Numérisation simple avec CPX-AP-I

Un fabricant de pièces en plastique utilise un nouveau système E/S à distance CPX API-I

La numérisation consiste à adapter les machines à l’avenir. Cependant, ce n’est pas toujours évident avec les divers protocoles de communication et les options de commande. Comment faire en sorte que tous les composants puissent (continuer à) communiquer entre eux et avec le système d’exploitation supérieur sans revoir la topologie ? Festo propose comme solution sa plateforme d’automatisation CPX-AP-I à E/S décentralisées.

Avec cette solution, un fabricant de machines peut aisément adapter ou étendre de manière modulaire ses futurs concepts avec une plateforme d’automatisation unique, sans modifier la structure d’origine. Et le caractère modulaire permet d’économiser 5% sur le hardware.

Un fabricant de machines a récemment intégré la plateforme CPX-AP-I dans un concept de machine qui réalise la finition de pièces en plastique. Il s’agit souvent de pièces préformées, relativement longues et étroites, dans lesquelles des évidements sont effectués par poinçonnage. Le fonctionnement est pneumatique. Comme les pièces n’ont pas toujours la même épaisseur, qu’elles sont parfois constituées de différents plastiques et qu’elles diffèrent en forme, les pressions pneumatiques utiles doivent être réglées selon chaque produit et évidement. Initialement, cela se faisait via des régulateurs de pression pilotés par le PLC.

La commande centralisée est décentralisée

Le concept inhérent à la machine présentait quelques inconvénients qui étaient liés à la commande centrale des unités de poinçonnage pneumatiques. A cet égard, huit régulateurs proportionnels sont intégrés dans l’ilot de distribution hébergé dans l’armoire de commande. Quatre mouvements de poinçonnage sont réalisés à une distance relativement courte de l’ilot de distribution – 3 à 5 mètres – et les quatre autres ont lieu de l’autre côté de la machine. Pour ces quatre unités de poinçonnage, il fallait déployer, depuis l’armoire de commande, des câbles et des tuyaux à air comprimé d’une longueur de 10 à 12 mètres. Outre le fait que cela exigeait assez bien de matériel et de temps de montage, la commande des quatre unités de poinçonnage arrière était moins précise, et le temps de cycle était plus long.

Lorsque le fabricant de machines a reçu la mission de construire quatre machines similaires, il s’est tourné vers Festo – son partenaire technique – pour étudier ensemble les options offertes par les nouvelles technologies : sont-elles plus rapides, meilleures, plus durables, moins chères ? A l’issue de l’entrevue, la nouvelle plateforme CPX-AP-I a été proposée comme solution potentielle pour la commande décentralisée des unités de poinçonnage, et pour rendre la machine évolutive. Mais les avantages étaient plus nombreux.

Le système E/S décentralisé

Revenons d’abord au fonctionnement de la plateforme CPX-AP-I pour bien comprendre les avantages. Ce nouveau système E/S décentralisé a été développé pour connecter les modules E/S et les ilots de distribution sur le terrain. Le système est facile à intégrer dans les principaux systèmes PLC via les bus de terrain courants, sans devoir doter les composants individuels d’un nœud de bus de terrain. Il est également possible d’intégrer IO-Link, chaque composant IO-Link peut alors être aisément connecté, et tous les avantages associés sont immédiatement disponibles. La structure d’un tel système est illustrée dans l’illustration ci-dessous.

Digitalisation simple avec CPX-AP-I

Les ilots de distribution et les maîtres I/O link sont directement intégrables dans le système de commande global (PLC), quel que soit le réseau utilisé pour l’automatisation industrielle, donc tant les modules électriques que pneumatiques, et le support des bus de terrain connus. En d’autres termes : il ne faut plus lier/intégrer les ilots de distribution via un maître IO-link ; ils sont directement commandés par le bus AP, ce qui est intéressant au niveau des performances, en termes de fiabilité et de rendement. De plus, des économies sont réalisées sur le nombre de nœuds de bus ou de composants.

Un concept modulaire dans un environnement familier

La plateforme CPX AP-I permet donc de réaliser un concept modulaire et évolutif. L’ajout ou la suppression de fonctionnalités, de modules ou autres a lieu sans devoir adapter la topologie existante. Modifier un système de bus est aussi possible en adaptant le nœud de bus. La ‘Bill of Materials’ (BOM) et l’architecture d’exploitation sont totalement préservées. Par ailleurs,le fabricant de machines peut continuer à programmer dans son environnement familier et n’est aucunement gêné par le fait que le système E/S fonctionne avec un système de bus prioritaire. Il n’est pas non plus limité en nombre car jusqu’à cinq cents modules en topologie en ligne, en étoile et arborescente peuvent être couplés.

Prêt pour la numérisation à l’ère d’Industrie 4.0

Outre la simplicité d’intégration des composants CPX AP-I, les données sont envoyées sur le cloud. Cette opportunité typique cadre avec la ‘smart industry’ et les usines intelligentes entièrement automatisées. Les diverses données, comme un court-circuit, des événements IO-link, le nombre de commutations, la qualité de câble, la température, la tension, les heures de fonctionnement, etc., sont collectées en un point central. Elles peuvent être ensuite analysées et converties en de l’information précieuse dans le cadre d’une optimisation, de calculs de coûts ou d’une maintenance intelligente. Il est possible de surveiller les différents modules et les canaux et de prévoir une alarme si une défaillance menace de se produire. Enfin, un plan de maintenance efficace peut être élaboré et des mesures peuvent être entreprises dans le domaine de la maintenance prédictive.


Mise en oeuvre dans la pratique

Revenons à notre fabricant de machines qui, sur les conseils de Festo, s’est donc tourné vers la plateforme CPX AP-I et a découvert tous les avantages de ses propres yeux. Par le concept décentralisé, le groupe des huit régulateurs de pression proportionnels est réparti en deux groupes de quatre. Le second groupe, placé de l’autre côté de la machine, est plus proche des unités de poinçonnage. Cela a permis d’économiser du temps de montage et du matériel, un gain de coûts de 5% a été réalisé lors de la construction des quatre machines. Le fabricant a également pu proposer une communication ultra rapide à son client, pour tous les modules n’utilisant pas IO-Link. On peut citer les chiffres impressionnants de 200 MBaud et des temps de cycles jusqu’à 250 µs. Comme deux câbles séparés sont utilisés pour la communication et la tension d’alimentation, il est possible de travailler avec des zones de tension. Enfin, le fabricant est soulagé de pouvoir garder sa topologie existante. Il peut facilement intégrer des ilots de distribution sans avoir besoin de nœuds de bus supplémentaires ou de maîtres IO-Link. Le nombre de modules d’interface reste limité du fait du nombre élevé de composants pouvant être couplés à un module de bus CPX AP-I.

Prêt pour l’avenir

Les machines ont entretemps été livrées et fonctionnent comme souhaité. Tellement bien d’ailleurs que le nouveau système E/S à distance est devenu la norme chez le fabricant de machines, pour toutes les machines qui seront développées et construites dans l’avenir. Ce n’est que lorsque les clients demanderont explicitement d’autres spécifications que d’autres systèmes seront utilisés, qu’ils soient destinés à l’automobile, aux machines d’emballage ou autres. « C’est ce que nous avions besoin » fut le verdict final du fabricant de machines (heureux).

février 2021

Vue d'ensemble