La technologie d’entraînement du futur – modulaire, flexible, sans armoire de commande – augmentera la productivité tout le long de la chaîne de valeur.

Les machines s’adapteront rapidement aux nouveaux produits et les chaînes de production pourront être agrandies par la suite, tout cela sur la plus petite surface possible. Le développement de la technologie d’entraînement sans armoire permettra aux utilisateurs finaux d’exploiter plus de machines dans le même espace et offrira plus de souplesse lorsqu’il faudra adapter les installations existantes à de nouvelles tâches de production.

Les servoentraînements intelligents sont devenus indispensables dans les machines modernes. Ce sont eux qui entreprennent les conversions de format ou modifient le profil des mouvements d’une simple pression sur un bouton, ce qui raccourcit considérablement le délai de conversion des machines. Jusqu’à présent, néanmoins, la multiplication des servoentraînements n’a cessé de faire grossir les armoires de commande. Plus les armoires de commande « improductives » prennent de la place, moins il y en a pour les machines et les systèmes eux-mêmes. En outre, presque tous les secteurs industriels sont confrontés au raccourcissement croissant du cycle de vie des produits. Les chaînes de production existantes sont en permanence adaptées à de nouvelles tâches et complétées par de nouveaux postes de transformation. Une modularisation cohérente peut considérablement accélérer ce développement et le rendre plus rentable.

Nous indiquons ci-dessous les cinq caractéristiques d’une technologie d’entraînement pérenne, ainsi que la mise en œuvre adéquate :

1. Absence d’armoire de commande – flexibilité totale

L’encombrement est un facteur commercial pertinent pendant toute la durée de vie utile des machines. Les armoires de commande occupent de l’espace et réduisent la zone de production disponible.

technologie d'entraînement

Dans la technologie d’entraînement classique, le moteur et l’unité de commande sont séparés l’un de l’autre. Un câble d’alimentation et un câble de codeur courent entre chaque moteur et l’armoire de commande. Les constructeurs et les utilisateurs des machines s’y sont résignés par le passé, car ils voulaient profiter des avantages de la servotechnologie. La technologie d’entraînement sans armoire de Rexroth conserve tous les avantages des servoentraînements et réduit jusqu’à 90 % les frais de câblage et l’espace occupé.

En 2007, Rexroth a lancé le tout premier servoentraînement intégré dans un moteur, l’IndraDrive Mi. En 2014, le fabricant a franchi une nouvelle étape, avec la technologie d’entraînement sans armoire. Depuis lors, tous les composants de raccordement précédemment situés dans l’armoire de commande répondent à la norme IP65 et peuvent être installés directement dans la machine. Le module de secteur est une simple unité contenant le filtre réseau, la bobine réseau et le contacteur réseau et il est directement raccordé au secteur. Le module d’alimentation régénératrice, comprenant l’électronique de commande, la résistance de freinage et le transistor de freinage, remplace complètement l’électronique d’alimentation et de commande dans l’armoire de commande. Cela permet de supprimer entièrement l’armoire de commande. L’utilisateur final gagne de la place pour d’autres machines.

Un système d’entraînement peut compter jusqu’à 30 servoentraînements, formant un faisceau de câbles de 200 mètres de long. Seul le premier entraînement est raccordé directement à l’alimentation électrique et à la commande, par un câble. Tous les autres entraînements sont branchés en série sur ce premier entraînement, au moyen d’un câble hybride d’alimentation et de communication.

Cette approche peut réduire de 90 % le câblage nécessaire par rapport à une automatisation traditionnelle. Une solution classique avec armoire électrique à dix entraînements nécessite environ 110 mètres de câbles d’alimentation et de codeur. La technologie d’entraînement sans armoire réduit cette longueur à seulement 10 mètres de câble hybride, avec le même espacement du moteur. Non seulement cela réduit les frais de matériel et d’installation, mais cela réduit également la probabilité de pose défectueuse des câbles. En réalité, les économies sont encore supérieures, puisque les capteurs, entrées / sorties et composants de bus de terrain peuvent être directement raccordés aux entraînements décentralisés.

