Les industries à forte consommation d'énergie subissent des pressions de toutes parts ! En plus d'une législation et d'objectifs internationaux en matière de développement durable beaucoup plus stricts, les récentes hausses brutales des prix de l'énergie poussent les entreprises à examiner de plus près leurs produits et leurs processus, afin de s'assurer qu'elles utilisent l'énergie de la manière la plus efficace possible.
Les procédés simples peuvent nécessiter une analyse de base et un réglage fin, mais les usines qui produisent plusieurs produits et s'appuient sur une large gamme de paramètres à haute tolérance sont beaucoup plus difficiles à régler et, le plus souvent, bénéficieront d'avantages immenses et immédiats grâce aux solutions numériques.
Planification du développement durable
Compagnie des Ciments Belges SA (CCB), filiale du groupe Cementir Holding, une entreprise multinationale de solutions de construction et leader mondial du ciment blanc, est l'une de ces entreprises qui examine ses processus dans le but de devenir plus durable. En effet, elle a formulé une feuille de route ambitieuse pour réduire significativement les émissions de CO₂ d'ici 2030.
La feuille de route de 10 ans du Groupe inclut le remplacement des combustibles fossiles et du clinker, le développement d'un nouveau ciment bas carbone et plusieurs investissements dans le développement durable, couplés à la numérisation des processus de fabrication, de maintenance, de gestion des stocks et des pièces de rechange dans toutes ses usines.
Informations numériques
La numérisation apporte des avantages dans tous les secteurs industriels, grâce à la collecte et à l'exploitation des données opérationnelles, qui permettent d'obtenir de nouveaux niveaux d'informations et d'améliorer l'efficacité. L'industrie du ciment ne fait pas exception.
CCB a déjà pris des engagements précoces en faveur de ses aspirations à l'Industrie 4.0 axée sur les données, notamment avec l'achat d'un nouvel analyseur numérique, capable de mesurer la finesse de la formulation du ciment à partir de ses deux broyeurs à ciment. Auparavant, elle utilisait une série de régulateurs PID (proportionnel–intégral–dérivé) en cascade agissant sur les informations fournies par des échantillons de laboratoire prélevés toutes les 2 h. Mais les contrôles de qualité constants et les économies d'énergie qui en résultent nécessitent une mesure constante, et une fenêtre de 2 h est plus que suffisante pour qu'un processus de fabrication aussi complexe sorte de la tolérance.
Selon Juliano de Goes Arantes, Digital Account Executive chez Rockwell Automation : « CCB propose 10 types de ciment différents, avec des qualités et des caractéristiques fonctionnelles différentes. La fabrication de ce ciment est analogue à la fabrication de différents pains ; les différents ingrédients et proportions donnent des produits finaux différents. Par conséquent, il est important d'utiliser les bons ingrédients dans les bonnes quantités pour obtenir un profil de produit optimal, sinon il peut y avoir des implications fonctionnelles ou de coût. »
Boucler la boucle
de Goes Arantes poursuit : « CCB avait depuis longtemps réalisé qu'il devait établir un contrôle plus précis et plus rapide de son traitement et l'analyseur numérique n'était que la première étape. Lorsque nous avons été contactés pour la première fois dans le cadre de son programme de numérisation, l'analyseur n'était pas installé, mais il devait être considéré comme faisant partie du parc installé. En conséquence, notre solution devait fermer la boucle, c'est-à-dire prendre les informations de l'analyseur en temps réel, affiner les paramètres de traitement et les quantités de matières premières, puis réinjecter les corrections dans le processus. L'objectif final étant d'aider à garantir une qualité constante et optimale pour les différents types de ciment produits. Non seulement cela améliorerait la qualité, mais en n'utilisant que des étapes énergivores pour des durées précisément définies, cela réduirait également la consommation d'énergie. »
Les produits et les capacités de Rockwell Automation étaient déjà connus au sein du groupe Cementir, avec des références favorables pour étayer le choix de fournisseur de CCB. Rockwell Automation a également pu apporter son expérience considérable dans le domaine du ciment et des procédés lors du déploiement de sa solution FactoryTalk Analytics PavilionX de commande prédictive du modèle (MPC). La MPC offre une couche d'intelligence qui s'appuie sur les systèmes d'automatisation et évalue en permanence les données opérationnelles actuelles et prévisionnelles. Elle compare ensuite ces données aux résultats souhaités, et génère de nouvelles cibles de commande pour réduire la variabilité des processus, améliorer les performances et renforcer l'efficacité – le tout en temps réel.
La preuve dans les chiffres
CCB constate déjà des gains de performance significatifs grâce à un contrôle plus strict des étapes du processus, avec une consommation d'énergie spécifique (SEC) en baisse de plus de 6 % – par rapport à un objectif de 3 %. Le taux de production a augmenté de près de 8.5 %, par rapport à un objectif de 3 %, et la disponibilité est de 97 % – exactement comme prévu. Dans une application similaire aux États-Unis, la solution FactoryTalk Analytics PavilionX MPC a augmenté le flux de production de 4.8 % et 5.7 % sur deux broyeurs, a augmenté la production du broyeur de finition de 5 %, et a réduit la consommation d'énergie de 3.5 kWh/tonne de ciment produite.
Gauthier Autrand, directeur d'usine chez CCB, a également souligné les avantages de ce nouveau système : « Depuis sa mise en service, nous n'avons pas eu à appeler la ligne de service Rockwell, car ce système fonctionne en continu, avec des performances conformes aux attentes, bien qu'il soit difficile de le déterminer en raison des changements de processus et de produits qui font désormais partie de notre feuille de route en matière de développement durable. »
de Goes Arantes ajoute : « C'est l'une des applications les plus complexes sur lesquelles j'ai travaillé, en raison du nombre important de variables de procédé et de types de ciment. Mais le développement durable est une mesure contemporaine importante pour toute entreprise, il était donc essentiel de fournir la meilleure solution possible. La plateforme MPC optimise plusieurs paramètres en même temps à l'aide d'algorithmes spécialisés, où elle met constamment à jour les conditions de procédé en fonction des résultats optimaux.
« La complexité technique a été aggravée par les conditions de travail à distance imposées par la pandémie », poursuit de Goes Arantes, « mais nous avons pu apporter la tranquillité d'esprit essentielle et, bien sûr, une solution qui a tenu ses promesses.
« Nous anticipons l'ajout de nouveaux éléments au projet et à l'usine dans son ensemble », conclut-il, « tous ces éléments s'appuieront sur le nouveau socle numérique de l'entreprise. CCB m'a également dit qu'elle pensait pouvoir faire encore plus, et je suis d'accord. Je ne pense pas que nous ayons vu l'ensemble des possibilités offertes par ces solutions. »
Allen-Bradley, expanding human possibility, FactoryTalk Analytics PavilionX et Rockwell Automation sont des marques commerciales de Rockwell Automation, Inc.
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