Conception automatisée des installations électriques basse tension

Traditionnellement, la conception des systèmes électriques basse tension était un processus ardu et chronophage consistant en des semaines de schémas d'ingénierie, de vérification des circuits et de commande de matériel à partir de listes méticuleuses établies dans des feuilles de calcul. L'avènement des outils automatisés pour la conception des systèmes basse tension a considérablement changé la situation. Les logiciels automatisés permettent désormais la création automatique de schémas, la sélection d'équipements, le calcul des câbles et la réalisation de plans de tableaux électriques avec des économies de temps possibles de l'ordre de 30 à 70 %. C'est pourquoi l'apparition de cette technologie représente une avancée majeure dans le développement de l'ingénierie pour la génération d'ingénieurs nouvellement formés, de fabricants de tableaux et de constructeurs.

Ce texte tente de fournir des informations plus complètes sur la technologie de la conception automatisée basse tension.

En résumé : La conception automatisée des installations électriques basse tension consiste à utiliser des plateformes CAO/IAO électriques (comme EPLAN Electric P8, AutoCAD Electrical, SEE Electrical, etc.) conjointement avec l'utilisation d'une bibliothèque de dispositifs et de données de spécification pour automatiser le processus de génération des conceptions électriques.

Qu'est-ce que la conception électrique automatisée basse tension ?

La conception automatisée des systèmes électriques basse tension est l'utilisation de logiciels d'ingénierie électrique (CAO ou IAO électrique) pour concevoir, vérifier et mettre en œuvre des conceptions électriques de manière automatisée plutôt que de créer manuellement des schémas et des connexions. En parlant de systèmes basse tension, nous faisons référence à la définition IEC désignant les installations électriques jusqu'à 1 000 V AC (ou 1 500 V DC) — cela peut inclure des armoires de distribution électrique, des centres de commande moteurs (CCM), des commandes de machines, des appareillages, etc.

Aspects pouvant être automatisés :

• Création de schémas — la création de diagrammes par insertion de symboles et leur connexion, ainsi que la numérotation des fils, est réalisée automatiquement.
• Vérification des règles de conception — le logiciel vérifie la possibilité de connexion des dispositifs et leur conformité aux normes.
• Sélection et dimensionnement des dispositifs — il est possible de choisir des dispositifs à partir des bases de données des fabricants en utilisant un dimensionnement basé sur des règles (par exemple, les calculs pour la coordination des protections).
• Placement des dispositifs dans un tableau ou un coffret — cela concerne l'établissement de la disposition des dispositifs sur des panneaux 2D ou 3D en tenant compte des distances et des caractéristiques thermiques.
• Production de documents — le processus de création des schémas de bornes, descriptions de circuits, chemins de câbles, listes de matériaux, etc. est effectué automatiquement.

Le résultat de cette approche de conception est que le personnel d'ingénierie prend globalement les décisions tandis que le logiciel effectue la fonction de comptabilité où la plupart des erreurs étaient commises auparavant.

Pourquoi c'est important : le problème de la conception manuelle

La conception manuelle basse tension présente trois problèmes chroniques que l'automatisation attaque directement :

Le coût des erreurs commises par les entreprises fabriquant des panneaux ou équipements est doublement élevé — d'une part à cause de la réingénierie du design et d'autre part en raison de la défaillance de l'équipement sur le terrain — soulignant la nécessité d'intégrer la conception automatisée à la qualité de fabrication automatisée.

Le flux de travail de conception automatisée, étape par étape

Le calendrier d'un projet courant d'automatisation de conception BT comprend les étapes suivantes.

