Les dispositifs E/S à distance optimisent les systèmes de contrôle d'automatisation

Les systèmes d'automatisation industrielle et d'usine doivent connecter de manière fiable les opérateurs humains, les machines, les ordinateurs et les capteurs via des liaisons de communication. Ce processus débute généralement par des matières premières qui avancent tout au long d'une série de postes de travail où un produit est formé, mesuré, calibré, inspecté, emballé et expédié, le tout sous le contrôle d'un système d'automatisation d'usine.

Ces systèmes commencent par des architectures de contrôle et d'acquisition de données (SCADA), où des ordinateurs et des systèmes de communication en réseau assurent une supervision et un contrôle de haut niveau des processus de production. Les systèmes SCADA sont souvent situés à distance des installations de production réelles, et le fonctionnement à distance est généralement assuré par des services de données cloud (CDS), qui fournissent des liaisons de données et une interopérabilité de groupe.

Les systèmes SCADA gèrent et surveillent les performances de l'usine en contrôlant les machines par le biais d'automates programmables (PLC) locaux et en recevant des informations via des capteurs en réseau qui guident leur travail. Les automates programmables communiquent avec les machines ou l'usine de traitement. Les composants d'entrée/sortie (E/S) à distance constituent le pilier des communications de l'usine automatisée, comme illustré à la Figure 1.

Figure 1 : Les composants E/S à distance constituent le système nerveux d'une usine automatisée moderne. (Source de l'image : Banner Engineering)

Des capteurs et des actionneurs discrets surveillent et contrôlent les opérations locales. Leurs signaux sont reliés à l'aide de concentrateurs appropriés et envoyés au maître pour un traitement local avant d'être envoyés au système SCADA.

Bus de données industriels

Les machines automatisées peuvent utiliser de nombreux capteurs ou actionneurs, mais leur connexion directe à la salle de contrôle entraînerait la pose de câbles volumineux et coûteux. Pour éviter cette situation, les concepteurs ont développé plusieurs bus de capteurs afin de consolider ces connexions. Modbus et IO-Link sont deux réseaux largement utilisés (Figure 2).

Figure 2 : Les réseaux IO-Link et Modbus réduisent le nombre de fils utilisés dans une machine automatisée et permettent d'utiliser des assemblages de câbles standardisés. (Source de l'image : Banner Engineering)

Les réseaux réduisent le nombre de fils acheminés vers la salle de contrôle grâce à des concentrateurs et des contrôleurs. Ils permettent également d'utiliser des assemblages de câbles standardisés, ce qui réduit les coûts de câblage et de maintenance.

Banner Engineering conçoit des blocs E/S à distance qui aident les concepteurs de machines automatisées à améliorer l'architecture de leur système de contrôle. L'entreprise propose des produits qui réduisent la complexité du câblage en combinant plusieurs signaux en un flux de données intégré, ce qui permet de réduire les coûts d'installation, d'intégration et de diagnostic.

Exemples de blocs E/S à distance

Le contrôleur programmable DXMR90-X1 de Banner Engineering (Figure 3) est doté de sept ports E/S et combine des données provenant de plusieurs sources, assurant ainsi un traitement local avant d'envoyer les données au système SCADA. Ce contrôleur peut collecter des données provenant de divers capteurs et les convertir en protocoles Ethernet standard. Les sept ports incluent quatre maîtres Modbus individuels, prenant en charge jusqu'à quatre réseaux indépendants. Le dispositif peut déployer des données de dispositifs esclaves Modbus vers des réseaux EtherNet/IP, Modbus TCP ou PROFINET. Le contrôleur est alimenté par une source de 12 volts CC (VCC) à 30 VCC, avec une consommation de 120 milliampères (mA) à 12 V, et utilise des voyants LED pour signaler son état.

Figure 3 : Le contrôleur DXMR90-X1 est doté de sept ports E/S. (Source de l'image : Banner Engineering)

Fourni en boîtier compact, le contrôleur bénéficie d'un indice de protection IP67, ce qui signifie qu'il est étanche à la poussière et protégé contre une immersion de courte durée dans l'eau. Il est conçu pour fonctionner sur une plage de températures de -40°C à +70°C.

Le contrôleur DXMR90-X1 utilise des connecteurs M12 standard, avec un seul port M12 mâle (Port 0) pour l'alimentation et les connexions Modbus RS-485, et un seul port M12 femelle pour la connexion en chaîne des connexions du Port 0. Il y a également quatre ports M12 femelles pour les connexions maîtres Modbus et un connecteur Ethernet M12 D-Code femelle.

