L’IoT industriel, souvent abrégé en IIoT, consiste à connecter les capteurs et les équipements des usines, des infrastructures d’eau et d’énergie et d’autres sites industriels, pour pouvoir suivre leur état et leur production et agir depuis n’importe où. Les applications les plus courantes de l’IoT industriel sont la surveillance de l’état des machines, le suivi énergétique, les niveaux de cuves et de fluides, les conditions ambiantes, le comptage des utilités et le suivi des outils et des équipements.

Aucune ne nécessite une nouvelle usine. La plupart démarrent avec quelques capteurs sur batterie ajoutés à des machines qui tournent déjà. Les projets se distinguent surtout par ce que deviennent les données ensuite, et c’est le sujet principal de cet article.

L’essentiel

  • Les premières applications rentables sont les plus concrètes : santé des machines, énergie, niveaux, températures et fuites.
  • La plupart commencent en rétrofit, avec des capteurs sans fil montés sur des machines existantes, sans toucher au système de commande.
  • Les appareils typiques sont les capteurs de vibrations, les pinces ampèremétriques, les capteurs de niveau et de pression, les sondes de température et les passerelles qui lisent les données des automates.
  • L’usine intelligente commence quand les données de plusieurs de ces sources sont combinées et déclenchent des actions, et plus seulement des courbes.

Qu’est-ce que la surveillance IoT industrielle ?

La surveillance IoT industrielle consiste à collecter en continu les mesures des équipements industriels et à les envoyer automatiquement vers un logiciel qui les stocke, les affiche et déclenche des alertes. Elle remplace la ronde avec un bloc-notes, le relevé mensuel des compteurs et le passage devant une machine pour l’écouter tourner.

Derrière, on retrouve dans presque tous les projets la même chaîne, avec peu de maillons. Un capteur mesure une grandeur physique, comme une vibration, un courant, un niveau ou une température. Il envoie la mesure sur un réseau, souvent une radio basse consommation comme LoRaWAN pour les capteurs sur batterie, ou une liaison filaire ou Wi-Fi pour les équipements alimentés. Une passerelle reçoit les mesures et les transmet à une plateforme. La plateforme conserve l’historique, affiche des tableaux de bord et vérifie des règles, et ces règles préviennent des personnes ou déclenchent des actions.

Il existe deux façons d’obtenir des données d’une machine. La première consiste à lire ce que la machine sait déjà : les machines modernes et leurs automates programmables (les ordinateurs industriels qui les pilotent) contiennent des valeurs comme les vitesses, les températures et les compteurs, que l’on peut lire via des protocoles industriels comme Modbus ou OPC UA. La seconde consiste à ajouter des capteurs depuis l’extérieur, ce qui va souvent plus vite sur les équipements anciens ou là où toute intervention sur le système de commande exige l’accord du constructeur de la machine. Beaucoup d’usines combinent les deux : elles lisent les automates quand c’est simple et posent des capteurs en rétrofit quand ça ne l’est pas.

À quoi sert l’IoT dans l’industrie manufacturière ?

Dans l’industrie manufacturière, l’IoT industriel couvre bien plus que les machines de production. Le tableau ci-dessous présente des applications courantes, ce que chacune mesure et ce qui change une fois les mesures connectées. Voyez-le comme une série d’exemples plutôt que comme une liste exhaustive.

Application Ce qui est mesuré Ce qui change
Surveillance de l’état des machines Vibrations et température des moteurs, pompes, ventilateurs et réducteurs Les problèmes de roulements et d’alignement sont détectés des semaines avant qu’ils n’arrêtent une ligne
Suivi énergétique Électricité par ligne, par machine ou par poste La consommation à vide et les équipements peu efficaces deviennent visibles au lieu de se fondre dans une seule facture
Air comprimé Débit, pression et puissance du compresseur Les fuites et une pression réglée trop haut apparaissent comme un gaspillage mesurable
Niveaux de cuves et de fluides Liquide de refroidissement, lubrifiant, produits chimiques, matières premières Les remplissages sont planifiés au lieu d’être découverts lors d’une ronde à la jauge
Conditions ambiantes Température et humidité dans les magasins, les zones propres et les salles de polymérisation Matières et produits restent dans leurs conditions spécifiées, avec un historique pour le prouver
Températures de procédé Fours, séchoirs, chambres froides Une dérive hors de la plage de la recette déclenche une alerte pendant le poste, et non au contrôle final
Utilités et eau Compteurs d’eau, détecteurs de fuite, pression dans les conduites d’alimentation Les fuites et les consommations anormales sont repérées le jour même
Suivi des équipements Position des outils, conteneurs, chariots élévateurs et remorques Moins de temps perdu à chercher, et moins d’objets égarés entre les sites

