IO-Link, c

Gestion de la communication des données au niveau des entrées et des sorties des machines automatiques. C'est la fonction d'IO-Link. Économique, simple et efficace. Ceci dit, les lecteurs voudront en savoir plus. La documentation concernant l'utilisation d'IO-Link pour la gestion du mouvement en entrées/sorties est abondante, mais les informations sur son utilisation dans le domaine du motion control sont rares. Sans sous-estimer les limites dans ce domaine, nous allons examiner dans cet article les applications d'IO-Link précisément dans le motion control.

Il suffit de demander quelles sont les principales caractéristiques d'IO-Link à un utilisateur pour s'entendre répondre invariablement qu'il s'agit d'une solution simple, solide et économique pour le cycle de vie de la machine, qui est facile à intégrer, à installer, à mettre en service et à utiliser, sans oublier qu'il facilite la maintenance... Soit dit en passant, IO-Link est également une solution optimale pour les applications simples de motion control (contrôle des mouvements), et c'est précisément l'aspect sur lequel nous voulons concentrer notre attention ici. Mais avant tout, jetons un œil sur ce qu'est IO-Link.

Ce n'est pas un bus de terrain, universel, prévu pour Industry 4.0…

En effet, IO-Link est une norme (IEC 61131-9) définie par l'organisation internationale IEC. La norme définit les spécifications d'une interface SDCI - Single-drop Digital Communication Interface - pour les petits capteurs et actionneurs. Quel que soit le contrôleur (et le protocole - bus de terrain - de communication de données) utilisé pour l'automatisation du système, la « partie 9 » de la norme « CEI 61131 » définit les spécifications d'une technologie SDCI unique et universelle, adaptée aux applications qui utilisent de petits capteurs et actionneurs (largement utilisés sur les machines). Bien que l'organisation IO-Link soit l'un des membres du consortium PROFINET, les utilisateurs ne doivent pas nécessairement adapter leurs systèmes de capteurs/actionneurs (connecteurs, câbles, matériels et logiciels) à un protocole de bus de terrain spécifique. Comme on le dit souvent, « IO-Link est une solution universelle inter-protocole » et s'adapte à quasiment toute architecture basée sur Modbus, PROFIBUS, EtherNet/IP, AS-I, etc.

L'objectif est simple et clair : étendre les interfaces d'entrée et de sortie numériques traditionnelles dans le sens d'une communication point à point (quel que soit le bus de terrain adopté au niveau du PLC).

Sur le terrain, cette technologie prend en charge la transmission bidirectionnelle des données de processus, de maintenance et d'événements jusqu'au dispositif de mesure qui fonctionne au point le plus interne de la machine et inclut tous les capteurs et actionneurs. Tant les maîtres que les appareils adoptent un protocole spécifié conformément au modèle de référence ISO/OSI (niveau physique, niveau de liaison de données et niveau d'application). IO-Link permet également le transfert des données de contrôle et des paramètres aux appareils, en plus de l'envoi des données de processus et des informations de diagnostic au système d'automatisation à partir des appareils individuels.

Du point de vue physique, IO-Link est basé sur une technologie simple, solide et éprouvée : le raccordement classique à trois fils utilisé pour les capteurs et actionneurs courants, sans aucune exigence supplémentaire en termes de câblage. Pour reprendre les termes de ses promoteurs, il s'agit d'« une nouvelle évolution de la technologie de raccordement existante et éprouvée des capteurs et actionneurs ». Et il ne prévoit pas la nécessité d'interfaces et de systèmes de communication basés sur des raccordements multipoint ou multidrop. Ceci dit, IO-Link est essentiellement utilisé pour l'automatisation d'usine, et convient parfaitement avec des capteurs et des actionneurs simples, dans les applications qui incluent des microcontrôleurs petits et peu coûteux.

En d'autres termes, l'un des principaux avantages de cette norme réside dans le fait que le niveau des capteurs et des actionneurs (entrées et sorties) peut rester inchangé, quel que soit le contrôleur de niveau supérieur de la machine et/ou le contrôleur de l'ensemble du système d'automatisation. Cela permet de réduire les délais de conception et d'ingénierie, de diminuer le nombre de pièces détachées et de composants pour les réparations à conserver en stock, de réduire les « maux de tête » et de garantir une plus grande tranquillité d'esprit. En effet, cette norme est universelle et s'adapte à diverses applications.

Comme le disent certains utilisateurs : « IO-Link révolutionne les communications sur le terrain ». Il rend les données disponibles à tous les niveaux de la machine et de l'ensemble du système, parfaitement en ligne avec les stratégies d'Industry 4.0. Étant prévue pour Industry 4.0, cette norme présente aujourd'hui - et le fera certainement à l'avenir - les critères nécessaires à la mise en œuvre de fonctions des machine améliorées, pour ne pas dire complètement nouvelles. Des technologies de production meilleures et moins chères sont déjà prévues dans le futur d'IO-Link. Plus concrètement, cette norme permet et garantit des investissements à long terme.

