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Integratie van mechatronica
De intrede van opencommunicatiesystemen
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De snelheid en de beschikbaarheid van machines verhogen: het gebeurt niet
zomaar. Klanten kiezen steeds meer voor compactere, snellere en
decentraliseerbare componenten die bij voorkeur ook nog diagnosefuncties
bieden. De motor achter deze evolutie is de mechatroniek – met een
performante verbinding op besturingsniveau en het gebruik van industriële
ethernetprotocols als ruggengraat voor de uitwisseling van gegevens met
machines en installaties.
Dankzij de mechatronica is het mogelijk: steeds meer
functies en technologieën integreren in steeds compactere componenten en
systemen. De ventielterminals van festo, de uitvinder van deze compacte
eenheden voor pneumatische aansturing, zijn tegenwoordig multifunctionele
terminals, met complete subfuncties van machines of van het proces van een
installatie. Frontale aansturing van bewegingen, pneumatica,
signaalverwerking, veiligheid en netwerken zijn in deze context
sleuteltechnologieën. De cpx/mpa terminal - compact en geschikt voor
diagnostiek - speelt hierin een pioniersrol.
Decentraliseren/installatie vergemakkelijken …
… Dit was alleen mogelijk dankzij de komst van bussystemen. Al kon de
automatiseringssector het jarenlang niet eens geraken over het systeem dat
als standaard moest dienen. Men sprak zelfs over echte ‘veldbusoorlogen’
tussen de verschillende bussystemen in eigendom en de open systemen. Het
lijkt erop dat die laatste de strijd zullen winnen: er werden al meer dan
50 miljoen veldbusknooppunten geïnstalleerd. Het grootste obstakel voor
het vervangen van de veldbussen door indus-trieel ethernet schuilt in het
grote aantal geïnstalleerde veldbussystemen. Alleen kosten-batenanalyses
bij de gebruikers zelf kunnen uitwijzen of het ethernet zal kunnen
doorstoten in het domein van de industriële communicatie. Nochtans liggen
de voordelen van het industriële ethernet voor de hand: de performantie
stijgt, de verbindingskosten dalen en bovendien doen informaticaprestaties
hun intrede op het terrein. Industrieel ethernet zou zelfs de komst van
een efficiënte standaardisering in de industriële communicatie kunnen
inluiden.
Coëxistentie van systemen
In de praktijk blijkt het helemaal niet zo gemakkelijk om het industriële
communicatielandschap te ‘federaliseren’ met behulp van het ethernet. De
veldbussystemen zijn goed ingeplant en de kosten om het systeem te
vervangen door het ethernet blijken vaak te hoog om de gebruikers te
overtuigen. Vandaar het ontstaan van nieuwe gebruiksdomeinen voor het
industriële ethernet, zoals bijvoorbeeld het gebruik ervan in de
aansturing van bewegingen of ‘motion control’, dat het tempo en de
processen moet versnellen. Heel wat van de eenvoudige toepassingen zullen
ook in de toekomst nog uitgerust zijn met veldbussystemen. Complexere
toepassingen, met name diegene waarin ‘motion control’ een grote rol
speelt, zullen eerder migreren naar het industriële ethernet. Het ziet er
dus naar uit dat beide systemen naast elkaar zullen bestaan in functie van
de toepassingen en behoeften van de klant.
Intrede van intelligentie op het terrein
De voordelen van de opkomst van gedecentraliseerde installatie liggen voor
de hand: intelligentie doet zijn intrede op het terrein.
Gedecentraliseerde installatie verhoogt de flexibiliteit van de
automatiseringsapparatuur door de integratie van voorverwerkingsfuncties.
Het basisidee en de eerste stap in het decentralisatieproces met behulp
van bussystemen was de verplaatsing van de e/s van de centrale aansturing
die in de kast bevestigd was naar kasten met gedecentraliseerde
aansluitklemmen. Vervolgens drong een rechtstreekse montage van
gedeporteerde e/s-eenheden op de machines zich op. Hieruit volgde een
migratie van perifere functies van programmeerbare automaten op veldniveau
waarbij het netwerk zelf, in een derde fase de aansturing werd. Dit maakte
de weg vrij voor parametreerbare beveiligingsfuncties (‘failsafe’) van
uitgangen, verdelers en aandrijvingen wanneer de communicatie met het
bussysteem onderbroken werd; bovendien werd het ook mogelijk om met
software parametreerbare limieten voor analoge sensoren en aandrijvingen
te bewaken. De mechatronische integratie van functies als aspect van
gedistribueerde intelligentie drong zich op. Festo stelt aangepaste
producten voor: de cpx-mmi voor de voorbereidingen van de
inbedrijfstelling of de cpx-rec-module die gebruikt wordt in een frontale
programmeerbare automaat voor voorverwerking, geïntegreerd in de
ventielterminal. Het tempo en de beschikbaarheid van machines verhogen:
het gebeurt niet zomaar. Klanten kiezen steeds vaker voor compactere,
snellere en decentraliseerbare componenten die bij voorkeur ook nog
diagnosefuncties bieden. De motor achter deze evolutie is de mechatroniek.
