Un ordinateur de bord parfaitement fonctionnel en laboratoire peut tomber en panne dès la première mise en marche du propulseur d'étrave, du groupe électrogène ou du passage de l'alimentation à quai à l'onduleur. L'électronique de la passerelle est alimentée par un bus électrique sujet à des variations de tension considérables, bien plus importantes que celles rencontrées par un onduleur de bureau. Ces variations se répètent heure après heure, pendant des années. Le choix judicieux de l'alimentation et des entrées/sorties est essentiel pour qu'un ordinateur de bord puisse fonctionner correctement pendant toute la période de garantie, contrairement à un ordinateur qui doit être remplacé dès la première saison.
La bonne nouvelle est que les règles d'alimentation électrique des navires sont bien connues et que le choix du matériel approprié est généralement évident une fois qu'on a examiné le câblage de l'ordinateur et ses périphériques d'entrée/sortie. Cet article détaille la plage d'entrée CC, la gestion des baisses et des surtensions, ainsi que l'isolation des E/S qu'un ordinateur de passerelle doit prendre en charge avant sa mise en service.
Pourquoi la puissance du vaisseau est-elle pénalisante sur un ordinateur ?
L'alimentation électrique à quai à l'intérieur d'un bâtiment est propre et prévisible. Ce n'est pas le cas à bord d'un navire. Le bus CC d'un yacht, d'un bateau de pêche, d'un bateau de travail ou d'une plateforme navale est partagé entre les moteurs, les pompes, les propulseurs, les treuils, les émetteurs radar et l'éclairage. Chacune de ces charges peut générer du bruit, provoquer une déformation du rail ou induire des surtensions sur le réseau lors de ses commutations. Le démarrage du moteur entraîne une chute brutale de la tension du bus. Le passage d'un générateur provoque des baisses de tension et des coupures brèves. La commutation de l'onduleur injecte des surtensions. La foudre, les décharges de l'alternateur et les défaillances d'équipements mis à la terre se répercutent toutes sur le tableau électrique où l'ordinateur est raccordé.
L'ordinateur doit également résister aux conditions extérieures. Les embruns salés, la condensation, l'air chaud de la salle des machines d'un côté de la cloison et l'air froid du système de climatisation du pont de l'autre, sans oublier les vibrations constantes de la coque, mettent à rude épreuve les connecteurs internes et les supports de stockage pour lesquels un PC de bureau n'a jamais été conçu. Stockage industriel à semi-conducteurs avec protection contre les pertes de puissance C'est ce qui empêche l'ordinateur de bord de corrompre son système de fichiers lorsque la tension du bus descend en dessous du seuil nécessaire au disque de démarrage pour vider son cache. Un SSD grand public survivra généralement aux premières coupures de courant, puis tombera en panne silencieusement à la troisième ou quatrième.
Deux normes régissent les caractéristiques de l'électronique marine en matière d'alimentation électrique. La norme CEI 60945 définit les exigences générales relatives aux équipements de navigation et de radiocommunication maritimes, notamment les plages de tension et de température de fonctionnement. La norme CEI 60533 traite de la compatibilité électromagnétique des navires à coque métallique. Ensemble, elles décrivent les conditions de fonctionnement les plus défavorables qu'un ordinateur de passerelle doit pouvoir supporter sans réinitialisation, perte de données ni défaillance prématurée.
Quelle plage de tension continue un ordinateur marin doit-il accepter ?
La première caractéristique à vérifier pour tout ordinateur de bord est la plage de tension d'entrée, qui doit être large. Les navires fonctionnent généralement avec des bus de service de 12 V CC, 24 V CC ou, dans certains cas, 48 V CC, mais la tension réelle sur le câble est rarement égale à la valeur nominale. Un bus 24 V oscille entre 22 V et 30 V environ en fonctionnement normal de l'alternateur et du chargeur, et peut chuter en dessous de 18 V au démarrage du moteur ou lors du fonctionnement des propulseurs. Un bus 12 V subit la même variation relative, mais dans une plage absolue plus réduite.
C'est pourquoi ordinateurs marins conçus pour un service de passerelle à temps plein Ces alimentations sont généralement spécifiées avec une entrée CC à large plage, compatible avec les systèmes 12 V et 24 V dans une seule référence. Grâce à cette large plage de tension d'entrée, vous n'avez pas besoin d'un modèle différent pour un bateau de pêche sportive et un patrouilleur côtier, ni de remplacer un convertisseur CC-CC à chaque changement d'architecture électrique du bateau. Assurez-vous que la plage de tension d'entrée spécifiée couvre largement les variations de tension maximales du rail auquel vous effectuez le raccordement.
Qu'en est-il de l'entrée CA 110 V ou 230 V ?
Certains ordinateurs de passerelle sont vendus avec une entrée secteur ou un adaptateur secteur externe. Si cette solution peut convenir sur un yacht ou un navire commercial équipé d'un onduleur ou d'une prise de quai fiable, elle introduit deux nouveaux risques de panne. L'onduleur ou la prise de quai doit rester opérationnel, et l'alimentation externe ou interne doit être maintenue lors de chaque commutation. Sur la plupart des navires en activité, il est plus simple de raccorder l'ordinateur directement au bus CC du poste de pilotage, en le plaçant derrière le même disjoncteur que le reste de l'électronique de passerelle, et ainsi de se passer complètement du circuit CA.
