Qu’est-ce que c’est ?

Les systèmes de commutation numérique sont des systèmes de distribution d’énergie et de contrôle de systèmes embarqués. Ils sont basés, comme la domotique, sur des systèmes de contrôle industriels.

Un peu d’histoire

Assemblage d’une Corvette 1969 dans une usine GM

De nombreuses industries utilisent des automates programmables pour contrôler les machines. Il s’agit de petits ordinateurs programmables avec des entrées et des sorties qui agissent sur la base de leur programmation. Disons qu’au lieu de concevoir un ordinateur pour contrôler une machine, on lui ajoute un ordinateur préfabriqué avec un programme personnalisé, ce qui permet de réduire considérablement les coûts de développement. Son développement remonte à la fin des années 1960, lorsque GM a eu besoin d’un système de commande de machine plus flexible. Depuis lors, grâce à leur polyvalence, leur flexibilité et l’abaissement du coût de la technologie et de son amélioration, ils ont été utilisés pour contrôler et surveiller des processus dans le monde entier et dans tous les types d’industries et de machines, y compris certains composants sur les navires marchands et les yachts de luxe qui nécessitent une automatisation et une surveillance des processus. Cette approche d’un marché spécifique a conduit à une spécialisation des produits, et plusieurs entreprises ont lancé des produits spécifiques pour le secteur nautique.

Comment est le système ?

Il est basé sur un ou plusieurs modules qui partagent la programmation et communiquent entre eux. Dans certains systèmes, un module dispose de la programmation et régule le fonctionnement des autres modules. Dans d’autres systèmes, tous les modules disposent d’une copie du programme et se donnent des instructions les uns aux autres. En tant que système distribué, les modules peuvent être répartis sur l’ensemble du navire. Certains systèmes disposent d’une interface graphique et peuvent être utilisés à partir d’un écran dédié, d’une tablette ou d’un écran multifonction (le traceur de cartes du navire), et permettent de surveiller et de contrôler tous les systèmes du navire à partir de cet écran. Certains d’entre eux utilisent des systèmes de communication propriétaires, d’autres des systèmes standard tels que nmea2000.

Quels sont les avantages ?

Il permet une surveillance beaucoup plus grande, par exemple, il peut nous avertir que la pompe de cale automatique s’est mise en marche mais que le fusible de la pompe de cale est grillé. Elle nous donne donc plus de sécurité et de contrôle.

Tableau de bord Windy 44 SR avec commutation numérique Empirbus

Par exemple, si la pompe de cale automatique est activée pendant plus de 3 secondes, elle se met en marche et reste en marche pendant au moins 30 secondes, et si elle est en marche pendant plus de 15 secondes, elle active une alarme, et si elle est en marche pendant 30 secondes la nuit, elle active une alarme dans la cabine du propriétaire et allume toutes les lumières de la cabine. Ou, pour donner un autre exemple, si les moteurs tournent à plus de 1000 tr/min ou si la température de la salle des machines dépasse 45°C, les ventilateurs de la salle des machines et les ventilateurs d’extraction sont activés. Il permet donc de maintenir le navire dans un état optimal et d’éviter toute négligence humaine.

Permet de contrôler n’importe quel circuit depuis n’importe quel endroit du bateau sans avoir à transporter tout le câblage. En tant que système distribué, le câblage est beaucoup plus simple. Par exemple, un circuit dans la salle des machines, comme la pompe d’eau douce, peut être activé depuis le poste de pilotage, le flybridge, les toilettes, la plateforme de bain et enfin une tablette sans avoir à répéter le câblage 5 ou 6 fois. Il permet donc d’économiser sur les circuits complexes et le poids dans la fabrication des bateaux. L’installation plus simple simplifie également la maintenance et la rend plus robuste.

Il permet la mise en œuvre de protocoles de sécurité tels que, par exemple, que la plate-forme hydraulique ne peut pas être abaissée si les moteurs dépassent 800 tr/min ou si le guindeau ou le propulseur d’étrave est désactivé au-delà de 10 nœuds. Des fonctions aussi simples peuvent éviter de véritables catastrophes. Il évite ainsi l’erreur humaine.

