plus anodin?

Comme le dit l'adage, « l'habit ne fait pas le moine », et il s'applique ici parfaitement. Ces conditionneurs de signal de process jouent en effet un rôle essentiel dans une chaîne de mesure: les modules se doivent de fournir le signal le plus propre possible, que ce soit de s'affranchir d'une différence de potentiel de masse ou d'isolation, qui sont autant de sources potentielles de problèmes de mesure. « Les conditionneurs assurent ainsi l'amplification, l'isolation galvanique, le “nettoyage” (filtrage et autres traitement) du signal », ajoute Gilles Guez, directeur de Réseaux Network Systèmes (RNS), distributeur en France de l'américain Dataforth.

Entre les automates intégrant des cartes d'entrées/sorties et les capteurs de plus en plus “intelligents”, les modules de conditionnement évoluent en se dotant eux aussi de fonctions de calcul, d'interfaces de bus de terrain, etc.

Un exemple très simple et extrêmement courant dans l'industrie est la mesure de température. Les niveaux de tension fournis par une sonde Pt100, ou des jauges de contraintes également, sont de l'ordre du millivolt. Il faut donc forcément un convertisseur pour transformer cette tension en un signal 4-20mA pour éviter que le signal soit perturbé et pour que l'information soit «standardisée» avec l'entrée de l'automate vers lequel est remontée la mesure. Un autre atout des modules de conditionnement de signal réside dans le très grand nombre d'applications possibles. « Bon an mal an, les utilisateurs peuvent avoir besoin de conditionneurs de signal partout où il y a des courants électriques en process et en manufacturier.Et, dans les faits, le marché est plus ouvert encore, puisque l'on a des demandes dans le secteur des transports », explique Samuel Samouélian, directeur des ventes régional pour l'Europe du Sud-Ouest de Knick.

Quel que soit le procédé industriel, les conditionneurs de signal jouent un rôle essentiel dans une chaîne de mesure, en fournissant le signal le plus propre possible. Il s'agit d'amplifier, d'assurer une isolation galvanique, de filtrer les signaux issus de capteurs de température et d'autres transmetteurs.

Un marché globalement stable…

« L'une des tendances observées sur le marché est la demande croissante de produits pour la sécurité fonctionnelle, des matériels certifiés via un organisme indépendant tel qu'exida ouTÜV », constate Scott Saunders, directeur général de Moore Industries. Ce que confirme Clément Grangé-Courty, responsable marketing chez R. Stahl: « Nous constatons également une augmentation significative de la demande dans notre domaine des appareillages destinés aux atmosphères explosives [Atex, NDLR] , en industrie du pétrole, en pétrochimique, en chimie, en pharmaceutique, en agroalimentaire, en industrie offshore , en transformation du bois, en traitement de l'eau, en automobile, etc. Par ailleurs, le marché se stabilise désormais (il a peu de nouveaux acteurs) et la baisse des prix est évidente. » Pour Jean-Baptiste Robert, responsable produits marchéAtex chez le français Georgin, « le marché de l'Atex,en France,est stable mais pas en croissance. C'est toutefois un marché de plus en plus concurrentiel, ce qui oblige de se tourner encore plus vers l'exportation pour tirer son épingle du jeu.Parmi les conséquences, on constate une réduction des prix – le volume de produits vendus est plus important – et les fabricants, en particulier européens, sont désormais mieux implantés dans le monde. »

Au-delà du domaine de l'Atex proprement dit, la situation économique est semblable. « Le marché global est relativement atone, avec une légère croissance du chiffre d'affaires dans le monde et en France. Mais ce n'est pas du tout représentatif en termes de volume : les gros et coûteux modules sont remplacés par des modèles plus fins et moins chers (prix divisés par deux ou trois). C'est ce que j'appelle l'effet de cannibalisation.A côté du marché de renouvellement, nous observons de nouvelles montes sur le secteur des machines, en agroalimentaire, en énergie (typiquement la mesure de la température des pales d'une éolienne), etc. », explique Christophe Coureul, responsable produits Interfaces et alimentations chez Phoenix Contact France. Cédric Dalessandri, responsable des ventes France de PR electronics, voit, lui aussi, un marché mondial, européen et français en progression, même s'il est plutôt stable (en France) en raison des faibles investissements actuels chez les clients finaux. « L'isolation galvanique est un secteur en progression parce que l'isolation dans les automates n'est pas forcément très élevée et que les appareils sont également plus sensibles qu'auparavant aux sources perturbatrices telles que les variateurs de vitesse,les postes de soudure », ajoute-il. La raison à cette sensibilité accrue est à chercher notamment du côté des composants CMS utilisés qui sont eux-mêmes plus sensibles.