Comment un PC ponté doit-il gérer les baisses de tension et les surtensions ?
Une large plage de tension n'est que la première ligne de défense. L'ordinateur doit également pouvoir fonctionner correctement malgré des événements hors de cette plage, sans se bloquer ni s'endommager. Trois catégories sont importantes à bord d'un navire.
Baisse de tension Ces coupures de tension surviennent lorsqu'une charge inductive importante, comme un propulseur d'étrave, un guindeau ou une pompe hydraulique, provoque une chute de tension du bus pendant quelques dizaines ou centaines de millisecondes. Un calculateur marin correctement dimensionné devrait supporter ces incidents grâce à sa capacité interne, évitant ainsi toute coupure de courant pour le système d'exploitation. La plage de tolérance aux baisses de tension est généralement indiquée dans la fiche technique. Si ce n'est pas le cas, il est conseillé de demander cette valeur au fournisseur avant de choisir le modèle.
Trempettes à démarrage à froid Ces baisses de tension sont plus profondes et plus longues qu'une coupure de courant classique. Au démarrage du moteur principal, la tension du bus peut chuter à 6 ou 7 V sur un système 12 V pendant une fraction de seconde. La norme ISO 16750-2 décrit les profils de démarrage à froid et de décharge auxquels l'électronique automobile doit résister, et de nombreux fabricants d'ordinateurs de bord effectuent des tests de conformité à ce même profil, car les événements sont similaires. Un ordinateur conforme à la norme ISO 16750-2 pour le démarrage à froid continuera de fonctionner pendant le démarrage du moteur ; un ordinateur non conforme redémarrera à chaque fois que le capitaine tournera la clé.
Décharges et surtensions C'est le côté dangereux. Lorsqu'une charge d'alternateur est brusquement déconnectée, la tension peut atteindre 80 V ou plus sur un système 12 V pendant quelques dizaines de millisecondes. Les transitoires induits par la foudre sur le câble peuvent être beaucoup plus élevés et beaucoup plus brefs. Un calculateur de pont nécessite une suppression interne des surtensions transitoires dimensionnée en fonction de son environnement réel, et la partie l'architecture de passerelle intégrée partage un système ECDIS, un radar et un écran de pilotage L'alimentation de l'ordinateur ne doit pas être le seul point de passage susceptible de résister à une surtension. Assurez-vous de la bonne mise à la terre du châssis, installez un fusible au plus près de la source et choisissez un fournisseur dont la protection bloque les surtensions avant qu'elles n'atteignent la carte mère.
De quelle isolation d'E/S un ordinateur marin a-t-il besoin ?
L'alimentation ne représente que la moitié du problème d'intégration. L'autre moitié concerne les connecteurs d'entrée/sortie de l'ordinateur, car chaque câble sortant du châssis constitue un chemin potentiel pour les boucles de masse, les surtensions et les parasites. Le choix des spécifications d'entrée/sortie dépend entièrement des périphériques avec lesquels l'ordinateur communiquera.
Capteurs NMEA 0183 et série
Les instruments NMEA 0183, les récepteurs AIS, les pilotes automatiques et les radars anciens communiquent via les interfaces série RS-232 ou RS-422. Un ordinateur de passerelle maritime doit être équipé de ports série isolés, contrairement aux ports COM non isolés présents sur une carte mère grand public. L'isolation est assurée par un optocoupleur ou un transformateur entre le signal et la masse de l'ordinateur, empêchant ainsi un capteur défectueux ou une différence de potentiel entre les instruments de passerelle de provoquer un courant traversant la carte mère. Sans isolation, un court-circuit au niveau de l'antenne GPS peut endommager un port série, voire l'ensemble du chipset.
NMEA 2000 et CAN
Le protocole NMEA 2000 fonctionne sur un bus CAN et utilise son propre système d'alimentation et de terminaison. Si l'ordinateur doit lire directement les données du réseau NMEA 2000 sans passer par une passerelle, assurez-vous d'utiliser une interface CAN avec isolation galvanique entre le bus et la masse interne de l'ordinateur. Le réseau est conçu pour être alimenté indépendamment de chaque périphérique connecté ; un port CAN non isolé peut compromettre cette conception et provoquer une coupure du bus.
USB et Ethernet
Les caméras USB, les processeurs radar, les sondeurs et les transpondeurs AIS utilisent fréquemment l'USB ou l'Ethernet pour les transmissions à haut débit. Les cartes mères marines industrielles exposent ces ports avec protection contre les surtensions sur les lignes de données et, dans les conceptions les plus abouties, isolation sur les longs câbles Ethernet reliant les capteurs distants ou les systèmes de transmission. comment la position de montage d'un moniteur ponté influence le cheminement du câble vers l'ordinateurUn câble Ethernet de 7,6 mètres (25 pieds) reliant une console à un moniteur de passerelle est exactement le genre de câble qui capte les surtensions transitoires pendant un orage, et une couche PHY isolée côté ordinateur empêche la foudre de se propager jusqu'à la carte mère.