2. Modularité de l’électronique – facilité d’association et d’agrandissement

Il est nécessaire de raccourcir les délais d’adaptation des chaînes de production aux nouveaux produits et processus. L’agrandissement qui s’ensuit doit être plus rapide et plus facile qu’auparavant.

solution modulable entrainement

La technologie d’entraînement sans armoire ouvre de nouvelles possibilités de modularisation et facilite l’incorporation ultérieure de postes dans les chaînes de production existantes. Jusqu’à présent, l’agrandissement d’une chaîne de production entraînait souvent de longs arrêts. Les installateurs devaient installer les entraînements un par un dans l’armoire de commande et les raccorder aux moteurs. Pendant ce temps, la chaîne ne pouvait pas fonctionner, pour des raisons de sécurité. Les entraînements étaient ensuite mis en service sur place, ce qui demandait également du temps.

La technologie d’entraînement sans armoire permet aux constructeurs de machines de préinstaller les modules correspondants et de mettre en service les entraînements dans leur usine. Ces modules peuvent être combinés selon les exigences du client final. Pour l’intégration dans les chaînes existantes, il suffit de préparer l’alimentation et de brancher la commande de niveau supérieur. Les frais de mise en service sont sensiblement réduits, car les entraînements sont déjà paramétrés. L’indisponibilité des machines pendant la conversion de la chaîne est elle aussi réduite au minimum.

Certains constructeurs de machines utilisent déjà des machines sans armoires. Le constructeur de machines d’emballage Gerhard Schubert GmbH de Crailsheim a présenté la première machine d’emballage sans armoire, basée sur le système d’entraînement IndraDrive Mi, à l’occasion du salon interpack 2014. Elle se compose de plusieurs modules robotisés, d’un système de commande par l’opérateur, d’un système intégré de traitement d’image et du système de transport flexible Transmodul. L’entreprise peut ainsi construire des machines flexibles et modulaires qui réalisent toutes les tâches d’emballage, telles que l’avance, le remplissage, le scellage, l’étiquetage et la palettisation.

« Les entraînements de Rexroth nous permettent de supprimer totalement les armoires de commande classiques », déclare le directeur général, Ralf Schubert. « Les clients ont été si impressionnés par cette première machine, que nous concevons toutes nos machines sans armoire de commande depuis 2016. »

L’un des avantages essentiels de l’IndraDrive Mi est que son interface multi-Ethernet prend en charge tous les protocoles Ethernet standard, dont SercosPROFINETEtherNet/IPEtherCAT et POWERLINK. Une passerelle peut également permettre la connexion à Profibus. De ce fait, tous les modules peuvent être intégrés dans le paysage d’automatisation de l’utilisateur final, sans frais supplémentaire.Qui plus est, l’interface multi-Ethernet minimise la diversité des variantes et réduit par conséquent les stocks de maintenance.

3. Sécurité garantie en permanence

Le respect des normes de sécurité relatives aux machines est une exigence fondamentale. Un redémarrage rapide après une intervention manuelle augmente la disponibilité des machines et des chaînes de production.

La sécurité des machines est une condition préalable essentielle à la technologie d’entraînement sans armoire. Les utilisateurs finaux attendent les mêmes fonctions de sécurité intégrée que sur les entraînements dont les contrôleurs sont logés dans l’armoire de commande. D’un côté, cela implique de mettre en œuvre les spécifications de sécurité fonctionnelle prévues dans les normes. De l’autre, cependant, les utilisateurs attendent une disponibilité maximale de la machine, autrement dit, que la machine redevienne productive le plus vite possible après une intervention manuelle.

