* Photos et exemples des applications diffusées par les
constructeurs sur les salons internationaux en 2005/2006

 

Sommaire :   Des exemples de solutions sans fil pour des utilisations très variées … Une offre importante dans le domaine du télé service sous GSM-GPRS Mise en oeuvre de technologies Bluetooth Technologies WLAN – WIFI encore au stade Recherche-Développement Réglementation et normes - questions posées sur l’utilisation des technologies sans fil sur les agroéquipements

 

 

Des exemples de solutions sans fil pour des utilisations très variées …

 

…parfois proposées de longue date

L’utilisation des technologies sans fil sur les machines n’est pas récente. Le secteur des matériels forestiers intègre depuis plusieurs années des systèmes de télécommande des treuils forestiers comme celui proposé par l’équipementier allemand TELENOT-B§B electronic auprès des sociétés de matériels forestiers telles que Tajfun (Slovénie) ou PM (Allemagne). Cette radiocommande utilisant la bande de radiofréquence ISM 70 cm ( 6 canaux de 434,1 à 434,775 MHz – puissance d’émission 10 mW - utilisation sans enregistrement, ni redevance) permet à un opérateur à pied de piloter les fonctions de sens de marche et de vitesses de rotation du treuil placé devant le tracteur débardeur. Elle convient à toutes les marques de treuils et aux dispositifs accessoires tels que le réglage des gaz du moteur, les systèmes d’alerte de secours et dispositifs d’avertissement. L’appareil offre, en effet, la possibilité d’appeler les secours en cas d’urgence. Le mode de fonctionnement le plus évolué, dit « alerte passive » pourra déclencher l’alerte automatiquement si l’opérateur n’est plus en mesure de le faire (ex. absence de mouvement durant un délai prédéfini). Le boîtier de télécommande de la série F9, est connecté avec le transmetteur Comtac 1204 installé dans le véhicule, qui détermine les coordonnées exactes de position grâce au système de positionnement par satellites GPS et les transmet avec l’appel de secours, par l’intermédiaire du réseau mobile GSM , à une centrale de secours fonctionnant 24h/24.

 

Les constructeurs de matériels d’irrigation ont aussi été des précurseurs dans l’utilisation des technologies sans fil pour le contrôle à distance des enrouleurs ou pivots d’irrigation. On citera par exemple le système OMEGA Online implanté sur des matériels de la société LINDSAY Europe - PERROT offrant la possibilité de transmettre par GSM des messages vocaux sur l’état de l’enrouleur soit sur une requête volontaire de l’opérateur situé à distance, soit par le système lui même en cas d’un défaut constaté (génération d’un message d’alerte). Les commandes de démarrage ou d’arrêt du déplacement du pivot ou du système de pompage associé sont possibles.

 

Au delà de la communication par GSM, des solutions à moyenne portée sans licence sont aussi disponibles. Le produit FIELDSENSOR LINK, distribué également par LINDSAY, reposant sur une transmission numérique (fréquence 902-928 MHz, vitesse transmission 9600 bauds, puissance 100 mW) offre une portée maximale de 2,5 km. Ce dispositif permet de transmettre les mesures d’un capteur d’humidité situé au sein de la parcelle à une centrale d’acquisition située à distance (connexion possible de 50 sondes).
La caméra mobile déportée permet également d’assister le conducteur dans ses phases de travail, manoeuvres, attelage/dételage…sur des machines agricoles ou engins de chantier de grandes dimensions et/ou présentant des zones d’action partiellement cachées depuis le poste de conduite.

