Machines Modulaires

Pourquoi fabriquer des machines modulaires ?

L'idée centrale de la modularité dans l'ingénierie mécanique est de diviser des machines complexes en modules afin qu'elles puissent être assemblées individuellement avec un nombre croissant de pièces identiques.  La combinaison de ces modules permet de couvrir la variabilité des types de machines. Grâce aux économies d'échelle ainsi réalisées, les machines modulaires peuvent être fabriquées plus rapidement et de manière plus rentable. En outre, elles peuvent être mises en service plus rapidement et être étendues avec une plus grande flexibilité.

Des interfaces normalisées sont nécessaires pour garantir que les unités puissent être combinées facilement et rapidement. Il s'agit des interfaces mécaniques, mais aussi de celles nécessaires à la transmission de l'énergie, à la communication et, si nécessaire, à l'air comprimé. La modularité n'est pas une caractéristique qui peut être définie par un oui ou un non catégorique. Elle va plutôt d'une modularité faible à une modularité absolue.

L'automatisation décentralisée favorise la modularisation

Une modularisation cohérente n'est pas possible avec un câblage point à point dans l'armoire de commande centrale. Ces structures centrales rendent difficile le remplacement d'un module ou l'extension d'une machine. Les modules de machines nécessitent des structures autonomes. Celles-ci peuvent être mises en œuvre dans de petites armoires de commande sur place sur le module avec des composants IP20.

Machine modulaire en plusieurs parties avec des composants E/S décentralisés IP67.

Les modules d'E/S décentralisés IP67 facilitent l'interconnectivité et réduisent les coûts de câblage

Toutefois, le câblage et l'installation sont généralement plus complexes que pour les composants de classe de protection IP67, qui peuvent être montés directement sur la machine sans aucune protection supplémentaire. Cependant, si certains composants ne sont pas classés IP67 ou si des exigences particulières s'appliquent en matière de conception hygiénique, de conformité alimentaire ou de résistance chimique, des solutions IP20 dans le boîtier de protection sont souvent indispensables.

Les composants d'automatisation IP67 facilitent l'interconnectivité des modules. Les composants d'E/S décentralisés à monter directement sur le terrain permettent de collecter les signaux directement au point de génération sur le module et de les coupler d'un module à l'autre via une connexion Ethernet - et tout cela sans armoire de commande. Cela permet de réduire les coûts d'installation et de raccourcir les délais de mise en service chez le client final.

Les clés IP67 permettent la traduction entre les protocoles Ethernet

Des machines et des modules avec différents protocoles Ethernet peuvent être connectés directement sur le terrain avec un minimum d'effort à l'aide de "clés". La mise en service et l'interconnectivité sont facilitées et plus efficaces grâce à l'utilisation de normes de communication conventionnelles. Cela est particulièrement vrai dans le domaine de la construction mécanique modulaire.

Trois machines grises et personnalisées sont placées sur un panneau portant le logo des protocoles Ethernet PROFINET, Ethernet/IP et Modbus TCP

L'internationalisation simplifiée : Les clefs permettent la traduction entre les protocoles Ethernet

Concepts de sécurité décentralisés

Les applications qui nécessitent une automatisation sécurisée peuvent également être planifiées et mises en œuvre dans le cadre d'une stratégie de conception modulaire. Avec le même concept d'alimentation en énergie et en données, tout signal de sécurité provenant de capteurs ou d'interrupteurs d'arrêt d'urgence peut être collecté facilement et efficacement.

Croquis montrant la structure schématique d'une application de sécurité avec IHM, , lignes de connexion Ethernet, icônes pour les fonctions de sécurité et modules E/S pour les connecter

Les modules de sécurité contrôlent les fonctions de sécurité de chaque module tandis que les IHM/API contrôlent l'application standard

Les fonctions de sécurité peuvent également être contrôlées de manière décentralisée par des contrôleurs de sécurité IP67 directement intégrés aux modules. Cela permet d'éviter les longs temps de cycle pour les commandes de sécurité centralisées, permettant en fin de compte de réduire les distances de sécurité sur la machine. Vous trouverez d'autres avantages des solutions de sécurité décentralisées sur notre page technologie de la sécurité des machines.

Vidéo : Comment les machines modulaires permettent une plus grande flexibilité

Modularisation des solutions de contrôle

Une modularisation constante nécessite également que différentes fonctions de contrôle soient délocalisées vers le module de la machine. Ces fonctions peuvent être exécutées soit à partir de systèmes d'entrée/sortie avec des contrôleurs logiques intégrés, soit à partir de véritables automates compacts. Les deux groupes de produits - modules E/S et contrôleurs - peuvent être conçus en version IP20 dans des boîtiers de commande ou en version IP67 pour un montage direct sur le terrain. Dans ce cas, la version IP67 sans armoire de commande offre des avantages évidents en termes de câblage et de flexibilité. La logique de sécurité délocalisée dans le module d'E/S peut offrir des avantages supplémentaires, tels que l'exécution rapide des fonctions de sécurité ou une architecture de sécurité globalement plus rentable, puisqu'aucune commande de sécurité centrale ou F-CPU n'est nécessaire.

Les contrôleurs sur place communiquent avec les contrôleurs de niveau supérieur ou les IHM à des fins de contrôle, de documentation ou de visualisation. Le choix de la solution de contrôle appropriée dépend du type et des dimensions de la machine. Cela signifie que les solutions de contrôle surdimensionnées peuvent être évitées. Le travail pour l'utilisateur reste minimal, tandis que l'efficacité de la machine augmente. Comme le module de process logique sur site prétraite les données, seules les informations de procédé pertinentes doivent être transférées aux contrôleurs de niveau supérieur.

Délocaliser l'information sur le terrain

La délocalisation de l'information sur le terrain doit être cartographié dans le département d'ingénierie du côté des logiciels. Les modules de machines traitent les entrées des modules adjacents comme un système autonome et déterminent leurs actions sur cette base. Selon la complexité d'un module, cela peut être réalisé avec des composants d'E/S à fonctions logiques ou par des automates de terrain. Seules les informations requises pour le module adjacent sont alors transférées à l'interface entre deux modules de machine.

un graphique triangulaire de la pyramide d'automatisation en cinq couches ; au centre : le graphique triangulaire avec les fonctions des machines comme icônes ; à droite : les fonctions des machines sont librement reliées entre elles

Le renseignement décentralisé brise les structures rigides de la pyramide d'automatisation classique

La délocalisation des fonctionnalités d'un logiciel peut offrir de nombreux avantages :

  • Réduit la charge sur la liaison de communication principale
  • Réduit la charge sur la commande principale - et peut même la remplacer entièrement
  • Tests de modules avant la mise en service et la liaison
  • L'intégration des modules tiers est facilitée par le fait que le contrôle central peut rester inchangé
  • Développement simple de l'usine

Plus les machines sont modulaires et l'information décentralisée, plus la structure rigide de la pyramide d'automatisation commence à être déstabilisée. Les hiérarchies deviennent plus transparentes, en particulier au niveau des capteurs/actionneurs, des entrées/sorties et des commandes.