Dans la transformation des usines intelligentes vers l'automatisation sans personnel, la capacité de conduite à distance et d'exploitation autonome des systèmes de pont roulant est devenue un indicateur clé du niveau d'intelligence d'une ligne de production. Kelude Industries Lourdes a développé, sur la base d'un réseau privé 5G (mode SA + descente UPF) et de l'Informatique en Périphérie (MEC), une architecture technique complète couvrant toute la chaîne « perception-calcul-commande-exécution » pour la conduite à distance. Cette architecture permet la conduite à distance des ponts roulants entre ateliers et entre sites, l'exploitation autonome assistée par IA et la maintenance prédictive, avec une latence de bout en bout maîtrisée sous 70 ms (latence des commandes de contrôle locales ≤ 10 ms), conformément aux exigences de sécurité fonctionnelle SIL2. Cet article présente la pratique technique de Kelude dans le domaine de la télémaintenance 5G et de l'Informatique en Périphérie pour ponts roulants, à travers cinq axes : l'architecture réseau 5G, la plateforme d'intelligence périphérique MEC, la conception du poste de conduite à distance, la communication sécurisée de bout en bout et les cas de déploiement industriel.

Architecture réseau 5G privé : descente UPF et routage local

La conduite à distance d'un pont roulant impose des exigences extrêmement élevées en matière de latence, de fiabilité et de sécurité du réseau sans fil : la latence de bout en bout des commandes de contrôle doit être ≤ 10 ms (unidirectionnelle), le taux de perte de paquets ≤ 10⁻⁶, et la disponibilité du système ≥ 99,999 %. La technologie Wi-Fi 6 traditionnelle présente une gigue de latence de 20 à 50 ms dans les scénarios hors visibilité directe (NLOS), et les interférences sur la même fréquence rendent difficile le maintien du taux de perte de paquets sous 10⁻⁵, ce qui ne répond pas aux exigences de communication sécurisée SIL2. Kelude adopte un réseau privé 5G (mode SA + descente de la fonction de plan utilisateur UPF) comme infrastructure de communication centrale.

Le principe fondamental de la descente UPF consiste à déployer la fonction de plan utilisateur (User Plane Function) du réseau central 5G en périphérie de l'usine, de sorte que le trafic de contrôle du pont roulant soit traité par le réseau central de l'opérateur, tandis que le trafic de données est routé localement au sein de l'usine via l'UPF, sans passer par le réseau central de l'opérateur. Par rapport à une solution 5G publique (latence de bout en bout de 20 à 30 ms), la descente UPF réduit la latence unidirectionnelle des commandes de contrôle à 3-5 ms, tout en maintenant le trafic de données dans l'enceinte de l'usine, ce qui satisfait aux exigences réglementaires de localisation des données industrielles.

Concernant le choix de la bande de fréquences, Kelude recommande la bande 4,9 GHz (4800-4900 MHz), désignée par les autorités comme bande dédiée à l'Internet industriel. Elle offre une bonne pénétration en intérieur et un rayon de couverture adapté (200-500 m en intérieur / 500-1000 m en extérieur par station de base). La densité de déploiement recommandée est d'un pRRU (picostation) pour 2000-3000 m² de zone couverte, garantissant un niveau de signal d'au moins -105 dBm sur toute la course du pont roulant, avec une fluctuation du RSRP (puissance du signal de référence) inférieure à 5 dB. Conformément aux exigences de fiabilité des communications du chapitre 7 de la norme ISO 4301 / FEM 1.001 — Spécifications de conception des appareils de levage : charges, structures, mécanismes, équipements électriques et sécurité relatives aux équipements électriques des grues.

Architecture de la plateforme MEC et intelligence locale

L'informatique multi-accès en périphérie (Multi-access Edge Computing, MEC) constitue le moteur de calcul central du système de télécommande 5G. La plateforme MEC de Kelude adopte une architecture de calcul à trois niveaux : passerelle de calcul en périphérie embarquée sur le pont roulant (niveau véhicule), serveur MEC au niveau de l'atelier (niveau agrégation) et plateforme collaborative cloud-périphérie au niveau de l'usine (niveau gestion).

La passerelle de calcul en périphérie embarquée est déployée dans l'armoire de commande du pont roulant. Elle repose sur un PC industriel à architecture ARM de qualité industrielle (processeur ARM A72 4 cœurs, 2 Go de RAM, 32 Go eMMC) exécutant un système d'exploitation Linux allégé. Cette passerelle assure l'acquisition en temps réel des données d'état du pont roulant (hauteur de levage, masse, vitesse, courant, température, vibrations, avec une fréquence d'échantillonnage de 50 Hz), des flux vidéo (2 à 4 caméras 1080p, encodage H.265, 15 à 25 images/s) ainsi que des signaux liés à la sécurité (bouton d'arrêt d'urgence, fins de course, état du frein). Après prétraitement local et conversion de protocole, les données sont publiées vers le serveur MEC via une passerelle 5G CPE selon le protocole MQTT. Parallèlement, les données critiques des 30 dernières minutes sont mises en cache localement pour faire face aux interruptions réseau.