• La phase d'initialisation du projet consiste à définir les normes et à sélectionner un modèle d'entreprise ainsi qu'une bibliothèque d'équipements.
• Pendant la phase d'électrification, l'énergie entrante, le niveau de distribution ainsi que la consommation (charges : moteurs, dispositifs d'éclairage, chauffages, équipements de contrôle) sont définis.
• Les étapes de placement des équipements et symboles consistent à gérer les disjoncteurs, relais de contrôle et composants automates ainsi que les équipements électroniques conformément aux informations de la bibliothèque de données.
• La procédure de câblage automatique comprend l'utilisation d'un logiciel pour connecter les appareils automatiquement – le câblage de chaque fil est effectué par des macros qui permettent de compléter l'ensemble du processus en une seule fois.
• Les vérifications des règles de conception doivent être suivies pour valider les connexions du point de vue des règles de conception, vérifier les bornes ouvertes, ainsi que confirmer la correspondance des dispositifs de protection.
• Les conducteurs et les dispositifs de protection sont dimensionnés à l'aide d'outils basés sur des règles – les types de fils et les caractéristiques des dispositifs de protection sont estimés sur la base des charges (normes IEC 60204-1, tableaux NEC ou informations des fabricants).
• Lors de la génération du processus de disposition du panneau, le placement des appareils dans une installation bidimensionnelle ou tridimensionnelle est effectué, en tenant compte à la fois des dégagements et des charges thermiques.
• La documentation est générée automatiquement et comprend des plans de bornes, des tableaux de câbles, des listes de fils, des documents de nomenclature (BOM) et des étiquettes.
• L'équipement fabriqué est censé être exporté avec succès depuis l'ordinateur conformément aux normes utilisées.

À chaque étape du développement du projet, il est possible de suivre les modifications apportées à l'un des deux appareils afin de garantir que l'ensemble du système de schémas et de documents soit mis à jour simultanément pour éviter toute lacune dans la documentation.

Les principales plateformes logicielles

Le domaine est dominé par une poignée de plateformes CAO/IAO électriques établies :

EPLAN est actuellement la norme pour l’ingénierie électrique, tandis qu’AutoCAD Electrical est préféré dans diverses entreprises d’ingénierie qui utilisent déjà les logiciels Autodesk. Les choix faits par les entreprises dépendent souvent de leurs propres systèmes et de la nature du travail qu’elles réalisent.

Fonctionnalités principales qui accomplissent le travail

La puissance de l’automatisation est due aux fonctionnalités suivantes :

• Une base de données de dispositifs avec des informations réelles incluant les données des pièces du fabricant (comme les catalogues fournisseurs) et des informations sur les symboles, dimensions, caractéristiques et numéros de pièces.
• Les macros sont des circuits standards préassemblés qui peuvent être insérés comme une unité unique, ce qui fait gagner beaucoup de temps dans les processus de conception mécanique ou électrique.
• La numérotation automatique des fils signifie que chaque connexion a son propre numéro selon votre schéma de numérotation.
• La vérification des règles de conception (DRC) vous permet d’intégrer des contrôles personnalisés pour les pièces manquantes et les broches non connectées.
• La gestion des références croisées empêche également les erreurs dans les connexions de références croisées contenant des fils de bobine à contact.
• La gestion basée sur RW vous permet de générer automatiquement les informations des bornes directement à partir du schéma.
• Une nomenclature peut être obtenue à l’aide d’un rapport BOM contenant les noms des pièces et les prix des composants.
  RW permet de générer des étiquettes et des numéros de fils qui peuvent être imprimés dans un département de production.

Normes qui rendent l’automatisation possible

C’est grâce à l’utilisation des normes régissant la conception basse tension que l’automatisation est rendue possible :

Ce sont les normes qui convertissent les conceptions électriques des représentations graphiques libres en données structurées.

Données des dispositifs : la base de l’automatisation

La qualité du résultat d'une conception automatique est déterminée uniquement par la qualité des données des appareils qui la sous-tendent. C’est pourquoi nous devons prêter attention aux écosystèmes des fabricants :

• Les portails de données des appareils, tels que EPLAN Data Portal ou les bibliothèques CAO des fournisseurs, fournissent des données mises à jour et validées sur les pièces (symboles, caractéristiques, dimensions, numéros de pièce).
• Un appareil sélectionné dans le logiciel apporte dans la conception ses données électriques réelles (en termes de dimensionnement et de nomenclature) basées sur les spécifications du fabricant respectif.
• Lorsqu’une bibliothèque d’appareils d’un fabricant n’est pas disponible, les ingénieurs créent des données personnalisées — c’est pourquoi travailler avec des fournisseurs de composants qui publient des données électriques complètes (comme l'automatisation des fabricants de disjoncteurs les pratiques) facilite l’intégration de la conception.
• La maintenance des données est importante : des données d’appareils obsolètes entraînent des erreurs dans la mesure de la conception, l’une des rares situations où l’automatisation échoue à cause d’erreurs liées aux données.