Nieuwe toepassingen
Dankzij de decentralisatie van aansturingscomponenten in de onmiddellijke
nabijheid van de sensoren en de aandrijvingen kon men besparingen
realiseren op het niveau van de bekabeling. De kosten konden gedrukt
worden door het gebruik van kabels die reeds uitgerust waren met
connectoren. De trend om de besturingseenheid, de gedeporteerde e/s en de
ventielterminal te installeren in de onmiddellijke nabijheid van de
aandrijving heeft geleid tot besparingen op de lokale aansluitkast. De
nieuwe producten van festo maken in deze context de weg vrij voor totaal
nieuwe toepassingen. De cpx/vtsa ventielterminal wordt bijvoorbeeld
gebruikt in de carrosseriebouw, rechtstreeks op het niveau van de
aandrijving. Hij is immers bestand tegen de zware omstandigheden in een
lasomgeving en tegen de schokken en trillingen op de robotarmen. De cpv
exi wordt dan weer gebruikt in explosieve zones van procesautomatisering.
Door hun ongevoeligheid voor vocht, voedingsproducten en
reinigingsmiddelen vormen de ‘clean design’ cdvi ventielterminals dan weer
de ideale keuze in de voedingsmiddelenindustrie en de verpakkingssector.
Mengen van signalen voortaan mogelijk
In het verleden primeerde de aansturing van ventielterminals via een
bussysteem. Tegenwoordig is het via mechatronische integratie mogelijk om
signalen te mengen, van de eenvoudige detectie van het einde van een
beweging of de analoge meting van temperaturen tot de integratie van
druksensoren, proportionele verdelers en elektrische veiligheidsvoedingen.
Het systeem zet ook het licht op groen voor diagnosefuncties van de
aangesloten periferie, speciale diagnosemogelijkheden op verdelers tot
zelfs preventieve onderhoudsfuncties. De ventielterminals zijn dus geen
simpele batterijen meer van verdelers die pneumatisch en elektrisch met
elkaar verbonden zijn, maar passen zich via hybride modulaire technieken
en gedecentraliseerde installatiesystemen aan het ontwerp en de omgeving
van de machines aan. Dit veronderstelt open systemen. <<
Kadertekst:
Duo-engineering
De time-to-market verkorten en tegelijk de hoge kwaliteit van de producten
garanderen: een belangenconflict dat alleen kan worden opgelost door de
ontwerp- en bouwprocessen te optimaliseren. De studie-ingenieurs worden
hierbij geholpen door de ontwerp- en bouwoplossing eplan fluid, verbonden
met de elektronische catalogus van festo. Op deze manier kunnen ze
informatie over producten, grafische gegevens en configuratietools
rechtstreeks integreren in hun projecten. Twee marktleiders bundelen hun
krachten: een gezamenlijke aanpak van engineering, dat is wat de
samenwerking tussen festo en eplan software & service beoogt. Met eplan
fluid kan de leverancier van oplossingen bestemd voor het ontwerp- en
bouwproces beantwoorden aan de engineeringbehoeften eigen aan
vloeistoffen. Festo, een belangrijke leverancier van
automatiseringsapparatuur, wil met deze samenwerking het ontwerp- en
bouwproces gemakkelijker maken voor de gebruikers. De nadruk ligt hierbij
op de mechatronische aanpak: de workflow, voor vloeistofspecialisten en
elektriciens/elektronicaspecialisten, is interdisciplinair.
Intelligente engineering
In de ontwerp- en bouwtool eplan fluid zijn vloeistoffenmechanica en
elektrische of elektronische configuratie nauw met elkaar verbonden.
Bijzonder aan het systeem is het feit dat het een grafische aanpak van
engineering en tegelijk een objectgerichte aanpak - gericht op de
apparaten - biedt. Werkzones en interface zijn bovendien personaliseerbaar
in functie van het beoogde projecttype. Intelligentie en flexibiliteit van
het systeem: daar draait het om. Het systeem stelt voor elke operatie een
aangepaste aanpak voor. Het is de gebruiker die beslist wat het meest
geschikt is voor zijn workflow.
