Dans presque toutes les industries, les utilisateurs de machines ont besoin de moyens de production plus souples pour les petits lots et d’un diagnostic continu de tous les actionneurs et capteurs, afin d’accroître la disponibilité. Par ailleurs, la connexion horizontale et verticale des machines et des systèmes augmente rapidement en vue d’applications de l’Industrie 4.0. La norme ouverte de la CEI 61131-9, IO-Link, répond à ces besoins pour un faible coût de connexion et une faible consommation d’énergie. La souplesse de l’hydraulique est accrue par la transmission des changements de paramètres pendant l’exploitation. La fourniture d’informations diagnostiques offre de nombreuses opportunités d’élargir les concepts de la maintenance prédictive pour augmenter la disponibilité des systèmes. La norme IO-Link, indépendante du fabricant, peut être intégrée facilement et rapidement dans n’importe quelle application d’automatisation industrielle.

Un câblage standardisé et une plaque signalétique électronique facilitent la mise en service et améliorent la disponibilité

  • Norme ouverte pour les connexions bidirectionnelles point à point parallèles au bus de terrain
  • Connexion facile avec câbles standards et connecteurs M12
  • Aucun besoin d’outil d’ingénierie supplémentaire, configuration possible via le système de commande
  • Données servant à la maintenance prédictive et remplacement rapide des dispositifs
  • Composants hydrauliques compatibles avec l’Industrie 4.0 pour le flux vertical d’information

Introduction : les limites de la communication des bus de terrain en série

Dans les années 1980, l’apparition de la technologie des bus de terrain a été le point de départ de la connexion horizontale des actionneurs décentralisés au sein des machines. Le branchement en série a permis une réduction considérable du câblage et a ouvert de nouvelles possibilités de modularisation en génie mécanique. Les bus de terrain, ainsi que la plupart des protocoles Ethernet en temps réel sont des systèmes exclusifs, propres à chaque fabricant. Les protocoles sont développés par des fabricants de systèmes de commande et se focalisent sur la communication entre les systèmes propriétaires de commande électrique et les organes périphériques sélectionnés. Pour les actionneurs, capteurs et autres équipements tiers, les fabricants ou les intégrateurs de systèmes doivent fournir des interfaces matérielles et logicielles adaptées au bus de terrain concerné. Cela est très complexe, étant donné que les profils d’appareil et les logiciels doivent être créés dans chaque API pour chaque bus de terrain et système de commande de chaque fabricant.

Possibilités de connexion des systèmes hydrauliques

Il existe plusieurs manières d’intégrer l’hydraulique dans les systèmes d’automatisation modernes. Beaucoup de concepts de machine utilisent l’électronique embarquée pour commander les vannes hydrauliques. L’échange d’informations numériques est limité et seulement possible si le dispositif respectif est connecté à un système de commande supérieur par un câblage individuel. Cette technologie actuelle répond de moins au moins aux exigences croissantes des utilisateurs finaux.

L’autre solution consiste à utiliser des vannes intégrant un branchement à un bus de terrain. Toutefois, cela nécessite un câblage complet et l’intégration dans le système de commande et le protocole du bus de terrain respectif, à l’aide d’un logiciel dédié. Ces deux conditions supposent des efforts considérables, trop importants notamment dans les applications sensibles au prix.

Grâce à IO-Link, les constructeurs de machines et les intégrateurs de systèmes ont la possibilité d’intégrer par exemple des capteurs et des vannes hydrauliques proportionnelles de série dans les structures de communication numérique, et ce, avec une ingénierie minime. La structure de communication simple d’IO-Link présente peu de contraintes matérielles. De plus, les connecteurs normalisés M12 permettent une connexion simple et économique des vannes hydrauliques sur le terrain. Les composants précédemment « sourds-muets », à commande analogique, sont ainsi transformés en actionneurs et capteurs flexibles et communicants.