L'une des tendances observées sur le marché des conditionneurs de signal est la demande croissante de produits pour la sécurité fonctionnelle, des matériels certifiés via un organisme indépendant tel qu'exida ou TÜV.

Pour donner une idée de la taille du secteur des conditionneurs de signal, le marché mondial représenterait 200 millions d'euros par an, dont 35% réalisés en Europe et 4% en France, selon Knick. Jacques Huguet, président d'Ardetem, lui, note que « le milieu est très atomisé, tant du point de vue de l'offre que de la demande, et [que] le marché a plutôt tendance à se réduire car les fabricants d'automates ont pris une part de marché, via la commercialisation des cartes d'entrées/sorties, et car les capteurs sont de plus en plus “intelligents” (isolation galvanique, liaison numérique pour une connexion directe à un automate). C'est pour ces raisons qu'il faut mettre de l'intelligence (calcul, communication) dans les convertisseurs. » « S'il y a eu des années plus fastes, aujourd'hui nous avons peu, voire n'avons pas de visibilité sur les commandes (est-ce un mois ou deux ans ?). Ce n'est pas par manque de budgets ou de projets - l'activité a repris aux Etats-Unis, il y a deux,trois ans,et en Allemagne - ,mais tout se fait au dernier moment, d'où une grande réactivité de notre part face à une concurrence chinoise et indienne », indique Gilles Guez (RNS) qui insiste également sur l'importance du choix d'un bon partenaire qui peut, dans certains cas, jouer en amont le rôle de prescripteur.

Régime minceur pour les modules !

Si le marché n'a pas beaucoup évolué ces dernières années, les fabricants ne se sont toutefois pas reposés sur leurs lauriers. A regarder les derniers produits lancés récemment, l'une des tendances actuelles saute aux yeux: la réduction de taille des modules… quand cela est possible, ce qui n'est pas forcément le cas en sécurité ( Safety Integrity Level ou SIL) ou pour les niveaux de performances (PL) de sécurité dans les machines. Avec le prix, l'épaisseur à la voie fait partie des questions incontournables des utilisateurs. La réduction de la taille des conditionneurs de signal s'accompagne en effet de gains en termes d'encombrement et, surtout, de coût des armoires électriques. « Quand on parle de coût des modules de conditionnement, il faut toujours regarder le coût global de la chaîne de mesure (capteur, conditionneur, acquisition de données) », signale Gilles Guez (RNS).

On trouve aujourd'hui des conditionneurs de signal présentant une tension de test pour l'isolation galvanique de 3 kV, au lieu de 2,5 kV jusque-là, même si une tension de 2,5 kV répond parfaitement à la majorité des demandes.

Il n'est donc plus rare de voir des modules de seulement 6mm de large. Si cela était jusque-là difficile voire impossible à développer, les fabricants bénéficient aujourd'hui de l'évolution des composants électroniques (composants CMS, port Micro USB…). « Beaucoup de concurrents miniaturisent leurs produits car l'électronique le permet sans qu'il y ait trop d'échauffement. Ce ne sont pas forcément les clients finaux les plus intéressés, mais plutôt les sociétés d'ingénierie et les intégrateurs. Ils peuvent ainsi simplifier leur base de références (une seule pour sept signaux différents à mesurer,par exemple) et réduire le stockage de pièces », ajoute Samuel Samouélian (Knick). « Nous sommes très attentifs aux retours des utilisateurs sur le terrain, c'est pourquoi l'accent a été mis ces dernières années sur la limitation de la maintenance, avec des solutions de plus en plus robustes et fiables. Les designs sont également de plus en plus compacts pour faciliter l'installation en zones Atex », renchérit Clément Grangé-Courty (R. Stahl).

Mais, comme fait remarquer Cédric Dalessandri (PR electronics France), « la réduction de taille a certes un impact économique mais impose toutefois certains compromis sur les performances. C'est la raison pour laquelle nous proposons aussi aux clients des modules de 22mm de large pour la souplesse d'utilisation (lecture directe de la mesure,par exemple) et la facilité d'intervention et de maintenance. Les conditionneurs de signal de 22mm représentent encore une grande part de nos ventes. » Quiconque qui a dû un jour dévisser et revisser tous les fils (de 1,5mm ² de section) d'un convertisseur de température installé dans une armoire appréciera les modules de 22mm avec leurs connecteurs débrochables…

Sont disponibles sur le marché de plus en plus de produits multifonctions, acceptant tous types d'entrées et de sorties et proposant jusqu'à 480 paramétrages différents comme certains modèles du fabricant Knick.

