L’IO-LINK et la surveillance

IO-Link : Une interface innovante pour la Surveillance industrielle

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• IO-Link : Une interface innovante pour la Surveillance industrielle
• LE MARCHE DE L’IO-LINK
• UN STANDARD INTERNATIONAL POUR LES CONNEXIONS DE TERRAIN
• LES AVANTAGES DE L’INTERFACE DE COMMUNICATION IO-LINK DANS LA SURVEILLANCE
• ARCHITECTURE ET COMPOSANTS IO-LINK
• LES DONNEES DES CAPTEURS IO-LINK
• LE PREMIER CAPTEUR IO-LINK DE PCB PIEZOTRONICS
• CARACTERISTIQUES ET AVANTAGES

Cette article fait suite au webinar REPENSER LA SURVEILLANCE VIBRATOIRE DES PROCESS INDUSTRIELS AVEC IO-LINK.

LE MARCHE DE L’IO-LINK

Il existe aujourd’hui différentes façons de transmettre des données d’un capteur vers un système d’acquisition ou un automate, notamment dans l’industrie. En plus des signaux analogiques, des bus de terrain Ethernet et des liaisons sans fil, on peut désormais compter sur l’IO-Link. Lancée sur le marché en 2009, cette interface de communication point-à-point est aujourd’hui largement déployée dans le domaine manufacturier, même si son utilisation reste encore limitée dans d’autres secteurs industriels, en raison d’un manque d’offre disponible.

Par ailleurs, deux études de marché indépendantes permettent de mieux comprendre la taille du marché mondial de l’IO-Link. Ainsi, en 2021, il était estimé à 2,25 milliards de dollars, dont 0,7 milliard de dollars pour les maîtres IO-Link et 1,5 milliard pour les dispositifs IO-Link. Cela signifie donc qu’un très grand nombre de dispositifs sont déjà disponibles sur le marché. D’ailleurs, selon le site Internet officiel (https://io link.com), le nombre de nœuds IO-Link avait atteint plus de 50 millions au début de l’année 2024.

Dans le domaine de la mesure de vibrations, qui est le marché traditionnel de la division IMI de PCB Piezotronics, ce marché est estimé entre 80 millions et 350 millions de dollars. De plus, une croissance continue est prévue à hauteur de 12,8 % entre 2021 et 2026, contre seulement 3 à 4 % pour le marché traditionnel de la mesure de vibrations.

UN STANDARD INTERNATIONAL POUR LES CONNEXIONS DE TERRAIN

IO-Link est généralement utilisé dans un environnement d’automatisation, de fabrication et de maintenance, notamment dans des secteurs tels que la manutention et l’emballage. Il se situe au-dessus du niveau des entrées/sorties (E/S), permettant la liaison individuelle des appareils de terrain. De ce fait, IO-Link permet de relier plusieurs capteurs, actionneurs et systèmes de bus de terrain. Cependant, il est important de préciser que, contrairement à ce que d’aucuns pourraient penser, IO-Link n’est pas un bus de terrain.

Le standard international IO-Link (IEC 61131-9) repose sur une connexion simple à trois conducteurs, conçue pour un signal de commutation numérique. De ce fait, le signal de commutation est émis sous forme de message série, ce qui permet d’échanger des informations supplémentaires sous la forme d’un protocole de communication entre les appareils de terrain et le système de base. En outre, IO-Link représente une véritable opportunité pour l’industrie 4.0 en garantissant une remontée d’informations simplifiée des appareils de terrain, qu’ils soient analogiques ou numériques.

LES AVANTAGES DE L’INTERFACE DE COMMUNICATION IO-LINK DANS LA SURVEILLANCE

• Accessibilité à distance : comme de nombreux composants d’une plate-forme de données machine, un dispositif IO-Link est accessible à distance. Cela facilite la modification de ses paramètres à partir de n’importe quel endroit connecté à Internet ;
• Remplacement simplifié des appareils : IO-Link utilise une fonction de stockage des données, qui transfère, en toute transparence, les données de l’ancien capteur vers un nouveau capteur en cas de dysfonctionnement ou d’étalonnage, ou alors qui télécharge des informations (protocoles, types de sortie…) ;
• Diagnostic : comme pour l’accessibilité à distance, il est possible, sans arrêter la ligne, d’interroger le capteur et ainsi de connaître son temps de fonctionnement, d’éventuelles dysfonctionnements, etc. Cette fonction permet ainsi de dépanner et de résoudre les problèmes sans intervention manuelle ;
• Exigences de câblage simples : les dispositifs IO-Link sont par conséquent connectés à l’aide d’un câblage non blindé à trois fils (longueur maximale de 10 m) avec des connecteurs classiques M12. Cela a pour conséquence de simplifier l’installation et donc réduire le coût des changements.

