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LES CAPTEURS, À L’AVANT-GARDE DE L’INDUSTRIE 4.0

Les capteurs ne sont plus seulement des sentinelles qui, ici ou
là, contrôlent tel paramètre, afin de déclencher une alerte en cas
d’incident. Ils jouent un rôle de plus en plus prépondérant dans
la chaîne d’automatisation qui est au cœur de l’usine connectée.

De plus en plus intelligents, les capteurs permettent aux équipements de production comme les machines de
fabrication, les robots, etc., de se configurer,
de se contrôler, de se gérer et de s’optimiser
eux-mêmes. La précision mais aussi, la fiabilité
des données issues des capteurs sont plus que
jamais indispensables.

Dans la plupart des installations actuelles, un
capteur est associé à un point précis du
processus de fabrication qu’il s’agisse d’un
usinage, d’un assemblage de pièces ou de
composants, ou d’une étape précise dans un
procédé de fabrication continue. Dans pareil
cas, des informations sont envoyées, soit en
continu, soit à intervalles déterminés, vers un
automate industriel ou un logiciel de
supervision, afin de déclencher une action
adaptative, corrective ou de changement
d’état (ex. : arrêt d’une cellule sur détection
d’une ouverture de volet de sécurité). Pour
efficace qu’elle soit, cette approche laisse
l’appareil de production à l’état d’assemblage
d’une succession d’îlots indépendants.

Dans l’usine 4.0 en revanche, il s’agit de se
donner les moyens de disposer d’une image
globale de l’état de santé de l’appareil de
production. A cette fin, il convient d’intégrer
toutes les données caractéristiques ou
critiques, pour les soumettre à des algorithmes
permettant de détecter des anomalies ou de
synthétiser des tendances, dans le but de
faciliter une prise de décision par un opérateur
ou le déclenchement automatique d’une action
sur telle ou telle cellule.

FLUIDIFIER LA
CIRCULATION DES
DONNÉES

Pour qu’un capteur reporte à une application
d’automatisation, il suffit le plus souvent
d’installer une liaison directe vers un module
d’entrée analogique ou numérique, relié directement à un automate ou un PC industriel.
Une telle installation suffit à rendre de précieux
services dans l’industrie telle qu’elle existe
aujourd’hui.

L’Industrie du Futur en revanche, vise à
permettre la mise en commun de toutes les
données produites par une installation, pour
croiser les informations afin de favoriser
l’émergence de nouvelles pratiques. En effet,
l’analyse en temps réel d‘informations
directement collectées sur des machines
devrait permettre la détection d’anomalies ou
la probabilité d’un incident imminent dans le
cadre d’une maintenance devenant prédictive.

Au plus près des équipements, les capteurs et
les détecteurs d’états sont les terminaisons
nerveuses de l’Internet industriel des objets
(IIoT). Pour que le croisement des informations
ouvre de nouveaux niveaux de connaissance
du fonctionnement des équipements au cours
du cycle de vie de l’installation, il faut que
toutes les données élémentaires qui la
concerne, puissent être regroupées en datamasses (Big Data). En conséquence, les données provenant des
capteurs ne doivent plus disparaître après leur exploitation immédiate
par un automate ou un logiciel de contrôle-commande. Elles doivent
remonter jusqu’à un serveur pour y être stockées, comparées ou
croisées afin de produire des analyses, non plus basées sur quelques
valeurs discrètes mais sur un échantillon aussi large que possible.

DES RÉSEAUX ET
DES GRAPPES

Pour constituer un Internet des objets utilisés dans l’industrie, il faut
que tous ces éléments soient reliés directement ou au moins,
indirectement à un réseau IP. A cette fin, il existe différentes approches.

L’une d’elle consiste à utiliser les automates et les PC industriels en tant
que relais. Les données ainsi collectées et stockées temporairement au
plus près des machines et des robots, peuvent ensuite être
périodiquement collectées par un système chargé de concentrer par
exemple, toutes les données d’un site. L’un des avantages de ce mode
de collecte réside dans la possibilité d’exploiter l’infrastructure
existante presque sans y apporter de changements. En effet, les
automates et les PC industriels sont déjà souvent reliés à un dispositif
de contrôle central au travers d’un réseau Ethernet classique ou
industriel (Profinet, Ethernet/IP, Modbus/TCP, PowerLink, EtherCAT…).

Ce centre de commande peut évoluer pour collecter les données en
masse, le plus souvent sans rien changer à ce qui se trouve en aval. Le
défaut de cette solution réside essentiellement dans le délai qui
s’écoule entre l’instant où la donnée sera produite et celui où elle sera
prise en compte dans les analyses permettant d’optimiser l’installation.

Une autre solution consiste à s’appuyer sur une liaison spécialement
adaptée à l’exploitation des capteurs, des détecteurs et des
actionneurs. On rejoint ici, le monde des bus de terrain qui présente
des limitations lorsqu’on le compare aux réseaux basés sur Ethernet.

Les bus de terrain ont souvent des capacités d’adressage peu
extensibles et qui se comptent en dizaines de terminaisons. Or, les
installations industrielles tendent à concentrer un nombre sans cesse
croissant de capteurs et de détecteurs. Cette extension du nombre de
composants qu’il faut être en mesure de configurer et de surveiller,
impose de rechercher une solution de gestion intelligence du parc de
composants en service.

A ce titre, c’est la technologie IO-Link qui a pris une nette longueur
d’avance. Les équipements qui implémentent cette technologie sont
directement administrés par le maître IO-Link dont ils dépendent.
Qu’un capteur flanche, et son remplaçant reçoit automatiquement ses
paramètres de fonctionnement du maître IO-Link lors de sa mise en
service. Mieux, les opérateurs peuvent reconfigurer toute une
installation à partir d’un point central, ce qui permet par exemple, de
rendre l’appareil de production plus flexible. On dernière tendance dans
ce domaine consiste à envoyer vers le capteur une véritable
application qui va lui permettre de remplir une fonction de manière
autonome.

IO-link est aussi une technologie qui s’intègre sans difficulté avec les
réseaux industriels basés sur la norme Ethernet. Certains maîtres
IO-Link intègrent même une voie en Y qui dans le même temps,
permet de renvoyer la donnée issue d’un capteur vers l’automate
déterministe qui gère l’application, tout en l’acheminant vers un
système de collecte supérieur. L’avantage est ici, la réduction du délai
de mise à disposition de l’information transmise au système d’analyse.

Une dernière approche consiste à exploiter des capteurs et des
détecteurs équipés d’une interface Ethernet adaptée à l’infrastructure
en place. Il s’agit le plus souvent d’équipements qui produisent un
volume de données important comme par exemple, les caméras
industrielles. Un réseau Ethernet pourra absorber des successions
d’images fixes à un rythme soutenu mais il faudra avoir recours à des
liaisons spécialisées telles que GigE Vision – une connexion Gigabit
Ethernet dédiée – pour transporter des flux vidéo HD en temps réel.

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