 

… où très récentes

La société néerlandaise DIGI-STAR propose un large panel d’équipements de pesage pour les remorques mélangeuse - distributrice utilisées pour la distribution des aliments au bétail (ex. : boîtiers de contrôle sur les matériels de la société LUCAS-France). L’indicateur de pesage (ex. : type EZ 3500) placé dans la cabine de tracteur connecté par liaison filaire à la remorque distributrice permet de gérer les quantités des différentes matières premières (ensilage, soja,…) nécessaires à la formulation des rations choisies par l’éleveur. Ces informations ne sont cependant pas accessibles quand cette même personne est au commande d’un chargeur mobile pour le remplissage de la remorque. La nouvelle unité CAB control, installée au poste de pilotage du chargeur, permet de communiquer par signaux radio (fréquence 2,4 GHz, portée 30 m) avec l’indicateur de pesage du tracteur (cf. figure 1). Toutes les fonctions de l’indicateur de pesage sont alors disponibles depuis le chargeur.

 

fig. 1 – Liaison : indicateur de pesage sur machine distributrice – unité de contrôle sur chargeur (source Digi-Star)

 

La société REICHHARDT, équipementier électronique allemand fournissant de nombreux constructeurs de machines de récoltes de betteraves (ROPA,…), posséde également un système AGID pour assurer le suivi de la production de betteraves à sucre du champ jusqu’à la sucrerie. Testé aux USA, les camions de transports sont équipés chacun d’un transpondeur qui reçoit, en fin de chargement, différentes informations (nom du producteur, nom de la parcelle, position GPS, heure, tonnage,…) communiquées par la machine de reprise des betteraves en bordure de champ. A l’entrée de l’usine de transformation, ces informations sont restituées, toujours par transmission hertzienne, à un serveur informatique gérant la traçabilité des lots.

 

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Une offre importante dans le domaine du télé service sous GSM-GPRS

 

Ce secteur du « télé service » fait l’objet d’un essor important chez les constructeurs d’agroéquipements présentant une gamme longue (tracteurs, machines de récoltes, outils de travail du sol et/ou de récolte des fourrages,…) tels que JOHN-DEERE, CNH, AGCO, CLAAS…

 

1- Exemple d’offre du constructeur JOHN-DEERE

La partie hardware de la ligne de produit JDLink de la société JOHN-DEERE est constituée d’un boîtier contrôleur connecté au bus CAN du tracteur qui accède à un ensemble de paramètres liés à l’état courant de ce dernier (position géographique, vitesse, autonomie restante en carburant,…). Ces données sont accessibles tout au long de la journée par le responsable du parc de matériels en se connectant par Internet avec un code d’accès confidentiel sur un serveur central JOHN-DEERE. La connexion et le rapatriement des données entre le serveur et la machine sont établis par liaison GSM en moins de 2 minutes. Par défaut les données de la machine sont envoyées une fois par jour au serveur pour édition d’un journal quotidien (nombres d’heures d’utilisation, consommation carburant,…). Au delà de ces informations de productivité, des messages d’alerte de différents niveaux de gravité relatifs au fonctionnement de la machine (ex : message « rouge » - problème niveau d’huile – arrêt moteur), peuvent être générés par la machine et relayés par le serveur par email ou par message SMS auprès du responsable du parc mais également si celui-ci en a donné l’accès, auprès de son concessionnaire JOHN-DEERE afin de réduire les temps d’intervention. Des messages d’alerte peuvent également être transmis si la machine sort d’une zone géographique préalablement définie (matérialisée préalablement par un cercle). Le coût de la partie hardware (tarif USA) est de l’ordre de 2 500 $ par machine auquel il faut rajouter environ 500 $ d’abonnement annuel au site Web.

 

 

2- Exemples d’offre des équipementiers en électronique

La société belge EIA Electronics développe et produit des terminaux et cartes électroniques pour les applications embarquées (camions, trains, engins de chantier,…). Dans le domaine du machinisme agricole, elle travaille avec l’unité de production de moissonneuses-batteuses New-Holland en Belgique du groupe CNH. Parmi les nombreux produits à son catalogue, figure la carte de communication COM MODULE TRC 810 dotée d’une interface CAN 2.0B compatible ISOBUS (vitesse max 1Mbit/s), de nombreux ports d’entrée/sortie numériques ou analogiques, et de possibilités de connexion à distance de type GSM, GPRS, ou encore CDMA. Cette carte permet aussi des liaisons par les satellites Iridium ou Orbcomm.