Directe verbinding
Dankzij de rechtstreekse verbinding met de elektronische catalogus van
festo kan men op elk moment beschikken over de eigenschappen en grafische
gegevens van alle festo-producten. Dit levert uiteraard een enorme tijd-
en geldwinst voor de gebruiker op. Voor elke operatie kan hij de beste
oplossing zoeken en die integreren in zijn project. In de catalogus heeft
de ingenieur toegang tot tal van pneumatische producten. Zodra hij de
automatiseringscomponent gekozen heeft, worden de gegevens rechtstreeks
overgebracht naar de ontwerp- en bouwsoftware. Wie kiest voor de nog
directere weg en de catalogus gebruikt in zijn oorspronkelijke versie,
beschikt over nog meer mogelijkheden. Die kan namelijk ook gebruikmaken
van andere festo-configuratietools. << L’intégration
mécatronique
L’avènement des systèmes de communication ouverts Augmenter les cadences et la disponibilité des machines n’est pas l’effet
du hasard: les clients optent de plus en plus pour des composants plus
compacts, plus rapides et décentralisables, offrant en outre de préférence
des fonctions de diagnostic. Le moteur de cette évolution est la
mécatronique – avec la connexion performante au niveau commande et
l’utilisation de protocoles Ethernet industriel comme épine dorsale
d’échange de données avec les machines et installations. La mécatronique le permet: intégrer davantage de fonctions et de
technologies dans des composants et systèmes plus compacts. Par exemple,
les terminaux de distributeurs de Festo, l’inventeur de ces unités
compactes de commande pneumatique, se transforment en terminaux
multifonctions, couvrant des sous-fonctions complètes de machines ou du
process d’une installation. Commande frontale de mouvements, pneumatique,
traitement du signal, sécurité et réseaux sont dans ce contexte les
technologies clés. Le terminal CPX/MPA, compact et apte au diagnostic,
joue à cet égard un rôle de pionnier.
Décentraliser et faciliter l’installation …
… n’a pu être résolu qu’avec l’avènement de systèmes de bus, même si,
pendant des années, le secteur de l’automatisation n’a pu se mettre
d’accord sur le système à adopter comme standard. On parlait même de
véritables « guerres du bus de terrain » entre les multiples systèmes de
bus propriétaires et les systèmes ouverts – ces derniers semblant s’être
imposés avec l’installation de plus de 50 millions de nœuds de bus de
terrain. Le plus grand obstacle à la relève des bus de terrain par
l’Ethernet industriel réside désormais dans le grand nombre de systèmes de
bus de terrain installés. Seules des comparaisons coût-utilité chez les
utilisateurs eux-mêmes sont en mesure de faire apparaître si l’Ethernet
réussira à s’imposer pour la communication industrielle. Les avantages de
l’Ethernet industriel sont pourtant évidents: les performances augmentent,
les coûts de connexion baissent, et des prestations informatiques font en
outre leur entrée sur le terrain. L’Ethernet industriel pourrait même,
pour la première fois, donner naissance à une standardisation efficace
dans la communication industrielle.
Coexistence des systèmes
Dans la pratique, l’objectif de fédérer par Ethernet les paysages de la
communication industrielle s’avère difficile. Les systèmes de bus de
terrain sont bien implantés, et le coût d’un changement de système au
profit de l’Ethernet paraît souvent trop élevé pour convaincre les
utilisateurs. D’où l’apparition de nouveaux domaines d’utilisation de
l’Ethernet industriel, comme, par exemple, les applications de commande de
mouvements ou « motion control », destinées à accélérer les cadences et
les process. Une grande partie des applications simples continueront
d’être équipées à l’avenir de systèmes de bus de terrain. Les applications
plus complexes – notamment celles à haute teneur en « motion control » –
migreront plutôt vers l’Ethernet industriel. Une coexistence des systèmes
en fonction des applications et besoins des clients semble donc être le
scénario le plus probable.
Entrée de l’intelligence sur le terrain
Les avantages de la progression de l’installation décentralisée sont
évidents: l’intelligence fait son entrée sur le terrain, l’installation
décentralisée augmente la flexibilité des équipements d’automatisation par
intégration de fonctions de prétraitement. L’idée de base et le premier
pas de la décentralisation au moyen de systèmes de bus ont été le déport
des E/S de la commande centrale implantée dans l’armoire dans des boîtes à
bornes décentralisées. Le montage direct d’unités d’E/S déportées sur les
machines s’est ensuite imposé. Il s’en est suivi une migration de
fonctions périphériques des automates programmables au niveau du terrain,
le réseau lui-même, dans la troisième étape, devenant la commande. D’où la
possibilité d’avoir des fonctions paramétrables de sécurisation
(« failsafe ») des sorties, distributeurs et actionneurs en cas de coupure
de la communication avec le système de bus ou encore de surveiller des
limites paramétrables par logiciel pour des capteurs et actionneurs
analogiques. L’intégration mécatronique des fonctions, en tant que facette
de l’intelligence distribuée, s’est imposée. Festo propose les produits ad
hoc, avec le CPX-MMI pour les préparatifs de mise en service ou avec le
module CPX-FEC utilisé en automate programmable frontal de prétraitement,
intégré dans le terminal de distributeurs.