Économique, facile à intégrer, à mettre en œuvre, à utiliser, à diagnostiquer et à entretenir...

Le rapport coûts-avantages d'IO-Link est positif. Avant même d'arriver sur le terrain comme solution physique et concrète, il permet de réduire les temps d'ingénierie en raccourcissant les délais d'études et la phase de préparation à la mise en service. Et lorsqu'il « arrive sur le terrain », sa mise en service est plus rapide. Comme indiqué plus haut, IO-Link utilise des câbles standard et contribue à réduire le stock de pièces détachées grâce à des appareils multifonctions intelligents.

De plus, IO-Link simplifie le diagnostic du réseau de capteurs et d'actionneurs ainsi que l'organisation des interventions de maintenance. En effet, les fonctions de diagnostic étendues permettent un diagnostic à distance jusqu'au niveau des appareils sur le terrain, pour détecter les ruptures de câbles et diagnostiquer des appareils spécifiques. Grâce à sa simplicité et sa solidité, à la facilité et à la rapidité de la maintenance et des réparations, IO-Link contribue à augmenter la disponibilité des systèmes de machines. Sans trop entrer dans les détails sur cet aspect, chaque appareil sur le terrain est décrit à travers un fichier IODD (IO Device Description), qui contient des informations telles que le fabricant de l'appareil, les numéros du modèle, de série, et le type d'appareil, sans oublier les paramètres liés à l'application. Les valeurs de ces paramètres peuvent être modifiées à distance (via le maître), afin que la machine puisse être adaptée à distance et en ligne pour le lot de production suivant. De même, bien que les paramètres d'une liaison résident dans le maître (matériel), ils peuvent être restaurés, ajustés et modifiés dynamiquement au cours du processus de production. Et si une unité maître doit être remplacée pour une raison quelconque, il suffit de la préconfigurer (au bureau ou au laboratoire) et de la remplacer (sur le terrain). Dans ces cas, il s'agit uniquement d'un « remplacement mécanique » à effectuer dans l'unité de commande de la machine. Merveilleux, non ? Et facile, en plus.

En résumé, IO-Link est orienté vers l'automatisation industrielle et les machines. Les concepts de machines innovants sur lesquels IO-Link est basé garantissent une installation plus facile. Il standardise les interfaces et les systèmes de câblage (parallèle, analogique, numérique) en un seul type, et les concepts de machine modulaire sont intrinsèquement pris en charge. Les modules des fonctions et le support fourni par les outils permettent un paramétrage hautement automatisé. La conception, la mise en service et l'entretien sont donc plus rapides et plus faciles.

Toutes ces simplifications conduisent naturellement à une réduction de la documentation et des coûts de formation.

Motion Control

De nombreuses informations sont disponibles pour les applications d'E/S courantes. Par contre, celles qui concernent les applications de motion control sont beaucoup moins nombreuses.

Eh bien, selon le point de vue des auteurs de la documentation technique, le motion control présente un grand intérêt en termes d'applications de motion control avancé qui doivent gérer des vitesses élevées et/ou des positionnements cycliques, ou des applications qui nécessitent généralement de nombreuses calculs d'interpolation et/ou des applications utilisant des engrenages et/ou des cames électriques.

D'un autre côté, bien que les fabricants et les fournisseurs de systèmes de motion control puissent proposer des applications aussi complexes, de nombreux utilisateurs recherchent simplement des applications faciles à concevoir. Et, comme IO-Link ne prend en charge que des cycles d'automatisation plutôt lents, il peut parfaitement répondre à ce besoin.

Dans de telles applications, les capteurs mesurent et contrôlent les valeurs et les paramètres de processus tels que les angles, les distances, les fréquences et les impulsions, les niveaux, les positions, les pressions, les nombres de rotation ou de coulissement, les vitesses linéaires ou de rotation, les températures, etc.

Les intervalles et les seuils de mesure doivent être définis de manière variable en fonction des différents lots de production. Si auparavant ces modifications étaient généralement effectuées manuellement (avec le risque d'avoir à gérer les erreurs humaines et les corrections), IO-Link vous permet de les paramétrer à distance. Le maître IO-Link est capable de reconnaître les capteurs, actionneurs et écrans connectés. Avant de démarrer la production, il vérifie les paramètres de configuration de tous les appareils. Bien qu'elles ne soient pas complexes en termes de vitesse ou d'interpolation, de nombreuses applications de motion control utilisent de nombreux paramètres. Et dans ce cas, la configuration dynamique de l'application est un réel avantage.

Le marché mondial des machines est soumis à de fortes tensions. La compétition est serrée ! Dans ce contexte, le jury est composé... des utilisateurs ! Et les utilisateurs se tournent vers ces solutions pour la fiabilité des machines et s'attendent à ce que ces machines puissent rapidement rentabiliser l'investissement.