 

Cette carte de communication évoluée est l’un des maillons du dispositif ARTIQ de gestion de matériels à distance proposé par la société suédoise ARKUB. Implantée sur une machine mobile, elle permet le transfert des informations à un serveur central suivant la même logique que celle présentée précédemment pour JDLink avec le transfert des données par GSM ou GPRS au serveur et interrogation de la base de données par le biais d’Internet (Cf. figure 3) avec contrôle d’accès.

 

Les fonctions réalisées sont du même ordre (références sur taux d’utilisation, prévision intervention de maintenance (vidange,…), alarmes en cas de défaillance, géoreférencement y compris pour la surveillance et alerte en cas de vol ,…)

 

 

 

 

Figure 3 : Vue générale du système ARTIQ (source doc ARKUB)

 

 

L’équipementier allemand STW, spécialisé dans le domaine des capteurs – systèmes de mesures pour l’industrie, propose également une famille de cartes contrôleurs pour les applications embarquées sur les machines mobiles (collaboration par exemple dans le domaine des agroéquipements avec le constructeur FENDT – groupe AGCO). Le module ESX-C2C est une carte de communication intelligente à base de microcontrôleur 16 bits pourvue d’entrées analogiques (4max) ou de comptage, de sorties PWM (2max), d’interfaces RS232 et d’une interface15 CAN 2.0B (vitesse max 1 Mbit/s) compatible ISOBUS. La communication à distance est possible par une liaison GSM/GPRS double ou tri bandes. Comme le montre la figure 4, cette carte est amenée à jouer un rôle central dans la construction d’une architecture communicante interne ou externe au véhicule.

 

fig. 4 – architecture proposée (source doc STW)

 

 

Pour le développement d’applications de télé services, de gestion de flottes propriétaires, la société STW met au service des développeurs une suite logicielle dénommée ToolESX-KEFEX. Ces outils facilitent la gestion des communications par GSM/GPRS entre le serveur et la(les) machine(s), la représentation des informations sous forme graphique (avec l’utilisation d’un SIG), le paramétrage des niveaux d’alerte,…

La société allemande RM MICHAELIDES, fournisseur de cartes électroniques et de logiciels, dispose également d’une offre complète de cartes interfaces communicantes CAN/GSM ou CAN/GPRS. Le protocole standard est CANopen, néanmoins des développements pour certains de ses clients ont été réalisés sous le protocole ISOBUS.
RM a, par ailleurs, présenté pour la première fois au cours de ce salon, son portail Internet «ProEmion » composé d’un serveur central pour le suivi d’un nombre illimité de véhicules et valorisable sous la forme d’accords de partenariat avec les constructeurs d‘agroéquipements, d’engins de chantiers…

 

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Mise en oeuvre de technologies Bluetooth

 

1- Réservées majoritairement à la collecte d’informations

 

Lors du SIMA 2005, la société FENDT a commercialisé le système MODASYS relié au bus CAN du tracteur et permettant d’enregistrer différents paramètres de fonctionnement de ce dernier tout au long du travail. Développé par la société allemande RTS Riegger, ce système comporte une liaison Bluetooth afin de transférer les données du calculateur de bord sur un assistant personnel numérique (type Pocket PC, Palm OS,…) dans l’un de ses modes de communication, le second mode étant par liaison GSM (sur ce point d’ailleurs, une fois l’investissement réalisé (1 630 €), les utilisateurs de MODASYS n’ont pas à payer d’abonnement mais seulement les coûts de communications classiques du GSM).
Cette solution a été reprise par plusieurs constructeurs d’agroéquipements allemands toujours en partenariat avec la société RTS. Le schéma de la figure 5 illustre l’offre de la société KRONE20 spécialisée dans les machines de récolte des fourrages (ensileuses, faucheuses automotrices,…).