Le contrôleur est couplé à des capteurs à distance via un concentrateur. Le concentrateur IO-Link à huit ports R95C-8B21-KQ de Banner Engineering (Figure 4) offre un moyen aisé de connecter des dispositifs non IO-Link à un système IO-Link. Il connecte deux canaux discrets aux huit ports de connecteur M12 à quatre broches, qui peuvent être configurés comme 16 entrées ou comme 8 entrées et 8 sorties. Les données provenant des canaux sont connectées à un maître IO-Link.

Figure 4 : Le concentrateur à huit ports R95C-8B21-KQ prend en charge les sorties NPN et PNP. Des voyants LED signalent l'activité des ports et le statut IO-Link. (Source de l'image : Banner Engineering)

Deux broches E/S configurables par port prennent en charge les sorties PNP (source) ou NPN (réception). Des voyants LED indiquant l'activité des ports sont placés de chaque côté pour une plus grande flexibilité de montage. Le concentrateur prend également en charge la mise en miroir de l'hôte, où un signal discret d'entrée ou de sortie du port sélectionné peut être acheminé vers l'automate programmable ou la connexion hôte.

Le concentrateur est répertorié pour fonctionner de 18 VCC à 30 VCC, avec une consommation de courant maximum de 400 mA. Il peut fournir un courant intermédiaire atteignant 500 mA par port et il est protégé contre la polarité inverse et les transitoires de puissance.

Conditionné dans un boîtier robuste en laiton nickelé et en PVC, le concentrateur est certifié IP65, IP67 et IP68 pour une utilisation en intérieur uniquement.

Les signaux analogiques sont antérieurs à l'automatisation, mais comme de nombreux capteurs les utilisent encore comme sorties, ils doivent être convertis aux protocoles Modbus ou IO-Link. Le convertisseur à 2 ports R45C-2K-MQ de Banner Engineering lit deux signaux analogiques sous forme de tension ou de courant et les transmet dans un protocole Modbus. Les entrées analogiques sont réalisées via deux connecteurs femelles M12, tandis que la sortie se fait via un connecteur mâle M12 à cinq broches. Des LED indiquent l'état des entrées et des sorties. Le convertisseur R45C-2K-MQ est alimenté par une source de 18 VCC à 30 VCC, avec une consommation de courant maximum de 4 ampères (A) à 24 V. Il fonctionne sur une plage de températures de -40°C à +70°C et il est répertorié IP65, IP67 et IP68 pour une utilisation en intérieur uniquement.

Les convertisseurs de données peuvent également recevoir des commandes numériques du contrôleur maître et produire une tension analogique pour des dispositifs tels que des actionneurs pneumatiques, des solénoïdes ou des démarreurs de moteurs. Le convertisseur peut être placé près du dispositif contrôlé, ce qui minimise les pertes de signaux analogiques et les interférences électromagnétiques. Le convertisseur R45C-K-UQ de Banner Engineering (Figure 5) permet aux concepteurs d'automatisation de produire une valeur analogique de tension ou de courant en envoyant la valeur analogique numérale depuis le maître IO-Link. Le convertisseur présente une plage de tensions de sortie de 0 V à 11 V et une plage de courants de sortie de 0 mA à 24 mA.

Figure 5 : Un convertisseur IO-Link vers sortie analogique produit une sortie en courant ou en tension contrôlée par le maître IO-Link. (Source de l'image : Banner Engineering)

Comme les autres dispositifs E/S à distance de Banner Engineering, il est répertorié IP65, IP67 et IP68, avec une plage de températures de fonctionnement de -40°C à +70°C. Il peut être alimenté par une source de 18 VCC à 30 VCC, ne consommant que 50 mA, et peut transmettre une puissance jusqu'à un courant maximum de 4 A. La connectivité au maître IO-Link se fait via un connecteur mâle M12 à quatre broches traditionnel. La sortie analogique utilise un connecteur M12 femelle à quatre broches.

Conclusion

Les blocs E/S à distance de Banner Engineering aident les concepteurs d'automatisation à optimiser le déploiement des systèmes de contrôle. La prise en charge de plusieurs protocoles réduit le nombre de fils et les coûts d'installation, tandis que la programmabilité embarquée offre une flexibilité de conception et facilite l'intégration du système.