Il peut être mis à jour ou modifié. Si, à tout moment, le chantier naval décide d’incorporer une amélioration ou une fonctionnalité, ou si le propriétaire souhaite personnaliser certains comportements du navire, le programme peut être modifié pour intégrer les changements. Par conséquent, le navire peut être mis à niveau.

Les modes constituent une option très intéressante des systèmes de commutation numériques. Ceux-ci permettent de régler le bateau en fonction de l’activité pratiquée. Il existe des bateaux qui disposent d’un bouton selon que l’on navigue, que l’on est au mouillage ou au port, et d’un autre selon que l’on est de jour ou de nuit, et selon les options activées, le système réagira en allumant ou en éteignant certaines lumières ou circuits ou en régulant leur intensité. Il simplifie donc l’utilisation du navire.

Enfin, la possibilité d’utiliser des écrans pour contrôler tous les systèmes du navire qui sont connectés et les graphiques qui indiquent leur état n’est pas seulement très utile, elle est aussi très impressionnante. Nous avons toutes les données intéressantes sur un écran ou dans le creux de notre main via une tablette ou un smartphone. Il y en a aussi qui ont une connexion internet et qui peuvent nous alerter si quelque chose se passe ou qui peuvent être commandés à distance pour, par exemple, allumer les réfrigérateurs quelques heures avant d’arriver au navire. Il rend donc le navire interactif, connecté et exclusif.

Est-il sûr ? Que se passe-t-il s’il tombe en panne ?

Oui, c’est très sûr. De nombreux systèmes de commutation numériques sont équipés de fusibles normaux, qui, s’ils sont déclenchés, fonctionnent comme un interrupteur normal afin de fournir une redondance en cas de problème. D’autres permettent de régler chaque sortie sur automatique/marche/arrêt manuellement. Dans de nombreux systèmes, si l’un des modules tombe en panne, il peut être remplacé par un module identique et il est automatiquement calibré. En outre, beaucoup d’entre eux ont un ou quelques connecteurs pour les circuits et d’autres pour la communication, de sorte qu’ils sont très facilement remplaçables. De nombreux modules sont résistants à l’eau, et certainement tous sont résistants à l’environnement salin. Comme ces systèmes sont courants sur les systèmes haut de gamme de marque, il est aussi facile de trouver un remplacement que pour tout autre composant du bateau.

Combien coûte-t-il ? Peut-il être installé sur mon bateau ?

Cela dépend de ce que nous voulons faire. Sa mise en œuvre s’accélère et le prix baisse. Les fabricants produisent de plus en plus d’unités, et les nouveaux modèles font baisser les prix et augmentent les performances. Ils sortent également de nouveaux kits, plus simples et moins chers, adaptés à pratiquement tous les bateaux. Sur les navires neufs, le prix est plus intéressant, car il simplifie l’installation électrique et le coût du développement du « logiciel » du navire est réparti sur toutes les unités qui l’utilisent.

Oui, il peut être installé sur presque tous les bateaux qui ne sont pas neufs, bien que le facteur limitant soit souvent le prix. Le prix doit inclure les composants du système, la modification du système électrique et le développement du programme. Si, pour une raison quelconque, l’installation électrique du bateau doit être remplacée, cela peut être une option intéressante à envisager. Il est également possible d’installer un système simple qui ne contrôle que certaines fonctions spécifiques du navire, ce qui rend le coût beaucoup plus faible. Les nouveaux modules créés pour uniquement allumer et éteindre et surveiller l’état sont peu coûteux et fourniront également des informations sur les circuits et pourront être utilisés à partir du traceur.

Quelles marques sont disponibles ou recommandées ?

Il existe de nombreuses marques différentes et elles ont toutes des caractéristiques similaires mais aussi des détails qui les différencient. Le plus important est d’acheter une marque de qualité établie qui garantit la qualité et les pièces de rechange pendant des années. Aujourd’hui, le marché a mûri et les principaux systèmes ont été développés ou achetés par des poids lourds de l’industrie maritime, ce qui est une garantie. Je vais en énumérer quelques-uns et leurs caractéristiques.

