Internet Industriel des Objets - Comment aller vers l’automatisation de votre usine

Les exigences d'automation d’une production augmentent constamment. Les conditions exigeantes en termes de qualité et de temps de cycle (toujours plus courts) signifient de plus en plus de mesure à acquérir et celles-ci doivent être traitées le plus rapidement possible. Afin de réduire la charge de travail de l'unité centrale de traitement, des solutions décentralisées dites intelligentes sont désormais employées, incluant les équipements industriels de mesure et d’essais. Mais vers quelle technologie s’orienter qui puisse mériter votre confiance ?

Les systèmes modernes d’acquisition de données doivent être très performants, flexibles, simples d’utilisation et faciles à intégrer dans l’environnement d’automation. D’autre part, les capteurs et les appareils de mesure sont des parties intégrantes de l'Internet Industriel des objets. Ils sont en quelque sorte la clef de voute pour améliorer l'efficacité d’une production. A partir des données acquises sur les composants testés mais aussi des usines et des systèmes d'essai, il est possible de créer des modèles dynamiques qui constitueront la base de l'optimisation.

Les machines anciennes sont remplacées et font place à de nouvelles technologies…
Sur la voie de l'Internet Industriel des Objets, les systèmes d'automation intelligents assurent les tâches importantes…
Les opérateurs sont impliqués dans le processus de fabrication, mais beaucoup plus en termes de surveillance et de contrôle vers un pouvoir de décision. (Toutes les photos ont été fournies par l’Université Technique de Darmstadt).

Certains critères jouent un rôle décisif pour choisir la bonne technologie de mesure destinée à l'automation de votre production :

Rapidité et Précision

Les systèmes d’acquisition de données sont désormais développés à une allure folle pour satisfaire les exigences imposées en acquisition de données industrielle : l'acquisition des données, le traitement ultérieur des données et leur transfert à un contrôleur de plus haut niveau sont effectués à des vitesses de plus en plus rapides. Des taux d’échantillonnage jusqu'à 19.2 kHz sont maintenant possibles pour toutes les voies de mesure. En même temps, les amplificateurs avec une résolution de 24 bit garantissent maintenant une extrême précision des données mesurées avec une classe d’exactitude de 0.05%.

Communication

La communication avec un PC ou une unité de contrôle pour la configuration et la visualisation des mesures se fait via un Ethernet rapide. De cette façon, les données de mesure peuvent être transférées jusqu'à 100Mbit/s. De plus, le système d’acquisition de données est équipé d'un port USB, qui peut être utilisé pour sauvegarder les configurations sur un disque  flash USB de manière à pouvoir les récupérer plus tard, pour la sauvegarde de l’appareil. Des unités périphériques comme les disques durs ou les lecteurs optiques peuvent également être raccordées et permettre de sauvegarder des données de qualité par exemple ou inclure les identifications des composants dans les données.

Flexibilité

La flexibilité est une des clefs : Le nombre de voies et le choix des interfaces dépendent de la tâche à faire. Par conséquent, les amplificateurs modernes se composent d'une unité centrale, qui peut être équipée de différentes cartes d’amplification enfichables pour répondre aux diverses et nombreuses demandes. Le premier slot est réservé pour une carte de communication qui permet l'intégration dans un système d'automation de plus haut niveau. Les slots restants sont alors disponibles pour recevoir les amplificateurs équipés chacun de  quatre voies et de cartes d’entrée-sortie.

HBM propose divers modules amplificateurs pour raccorder des jauges de contrainte, des entrées et sorties analogiques mais aussi des sorties numériques. Ceci permet le plus souvent l'acquisition des grandeurs physiques courantes comme : les forces, les couples, les pressions, les contraintes, les températures, etc. Tous les modules sont alimentés par l'unité centrale.

 

 

Intelligence

Dans les applications industrielles, les appareils de mesure et d’essai doivent s’intégrer sans problème avec les protocoles de communication des systèmes d'automation. Puisque les volumes de données et la vitesse d’acquisition requise ont considérablement augmentés ces dernières années, l’Ethernet Industriel est devenu de plus en plus populaire et usité comme  protocole de communication dans la technologie d'automatisation. Dans le passé, cela concernait les bus de terrain simples comme les bus CAN ou Profibus. Désormais et dans  l'avenir, les systèmes d’acquisition de données doivent soutenir les protocoles d’Ethernet en temps réel comme EtherCAT, Profinet ou Ethernet/IP, qui peuvent aussi transférer de grands volumes de données à des vitesses très élevées.

L'amplificateur peut déjà traiter les signaux mesurés en interne et les analyser en temps réel. Par conséquent, il peut aussi maintenant accomplir certaines des tâches qui étaient faites auparavant par le contrôleur, comme la mesure de valeurs moyennes, l'acquisition de valeurs crêtes et autres calculs mathématiques, aussi bien que les contrôleurs PID.

