Utiliser des modules renforcés pour rapprocher les E/S industrielles des machines

Lorsque j'ai commencé à travailler sur les systèmes de contrôle, les entrées/sorties (E/S) étaient généralement centralisées dans quelques armoires de commande. Cela pouvait suffire à l'ère analogique (eh oui, je trahis mon âge), mais les systèmes de contrôle modernes doivent gérer davantage de points d'extrémité dans des environnements de plus en plus diversifiés. C'est pourquoi de nombreux concepteurs se tournent vers les E/S à distance montées sur machine.

Fonctionnement des E/S à distance montées sur machine

Comme son nom l'indique, cette approche consiste à déplacer les modules d'E/S de l'armoire de commande pour les monter sur ou à proximité des capteurs et des actionneurs auxquels ils se connectent. Ces modules d'E/S distribuées offrent plusieurs avantages intéressants :

• Réduction des coûts de câblage : les E/S montées sur machine réduisent le besoin d'un câblage long et complexe, ce qui permet de réduire les coûts de matériel et de main-d'œuvre.
• Gain d'espace : des armoires de commande plus petites permettent d'intégrer plus d'E/S dans des environnements à espace restreint.
• Prise en charge de l'Industrie 4.0 : ces modules permettent la collecte de données et le diagnostic en temps réel pour des dispositifs qui étaient autrefois de simples capteurs et actionneurs.

Comme les E/S à distance montées sur machine ne bénéficient pas de la protection d'une armoire, elles doivent être renforcées pour résister aux environnements difficiles. La nouvelle série ADAM-200PN d'Advantech démontre comment cela est réalisé :

• Conception renforcée : les modules sont répertoriés IP67 pour une résistance à la poussière et à la pénétration d'eau. Ils fonctionnent sur une plage de températures de -40°C à +60°C et sont conçus pour les environnements industriels et de transports exigeants. Ils sont conformes à la norme EN 50155 et ont subi des tests de vibrations/chocs pour les applications exposées à de fortes vibrations.
• Connecteurs M12 : les modules prennent en charge les connecteurs M12 à verrouillage rapide par vis et push-pull pour une installation rapide et sûre. Les connecteurs codés D, A et L garantissent l'utilisation des câbles appropriés pour la connectivité réseau, les E/S et l'alimentation, respectivement.
• Options de montage multiples : le montage frontal, latéral et direct sur la machine est possible pour une installation sans armoire.

L'ADAM-250PN-A (Figure 1) est le premier modèle de la série ADAM‑200PN. Il comporte 16 canaux d'E/S numériques configurables, avec prise en charge des entrées numériques (réception) CEI 61131-2 de type 3 et des sorties numériques (source) à réponse rapide pour une signalisation industrielle fiable. Pour la connectivité réseau, le module offre un support natif pour PROFINET et Modbus/TCP, garantissant la compatibilité avec une large gamme de contrôleurs Ethernet industriels.

Figure 1 : L'ADAM-250PN-A fournit deux ports Ethernet et d'alimentation et 16 canaux d'E/S, tous via des connecteurs M12. (Source de l'image : Advantech)

Comment l'ADAM-250PN-A prend en charge les E/S distribuées à grande échelle

L'une des principales caractéristiques de l'ADAM-250PN-A est sa compatibilité avec la connexion en chaîne (Figure 2). Le module dispose de deux ports Ethernet et d'un commutateur intégré, permettant de connecter plusieurs modules en série. Cela permet de réduire considérablement le câblage par rapport à une topologie en étoile, dans laquelle chaque module requiert son propre câble de retour à l'armoire de commande.

Figure 2 : Les connexions Ethernet et d'alimentation en chaîne permettent de placer plusieurs modules d'E/S distribuées à proximité des dispositifs de terrain tout en réduisant le câblage vers l'armoire de commande. (Source de l'image : Advantech)

L'alimentation peut également être connectée en chaîne à l'aide des ports d'E/S d'alimentation de 24 VCC du module, sous réserve des considérations normales de bilan de puissance et de chute de tension.

Le module alimente également les capteurs, les actionneurs et les codeurs à partir de chaque port d'E/S, en deux domaines d'alimentation : U_S pour l'alimentation du système et des capteurs, et U_A pour l'alimentation des actionneurs et des charges. Cela simplifie davantage le câblage en réduisant le besoin d'alimentations locales séparées. La partie U_S peut délivrer jusqu'à 0,5 A par canal. La partie U_A peut fournir jusqu'à 2 A par canal, ce qui permet au module de commander directement des dispositifs tels que des électrovannes, des contacteurs CC et des voyants lumineux.

En outre, le module fournit des diagnostics d'E/S et d'alimentation, une indication d'état par LED et un comportement de sortie configurable en cas de défaillance du contrôleur. Ces fonctionnalités sont importantes dans les systèmes distribués, car les défaillances ne sont plus concentrées dans une seule armoire. Mais les techniciens ont besoin d'indicateurs locaux et réseau visibles pour identifier rapidement les problèmes de câblage, d'alimentation et de canaux.

Applications bénéficiant d'E/S montées sur machine

Grâce à sa capacité de connexion en chaîne, l'ADAM-250PN-A est particulièrement adapté aux déploiements où les capteurs et les actionneurs sont répartis sur de vastes sites. Les éoliennes et autres équipements d'énergie renouvelable sont de bons exemples, car ces installations à grande échelle peuvent bénéficier d'une réduction significative de la complexité du câblage.

Grâce à l'utilisation de connecteurs M12, les modules constituent un bon choix pour les équipements qui sont fréquemment reconfigurés ou déplacés, car ils permettent une connexion et une déconnexion rapides. Les exemples incluent les systèmes de manutention extérieure, les grues portuaires et l'automatisation des ports.

Même lorsqu'il est installé dans une armoire, l'ADAM-250PN-A continue d'offrir des avantages grâce à sa conception robuste. Par exemple, comme le module d'E/S ne requiert pas un environnement propre, sec et exempt de vibrations, les concepteurs peuvent réduire certaines des exigences liées à l'armoire. Il s'agit d'une considération importante pour des environnements tels que les zones adjacentes aux voies ferrées et les zones de lavage dans l'industrie agroalimentaire.

Conclusion

Contrairement à ce qui se passait dans ma jeunesse, les concepteurs de systèmes de contrôle et d'automatisation d'aujourd'hui ne sont plus limités à d'imposantes armoires de commande avec des câbles provenant de chaque capteur et actionneur. Les modules d'E/S montés sur machine, tels que l'ADAM-250PN-A renforcé d'Advantech, peuvent simplifier le câblage, permettre des installations plus flexibles et rapprocher la connectivité Ethernet industrielle de la machine.