 

fig. 5 – Système de collecte des données sur machines de récolte KRONE (source doc KRONE)

 

 

Dans la même logique, la société AMAZONE présente possède une solution permettant d’assurer une liaison sans fil entre le terminal virtuel AMATRON+ de l’outil et le PC à la ferme via un agenda électronique (ou en liaison directe entre les deux entités si la distance ne dépasse pas quelques dizaines de mètres lors de l’opération de transfert).

 

On notera que la société RM. MICHAELIDES propose également une solution de communication via Bluetooth entre un réseau CAN (CANopen) embarqué et un agenda électronique ou PC. Cette solution CANView/Bluetooth offre des portées de communication de l’ordre de 20 m (classe 2) jusqu'à 100 m (classe 1).

 

 

2- Toujours un seul exemple d’application dans le domaine de la commande

 

Nous avons également identifier de nouvelles applications utilisant le standard de communication Bluetooth à des fins de contrôle/commande hormis le boîtier proposé par la société autrichienne POTTINGER déjà inventorié et développé en partenariat avec WTK ELECTRONICK. Proposé en option sur toute sa gamme de remorques auto chargeuses de récolte des fourrages (FARO, EUROPROFI,…), ce boîtier permet l’exécution des différentes fonctions de la machine (ex. ouverture porte arrière, …) par le conducteur en dehors du poste de conduite et dans un rayon de 10 m autour de la remorque.

 

fig. 8 – Boîtier de commande sous Bluetooth
(source doc WTK ELECTRONIC)

 

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Technologies WLAN – WIFI encore au stade Recherche-Développement

 

Si les technologies WLAN (Wireless Local Area network) ou WIFI (Wireless Fidelity) connaissent un développement spectaculaire dans les lieux publics (aéroport, gares ferroviaire, hôtels,…) pour faciliter la connexion sans fil d’ordinateurs portables au réseau Internet et chez les particuliers pour multiplier les applications communicantes domotiques, nous n’avons pas trouvé d’applications commercialisées sur les machines mobiles intégrant cette technologie. Seul l’équipementier électronique RM présente à son catalogue une carte d’interface CANview/WLAN (support 802.11b). Leurs mises en oeuvre sont donc encore au stade de la recherche – développement. Convaincus du potentiel énorme de ce support de communication, nous présenterons un premier exemple identifié sur le stand de l’Université de Braunschweig et un second emprunté aux travaux actuels de l’équipe COPAIN du Cemagref de Clermont-Ferrand.

 

 

1- Exemple travaux Université de Braunschweig

 

Deux équipes de l’Université Technologique de Braunschweig (Allemagne) ont participé, de 2002 à 2005, à un projet de recherche soutenu par l’état Allemand et impliquant l’industriel CLAAS, relatif à l’optimisation des chantiers d’ensilage en général et au contrôle optimal du remplissage des remorques en particulier. La photo 2 ci-dessous donne une idée générale du démonstrateur réalisé.

 

Photo 2 - Asservissement d’une machine de récolte au véhicule de transport
(source Université de Braunschweig)

 

L’objectif consiste à gérer le remplissage de la remorque du véhicule de transport à partir du contrôle en temps réel de la direction du flux de produit sortant de l’ensileuse. Le tracteur, équipé de trois capteurs GPS sur sa cabine, transmet par liaison WLAN-WIFI à un calculateur situé sur la machine de récolte, les informations brutes de positionnement. Le calculateur extrait la position relative du tracteur (écart latéral, cap, vitesse) par rapport à l’ensileuse équipée elle-même de récepteurs GPS. La position de la remorque est estimée à partir d’un modèle cinématique de l’ensemble tracteur - remorque. Parallèlement à la gestion de l’orientation de la goulotte pour diriger correctement le flux d’ensilage, le système communique par WLAN des informations sur un écran dans le tracteur demandant au chauffeur par exemple d’accélérer ou réduire sa vitesse d’avancement.