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IO-Link, une norme indépendante du fabricant et compatible avec tous les protocoles de bus de terrain

La norme IO-Link de connexion des actionneurs, capteurs et autres équipements, indépendante du fabricant selon la définition de la norme CEI 61131-9, fournit un protocole de communication numérique pour l’échange de données entre les systèmes de commande et les dispositifs, quel que soit le bus de terrain. La technologie du bus de terrain n’est pas remplacée, mais prolongée. La communication parallèle permet d’utiliser IO-Link avec tous les protocoles et d’intégrer des dispositifs compatibles avec IO-Link dans différents concepts sans effort supplémentaire.

La norme IO-Link est déjà prise en charge par près de 130 fabricants d’appareils et entreprises dans le domaine de la technologie. Une quarantaine de fabricants proposent des maîtres IO-Link. Par ailleurs, cette technologie est prise en charge par neuf fabricants de systèmes de commande avec maîtres centraux et outils d’ingénierie correspondants. Les appareils IO-Link sont présents dans le catalogue de produits d’une soixantaine de fabricants de capteurs, actionneurs et autres organes périphériques. Rexroth, par exemple, propose désormais des vannes hydrauliques proportionnelles et des capteurs de pression équipés de cette technologie. Ces vannes proportionnelles ont un fonctionnement et des performances identiques à ceux des vannes de série. Cependant, elles offrent en plus toutes les options de communication bidirectionnelle via IO-Link. L’hydraulique peut de la sorte être intégrée directement dans les structures connectées. Il est possible de modifier les paramètres et l’état de fonctionnement depuis le système de commande pendant l’exploitation.

Configuration du système IO-Link

Un système IO-Link complet se compose d’un maître centralisé ou décentralisé, d’un ou plusieurs dispositifs et de câbles standard non blindés à 3 ou 5 conducteurs avec des connecteurs M12. La planification du projet et le paramétrage du maître IO-Link peuvent avoir lieu dans le matériel du système de commande ou dans un outil d’ingénierie optionnel. Les connexions point à point entre les dispositifs d’entrée / sortie (E/S) et le système d’automatisation sont établies par le maître, qui sert d’interface au système de commande supérieur.

IO links

Une cinquantaine de fabricants proposent des maîtres IO-Link permettant la connexion d’un dispositif E/S par port. Parmi ces produits, il existe des armoires de commande IP20 et des modules décentralisés IP65/67 destinés à être installés au niveau des machines. Dans les systèmes à grande échelle, en particulier, le câblage est considérablement réduit.

Pour les maîtres IO-Link décentralisés, l’organisation des utilisateurs d’IO-Link a défini des connecteurs M12 enfichables à trois ou cinq conducteurs. Le port de « classe B » pour la version à 5 pôles sert aux dispositifs ayant une consommation accrue d’électricité, comme les vannes hydrauliques. Le port de « classe A » pour la version à 3 pôles fournit une alimentation à 200 mA maximum, ce qui suffit à la plupart des capteurs. À la différence des commandes analogiques, les câbles non blindés suffisent pour une communication sans défaut sur une longueur de câble allant jusqu’à 20 mètres. IO-Link normalise la technologie de branchement de tous les actionneurs et capteurs et supprime de nombreuses sources d’erreur pendant l’installation des systèmes. Le dimensionnement des câbles, compliqué et coûteux, avec câblage et blindage individuels n’est plus nécessaire. De plus, l’utilisation de câbles M12 uniformes pour les capteurs et les actionneurs réduit les tâches logistiques.

Une mise en service rapide de chaque logiciel

Chaque dispositif IO-Link comporte une description électronique de l’appareil, appelée IODD. Cette description fournit des informations normalisées importantes :

  • Donnés sur le dispositif
  • Description textuelle
  • Données d’identification, de processus et de diagnostic
  • Propriétés de communication
  • Paramètres du dispositif avec plage de valeurs et valeur par défaut
  • Image du dispositif
  • Logo du fabricant

La configuration de l’IODD est la même pour tous les dispositifs de tous les fabricants. L’IODD permet la reconnaissance automatique du dispositif par le maître IO-Link, pour un paramétrage immédiat. La description du dispositif est automatiquement incluse dans la documentation du système.

