Lors du passage à l'industrie 4.0, il faut, entre autres, générer une représentation numérique de l’installation afin d’analyser et d'optimiser les processus. Les nombreux capteurs déjà installés pour le contrôle des machines servent de sources d'informations. Grâce à la technologie IO-Link, ces capteurs fournissent bien plus de données que des simples signaux de commutation TOR ou des valeurs analogiques. La société Starrag Technology GmbH à Bielefeld en Allemagne construit des machines-outils qu'elle équipe avec de nombreux capteurs IO-Link d'ifm electronic.
Le centre d'usinage à portique de la série FOGS de Starrag Technology GmbH est une machine présentant ces caractéristiques. Elle est utilisée dans la construction mécanique, dans l'industrie aéronautique ou dans l'industrie automobile, pour y produire, par exemple, des outils de presse pour la production de carrosseries (éléments d'habillage). L'installation visible sur la photo sert dans l'industrie aéronautique à usiner des éléments du train d’atterrissage, et plus précisément les pieds d'atterrissage.
Pour ces machines-outils complexes, la surveillance de tous les fluides et états (par ex. réfrigérants et lubrifiants, l'hydraulique, la température de la machine) à l'aide de capteurs est essentielle. Dans un process de fabrication entièrement automatisé, l'utilisation optimale des outils n'est possible que si les températures des fluides, les valeurs de pression et les débits ne dépassent pas les très faibles tolérances permises.
IO-Link est une interface numérique fiable basée sur des signaux à une tension de 24 V pour une communication bidirectionnelle avec le système de commande via la ligne de capteurs normale, comme alternative aux signaux de commutation. Les capteurs transmettent, via IO-Link, des valeurs mesurées et des informations de diagnostic numériques au maître IO-Link (par ex. un module E/S, une passerelle ou une API équipée de ports IO-Link). Leur raccordement se fait par des connecteurs M12 standards. Les câbles blindés ainsi que les mises à la terre associées ne sont plus nécessaires.
La société Starrag Technology GmbH a opté pour les capteurs de fluides d'ifm electronic. Et pour cause : le spécialiste de capteurs propose la plus grande gamme de capteurs process avec IO-Link.
Un grand avantage d'IO-Link est la possibilité de charger toutes les données de paramétrage nécessaires sur le capteur via le câble de raccordement IO-Link. Les données de paramétrage du capteur (par ex. seuils de commutation, hystérésis de commutation, couleur de l'affichage) peuvent être transmises du système de commande vers le capteur IO-Link soit une seule fois, au moment de la mise en service, soit en fonction des différentes situations pendant le fonctionnement. Les avantages pour le client : Pendant la phase de mise en service d'une machine, les paramètres du capteur précédemment configurés peuvent être transmis au capteur rapidement, facilement et avec une grande fiabilité. Pendant le processus d'usinage (par exemple en cas de petits lots), différents jeux de paramètres pour différents produits peuvent être appliqués individuellement au capteur si nécessaire grâce à la technologie IO-Link. De plus, grâce au paramétrage via le système de commande, des optimisations ultérieures des process peuvent être facilement effectuées via IO-Link et par télémaintenance. Cela démontre qu’IO-Link est une technologie de base pour les applications Industrie 4.0.
Allant de pair avec le paramétrage du capteur via le système de commande, IO-Link offre à partir de la version 1.1 un double stockage automatisé des données de paramétrage du capteur : et dans l'appareil et dans le maître IO-Link. Dietmar Wallenstein, directeur des services de construction électrique et mise en service chez Starrag Technology, explique : « Un grand avantage d'IO-Link est la sauvegarde automatique des données du capteur en arrière-plan. Chaque capteur (Device) transmet automatiquement ses paramétrages au maître IO-Link où ils sont alors copiés pour une sauvegarde backup. Dès qu'un capteur est remplacé, un échange de données est automatiquement réalisé avec le nouvel appareil. Les données de paramètres sont alors transmises automatiquement du maître IO-Link à l'appareil IO-Link. Ceci simplifie considérablement le remplacement d'un capteur et réduit nettement le temps d'arrêt des machines en cas de défaut. De plus, cela facilite énormément le travail du personnel de service et de maintenance. »
Les capteurs mal paramétrés font donc partie du passé. Le remplacement des capteurs ne devient alors plus qu'un simple montage mécanique. Le client peut lui-même effectuer le remplacement. Le personnel de maintenance n'a pas besoin de compétences en paramétrage de capteurs car ce dernier s'effectue automatiquement en arrière-plan. Les interventions dues aux pannes peuvent alors s'effectuer de manière nettement plus rapide et fiable. Cela réduit les coûts.
Jusqu'à présent, les signaux analogiques des capteurs sont numérisés via un convertisseur A/N et mis à l'échelle dans l'API. Ceci peut entraîner l’inexactitude de la valeur mesurée.
En revanche, IO-Link transmet numériquement les valeurs mesurées du capteur au système de commande. Il n'y a plus de transmission défectueuse de signaux analogiques et leur conversion est devenue superflue. Les valeurs mesurées transmises numériquement peuvent directement être visualisées au poste de commande. De ce fait, la valeur transmise correspond toujours exactement à la valeur mesurée. Il n'y a plus d’écarts entre l'affichage sur site et la valeur déterminée par un signal analogique dans l'API. Avec IO-Link, d'éventuelles influences parasites sur le signal analogique, causées par ex. par des champs électromagnétiques, font également partie du passé.
Les capteurs de process modernes d'ifm fournissent souvent bien plus qu'une seule valeur mesurée, comme le confirme Dietmar Wallenstein : « Souvent, un capteur traite plus qu'une seule valeur physique. Ainsi, outre le débit ou la pression, il est par exemple également possible de lire la température du fluide via IO-Link ce qui, auparavant, n'était possible qu'en utilisant deux capteurs. » Cela représente une économie d'argent au niveau du matériel, du câblage et du montage, car il n'y a plus besoin que d'un seul capteur au lieu de deux ce qui, par conséquent, ne nécessite plus qu'un seul emplacement pour le montage.
En plus des données process, le capteur IO-Link peut également fournir des données de diagnostic par rapport à l'état de l'appareil lui-même. Exemple : Le capteur de niveau détecte des dépôts critiques qu'il indique ensuite au système de commande. Les détecteurs optoélectroniques détectent eux-mêmes des salissures au niveau de la lentille et les signalent automatiquement. Les capteurs de pression sauvegardent des chutes de pression minimales et des pics de pression maximales survenant dans le process et totalisent le nombre de dépassements vers le haut ou vers le bas - une fonctionnalité supplémentaire qui apporte un soutien décisif à l'utilisateur au niveau de la maintenance préventive conditionnelle. Ces informations d'état étendues réduisent les temps d'arrêt coûteux tout en augmentant la sécurité du process.
Par la mise en œuvre d'IO-Link, les capteurs et détecteurs apportent une valeur ajoutée considérable. Dietmar Wallenstein résume les avantages pour la société Starrag Technology ainsi :
« Aujourd'hui, tout le monde parle de l'industrie 4.0 et, naturellement, nous à la Starrag nous en tenons compte. Dans la construction de machines, l'industrie 4.0 signifie, entre autres, la transformation numérique de la machine. C'est pour cela que nous misons sur IO-Link. Les capteurs, avec leurs interfaces économiques et fiables, nous fournissent plus d'informations sur le process, ce qui nous permet de mieux l’évaluer et l’optimiser. Cela représente un des grands avantages d'IO-Link et une contribution, côté capteurs et détecteurs, au soutien de l'industrie 4.0. »