CZone. Elle appartient au groupe Power Products (Mastervolt, Marinco, Bep Marine…) qui appartient lui-même au groupe Brunswick (Mercury, Mercruiser, Sea Ray, Boston Whaler…). Il s’agit du système le plus répandu, car il a été le premier à offrir une compatibilité avec diverses marques d’appareils électroniques. Il offre actuellement une compatibilité avec les écrans Raymarine, Simrad, Lowrance, B&G, Garmin et Furuno. Il est facile à programmer et offre une large gamme de modules avec différentes fonctions, y compris la production de modules AC sur demande. Les appareils Mastervolt migrent vers ce système et peuvent être contrôlés depuis celui-ci, ainsi que lire leurs données ou déclencher des alarmes. Permet le contrôle via un iPad. Ils disposent également d’écrans propriétaires pour faire fonctionner le système.

Empirbus. Ce système a été récemment acheté par Garmin. Développé à partir d’un système de contrôle industriel, il s’agit d’un système très puissant. Sa programmation par blocs de fonctions et ses multiples protocoles de communication lui permettent d’exécuter des fonctions très avancées et de communiquer avec pratiquement n’importe quel dispositif embarqué. Les modules sont à l’état solide et les broches peuvent être utilisées comme entrées ou sorties. Au départ, c’était le seul système compatible avec Raymarine, mais maintenant, il est bien sûr compatible avec les écrans de cockpit en verre de Garmin et Volvo. Aucun module CA n’est actuellement disponible, bien que les circuits CA puissent être contrôlés par des relais. Il dispose d’un serveur web à travers lequel le traceur est connecté.

Parker Monaco avec écran panoramique Simrad et commutation numérique Naviop

Naviop. Ce système a été acheté par Navico (Simrad, Lowrance, B&G). Il est évidemment compatible avec les écrans Simrad, Lowrance et B&G. Loop S, Loop M et Loop P. Les deux premiers sont vendus en pack et peuvent contrôler jusqu’à 16 canaux. L’ensemble comprend un logiciel simple permettant d’attribuer à chaque canal un nom et une icône de présélection, ainsi que de configurer un affichage avec une image du navire et les différents modes (Loop M). Les modules se composent de 8 sorties, de 8 relais remplaçables et de 8 entrées qui agissent directement sur les bobines des relais, permettant l’utilisation d’interrupteurs ou l’activation d’urgence. La boucle M indique également l’emplacement des relais et des fusibles. Le Loop P est son système le plus puissant et est réservé aux chantiers navals. Il est possible d’ajouter de nombreux autres modules et fonctions et de réaliser un design personnalisé.

Octoplex. Ce système a été développé par Carlingswitch et Maretron. Carlingswitch est le premier fabricant mondial de disjoncteurs et de fusibles et Maretron de capteurs nmea2000 et de surveillance de réseaux. Ils ont récemment introduit le nouveau système Octoplex lite. Ce système comporte des modules pour le courant continu et le courant alternatif. Les modules CA ont la particularité d’utiliser des disjoncteurs réenclenchables qui peuvent être activés manuellement, et le système indique s’ils sont éteints, allumés ou ont déclenché. Les modules DC sont à semi-conducteurs et disposent d’entrées pour ajouter directement des interrupteurs ou des boutons poussoirs. Il existe également des modules de commutation nmea2000, qui indiquent l’état de chaque circuit au moyen de lumières. Ils sont programmés à l’aide du logiciel de surveillance et de gestion de réseau nmea2000 de Maretron et le système est compatible avec les écrans Garmin, où les commutateurs peuvent être visualisés et manipulés. Il dispose d’un serveur web grâce auquel une tablette ou un PC peuvent être connectés et contrôlés et exploités à distance. Ils ont des écrans propriétaires pour faire fonctionner le système.

Powerplex. Ce système appartient à E-T-A, le leader mondial des systèmes de protection des circuits. Il possède des modules pour le courant alternatif et le courant continu, et le module de courant alternatif utilise des fusibles magnéto-thermiques réinitialisables. C’est un système hautement configurable qui utilise son propre réseau de communication, bien qu’il dispose d’une interface nmea2000 pour se connecter à ce réseau et partager des données. Ce système est compatible avec les écrans Garmin, Furuno, Simrad et B&G. En outre, il dispose d’un serveur web grâce auquel il est possible de connecter les écrans multifonctions, une tablette ou un PC. Ils ont des écrans propriétaires pour faire fonctionner le système.