Avec la nouvelle série Mini Analog Pro de Phoenix Contact, les utilisateurs bénéficient désormais également de cet atout dans des modules de 6mm de large. « En tant que spécialiste de la connectique, nous avons réussi, pour la première dans cette gamme-là,à intégrer des connecteurs débrochables, que ce soit manuellement ou via une vis sans fin - l'utilisateur coupe dans ce cas le circuit électrique via un demi-tour mécanique, en gardant les connecteurs solidaires au module.Autre avantage,l'utilisateur peut ne changer que le module ou alors réaliser le précâblage d'un automate, les connecteurs restant sur les câble s », affirme Christophe Coureul (Phoenix Contact France). Les modules Mini Analog Pro recèlent d'autres innovations, à savoir l'inclinaison des borniers pour pouvoir câbler toutes les voies au-dessus et dessous, et ce quelle que soit la position du module, la présence d'une connectique vissée ou à ressort de type Push-In assurant une insertion directe du câble sans outil (seule une pointe est nécessaire pour retirer les câbles).

Plus petits, moins chers… et plus performants

D'aucuns pourraient douter que, si les conditionneurs de signal sont désormais plus petits et moins chers, ils sont aussi performants… mais c'est tout le contraire, affirment en chœur toutes les personnes interrogées. « Lors de la conception des produits, nos ingénieurs ont deux objectifs en tête : le premier est de concevoir des produits consommant très peu d'énergie, afin de réduire la dissipation thermique - on intègre de petits composants électroniques dans des boîtiers fermés - et également pour un aspect environnemental ; le second objectif porte sur la CEM [Compatibilité électromagnétique, NDLR] », avance Cédric Dalessandri (PR electronics France). Jacques Huguet (Ardetem) confirme que « la vraie difficulté est bel et bien la consommation électrique car chaque module de conditionnement de signal doit gérer un ensemble de fonctionnalités, telles que la conversion, la communication,etc.Avec notre nouvelle sérieTPIs, nous avons réussi à diviser la consommation par un facteur cinq, en gardant les mêmes caractéristiques de fonctionnement. »

Les utilisateurs bénéficient désormais de broches débrochables dans des modules de 6 mm de large, et non plus seulement en 22 mm. Parmi les avantages, il est possible de ne changer que le module ou de réaliser le précâblage d'un automate.

PourThierry Lorioux, gérant de MPC, distributeur de Moore Industries, les évolutions technologiques récentes portent sur des modèles multivoies, une rangeabilité supérieure, le recours à des séparateurs ( splitters ) pour aiguiller les signaux sur un automate et sur un afficheur, par exemple. « Idéalement les clients voudraient un isolateur capable de répondre à tous les besoins de leur site. La conception de produits flexibles quelle que soit l'application se traduit par des entrées/sorties et une alimentation universelles,une tenue à des plages de température de fonctionnement allant de - 40 à +85 °C,une bonne CEM,des spécifications élevées en termes de répétabilité,le passage du signal Hart,la certification pour une mise en œuvre dans les systèmes instrumentés de sécurité [ Safety Instrumented Systems ou SIS], etc . », ajoute Scott Saunders (Moore Industries).

Tous les constructeurs étoffent leurs offres respectives avec des modules aux caractéristiques améliorées en termes de gammes de tension, de précision, de stabilité dans le temps, de temps de réponse, de tension d'isolation, etc. « On trouve aujourd'hui des conditionneurs de signal présentant une tension de test pour l'isolation galvanique de 3 kV comme pour notre gamme SG,au lieu de 2,5 kV jusque-là.Même si une tension de 2,5 kV répond parfaitement à la majorité des demandes.Il s'agit plus d'un argument marketing pour se différencie r», souligne Jean-Baptiste Robert (Georgin). Et Samuel Samouélian (Knick) d'ajouter: « Je vois de plus en plus de produits multifonctions, acceptant tous types d'entrées et de sorties et proposant jusqu'à 480 paramétrages différents comme les BasicLine BL500 etVariTrans P 27000. »

Une grande réactivité et, parfois, un rôle de prescripteur en amont, d'où l'importance du choix d'un bon partenaire, sont les atouts des fournisseurs de conditionneurs de signal, face à une concurrence chinoise et indienne.

Si les cartes d'entrées/sorties des automates et les transmetteurs de terrain réalisent de plus en plus souvent une partie du travail dévolu aux conditionneurs, ces derniers prennent leur revanche en intégrant certaines fonctions propres aux automates. « Nous avons par exemple doté les modèles TPIs de fonctions mathématiques ou booléennes dans le but de simplifier leur mode opératoire. Les modules affichent une taille réduite de 7,2 mm de large, en fait 6 mm plus 1,2 mm d'intelligence », précise Jacques Huguet (Ardetem). L'ajout de fonctionnalités supplémentaires (analyse de défaillances, cause d'un défaut de câble, fonction oscilloscopique…) ne doit toutefois pas s'accompagner d'une difficulté d'utilisation des conditionneurs, bien au contraire.