L’air comprimé montre à quelle vitesse ces chiffres grimpent. Selon le ministère américain de l’Énergie, les fuites peuvent parfois gaspiller 20 à 30 % de la production d’un compresseur dans les usines qui ne les traitent pas. Prenons un compresseur de 75 kW qui tourne 6 000 heures par an et dont un quart de la production part en fuites. Cela représente environ 112 500 kWh gaspillés par an, soit, à 0,20 € le kWh, environ 22 500 € pour de l’air qui s’échappe des raccords et des flexibles. Surveiller la puissance du compresseur et la pression du réseau la nuit, quand la production est arrêtée, montre directement la part due aux fuites : production arrêtée, l’air que le compresseur continue de fournir s’échappe par les fuites.

Le suivi énergétique fonctionne de la même façon, à plus grande échelle. La plupart des usines reçoivent une seule facture d’électricité, qui ne dit rien de ce que consomme chaque machine. Des pinces ampèremétriques sur les départs principaux de chaque ligne montrent la consommation par ligne et par poste, et révèlent souvent des machines laissées en marche le week-end, ou une ligne qui consomme nettement plus d’énergie que sa voisine identique.

Les historiques de conditions ambiantes et de procédé comptent surtout là où les matières sont sensibles. Les colles et les revêtements ne polymérisent correctement que dans une certaine plage de température et d’humidité, le bois et le papier changent de dimensions avec l’humidité, et le stockage alimentaire et pharmaceutique obéit à des limites documentées. Un capteur qui enregistre une mesure à quelques minutes d’intervalle fournit l’historique que réclame un auditeur ou un client, et une alerte pendant le poste laisse à quelqu’un le temps de déplacer le stock ou de réparer une porte avant qu’un lot soit perdu.

Le suivi des équipements recouvre deux problèmes différents. Entre les sites, les remorques, les conteneurs et les véhicules peuvent embarquer des traceurs GPS qui remontent leur position. À l’intérieur d’un grand hall, le GPS ne passe généralement pas : la localisation intérieure repose donc sur d’autres méthodes, comme des balises Bluetooth ou des étiquettes lues aux portes et dans certaines zones. Mieux vaut déterminer lequel des deux il vous faut avant de choisir le matériel, car les appareils et les coûts sont très différents.

Quels sont les objets IoT industriels les plus courants ?

Les appareils derrière ces applications sont pour la plupart des instruments ordinaires et éprouvés, auxquels on a ajouté une radio ou une connexion réseau. Exemples courants :

  • Des capteurs de vibrations sans fil, fixés sur les paliers par aimant, goujon ou collage, qui transmettent vibrations et température à quelques minutes d’intervalle.
  • Des transformateurs de courant et des compteurs d’énergie, posés autour des câbles dans un tableau électrique pour mesurer la consommation sans intervenir sur le câblage.
  • Des capteurs de niveau, généralement à ultrasons ou radar, montés sur le dessus d’une cuve pour mesurer son taux de remplissage.
  • Des capteurs de pression et de débit sur les réseaux d’air comprimé, d’eau et de procédé.
  • Des capteurs de température et d’humidité pour les salles, les chambres froides et les zones de stockage, et des sondes de température pour les fours et les équipements de procédé.
  • Des capteurs d’ouverture qui indiquent si un portail, une armoire ou un carter de protection de machine est ouvert.
  • Des capteurs de gaz pour le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone ou d’autres gaz dans les espaces de travail clos.
  • Des passerelles edge qui lisent les valeurs des automates et des compteurs via Modbus ou OPC UA et les transmettent à la plateforme.
  • Des traceurs pour les chariots élévateurs, les conteneurs et les remorques qui circulent sur un site ou entre plusieurs sites.
  • Des relais et des contrôleurs de vanne capables de mettre en marche ou d’arrêter un équipement, ou d’ouvrir et de fermer une vanne sur commande.

L’alimentation et l’emplacement conditionnent une bonne partie du travail concret. Les capteurs sur batterie se posent n’importe où, mais doivent être remplacés au bout de quelques années, alors que les appareils sur secteur demandent un électricien et une alimentation à proximité. Dans les zones à atmosphère explosive, les appareils doivent être certifiés pour la zone concernée.

Au moment de choisir les appareils, le protocole compte autant que la mesure. Les capteurs qui utilisent un standard ouvert comme LoRaWAN ou MQTT peuvent être combinés avec d’autres marques et migrer plus tard vers un autre logiciel. Un capteur qui ne communique qu’avec le cloud de son fabricant lie toutes vos décisions futures à ce fabricant.

Pour les projets énergétiques, Kilo Electronics propose des appareils de suivi énergétique parmi ses autres capteurs industriels, et le matériel de n’importe quel fournisseur utilisant une connexion prise en charge fonctionne de la même manière.