Les concepts décentralisés simplifient l’application de la directive Machines grâce à la modularisation. Rexroth propose également des fonctions de sécurité certifiées dans l’IndraDrive Mi sans armoire. Le câble hybride transmet tous les signaux de sécurité. Il n’est donc plus nécessaire d’avoir un câblage séparé, ce qui réduit les frais de câblage et la possibilité de défauts du câblage.

Autre caractéristique particulièrement intéressante, il est facile de mettre en œuvre plusieurs zones de sécurité sur un seul train d’entraînements. Avec la fonction « Safe Torque Off » (STO, suppression sûre du couple), le premier entraînement d’une zone de sécurité est câblé de manière à traiter les signaux de sécurité. Si l’on souhaite ajouter d’autres entraînements à une zone de sécurité, il suffit d’utiliser un connecteur pour participant de zone de sécurité. La mise en service s’en trouve extrêmement facilitée et le fonctionnement devient transparent.

Plusieurs zones de sécurité peuvent être mises en place sur un seul et même train d’entraînement. Cette solution réduit le temps nécessaire au redémarrage après une intervention manuelle et accroît la disponibilité de la machine. De plus, SafeMotion offre des fonctions de sécurité complètes, de l’arrêt sécurisé jusqu’aux mouvements sécurisés. Les fonctions qui ne nécessitent pas de codeur, telles que SS1, SS1-ES et STO, sont certifiées PL e de catégorie 4, conformément à la norme EN ISO 13849-1, et SIL 3, conformément à la norme EN 62061. Les fonctions qui nécessitent un retour d’information du codeur, telles que SS2, SOS, SLS, SMS, SMD, SLI et SDI, sont certifiées PL d de catégorie 3, conformément à l’EN ISO 13849-1, et SIL 2, conformément à l’EN 62061.

IndraDrive Mi utilise les protocoles CIP Safety on Sercos (CSoS) et Safety over EtherCAT (FSoE), ainsi que PROFIsafe sur PROFINET. Les signaux sont simplement transmis avec les données standard. L’intégration de l’entraînement, des organes périphériques, des bus de sécurité et de la communication standard sur Ethernet au sein d’un seul réseau simplifie la gestion et réduit les frais de matériel et d’installation.

Torque off

4. Gestion efficace de l’énergie

L’amélioration de l’efficacité énergétique a un effet direct sur le coût d’exploitation. Les solutions modernes d’entraînement réduisent la consommation d’électricité et réduisent les pointes de charge.

Beaucoup d’utilisateurs finaux souhaitent essentiellement que leurs machines et leurs systèmes aient un meilleur rendement énergétique. Cela leur permet, d’une part, de contribuer à la préservation de l’environnement, et d’autre part, de réduire le coût du cycle de vie de leur machine, dans lequel la consommation d’énergie compte pour beaucoup.

Les entraînements sans armoire constituent un levier efficace dans ce domaine. Le couplage énergétique inhérent au système, via le câble hybride commun, permet l’échange d’énergie entre entraînements. Par exemple, lorsqu’un entraînement freine, l’énergie de freinage peut être distribuée simultanément à un autre entraînement en cours d’accélération. L’énergie est ainsi conservée au sein du système ou, s’il y en a trop, réinjectée dans le réseau électrique, ce qui permet de réaliser jusqu’à 50 % d’économies d’énergie.

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Par ailleurs, il n’y a pas de perte d’énergie dans l’armoire de commande. Dans les systèmes d’entraînement classiques, la dissipation thermique peut entraîner de fortes températures dans l’armoire de commande et imposer un système de refroidissement. Avec la technologie d’entraînement sans armoire de commande, le matériel de refroidissement est le plus souvent inutile. Cela supprime la consommation d’énergie liée au refroidissement et améliore encore l’efficacité énergétique.

De surcroît, le module d’alimentation, conçu pour une plage de tension allant de 380 V à 500 V, peut être utilisé dans le monde entier. Il produit une tension de bus c. c. régulée pour chaque entraînement. Quelle que soit la tension de secteur, la machine alimentée aura les mêmes performances. Grâce à cette régulation, le module résiste aux variations de tension du secteur.

