Les automates X20 contrôlent au total 32 nœuds d'entrées/sorties via des réseaux Powerlink en anneau. Les automates de sécurité X20 assurent l'exécution des fonctions SIL 2.

P armi les défauts susceptibles d'affecter le vin en bouteille, le goût de bouchon est l'un des plus communs. Pour éradiquer ce risque, des alternatives au bouchon de liège comme les bouchons synthétiques se sont développées, sans pour autant s'imposer. De plus, les bouchons synthétiques sont totalement inadaptés pour les vins de garde, car ils ne permettent pas les échanges gazeux. Pour tirer profit des avantages du liège tout en éliminant ses inconvénients, le fabricant de bouchons en liège Diam Bouchage a effectué un programme de recherche avec le CEA pour extraire les composés volatiles du liège et ainsi éliminer le risque de goût de bouchon (et également 150 molécules aromatiques indésirables). Ces travaux ont débouché sur le procédé breveté et innovant Diamant, un procédé d'extraction utilisant le CO2 supercritique comme solvant.

Les applications industrielles du CO2 supercritique en tant que solvant sont multiples : décaféination du café, extraction d'huiles essentielles, élimination de contaminants, extraction d'arômes, etc. Grâce au procédé Diamant, Diam Bouchage est la première entreprise à utiliser le CO2 supercritique pour la purification du liège. Les bouchons en liège ainsi traités ont rencontré un tel succès auprès des viticulteurs que l'entreprise vient de construire à Céret, près de Perpignan, une nouvelle usine dédiée à la purification du liège, la troisième après ses deux usines espagnoles. Exploitée depuis juillet 2015, cette nouvelle usine purifie plus de 3600 tonnes supplémentaires de farine de liège : la capacité de production de Diam Bouchage est ainsi passée à 2 milliards de bouchons, soit 10% de la production mondiale de bouchons en liège. Outre la purification, toutes les autres étapes de la fabrication de ces bouchons technologiques – moulage, formage, marquage, habillage, finition – sont également réalisées au sein de l'entreprise. Diam Bouchage a confié la réalisation de l'unité de purification à son partenaire historique Natex, un constructeur autrichien spécialisé dans la mise en œuvre des procédés d'extraction par fluide supercritique.

Parmi les défauts susceptibles d'affecter le vin en bouteille, le goût de bouchon est l'un des plus communs. Pour éradiquer ce problème, Diam Bouchage a développé et breveté un procédé innovant nommé Diamant, qui utilise les propriétés du CO2 supercritique pour purifier le liège.

Automatisation de l'usine avec Aprol

En s'appuyant sur le logicielAprol ainsi que sur les systèmes de contrôle X20, Natex a automatisé l'usine avec une solution complète de B&R, depuis la supervision jusqu'aux composants de terrain. « Nous avions besoin d'une solution d'automatisation flexible pour mettre en œuvre le procédé rapidement chez notre client. Après avoir équipé deux usines pilotes plus petites avec Aprol, nous savions que les systèmes B&R répondraient à nos besoins en matière de flexibilité et de fiabilité pour ce projet d'envergure », explique Harald Huber, responsable électricité, instrumentation et contrôle chez Natex. Le système Aprol mis en œuvre par Natex englobe toute l'installation de purification, soit un total d'environ 2 500 points d'entrées/sorties. Il comprend notamment trois stations de commande à quatre écrans, une station d'ingénierie et deux serveurs runtime redondants. Jusqu'à cinq stations de commande supplémentaires peuvent être également connectées via le réseau local du client. « Les opérateurs de Diam Bouchage apprécient vraiment les fonctionnalités d'analyse et d'historisation intégrées dans Aprol comme, par exemple,TrendViewer, AuditTrail et Shiftlog,pour ne citer que les principales.Ils sont également très satisfaits du confort d'utilisation qu'offrent les interfaces utilisateurs », précise Harald Huber.

Pour la réalisation de sa nouvelle unité de traitement du liège, le leader français de la fabrication de bouchons technologiques Diam Bouchage a fait confiance à son partenaire historique Natex, un constructeur autrichien spécialisé dans les installations d'extraction par fluide supercritique.