Mise à la terre et liaison
Aucune protection d'entrée ou de sortie n'est efficace si le châssis flotte. Le boîtier de l'ordinateur doit être relié au système de mise à la terre du navire par un chemin direct à faible impédance. Sur un navire à coque métallique, cela implique de respecter la norme IEEE 45 ou une norme équivalente de la société de classification pour les installations électriques à bord. Sur un yacht en fibre de verre, le plan de mise à la terre est généralement réalisé autour des traversées de coque et du bloc moteur. Dans tous les cas, la mise à la terre de l'ordinateur marin fait partie intégrante du système et ne doit pas être fixée par une vis du châssis dans un panneau de bois.
Questions fréquemment posées
Puis-je faire fonctionner un mini PC grand public sur un bateau si j'ajoute un convertisseur CC-CC ?
On peut l'utiliser pendant un certain temps, et de nombreux propriétaires le font. Le problème, c'est qu'un convertisseur CC-CC ne résout que le problème de la plage de tension. Il n'offre pas au PC grand public la protection contre les baisses de tension, la limitation des surtensions, l'isolation des E/S, ni le revêtement protecteur qui empêche l'air salin de corroder la carte. La plupart des mini-PC grand public embarqués finissent par tomber en panne pour l'une de ces quatre raisons, et non à cause de la tension d'alimentation elle-même.
Quelle plage de tension d'entrée dois-je rechercher pour un navire fonctionnant en 24 V ?
Sur un bus domestique 24 V, la tension en régime permanent se situe approximativement entre 22 V et 30 V, et de brèves chutes de tension peuvent descendre en dessous de 18 V. Un ordinateur compatible avec une large plage de tensions d'entrée CC, couvrant aisément cette plage (idéalement un modèle compatible également avec les systèmes 12 V dans la même référence), constitue un choix sûr. Vérifiez la plage de fonctionnement en cas de sous-tension sur la fiche technique avant de commander, et non après.
L'absence de ventilateur est-elle nécessaire pour une utilisation sur une passerelle maritime ?
L'absence de ventilateur est fortement recommandée. Les ventilateurs aspirent l'air humide et salé à travers les cartes électroniques et constituent une pièce mobile sujette à l'usure, ce qui réduit la durée de vie de l'ordinateur. Un châssis étanche sans ventilateur, avec refroidissement par conduction, est la norme pour une utilisation permanente sur une passerelle et c'est le modèle standard proposé par la plupart des fabricants d'ordinateurs marins.
Ai-je besoin de la certification IEC 60945 pour chaque ordinateur de pont ?
Si l'ordinateur fait partie d'une installation soumise à la convention SOLAS, comme un système ECDIS ou un système de passerelle intégré, la norme IEC 60945 est généralement requise, et la norme IEC 60533 relative à la compatibilité électromagnétique (CEM) s'applique aux navires à coque métallique. Sur un bateau de pêche sportive de plaisance ou un petit navire commercial, un ordinateur conforme aux mêmes normes reste le choix judicieux, même si cela n'est pas strictement obligatoire, car l'environnement d'exploitation est identique.
Combien de ports série isolés dois-je prévoir ?
Comptez les capteurs et instruments existants auxquels l'ordinateur devra se connecter, puis prévoyez-en un ou deux pour les ajouts futurs. Un ordinateur de passerelle standard intégrant GPS, AIS, pilote automatique et un ou deux radars nécessite au moins quatre ports série isolés, et de nombreuses configurations en utilisent six. Il est bien plus économique de spécifier le nombre de ports dès le départ que d'ajouter ultérieurement un hub USB-série externe et de perdre ainsi l'isolation.
Quelle est la valeur appropriée du fusible sur l'entrée CC ?
Utilisez le fusible de la valeur préconisée par la fiche technique de l'ordinateur, placé au plus près de la borne de bus, dans la limite de la longueur du câble. Surdimensionner le fusible pour éviter les déclenchements intempestifs est contre-productif. Si le fusible saute fréquemment, le problème vient du câblage ou de la charge, et non du calibre du fusible.
Quand faut-il faire appel à un spécialiste pour la spécification ?
S’il s’agit d’une construction neuve ou d’une rénovation majeure, le plan d’alimentation et d’entrées/sorties de l’ordinateur doit être établi avant la finalisation du panneau et du câblage. C’est également le moment de décider si un ordinateur et un écran séparés conviennent au poste de pilotage ou non. un PC marin étanche intégrant l'écran et le conditionnement de l'alimentation derrière un seul cadre Cela simplifierait l'installation. Discuter du bus CC, de la sensibilité aux baisses de tension, de la liste des capteurs et du plan de mise à la terre avec un spécialiste en électronique marine avant de commander les pièces est bien moins coûteux que de remplacer un ordinateur mal spécifié après les essais en mer. N'hésitez pas à contacter l'équipe Seatronx si vous souhaitez un deuxième avis sur les spécifications avant le lancement de la production.