Pour intégrer le maître IO-Link dans l’automatisation globale, le personnel de mise en service utilise les outils d’ingénierie du fabricant d’API correspondant. Le maître IO-Link est sélectionné dans le portefeuille des dispositifs et ajouté à l’automatisation globale. En fonction du fabricant du système de commande, tous les blocs de communication peuvent être disponibles gratuitement dans une bibliothèque.

D’IO-Link à l’Industrie 4.0

IO-Link permet d’accéder aux données de dispositif soit directement depuis le système de commande soit à distance, via les réseaux, depuis n’importe quel lieu. Les concepts tournés vers l’avenir y sont particulièrement sensibles. Actuellement déjà, IO-Link offre des données sur le type et l’instance des dispositifs d’Industrie 4.0 conformément à la définition de l’initiative allemande « Plattform Industrie 4.0 ».

De cette façon, même les actionneurs hydrauliques répondent à toutes les exigences des futures applications de l’Industrie 4.0. Cette démarche est en outre bien adaptée à la connexion ultérieure sans grand effort des machines et systèmes existants. Les utilisateurs remplacent les vannes proportionnelles et les capteurs installés par des équivalents équipés d’une connexion IO-Link et permettant la communication directe avec les actionneurs et les capteurs.

Des fonctions de diagnostic pour une plus grande disponibilité

Les fonctions de diagnostic des dispositifs IO-Link ouvrent la porte à de nouveaux concepts de maintenance et réduisent considérablement les délais de réparation. Il est maintenant possible de consulter, pendant le processus, des informations concernant le dispositif, ce qui forme la base des concepts de maintenance conditionnelle et prédictive. Les vannes proportionnelles transmettent notamment leur fonctionnalité et leurs erreurs, par exemple une sous-tension ou une surtension. De plus, l’affichage du statut des vannes et des capteurs donne la possibilité d’analyser leurs erreurs en toute transparence. Un compteur horaire intégré permet de calculer leur durée de vie restante, dans l’optique de la maintenance et de leur maintien en place ou non.

En cas de panne, IO-Link accélère le diagnostic, puisque les spécialistes de la maintenance disposent d’un accès à distance pour identifier le type et l’emplacement des erreurs. À elle seule, cette localisation précise des pannes sans présence physique du personnel réduit considérablement les délais de réaction. Si nécessaire, le technicien de maintenance ouvre le fichier IODD du dispositif concerné dans le système de commande. Contrairement à ce qui avait cours auparavant, il n’est pas nécessaire de démonter les composants pour déchiffrer des étiquettes à peine lisibles, ni de consulter la documentation des systèmes pour rechercher le fabricant et le type. Grâce à la plaque signalétique électronique, toutes ces informations sont désormais accessibles d’un clic de souris, pour lancer la commande respective sans délai.

IO-Link suit le principe du « plug-and-play ». Le maître IO-Link reconnaît les dispositifs remplacés à leur fichier IODD et les paramètres respectifs sont automatiquement transférés sans aucune action dans le logiciel. De cette façon, même les techniciens les moins expérimentés peuvent remplacer des composants sans problème, ce qui réduit considérablement l’indisponibilité des systèmes.

Résumé

La norme ouverte IO-Link établit une communication continue avec les capteurs et les actionneurs, indépendamment du bus de terrain employé. À présent, même les vannes hydrauliques proportionnelles peuvent être connectées de manière intelligente, aisée et rentable dans une communication numérique bidirectionnelle. Cela simplifie la mise en service du matériel et des logiciels et permet l’ajustement des vannes hydrauliques aux variantes des processus de production. Les exigences croissantes en matière de souplesse d’utilisation des machines et des systèmes sont maintenant satisfaites. Les informations de diagnostic approfondi permettent la maintenance conditionnelle et prédictive. Les temps d’arrêt et de maintenance sont réduits et la disponibilité des machines s’en trouve accrue. Par ailleurs, IO-Link permet l’intégration pérenne de vannes hydrauliques dans des structures connectées, en tant que composants de l’Industrie 4.0 bénéficiant de toutes les caractéristiques qui s’y rattachent.

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