Contrôle étroit du CO2 avec 450 modules X20

Mais avant de détailler davantage la solution d'automatisation déployée ici, il convient de revenir un instant sur le procédé utilisant le CO2 supercritique pour la purification du liège qui a été mis en œuvre à Céret. Un fluide est supercritique lorsqu'il est chauffé au-delà de sa température critique et comprimé au-delà de sa pression critique. Dans cet état intermédiaire entre gaz et liquide, le dioxyde de carbone dispose d'un pouvoir de dissolution nettement accru permettant l'extraction des matières indésirables. De plus, contrairement à d'autres solvants, il est non toxique et chimiquement inerte, d'où son utilisation dans le procédé Diamant. Les installations réalisées par Natex comportent trois lignes pour la purification du liège et une ligne pour l'alimentation en CO2 .Chaque ligne de purification comprend un compresseur, un extracteur, un séparateur, un filtre, ainsi que des échangeurs thermiques. La ligne d'alimentation interagit avec les trois lignes de purification et comprend un réservoir pour le stockage du CO2, un préchauffeur et un compresseur de récupération.Avec un débit de plusieurs milliers de kg/h, le CO2 pénètre dans l'extracteur pour dissoudre les contaminants du liège. Ensuite, il est dépressurisé et s'évapore dans le séparateur où les contaminants précédemment extraits sont collectés. À ce stade, le CO 2 est redevenu propre et gazeux. Il passe alors à travers un filtre qui protège le compresseur des particules fines, et le cycle de purification recommence.

Le procédé Diamant est un procédé «batch» à haute pression. Il nécessite donc une surveillance et un contrôle précis de nombreuses grandeurs physiques (pression, température, débit) en différents points de l'installation. L'usine de purification de Diam Bouchage compte une cinquantaine de vannes automatiques et environ 300 capteurs analogiques. Pour collecter les données ainsi mesurées et contrôler les vannes, Natex a mis en œuvre quatre automates X20 (un par ligne) et 450 modules d'entrées/sorties X20 répartis sur 32 nœuds Powerlink. Tous les signaux de capteurs sont traités par des modules d'entrées Hart X20, excepté ceux des capteurs de température associés à des modules de température Pt100 X20.Couplées à des modules de sorties Hart X20, les vannes automatiques dotées de positionneurs électropneumatiques régulent la quantité de CO2 dans le cycle de purification, assurant ainsi un contrôle précis de la pression. Les données Hart sont transmises aux automates X20 via le réseau temps réel Powerlink et transférées aux stations de commande Aprol. Le serveur DTM intégré aux automates X20 permet d'accéder facilement aux fonctionnalités des capteurs-actionneurs Hart utilisés dans l'usine. Le diagnostic de l'installation est ainsi amélioré, et la configuration des appareils simplifiée. En plus des équipements contrôlés via le réseau Powerlink, le système Aprol gère également les variateurs Profibus DP utilisés pour les pompes et les compresseurs.

La nouvelle unité de production de Diam Bouchage comprend trois lignes de purification. Les terminaux opérateurs Power Panel T30 permettent d'effectuer des tâches d'exploitation et de maintenance à proximité directe de l'installation (remplissage et vidage des extracteurs, par exemple).

Pour les opérations d'exploitation et de maintenance qui doivent être effectuées à proximité directe des installations, onze terminaux opérateurs Power Panel T30 sont répartis sur l'ensemble de l'usine. En plus d'offrir des possibilités de visualisation décentralisées, ces terminaux permettent d'effectuer les tâches d'exploitation courantes comme, par exemple, l'ouverture des vannes à action rapide et le démarrage des systèmes secondaires pour introduire le liège dans les extracteurs. Les équipes de maintenance s'appuient également sur les Power Panel T30 pour tester le fonctionnement des compresseurs après un «batch».

Constitué de trois stations de commande permanentes « quad screen », d'une station d'ingénierie et de deux serveurs runtime redondants, le système Aprol contrôle toute l'installation de purification de liège, soit 2 500 points d'entrées/sorties.

Sécurité intégrée pour procédé haute pression

Le procédé Diamant doit fonctionner en continu sur des plages de temps étendues. Le système d'automatisation doit donc répondre à de hautes exigences en matière de disponibilité. Natex a tiré profit des nombreuses possibilités de redondance qu'offrent les systèmes de B&R. Outre les deux serveurs runtime redondantsAprol et le bus de process, également redondant, le constructeur d'installations a mis en œuvre une redondance au niveau des équipements de terrain avec un réseau Powerlink en anneau. La redondance en anneau permet d'accroître non seulement la fiabilité opérationnelle de l'installation, mais aussi l'efficacité de la maintenance en autorisant l'enfichage à chaud des modules dans l'armoire électrique. Après avoir procédé à une analyse de risques selon la méthode Hazop, Natex a réalisé certaines parties de l'installation en conformité avec le niveau SIL 2, comme par exemple le dispositif de fermeture pour haute pression sur les extracteurs. Grâce à ce dispositif, l'extracteur est hors pression et isolé du reste de l'installation avant l'ouverture. Toutes les fonctions de sécurité ont été mises en œuvre avec des automates de sécurité et modules d'entrées/sorties de sécurité X20.Natex s'est appuyé sur les automates de sécurité X20 ainsi que sur des modules d'entrées Namur X20 pour connecter les détecteurs de proximité utilisés avec les vannes de sécurité.