 

2- Exemple travaux Fédération de Recherche : Technologies de l’Information, de la Mobilité et de la Sûreté (FR TIMS) - Cemagref-LIMOS

 

Les travaux menés au sein de la FR TIMS portent sur le développement d’un protocole de communication multi support (WIFI (IEE 802.11x), Bluetooth, ZigBee) prenant en compte la répartition spatiale et le contexte d’évolution des véhicules (notamment grâce à une localisation par GPS) et garantissant la qualité de service par un contrôle des ressources des réseaux de communications sans fil disponibles. Ce protocole de Communication Inter Véhicules Intelligent et Coopératif (CIVIC) est intégré au sein d’un module à base de microcontrôleur constituant ainsi une carte réseau dédiée (e-CIVIC) et utilisable de manière transparente par différentes unités de traitement embarquées. Des antennes directives pouvant être asservies à la position d’un véhicule afin d’accroître la portée de transmission des communications sous WIFI ont fait aussi l’objet de travaux.
 

Le but des recherches n'est pas tant de créer un lien ponctuel entre deux machines ou entre une machine et une infrastructure mais d'avoir en permanence à disposition un lien de communication vers l'exploitation agricole et vers Internet (cf. photo ci-contre). Pour ce faire, les réseaux utilisés sont de type ad hoc, c'est à dire sans infrastructure particulière : chaque noeud du réseau permet le relais de l'information qui peut ainsi, de proche en proche, atteindre le destinataire.

Les recherches menées portent sur différents aspects permettant de déployer de tels réseaux : le développement de protocoles de routages adaptés aux spécificités du monde rural28, la mise en oeuvre de réseaux de capteurs permettant de récolter de l’information et d’augmenter la densité des noeuds du réseaux, la distribution d’Internet dans les zones rurales via le satellite.

 

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Réglementation et normes - questions posées sur l’utilisation des technologies sans fil sur les agroéquipements

 

Les technologies sans fil sont en plein développement et, au-delà d’une application purement transmission de données à l’exploitation, elles pourraient très bien être amenées à jouer, dans un avenir proche, un rôle plus important dans le pilotage des machines mobiles voire dans un dispositif de protection de l’opérateur. Cette utilisation pose nécessairement la question de la sécurité des utilisateurs et de son environnement.

Réglementairement au moins, deux Directives Européennes sont applicables à ces dispositifs inclus dans une machine : La Directive «Machines» 98/37/CE et la Directive «Compatibilité électromagnétique (CEM)» 89/336/CEE.
L’objectif principal de la Directive CEM est de garantir la libre circulation des appareils et de créer un environnement électromagnétique acceptable sur le territoire de l’UE. Pour l’atteindre, un niveau harmonisé et acceptable de protection est demandé par la Directive, fondé sur l’article 100a du Traité de l’Union. Le niveau de protection demandé est défini dans la Directive par des objectifs de protection dans le champ de la compatibilité électromagnétique dont les principaux buts sont :

 

• d’assurer que les perturbations électromagnétiques produites par les appareils électriques et électroniques n’affectent pas le fonctionnement correct des autres appareils, conformément à la définition de l’article 1.1 de la Directive CEM, ainsi que les réseaux de radiocommunication et de télécommunication, les équipements correspondants et les réseaux de distribution d’énergie électrique.
• d’assurer que les appareils ont un niveau adéquat d’immunité intrinsèque, vis à vis des perturbations électromagnétiques, leur permettant de fonctionner comme prévu. Pour atteindre ces objectifs, la Directive CEM fixe des exigences de protection et des procédures.