Des outils de programmation plus modernes

Les fabricants travaillent par ailleurs sur leurs logiciels de programmation, afin de les rendre encore plus conviviaux, et profitent des interfaces de communication plus modernes. « Les modes de fonctionnement étaient principalement programmés via une liaison série RS-232. On s'oriente maintenant plus souvent vers une interface USB pour sa facilité d'utilisation, l'existence de câbles standard,la possibilité d'alimentation du module », rappelle Jean-Baptiste Robert (Georgin). La société Ardetem, elle, a développé l'outil de programmation µConsole qui est en fait une face avant embrochable sur la face-avant d'un module. Son écran tactile capacitif à double affichage (touches virtuelles personnalisables par l'utilisateur) permet d'accéder rapidement aux informations sans dérouler une succession de menu.

Concernant les développements, l'accent a été mis ces dernières années sur la limitation de la maintenance, avec des solutions de plus en plus robustes et fiables, les designs étant également plus compacts pour faciliter l'installation, en zones Atex par exemple.

« En plus d'une configuration par commutateurs de type DIP-switch et par logiciel PC, les produits de la série Mini Analog Pro sont les premiers à posséder une puce NFC [ Near Field Communication , NDLR]. Il suffit d'approcher un smartphone Android doté de l'application ad hoc et, sans alimenter le module, on a accès soit à des informations (version de base), soit en plus à un utilitaire d'aide au paramétrage des sélecteurs de codage,soit à la configuration complète (module complet) », explique Christophe Coureul (Phoenix Contact France). C'est une solution parmi tant d'autres pour pallier la raréfaction des personnels (compétents) présents sur les sites.

Une autre tendance observée par tous les fabricants est la prise en compte croissante des bus de terrain. « Les boucles de courant 4-20 mA sont en déclin, au profit des bus de terrain, ce qui explique d'ailleurs aussi l'évolution de notre positionnement vers les modules pour les tensions et courants plus élevés, par exemple avec une isolation jusqu'à 6 000Vca/cc », indique Samuel Samouélian (Knick). Ce que confirme Cédric Dalessandri (PR electronics France): « Nous développons des solutions “communicantes” de type bus de terrain basé sur Ethernet,un standard qui s'impose dans l'industrie contrairement aux bus de terrain Profibus . » Il est vrai que les utilisateurs ont de plus en plus souvent besoin de s'interfacer à un bus de terrain pour remonter vers l'automate et ainsi mettre à disposition les informations des transmetteurs (mesures, valeurs de seuils, diagnostic…). Et la boucle de courant 4-20 mA a fait ses preuves et est toujours largement utilisée. « De plus en plus de clients implémentent des SIS au sein de leurs usines et, aujourd'hui plus que jamais, il y a des demandes pour disposer des données numériques et de diagnostic venant des transmetteurs de terrain, au niveau des systèmes de sécurité et des boucles de contrôle traditionnelles. Comme la majorité des données de diagnostic sont sous la forme d'un signal 4-20 mA Hart, les utilisateurs recherchent des isolateurs qui assurent l'isolation galvanique et de zone nécessaire et laissent passer le signal Hart depuis le terrain jusqu'au système de sécurité ou de contrôle de régulation », rappelle Scott Saunders (Moore Industries).

A l'instar de PR electronics, les fabricants développent des solutions “communicantes” de type bus de terrain basé sur Ethernet, un standard qui s'impose dans l'industrie. Mais le signal 4-20 mA Hart a encore ses aficionados…

Là où le bât blesse c'est que nombre d'isolateurs du marché «voient» le signal Hart comme du bruit et donc le filtrent en sortie. Ce peut être une très mauvaise surprise pour les utilisateurs qui veulent voir et utiliser les données véhiculées par ce signal. « Les ingénieurs devraient donc toujours spécifier dès le début et stocker en standard les isolateurs SST ou SST dotés de cette fonctionnalité, aussi bien pour des boucles 4-20 mA Hart et non Hart », poursuitThierry Lorioux (MPC). On pourrait encore citer, parmi les améliorations apportées aux conditionneurs de signal, la prise en compte des évolutions en cours de la directive Atex, évolutions qui portent plutôt sur le marquage qu'au sein même des produits (harmonisation). « Le SIL, lui, évoluera quand les utilisateurs seront plus familiers avec la norme. Pour l'instant, la moitié des utilisateurs choisissent des produits SIL pour des applications de sécurité et l'autre moitié comme gage de qualité », conclut Jean-Baptiste Robert (Georgin).