Conception pour les équipements basse tension : des MCC aux panneaux

La conception automatisée couvre tous les appareils basse tension :

• Boîtes de distribution et panneaux de distribution selon la norme IEC 61439 : connexion au réseau électrique, systèmes de barres omnibus, distribution de l’électricité aux utilisateurs d’énergie électrique, et coordination de la protection – tout est réalisé automatiquement.
• Centres de commande moteurs : y compris les unités de démarrage, telles que les démarreurs DOL, étoile-triangle, démarreurs progressifs et variateurs de vitesse, tous constitués de macros standard avec dimensionnement automatique des dispositifs de protection.
• Panneaux de commande machines selon la norme IEC 60204-1 : circuits de commande, E/S PLC, interrupteurs, actionneurs, circuits de sécurité – câblage réalisé automatiquement.
• Installation électrique dans les grandes constructions : distribution finale, éclairage électrique et prises sont également réalisés automatiquement.

De la conception à la fabrication : la transmission à l’usine

Pour les fabricants, l’avantage de l’utilisation de la conception automatisée est maximisé car l’information est directement transmise à la production.

• Traitement des fils : des listes de fils prêtes à l’emploi contrôlent les machines utilisées pour couper, dénuder et sertir les fils.
• Impression des étiquettes : les numéros de fils sont imprimés à partir de la même base de données source que les étiquettes, il n’y a donc aucune différence entre ce qui est imprimé et ce qui est affiché dans les schémas.
• Assemblage des bornes : les dispositions des rails de bornes et les informations de marquage sont développées pour le poste de travail d’assemblage des bornes.
• Tests : grâce à l’automatisation des tests, les informations de connexion sont directement transmises du design aux machines de test et les résultats sont donc rapportés sur la base des conceptions et non des notes.
• Précision conforme à l’exécution : puisque le modèle sert de base à toute la production, le panneau expédié est produit selon le modèle et il n’y a donc pas de divergences sur le terrain ni de problèmes de garantie.

Bénéfices mesurés : temps, erreurs, coûts

Résultats rapportés par l’industrie pour la conception automatisée BT (plages typiques) :

En ce qui concerne ce calcul, le résultat est généralement évident : toute entreprise produisant au moins quelques panneaux par an récupérera ses dépenses en logiciel et formation en seulement quelques projets, tout en continuant à économiser de l'argent grâce à la réduction des erreurs.

Défis et ce que l'automatisation ne corrige pas

Voici les limites à considérer lors de la mise en œuvre de l'automatisation dans la conception d'ingénierie :

• L'investissement initial pour automatiser le cycle d'ingénierie peut être important, incluant les licences logicielles, la formation et la configuration des bibliothèques (les utilisateurs ont besoin de quelques semaines ou mois pour s'habituer aux nouveaux outils).
• La qualité des résultats dépend de la qualité des données ; si les bibliothèques sont anciennes ou inexistantes, les résultats produits par l'automatisation seront erronés.
• L'automatisation ne remplace pas le raisonnement et l'expérience humaine ; bien que le logiciel effectue des vérifications et produise la documentation, les ingénieurs restent responsables du processus décisionnel.
• Tous les modèles, flux de travail et processus de l'entreprise doivent être standardisés pour permettre de bénéficier de l'automatisation ; sinon, de mauvaises habitudes de dessin entraîneront de mauvais résultats.
• Gestion des anciens documents : il est nécessaire de savoir que les dessins manuels existants devront être convertis.