Comment l’IIoT permet-il de passer à l’usine intelligente ?

L’usine intelligente est une notion large, mais au fond elle désigne une usine où les données des machines, des utilités et des personnes sont combinées et servent à décider plus vite, de plus en plus avec des actions automatiques. L’IoT industriel fournit les données. Qu’elles mènent ou non à une usine intelligente dépend de ce qui se passe après l’installation des capteurs.

Il faut d’abord combiner les sources. Une mesure de vibration devient plus utile à côté de la consommation d’énergie de la machine, et la température d’une chambre froide à côté de l’état de sa porte. Cela ne fonctionne que si les mesures de différents fabricants arrivent au même endroit, avec des noms et des unités cohérents.

Ensuite, les données doivent mener à une action. L’alerte envoyée à une personne est la plus courante, mais certaines réponses peuvent être automatiques, comme arrêter une pompe quand une cuve est presque vide ou fermer une vanne quand un détecteur de fuite repère de l’eau.

Enfin, une fois que cela fonctionne sur une ligne, il faut reproduire la même configuration sur les autres lignes et les autres sites, pour que la deuxième usine ne reparte pas de zéro.

Dans un atelier de production équipé de Kilo, pour combiner les sources, vous associez les mesures brutes de différents fabricants à une seule métrique normalisée, si bien qu’un tableau de bord ou une règle voit la même température quel que soit le capteur qui l’envoie. Pour agir, vous confiez à une règle une commande d’appareil enregistrée, comme fermer une vanne via un contrôleur LoRaWAN de classe C ou commuter un relais connecté en MQTT, et Kilo enregistre chaque commande avec son résultat, du statut « Livré » jusqu’à « Confirmé » ou « Échoué ».

La plupart des solutions IoT pour l’industrie manufacturière se développent dans cet ordre : d’abord la surveillance, ensuite des alertes auxquelles les équipes font confiance, puis des actions automatiques pour la poignée de cas où la bonne réponse ne change jamais. Passer directement à l’automatisation se retourne généralement contre vous, car personne ne sait encore quelles mesures sont assez fiables pour agir sans qu’une personne vérifie d’abord.

Questions fréquentes sur les applications de l’IoT industriel

En quoi l’IoT industriel en usine diffère-t-il de l’IoT classique ?

La technologie est en grande partie la même, mais l’IoT industriel fonctionne dans des conditions plus rudes : parasites électriques, structures métalliques, larges plages de température et équipements qui tournent pendant des décennies. Il se connecte aussi à des protocoles et des systèmes de commande industriels, et le coût d’une mesure erronée ou d’une alerte manquée est généralement bien plus élevé que dans l’IoT grand public.

La surveillance IoT industrielle fonctionne-t-elle sur des machines anciennes ?

Oui. Les machines anciennes disposent souvent de sorties analogiques, généralement des signaux 4–20 mA, ou de contacts de relais qui indiquent si elles sont en marche, et de petits convertisseurs peuvent les transformer en mesures qu’une passerelle se charge de transmettre. Quand une machine n’a aucune sortie, des capteurs externes de vibrations, de courant ou de température la mesurent de l’extérieur.

Les applications de l’IoT industriel font-elles partie de l’industrie 4.0 ?

Oui, comme l’une de ses briques. L’industrie 4.0 est un concept plus large, lancé dans le cadre d’une stratégie du gouvernement allemand et présenté au public lors du salon Hannover Messe en 2011, qui couvre la production numérique dans son ensemble. L’IoT industriel en est la partie qui connecte les équipements physiques pour que leurs données puissent être exploitées.

Les applications de l’IoT industriel sont-elles sécurisées ?

Elles peuvent l’être, avec de la rigueur. La série IEC 62443 est le principal cadre international pour la sécurité des systèmes d’automatisation et de contrôle industriels, et elle s’applique de plus en plus aux appareils et aux passerelles IIoT. Parmi les bonnes pratiques de base : chiffrer les connexions, séparer le réseau IIoT du réseau de contrôle-commande et limiter les systèmes autorisés à envoyer des commandes aux équipements.

Pour voir la santé des machines et les niveaux de fluides côte à côte sur votre propre site, posez un capteur de vibrations sur chacun des trois moteurs dont la panne vous coûterait le plus cher, et des capteurs de niveau sur les deux cuves de liquide de refroidissement qui se vident le plus souvent. Créez une règle qui surveille les trois moteurs et déclenche une alarme quand les vibrations de l’un d’eux restent pendant une heure au-dessus d’un seuil que vous fixez. Cinq appareils et une règle tiennent dans l’offre gratuite de Kilo.