Les systèmes d’acquisition proposent aux utilisateurs des voies de mesure réelles mais également des voies de calculs virtuelles de calcul. À l'aide de processeurs de signaux  puissants, toutes les valeurs mesurées et les valeurs issues des voies de calcul peuvent être transmises aux machines et au contrôleur système en temps réel jusqu'à 10 kHz. Cette intelligence décentralisée des appareils de mesure est particulièrement vitale pour les applications avec un degré très élevé d'automation, afin de réduire la fréquence des pannes et la charge du système sur le contrôleur.


Pour quelles applications les systèmes de mesure décentralisés sont-ils particulièrement appropriés ?

Les applications typiques pour les systèmes de mesure décentralisés comme le PMX de HBM sont en production, par exemple dans la surveillance de presses. Les exemples vont des petites presses à poudre dans le cas de la fabrication de comprimés jusqu’aux grosses presses d’emboutissage de tôle utilisées dans l'industrie automobile. Ces systèmes sont également parfaits pour la surveillance d’assemblage de pièces (rivetage, soudage…).

L’importance et la complexité des machines et des usines nécessitent fréquemment une surveillance des paramètres machines importants. Les moyens de surveillance mis en place permettent de réduire au minimum les temps d’arrêt et donc de réduire aussi les coûts engagés par les arrêts de production. Une autre demande classique pour ces systèmes de mesure décentralisés est l’équipement de bancs d’essais servant à tester des composants complexes  pour déterminer leur capacité à fonctionner correctement, à supporter des charges mécaniques et leur aptitude au quotidien. Ici, aussi, l'Ethernet Industriel s'est affirmé ces dernières années. Il en va de même pour les bancs de test qualité qui surveillent la qualité des produits finis en fin de chaines de production. Le stockage des données dans une base de données impose également des conditions plus contraignantes à l'architecture de communication des appareils de mesure.

Système industriel PMX
Logiciel PMX

Commodité

Les opérateurs système, qui les utilisent tous les jours, savent combien les dispositifs intelligents sont pratiques. Maintenant, les amplificateurs modernes apportent également cette commodité dans le domaine de la mesure et du test avec des appareils de mesure disposant d’une technologie fonctionnelle et des logiciels intuitifs comme cela se faisait jusqu'ici pour les smartphones et des tablettes numériques. Les interfaces normalisées fournissent également un accès pratique à tous les paramètres du dispositif pour configurer, fonctionner et analyser, via n’importe quel terminal connectable à internet. Pour les utilisateurs, le résultat est une sécurité maximale de ses investissements et la viabilité de ses systèmes dans le futur mais aussi la possibilité de surveiller les applications via des terminaux mobiles ou le cloud.

Sur la route de l'IIoT

Les applications possibles vont simplement de l’utilisation du smartphone ou de la tablette pour avoir un affichage mobile des données provenant des instruments de mesure équipant  les bancs d'essai intelligents installés en réseau dans l’entreprise jusqu’à la surveillance à distance d’un parc éolien à l’aide d’Internet. Autant l’utilisateur peut afficher directement les données autant il peut recevoir des informations d’alerte en cas de problème et peut alors intervenir directement à distance sur la production pour l’arrêter ou démarrer un process. Avec ces technologies, les utilisateurs peuvent exploiter pleinement les avantages d’une production intelligente :

  • Décentralisation des systèmes de production qui se régulent et s'optimisent automatiquement
  • Production plus flexible pour la fabrication individuelle de produits différents, de tailles ou de complexité diverses, mais pas plus compliquée qu’une production en série
  • Processus de fabrication intelligents qui peuvent être centralisés, surveillés et adaptés
  • Maintenance préventive les machines et les robots en production
  • Génération de nouveaux modèles économiques orientés vers les services

Conclusion

En utilisant les technologies IIoT, les industries peuvent surmonter des défis mondiaux, répondre aux exigences clients toujours plus rigoureuses et développer des marchés dynamiques. En reliant les produits aux processus dans un réseau intelligent et en rendant les données transparentes et disponibles en temps réel, les bases fondamentales sont jetées pour une bonne maîtrise d’une production décentralisée. Cela permet une plus grande flexibilité de la production et améliore donc la compétitivité. Les taux d’échantillonnage élevés, la transmission rapide des données et l'intelligence intégrée (avec processeurs de signaux numériques DSP et CPU) nous aident à supporter l’énorme fardeau lié à l’automation de haut  niveau. Les appareils de mesure modernes font face à ces exigences en environnement industriel.

La communication via les protocoles Ethernet Industriel temps réel avec transmission de gros volumes de données joue aussi un rôle de plus en plus grand. L’appareil PMX est un système d’acquisition de données qui répond à toutes ces exigences et il est donc approprié pour réaliser une grande variété de tâches dans le domaine des essais et des  mesures industrielles dans le cadre du développement et de la fabrication de produits divers. Dans le cadre de la documentation, un protocole d’étalonnage DAkks (Accréditation Nationale en République Fédérale Allemande) de chaque carte d’amplification est fourni et stocké dans le PMX.