Le serveur MEC au niveau de l'atelier est déployé dans la salle technique périphérique de l'usine. Il s'appuie sur un nœud de calcul accéléré par GPU (NVIDIA Jetson AGX Orin ou plateforme de puissance de calcul équivalente, offrant 200 TOPS de puissance IA). Le serveur MEC assure les tâches de calcul centrales suivantes : inférence IA en temps réel sur les flux vidéo (identification de la charge suspendue, surveillance des zones de sécurité, détection d'intrusion de personnel, avec une latence d'inférence inférieure à 30 ms), conversion de protocole et ordonnancement prioritaire des commandes de contrôle (les commandes du pont roulant ont priorité sur les données de surveillance), fusion des données multi-capteurs et estimation d'état (filtre de Kalman fusionnant les données de l'encodeur, de l'IMU et de la vision) ainsi que la mise à jour en ligne des modèles locaux. La plateforme MEC s'interconnecte avec la plateforme cloud au niveau de l'usine via des API RESTful, permettant la synchronisation périodique des données d'exploitation et le déploiement de configurations à distance.

En matière de sécurité industrielle, la plateforme MEC déploie un mécanisme de protection à trois niveaux : durcissement de l'hôte, liste blanche d'applications et micro-segmentation du réseau. Le système d'exploitation est installé en configuration minimale avec désactivation des services non essentiels, seules les applications conteneurisées signées sont autorisées à s'exécuter, et les flux de données entre la MEC et le réseau de commande du pont roulant sont strictement contrôlés par pare-feu.

Conception du poste de conduite à distance et interaction IHM

Le poste de conduite à distance constitue l'interface entre l'opérateur et le système de pont roulant. Sa conception détermine directement l'efficacité et la sécurité de la télécommande. Le poste de conduite à distance de Kelude adopte une architecture « un poste, plusieurs ponts » : un seul poste peut contrôler successivement plusieurs ponts roulants, avec un système d'interphonie établissant une liaison audio-vidéo avec le personnel au sol, offrant ainsi une expérience d'opération à distance comparable à une « saisie à distance ».

La configuration matérielle du poste de conduite comprend : trois écrans industriels 4K de 27 pouces (l'écran principal affiche les vues avant et arrière du pont roulant, l'écran secondaire présente les paramètres d'exploitation, le troisième écran affiche la surveillance de sécurité et les alarmes), une poignée de commande de qualité industrielle (manette proportionnelle à trois axes, bouton d'arrêt d'urgence et commutateur de mode, force d'actionnement de 2 à 5 N), une pédale (servant de dispositif de validation — lorsque l'opérateur retire le pied de la pédale, le système coupe automatiquement les commandes de contrôle à distance et déclenche la séquence d'arrêt de sécurité) et deux terminaux de communication 5G redondants (deux liaisons 5G principales/secours simultanément actives, avec un temps de basculement automatique inférieur à 50 ms). La latence de bout en bout du système vidéo est maintenue sous la barre des 100 ms, garantissant la synchronisation entre le retour visuel de l'opérateur et ses actions de commande.

Au niveau logiciel, l'IHM du poste de conduite est développée sur la base de technologies Web (Vue3 + Three.js) et accessible via navigateur. L'opérateur peut se connecter au poste depuis n'importe quel terminal autorisé. L'interface IHM comprend : une vue tridimensionnelle du jumeau numérique du pont roulant (mapping d'état en temps réel basé sur le modèle de coquille d'actif AAS, avec une fréquence de rafraîchissement de 10 Hz), une disposition vidéo multi-flux en incrustation, un tableau de bord des paramètres d'exploitation (courbes en temps réel de la hauteur de levage, de la masse, de la vitesse et du courant), un indicateur d'état de sécurité SIL ainsi qu'un journal des opérations et des événements. Toutes les commandes et tous les événements système sont horodatés à la milliseconde près.

Communication sécurisée de bout en bout : PROFINET sur 5G et garantie SIL2

Faire transiter le protocole industriel temps réel PROFINET sur un réseau sans fil 5G pour assurer une communication sécurisée constitue le défi technique central de la solution de télécommande. Le cycle PROFINET RT est généralement de 1 à 8 ms, et le cycle IRT peut atteindre 0,25 à 1 ms, ce qui rend le protocole extrêmement sensible à la gigue de latence et aux pertes de paquets du réseau sans fil. Kelude garantit la communication déterministe PROFINET sur 5G grâce à trois niveaux de mesures techniques :