Prise en application de la Directive CEM, la norme ISO 14982 (Machines agricoles et forestières – compatibilité électromagnétique – méthodes d’essai et critères d’acceptation) spécifie des méthodes de test et donne des critères pour l’évaluation de la compatibilité électromagnétique. Son domaine d’application couvre les tracteurs et tous les types de machines agricoles et forestières, machines mobiles pour l’entretien des espaces verts et machines mobiles de jardinage. Les composants électriques / électroniques et les sous-ensembles destinés à équiper les machines font également partie du domaine d’application. Il semble donc que les technologies sans fil, incluses dans des machines, pourront être évaluées au travers de l’application de cette norme.

S’agissant de composants associés à une machine, la Directive 98/37/CE dite « Machines » s’applique par ailleurs. L’objectif de cette Directive est d’intégrer la sécurité à la conception afin de garantir que la machine soit apte à assurer sa fonction, à être réglée et entretenue sans que les personnes ne soient exposées à un risque lorsque ces opérations sont effectuées dans les conditions prévues par le fabricant. Le niveau de protection est transcrit dans son annexe I par des exigences essentielles de sécurité et de santé.

Dès lors que la technologie sans fil est utilisée dans un process de la machine, une appréciation des risques devra être réalisée. Intégrée dans un système de commande réalisant une fonction de sécurité, une analyse itérative devra être réalisée suivant le schéma suivant (cf. fig 9) introduit dans le projet EN ISO 13849-1 : 2004 (Safety of machinery – safety related parts of control systems – Part 1 : General principles for design)

 

figure 9 - projet EN ISO 13849-1 : 2004

 

La conception d’un système de commande relatif à la sécurité n’est donc pas une chose facile, c’est pourquoi un certain nombre de normes ont été élaborées afin d’aider les concepteurs : la norme NF EN 954-1 (Sécurité des machines - parties des systèmes de commande relatives à la sécurité) en fait partie. Cette norme NF EN 954-1 précise que plus la réduction du risque dépend des parties des systèmes de commande relatives à la sécurité, plus leurs résistances aux défauts doivent être grande (conformément à l’EN 954-141 :1996 § 4.2). Par conséquent il est nécessaire de prendre des mesures pour réduire le risque. Les principales mesures sont les suivantes :

 

• réduire la probabilité de défauts au niveau du composant. L’objectif est de réduire la probabilité de défauts ou de modes de défaillance qui ont une influence sur la fonction de sécurité. Cela peut se faire en augmentant la fiabilité des composants par exemple en choisissant des composants éprouvés et/ou en appliquant des principes de conception éprouvés afin d’éliminer l’apparition de défauts ou de modes de défaillance critiques.
• Améliorer la structure du système. L’objectif est d’éviter l’effet dangereux d’un défaut. Certains défauts peuvent être détectés et une structure redondante et/ou surveillée peut s’avérer nécessaire.

Au delà de la capacité à répondre aux objectifs de fiabilité, cette technologie pose la question de permettre de commander la machine depuis différents postes. La limitation dans l’espace de l’opérabilité de certaines commandes doit être validée au travers d’une appréciation des risques. En effet la notion « d’organe de commande disposé en dehors des zones dangereuses » est beaucoup plus difficile à apprécier. La Directive 98/37/CE impose au § 3.3.3 de l’annexe I que « la machine commandée à distance doit être conçue et construite pour s’arrêter automatiquement si le conducteur en a perdu le contrôle » (en complément voir également la norme CEI 60204-1 :1997 § 9.2.7 « Sécurité des machines – équipement électrique des machines – partie 1 règles générales).

Les machines intégrant de plus en plus de composants électriques / électroniques / électroniques programmables, d’automatismes, la sûreté de fonctionnement de ces dispositifs s’avère de plus en plus difficile à gérer. Un travail important est en cours au sein de l’ISO TC 23 SC 14 notamment pour ce qui concerne la prise en compte de systèmes électriques / électroniques / électroniques programmables intégrant la sécurité (à suivre notamment au prochain SIMA).
 

 

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