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La numérisation soutient la recherche climatique au Royaume-Uni

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Il y a environ 200 ans, des chênes ont été plantés dans cette forêt du Staffordshire pour fournir du bois à la flotte de navires en bois de Grande-Bretagne. Puis est venue la révolution industrielle. L'acier a remplacé le bois, et la forêt a été oubliée. Laissé sans être dérangé, il sert maintenant un objectif très différent : en tant que site de recherche pour le Birmingham Institute of Forest Research, l'expérience Free Air Carbon Dioxide Enrichment, ou BiFor FACE. Ici, les scientifiques exposent les arbres matures à des niveaux élevés de CO2 pour étudier comment les forêts pourraient réagir au changement climatique.

Le Dr Kris Hart, qui est titulaire d'un doctorat en biogéochimie des sols et qui est maintenant chef des opérations chez BiFor FACE, explique : « Nous voulons comprendre comment l'augmentation relativement soudaine du CO2 atmosphérique, entraînée par les émissions de combustibles fossiles, affecte la structure et la fonction de l'ecosystem forestier. Pour ce faire, nous exposons des sections d'échantillons de la forêt aux niveaux de CO2 attendus d'ici 2050 et étudions tout, de la physiologie des arbres et des maladies aux plantes du sous-étage, aux sols et aux insectes — pratiquement tous les niveaux auxquels vous pourriez penser. »

Cette approche globale repose sur un contrôle précis et une livraison cohérente de CO2, ainsi que sur la collecte de données de haute qualité. Au cœur des deux se trouve notre matériel et nos logiciels d'automatisation industrielle.

Une mise à jour à l'épreuve du futur

Dans la forêt, les arbres sont regroupés en six soi-disant réseaux, chacun entouré de tours ouvertes qui permettent au vent, à la pluie et aux insectes de se déplacer librement sur le site. Trois des réseaux sont régulièrement exposés à des niveaux élevés de CO2 sous une forme très pure, qui provient d'un sous-produit de la digestion anaérobie des déchets alimentaires. Dans chacun de ces réseaux, environ 30 points de livraison positionnés à différentes hauteurs libèrent du CO2. Les trois autres tableaux servent de diagrammes de contrôle à des fins de comparaison.

Lorsque le projet a été lancé en 2017, un langage de programmation textuel fonctionnant sur PC a été choisi pour contrôler les instruments responsables de la libération de CO2 dans les matrices. Au fil du temps, le système a commencé à montrer son âge et ses limites, ce qui a incité l'équipe de BiFor FACE à rechercher une alternative plus robuste et flexible — ce qui les a conduits à l'intégrateur système Transicon.

« Nous avons commencé par écouter attentivement les besoins des chercheurs », explique Jennifer Hughes, directrice générale de Transicon. Il est rapidement devenu clair que la solution la plus efficace et la plus pérenne serait un système de contrôle industriel construit autour des technologies Siemens.

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Il est rapidement devenu clair que la solution la plus efficace et la plus pérenne serait un système de contrôle industriel construit autour des technologies Siemens.
Jennifer Hughes, Directeur général, Transicon

Intégration facile, mise en service rapide

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Les ingénieurs de Transicon ont assemblé un ensemble complet de technologies Siemens pour gérer le réseau de vannes, analyseurs de gaz, capteurs de vent et autres instruments sur le site BiFor FACE, et pour collecter des données vitales. Au cœur se trouve le Simatic S7-1200 contrôleur logique programmable (PLC). En tant que cerveau du système, il traite les données en temps réel - telles que les régimes de vent, les précipitations et l'exposition au soleil pour déterminer la quantité de CO2 à libérer pour maintenir les niveaux spécifiés. Des blocs fonctionnels de simulation PLC ont également été développés dans le portail TIA (Totally Integrated Automation) de Siemens pour reproduire les conditions de fonctionnement du monde réel afin de prendre en charge les tests du système.

Sensors et les actionneurs sur le site sont connectés au PLC via le Simatic ET 200SP, un système d'E/S modulaire qui permet une collecte de données fiable et l'exécution de commandes sur le terrain. Grâce à sa commutation à semi-conducteurs, le système est exposé à moins d'usure mécanique, ce qui le rend plus robuste et moins sujet aux pannes. De plus, les modules peuvent être échangés à chaud sans interrompre les opérations.

Siemens WinCC, une plateforme SCADA, supervise l'ensemble du processus, fournissant aux chercheurs de BiFor FACE une vue claire et en temps réel de l'état du système. Les besoins de maintenance sont désormais plus faciles à identifier, ce qui permet un dépannage plus rapide et plus ciblé. Une innovation clé a été le développement d'un moteur de visualisation 3D, qui permet aux chercheurs de voir les hauteurs relatives de tous les capteurs et de visualiser les réseaux sous plusieurs angles — une amélioration significative par rapport à l'interface de base du système précédent.

Merci à la Digital Twin capacités intégrées dans TIA Portal, les ingénieurs de Transicon ont été en mesure de simuler et de tester le système avant l'installation. Cela a rationalisé le processus d'intégration et raccourci le temps de mise en service en réduisant le besoin d'ajustements sur site. Et s'ils avaient besoin d'aide en cours de route, ils pourraient se tourner vers les ingénieurs de Siemens pour obtenir de l'aide.

Un modèle pour les autres instituts de recherche

La nouvelle configuration est exactement ce dont le Dr Kris Hart et son équipe avaient besoin. « L'expertise de Transicon nous a permis d'améliorer considérablement la précision et la fiabilité de notre système de distribution de dioxyde de carbone, ce qui est absolument vital pour l'intégrité de notre recherche à long terme sur le changement climatique », dit-il. De plus, l'installation peut être reproduite sur d'autres sites à travers le monde en étudiant l'impact de concentrations plus élevées de CO2 dans l'atmosphère.

C'était par conception, dit Jennifer Hughes : « La solution que nous avons développée fournit un plan pour des systèmes de contrôle expérimentaux fiables et cohérents qui pourraient être mis en œuvre à l'échelle mondiale si les expériences FACE étaient étendues à d'autres endroits à l'avenir. » Parce que si les résultats de BiFOR FACE doivent façonner la politique climatique mondiale, ils devront être étayés par des données provenant d'autres forêts matures du monde entier.

Profils d'entreprise

BiFor FACE

Depuis 2017, le Birmingham Institute of Forest Research, Free Air Carbon Dioxide Enrichment, ou BiFor FACE, simule l'atmosphère prévue pour 2050 en pompant du CO₂ autour de chênes matures. En imitant l'environnement futur, les chercheurs peuvent comprendre comment on peut s'attendre à ce que les forêts répondent à un environnement changeant. BiFor FACE est l'une des trois seules installations de ce type au monde et a été célébrée pour sa conception respectueuse de l'environnement.

BiFor FACE - Université de Birmingham

Transicon

Fondée en 1967 et basée au Queensway Business Park à Telford, au Royaume-Uni, Transicon s'est bâtie une solide réputation dans la conception et la fabrication de systèmes de contrôle sur mesure. L'expertise de la société couvre les variateurs AC, DC et servo, ainsi que les systèmes PLC et SCADA. Transicon sert un large éventail de clients industriels, travaillant à travers le Royaume-Uni et à l'international.

Spécialistes de System Integration et de l'automatisation industrielle | Transicon