Toutefois, la régulation active du module d’alimentation a d’autres avantages. Les perturbations du système sont réduites à un minimum, ce qui rend d’autres mesures superflues. La régulation intégrée du courant réactif compense les besoins internes, mais également la consommation d’autres acteurs inductifs ou capacitifs. Les pertes provoquées par le courant réactif sont ainsi complètement éliminées. Grâce à cette régulation intelligente, le système Smart Energy Mode fait un usage optimal de l’énergie stockée dans le bus c. c. En plus de limiter les pics de puissance, il réduit la consommation moyenne d’énergie. En pratique, les pics de puissance peuvent être abaissés de 60 % et la puissance moyenne, de 30 %. Tous les composants de l’alimentation secteur étant conçus pour la puissance moyenne, il pourrait être possible de réduire leur taille dans certaines circonstances.

système entrainement energie

5. La mise en réseau a commencé

Tous les concepts de l’Industrie 4.0 exigent une intelligence décentralisée et une forte connectivité des composants d’automatisation. Les solutions d’avenir du portefeuille Connected Automation prennent en charge tous les protocoles standard en temps réel basés sur l’Ethernet et sont ouvertes à la communication avec les niveaux informatiques supérieurs.

À l’avenir, il sera de plus en plus important que les solutions puissent se connecter verticalement au système informatique de l’entreprise, afin de mettre en pratique l’Industrie 4.0. L’objectif est d’accéder directement à l’entraînement au moyen des fonctions informatiques. Les servoentraînements disposent d’une intelligence décentralisée et exécutent leurs tâches de manière autonome, à partir des spécifications émises par les niveaux supérieurs. Leur interface multi-Ethernet prend déjà en charge la connexion horizontale et verticale et permet l’échange complet des données.

En plus de toutes les possibilités de l’automatisation fondée sur les automates industriels programmables (API) conformément aux normes CEI 61131-3 et PLC Open, ainsi que sur la technologie OPC UA, Rexroth est le premier fabricant d’entraînements et de commandes à créer un pont entre la technologie d’entraînement et le monde de l’informatique, par le biais de son portefeuille Connected Automation. La technologie d’interface Open Core Interface for Drives intégrée dans Open Core Engineering permet d’accéder directement à tous les paramètres d’entraînement à l’aide d’applications utilisant un langage de haut niveau sur des appareils externes tels que des PC. En lieu et place d’une programmation d’API indépendante, par exemple, il suffit de rédiger des macros dans une feuille de calcul standard pour récupérer directement et évaluer les données d’un entraînement, par exemple, la consommation d’énergie. Au moyen d’applications programmées en interne et destinées aux smartphones et tablettes les plus courants, les constructeurs de machines simplifient d’ores et déjà la mise en service, le paramétrage et le diagnostic des entraînements intelligents et décentralisés de Rexroth.

En résumé : la technologie d’entraînement sans armoire est une technologie d’avenir

La technologie d’entraînement sans armoire répond à de nombreux besoins, pour lesquels les constructeurs et les utilisateurs finaux des machines étaient jusqu’à présent contraints d’accepter des compromis. Désormais, il est possible d’utiliser plus de servoentraînements sans réduire la zone de production à cause d’armoires de commande hypertrophiées. Les opportunités offertes par la modularisation complète réduisent le travail et les coûts entraînés par l’agrandissement ultérieur des chaînes de production existantes. Le respect des normes de sécurité au niveau de chaque entraînement, associé à une solution intelligente de commutation aisée entre zones de sécurité, améliore la disponibilité des machines. L’échange simple d’énergie au sein du système d’entraînement réduit la consommation moyenne d’électricité et limite les pics de puissance. Avec l’interface multi-Ethernet et sa propre intelligence, la technologie d’entraînement sans armoire de Rexroth pourra également être incorporée dans les futurs environnements Industrie 4.0.

 

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