ARCHITECTURE ET COMPOSANTS IO-LINK

Pour commencer, l’architecture typique d’un système IO-Link est constituée de plusieurs composants :

LES DONNEES DES CAPTEURS IO-LINK

Un autre intérêt de l’IO-Link réside dans les informations qu’un capteur IO-Link peut fournir, comparé à un modèle traditionnel. On distingue en effet les trois types de données suivants :
– Données de process : elles concernent l’état de fonctionnement du capteur ou de l’actionneur (apparition d’un défaut, par exemple) ;
– Données de service : ce sont les informations sur l’appareil lui-même, y compris les informations de configuration, les diagnostics
ou son état de santé ;
– Données d’événement : ces données ne sont pas incluses dans les données de process, parce que l’événement peut être rare
ou non critique.

Dans le cas d’un accéléromètre, plusieurs paramètres peuvent toutefois être disponibles en même temps :

• La vélocité crête ;
• La vélocité RMS ;
• L’accélération crête ;
• L’accélération RMS ;
• Le facteur de crête ;
• La température.

LE PREMIER CAPTEUR IO-LINK DE PCB PIEZOTRONICS

PCB Piezotronics a décidé de rentrer dans l’industrie 4.0 en proposant le premier capteur numérique d’une nouvelle ligne de produits IO-Link. Il s’agit de l’accéléromètre piézoélectrique 674A91 pour l’optimisation des performances de vos systèmes de surveillance industrielle. Le choix de la technologie de mesure s’est porté sur un élément sensible piézoélectrique, et non sur un Mems (microsystème électromécanique), parce que la technologie piézoélectrique apporte les avantages suivants : (voir le livre blanc Piezoelectric Sensors: The Superior Choice for Early Fault Detection in Machine Health Monitoring ; https://www.pcb.com/contentstore/mktgcontent/whitepapers/WPL_95_MEMS_vs_Piezo.pdf) :

• Gammes de fréquence plus étendues que celles d’un Mems à faible coût utilisées dans les capteurs ;
• Bruit de fond plus faible ;
• Technologie de détection robuste ;
• Reconnaissance de la marque pour sa grande fiabilité et sa large réponse en fréquence ;
• Longévité du capteur piézoélectrique prouvée sur le terrain ;
• Calibration et test individuel des capteurs et des éléments sensible.

CARACTERISTIQUES ET AVANTAGES

Le capteur IO-Link 674A91 reprend la même base que celle d’un capteur piézoélectrique classique, excepté le firmware et le logiciel qui sont propres à la connexion point-à-point. Cela ne change donc rien au niveau de votre application, en termes de montage sur un moteur électrique, un ventilateur, une pompe, une boîte d’engrenages, un convoyeur, etc. De surcroît, il existe sur le marché, des logiciels développés par d’autres fabricants de maîtres et de dispositifs IO-Link permettant la visualisation des paramètres de l’accéléromètre 674A91 :
Caractéristiques

• Amplitude maximale d’accélération : 50 g crête ;

• Gamme de fréquence : 1 Hz à 10 kHz (crête/RMS) ;
• Plage de température de fonctionnement : -40 à +85 °C ;
• Masse : 130 g ;
• Connecteur M12.

Avantages

• Fourniture, par PCB Piezotronics, de l’IODD avec le capteur, ce « pilote » étant téléchargeable simplement depuis une page dédiée du site Internet https://io-link.com – il suffit de saisir « PCB Piezotronics » dans l’IODDfinder ;
• Paramétrage du capteur et visualisation des données soit en se connectant à un ordinateur, via un câble, soit en utilisant un logiciel tiers ;
• Coût d’une ligne de mesure du même ordre de grandeur que celui d’un transmetteur traditionnel grâce au maître IO-Link doté de plusieurs voies, à la simplicité du câblage et aux informations disponibles plus nombreuses.

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