Le premier niveau concerne le renforcement du caractère déterministe du réseau 5G. Grâce à la 5G TSN, la gigue de latence de l'interface radio est maîtrisée à ±200 μs. L'optimisation de l'ordonnancement gNB (pré-allocation d'autorisations de liaison montante, configuration de ressources temps-fréquence dédiées URLLC) et la technologie 5G LAN permettent une transparence de couche 2 pour le contrôleur du pont roulant, éliminant la gigue supplémentaire introduite par le routage IP. Le deuxième niveau porte sur l'adaptation et l'optimisation du protocole PROFINET : le délai d'expiration du chien de garde PROFINET est ajusté à 20 ms, la couche de sécurité PROFIsafe est activée avec une double vérification CRC2 pour garantir l'intégrité des données sur la liaison sans fil, et le temps de surveillance F du PLC de sécurité est réglé à 80 ms pour absorber les fluctuations de latence de la liaison 5G. Le troisième niveau concerne la redondance et la bascule entre les deux liaisons : lorsque la latence de la liaison principale dépasse 15 ms ou que le taux de perte de paquets excède 10⁻⁴, le système bascule automatiquement sur la liaison de réserve, avec un temps de basculement inférieur à 50 ms.

En ce qui concerne la garantie du niveau de sécurité SIL2, le système de télécommande de Kelude est conçu conformément aux normes IEC 61508 et IEC 62061 : les commandes de contrôle à distance sont encapsulées via PROFIsafe puis transmises sur les deux liaisons 5G. Le PLC de sécurité effectue une vérification croisée des commandes reçues sur les deux liaisons (comparaison des CRC2 et des numéros de séquence des deux liaisons). L'exécution de la commande n'est autorisée que si les données des deux liaisons sont cohérentes et que la vérification d'intégrité aboutit. En cas d'interruption de la liaison 5G dépassant 500 ms, le PLC de sécurité local du pont roulant déclenche automatiquement la séquence de freinage d'urgence — les deux freins de sécurité procèdent simultanément au serrage du frein et le variateur de fréquence coupe la transmission de puissance. La valeur PFH du système de sécurité est inférieure à 10⁻⁷, avec une disponibilité de sécurité supérieure à 99,99 %, satisfaisant ainsi aux exigences de l'objectif SIL2.

Budget de latence de bout en bout et données de test réelles

La latence de bout en bout du système de télécommande du pont roulant résulte de la combinaison de quatre maillons : perception, transmission, calcul et contrôle. Kelude a mené des tests systématiques de latence de bout en bout dans plusieurs environnements d'usine réels. Le tableau ci-dessous présente la décomposition de la latence dans une configuration typique.

Portique roulant mobile

Le portique roulant mobile Kelude est un équipement de levage polyvalent, conçu pour offrir une solution flexible et économique pour la manutention de charges lourdes. Grâce à sa structure robuste et à son système de roues orientables, il se déplace facilement entre les postes de travail, ce qui en fait un choix idéal pour les ateliers de maintenance, les entrepôts et les petites unités de production.

Déploiement 5G sur pont roulant : cas client et retours d'expérience

Kelude Industries Lourdes a réalisé la rénovation de 5 ponts roulants pour la conduite à distance via la 5G chez un grand constructeur automobile chinois. Le projet, d'une durée de 10 semaines (2 semaines de conception, 3 semaines de déploiement matériel, 3 semaines d'intégration et de mise au point, 2 semaines de tests de réception), couvrait le déploiement de postes de conduite à distance pour 5 ponts roulants de 32 t dans l'atelier d'emboutissage, la construction d'un réseau 5G privé (avec serveur UPF en périphérie et 8 stations de base pRRU) et la mise en place d'une plateforme d'Informatique en Périphérie (MEC). Depuis la livraison, les opérateurs pilotent simultanément les 5 ponts roulants depuis un centre de conduite à distance situé à 2 km de l'atelier. Le temps de basculement d'une tâche à l'autre sur un pont roulant est passé de 3 à 5 minutes (montée manuelle de l'opérateur) à moins de 30 secondes. L'effectif dans l'atelier est passé de 10 à 3 opérateurs (2 en conduite à distance, 1 en surveillance sur site), soit un gain de productivité de 70 %. Sur la base d'un coût annuel de 120 000 EUR par opérateur, l'économie annuelle s'élève à 840 000 EUR, avec un retour sur investissement estimé à environ 18 mois.

Les enseignements clés de ce projet : la planification de la couverture 5G doit impérativement inclure des mesures d'intensité du signal aux positions extrêmes du rail du pont roulant afin de garantir une couverture sur toute la course ; les paramètres d'adaptation PROFINET over 5G doivent être optimisés individuellement pour chaque marque d'automate (PLC) et de Variateur de Fréquence ; le déploiement des applications conteneurisées sur la plateforme MEC doit être coordonné avec la politique de sécurité informatique du client, en anticipant la gestion du registre d'images, le contrôle d'accès et l'audit des journaux.

Questions fréquentes sur la rénovation 5G des ponts roulants