Comment adopter la conception LV automatisée

Une stratégie de mise en œuvre logique :

• Choisissez le programme qui convient à votre écosystème (EPLAN pour l'industrie/machines ; AutoCAD Electrical pour le conseil).
• Établissez un cadre de travail : modèles commerciaux, normes (nomenclature IEC 81346), bibliothèque de symboles et de dispositifs des fournisseurs que vous utilisez fréquemment.
• Développez des macros pour les circuits standards — c'est là que se trouvent la plupart des gains de temps.
• Formez une équipe pilote avec un type de projet ; analysez le temps et les erreurs avant et après.
• Mettez en œuvre les normes de travail — les modèles et listes de contrôle peuvent être obligatoires pour chaque projet.
• Lien avec la production : traitement des câbles, impression des étiquettes et tests en usine.
• Contrôle des données : assignez la responsabilité des bibliothèques et révisez-les lors de l'apparition de nouveaux produits.

Foire aux questions

Quel logiciel est utilisé pour la conception électrique automatisée ?

Les principales plateformes incluent EPLAN Electric P8 (la norme industrielle pour la conception électrique dans les panneaux et machines), AutoCAD Electrical (favori des consultants et des petites entreprises), SEE Electrical (produit de milieu de gamme), et des outils intégrés 3D comme EPLAN Pro Panel et SolidWorks Electrical. Ces plateformes automatisent la numérotation des fils, la vérification des règles de conception, le dimensionnement des dispositifs, la génération de nomenclatures et la documentation à l'aide de données structurées des dispositifs.

Quelles normes régissent la conception électrique basse tension ?

Les principales normes sont IEC 60204-1 (équipements électriques des machines), IEC 61439 (ensembles d'appareillages basse tension), IEC 81346 (désignations de référence), IEC 61082 (documentation), et IEC 60617 (symboles graphiques) ainsi que les normes des dispositifs telles que IEC 60947 et UL 489. Ces normes contiennent toutes les données utilisées et vérifiées par les logiciels d'automatisation.

Combien de temps la conception électrique automatisée fait-elle gagner ?

Les rapports courants montrent une amélioration du cycle de conception allant de 30 % à 70 % avec les meilleurs résultats sur les circuits industriels répétables développés à partir des blocs macro (comme les démarreurs de moteur et les boucles de contrôle). Les erreurs de connexion et de documentation sont réduites de 50 % à 90 % car les vérifications des règles de conception détectent les erreurs pendant la conception plutôt que lors des tests des panneaux. Pour tout établissement réalisant plusieurs panneaux par an, le retour sur investissement se fait généralement dès les premiers projets.

La conception automatisée remplace-t-elle les ingénieurs électriciens ?

Pas du tout ; cela élimine la paperasserie fastidieuse et le dessin, mais cela n'élimine pas l'ingénierie. L'ingénieur décide toujours de l'architecture, du concept de protection, de la logique de sécurité et de l'équipement ; le logiciel automatise uniquement le câblage, les vérifications, les calculs et la documentation. Ainsi, le résultat est que les ingénieurs passeront plus de temps sur la solution de conception et moins de temps à créer des dessins — d'où des résultats plus précis pour l'usine.

Références

1. EPLAN — Plateforme d'ingénierie électrique Electric P8 et Pro Panel
2. Autodesk — AutoCAD Electrical
3. IEC 60204-1 — Équipements électriques des machines ; IEC 61439 ensembles basse tension ; IEC 81346 désignations
4. NFPA 70 (NEC) — Exigences d'installation basse tension (contexte US)
5. UL — Normes UL 489 et UL 508A pour les tableaux de commande industriels
6. IGN (SEE Electrical) — Logiciel CAO/IAO électrique

Conclusion

La conception automatique des installations électriques basse tension n'est plus une option mais une nécessité dans la course. Les ingénieurs disposent désormais de moyens avancés de conception électrique ainsi que d'outils de conception assistée par ordinateur électrique, de données d'équipement structurées et de normes comme IEC 81346 et IEC 61439 qui permettent d'élaborer automatiquement des schémas, de sélectionner l'équipement, de vérifier les conceptions et de transmettre les données au processus de fabrication en une seule fois. L'investissement est réel, mais aussi le résultat : la conception automatisée est le lien entre l'ingénierie et la production automatisée pour les fabricants de tableaux et de machines ainsi que d'autres producteurs.