Nouvelles applications
C’est la décentralisation des composants de commande au voisinage immédiat
des capteurs et actionneurs qui a permis de faire des économies au niveau
du câblage et d’en faire baisser le coût par l’emploi de câbles déjà munis
de connecteurs. La tendance à installer l’unité de commande, les E/S
déportées et le terminal de distributeurs à proximité directe de
l’actionneur a conduit à faire l’économie de la boîte à bornes locale. Les
nouveaux produits de Festo ouvrent à cet égard des applications totalement
nouvelles. Le terminal de distributeurs CPX/VTSA, par exemple, s’utilise
en carrosserie automobile directement au niveau de l’actionneur, où il
résiste aux sévères conditions d’environnement du soudage et aux
sollicitations par chocs et vibrations sur les bras de robots. Le CPV Exi,
lui, s’utilise en zones explosives de l’automatisation des process. Grâce
à leur insensibilité à l’humidité, aux produits alimentaires et aux agents
de nettoyage, les terminaux de distributeurs « Clean Design » CDVI
constituent, quant à eux, le premier choix dans les industries de
l’agroalimentaire ainsi que du conditionnement et de l’emballage.
Mélange désormais possible des signaux
Alors que par le passé, c’était la commande des distributeurs par bus qui
primait, aujourd’hui, l’intégration mécatronique permet un mélange des
signaux, de la simple détection de fins de course ou mesure analogique de
températures à l’intégration de capteurs de pression, distributeurs
proportionnels et alimentations électriques sécuritaires. Cette approche
permet également des fonctions de diagnostic de la périphérie raccordée et
des diagnostics spéciaux sur distributeurs, pouvant aller jusqu’à des
fonctions de maintenance préventive. Les terminaux de distributeurs ne
sont donc plus de simples batteries de distributeurs interconnectés
pneumatiquement et électriquement, mais s’adaptent par approches
modulaires hybrides et systèmes d’installation décentralisée à la
conception des machines. Ceci suppose des systèmes ouverts. <<
Encadré:
L’ingénierie en duo
Réduire le temps de mise sur le marché tout en assurant une haute qualité
des produits: un conflit d’objectifs qui ne peut se résoudre qu’en
optimisant les processus d’ingénierie. Les ingénieurs d’études y sont
aidés par la solution d’ingénierie Eplan Fluid, rattachée au catalogue
électronique de Festo. Ils peuvent ainsi intégrer directement dans leurs
projets des informations sur les produits, des données graphiques et des
outils de configuration. Deux leaders du marché unissent leurs forces: des
approches conviviales de l’ingénierie sont l’objectif de la coopération
engagée entre Festo et Eplan Software & Service. Avec Eplan Fluid, le
fournisseur de solutions dédiées au processus d’ingénierie couvre les
besoins d’ingénierie propres aux fluides. Festo, grand fournisseur
d’équipements d’automatisation, a pour objectif, avec cette coopération,
de faciliter la tâche d’ingénierie aux utilisateurs. L’accent est mis à
cet égard sur l’approche mécatronique: le workflow, pour les fluidiciens
et électriciens/électroniciens, est interdisciplinaire.
Ingénierie intelligente
Dans l’outil d’ingénierie Eplan Fluid, fluidique et configuration
électrique ou électronique sont intimement liées. Une particularité du
système: il offre à la fois une approche graphique de l’ingénierie et une
approche orientée objets, c’est-à-dire axée sur les appareils. Zones de
travail et interface sont en outre personnalisables en fonction du type de
projet considéré. La devise est l’intelligence et la flexibilité de la
conception: le système propose la démarche adaptée à chaque opération.
C’est l’utilisateur qui décide ce qui convient le mieux à son workflow.
Connexion directe
La connexion directe au catalogue électronique de Festo permet de disposer
à tout moment des caractéristiques et données graphiques de tous les
produits Festo. D’où un énorme gain de temps et d’argent pour
l’utilisateur. Pour chaque opération, il peut rechercher la meilleure
approche et l’intégrer dans son projet. Dans le catalogue, l’ingénieur a
accès à une multitude de produits pneumatiques. Une fois qu’il a
sélectionné le composant d’automatisation, les données sont directement
transférées dans le logiciel d’ingénierie. Ceux qui préfèrent la voie
encore plus directe de l’utilisation du catalogue dans sa version
d’origine multiplient les options: ils sont en mesure d’utiliser également
d’autres outils Festo pour la configuration. <<
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