Seastar MDI. Système acquis par Seastar, un leader mondial dans le domaine des systèmes de commande de direction et de moteur et des systèmes de joystick pour le marché des pièces de rechange. Il s’agit d’un système permettant de contrôler les circuits de 12 volts. Il dispose de fusibles qui peuvent être utilisés pour activer manuellement les sorties. Le système est contrôlé, configuré et mis à jour à partir d’un écran Garmin. Les modules ont 16 sorties et 16 entrées pour l’utilisation de commutateurs mécaniques, ainsi que 6 entrées analogiques pour des choses comme les niveaux de réservoir, les températures… Il dispose d’un support natif pour une télécommande, qui est utilisée pour allumer et éteindre le système, ainsi que pour activer les modes ou circuits souhaités. Le fabricant propose une personnalisation pour les chantiers navals, et revendique également la compatibilité avec l’iPhone, l’iPad et Android. Il s’agit d’un système très récent, et je suppose que de plus amples informations seront bientôt disponibles.

Dispositifs pour yachts. Cette société est spécialisée dans la fabrication de produits très spécifiques pour les réseaux nmea2000 à des prix très compétitifs. Son système, plutôt que de câbler un bateau complet, je pense qu’il est adapté à la création de petits circuits qui offrent des solutions à peu de frais. Ses modules présentent de nombreuses caractéristiques particulières. Le module de relais utilise des relais bistables, qui ne consomment de l’énergie que lorsqu’ils changent d’état. D’autre part, il dispose d’une connexion pour 4 boutons-poussoirs avec des LEDs pour indiquer leur état. Ils sont les seuls à pouvoir contrôler à la fois les charges en courant continu (12/24) et en courant alternatif (230). Il existe un autre module pour connecter des interrupteurs à distance, un module qui contrôle la tension et la consommation des circuits et enfin un module d’alarme avec un haut-parleur qui peut faire retentir une sirène ou lire un fichier audio. Une autre particularité est que votre système peut être contrôlé et surveillé à partir de traceurs compatibles CZone, qui sont de toutes marques, et vos modules peuvent être contrôlés par des systèmes d’autres marques qui utilisent le système de contrôle standard nmea2000 switch, comme octoplex ou offshore entre autres. Yacht devices propose un serveur web wifi qui permet le contrôle depuis n’importe quel smartphone, tablette ou pc. Il se programme en appuyant sur leurs boutons ou par un logiciel qu’ils offrent gratuitement, bien qu’il se programme en envoyant des phrases de configuration que nous devrons écrire en suivant le manuel.

Siemens Logo, pour un peu plus de 100 €, ils offrent beaucoup de fonctionnalités.

Automates programmables industriels. Bien sûr, nous ne pouvions pas laisser de côté les précurseurs de tout. Ils sont largement utilisés sur les grands navires, où il existe des systèmes conçus sur mesure pour eux. Cependant, ils ne sont pas recommandés pour les bateaux de plaisance de taille moyenne pour plusieurs raisons. Ils sont conçus pour fonctionner avec des signaux, pas des charges, nous devrons donc utiliser des relais pour activer les charges. Ils ne sont pas adaptés aux normes utilisées par les capteurs nautiques. Ils n’utilisent pas les protocoles de communication utilisés dans la navigation de plaisance, et ne communiquent donc pas avec les traceurs, quelle que soit leur marque. Ils ne sont pas conçus pour les environnements marins, ils sont résistants, car ils sont préparés pour les environnements industriels, mais sur un bateau, ils peuvent avoir besoin d’une protection supplémentaire. Malgré cela, leur faible prix, leur robustesse, la facilité de trouver une pièce de rechange et leur puissance de programmation, bien supérieure à celle de nombreux systèmes nautiques, peuvent en faire une bonne option pour contrôler certains circuits ou machines à un prix très compétitif. En outre, il existe des relais dits programmables, qui sont des versions plus simples, mais qui offrent un rapport prix/performance impressionnant et une puissance de calcul supérieure à ce qui est nécessaire dans de nombreuses applications. Un exemple serait un sélecteur de source de courant alternatif, qui au moyen de boutons poussoirs, nous permet de choisir la source que nous voulons (générateur, port ou onduleur, ou entre un générateur et un autre), ou bien il peut fonctionner en mode automatique.