Extension de ports IO-Link pour l'automatisation industrielle décentralisée

L'augmentation continue des capteurs intelligents et des actionneurs dans les installations de production sature rapidement les canaux de communication disponibles sur les modules de commande existants. Pour surmonter cette limite physique sans ajouter de nouveau matériel réseau, le module IO-Link Multiplier développé par Murrelektronik quadruple la capacité d'un port maître unique directement sur la machine.

Défis d'évolutivité dans les architectures d'automatisation décentralisée
Dans les lignes de production modernes et les machines industrielles, l'adoption croissante d'appareils de terrain intelligents nécessite un nombre toujours plus grand de points de connexion de données. Cependant, la disponibilité des ports sur les modules maîtres IO-Link installés est souvent limitée. Lorsqu'il devient nécessaire d'intégrer de nouveaux capteurs, actionneurs ou modules d'entrée et de sortie dans une installation existante, l'approche traditionnelle prévoit l'installation de modules maîtres supplémentaires ou l'extension des nœuds du bus de terrain.

Cette intervention entraîne des inconvénients opérationnels et économiques importants pour les concepteurs électriques et les intégrateurs de systèmes. L'ajout de nouveaux modules maîtres occupe de l'espace à l'intérieur de l'armoire électrique ou le long de la structure de la machine, augmente la complexité du câblage, allonge les temps d'ingénierie et accroît les coûts globaux du matériel de commande. Dans les projets de modernisation d'installations existantes (rétrofit) ou dans le développement de concepts de machines modulaires, le manque de ports libres représente un obstacle direct à l'évolutivité du système.

Principe de fonctionnement et architecture de multiplication des ports
Pour résoudre le problème de la saturation des canaux sur le terrain, Murrelektronik a introduit le dispositif IO-Link Multiplier. Ce composant compact pour l'automatisation décentralisée se connecte selon une logique plug-and-play à un port maître IO-Link unique déjà présent sur l'installation, le convertissant en quatre ports IO-Link indépendants et entièrement fonctionnels.

Du point de vue de l'architecture de communication, le module agit comme un concentrateur et un distributeur transparent de données série point à point. Les 32 octets de données de processus IO-Link mis à disposition par le port maître principal sont répartis de manière flexible entre les quatre ports secondaires du multiplicateur, ce qui permet d'adapter l'allocation de la bande passante aux besoins spécifiques des différents appareils connectés en aval.

Cette configuration maintient intacte la fonctionnalité complète de la norme de communication. Les données de processus cycliques, les paramètres de configuration acycliques et les informations de diagnostic des quatre appareils restent intégralement accessibles au système de commande supérieur. Le maintien de la transparence des données jusqu'au niveau du terrain facilite la mise en service automatique et accélère l'identification des pannes lors des interventions de maintenance préventive ou corrective. De plus, la présence d'indicateurs d'état à LED sur chaque port permet aux techniciens d'effectuer un diagnostic visuel immédiat directement sur la machine.

Spécifications techniques et flexibilité de la topologie de câblage
Outre la possibilité de connecter simultanément un maximum de quatre appareils IO-Link standard via un port maître unique, l'architecture matérielle du module offre diverses options de configuration des signaux. En alternative à la communication IO-Link, les quatre ports peuvent être utilisés pour acquérir jusqu'à huit entrées numériques standard ou pour commander jusqu'à quatre sorties numériques.

Un autre aspect technique pertinent concerne l'extension physique de la topologie du réseau. Selon les spécifications de la norme IO-Link, la longueur maximale du câble non blindé entre un maître et un appareil est limitée à 20 mètres. En se positionnant comme une station de répétition intermédiaire active entre le maître et l'équipement final, le module IO-Link Multiplier permet d'utiliser un câble allant jusqu'à 20 mètres entre le maître IO-Link et le multiplicateur, tout en ajoutant 20 mètres supplémentaires de câble entre le multiplicateur lui-même et le capteur ou l'actionneur connecté. Ce doublement de la distance totale jusqu'à 40 mètres offre une plus grande liberté de conception lors du passage des câbles sur des machines de grandes dimensions ou des installations distribuées.

Du point de vue de la construction, le boîtier compact est certifié avec un indice de protection IP65/IP67 contre la pénétration de poussières et les jets d'eau ou l'immersion temporaire. Cette caractéristique rend le composant adapté à un montage direct sur l'équipement dans des environnements industriels difficiles, éliminant le besoin de boîtes de dérivation ou de coffrets de protection secondaires et s'alignant sur les concepts d'automatisation sans armoire électrique, tels que l'écosystème modulaire Vario-X de l'entreprise.

Applications industrielles dans les systèmes modulaires et le rétrofit
Dans le contexte de l'industrie manufacturière et de l'ingénierie des installations, le dispositif trouve son application dans deux scénarios opérationnels principaux : la construction de nouvelles machines modulaires et la mise à niveau technologique d'installations préexistantes.

Dans la conception de machines modulaires, les constructeurs peuvent standardiser le module de machine de base avec un nombre réduit de maîtres IO-Link, en utilisant le multiplicateur uniquement dans les variantes d'installation qui nécessitent des groupes optionnels de capteurs ou d'actionneurs. Cela réduit les coûts de nomenclature pour les configurations standard et simplifie les variantes de câblage.

Dans les opérations de rétrofit sur des lignes de production en service, où l'ajout de capteurs pour la surveillance de l'état ou le contrôle qualité nécessite de nouveaux points de collecte de données, le module permet d'étendre l'infrastructure IO-Link directement sur le terrain sans modifier l'architecture de l'automate programmable (API) ni acheter de nouvelles cartes d'interface pour le bus de terrain principal.

Contexte supplémentaire :
cette section détaille des spécifications techniques et des comparaisons concurrentielles non incluses dans l'annonce originale du produit.

Pour encadrer techniquement la fonction remplie par le module IO-Link Multiplier dans le cadre de la norme internationale IEC 61131-9 (qui définit la technologie IO-Link), il est nécessaire de distinguer cette architecture des concentrateurs d'E/S numériques traditionnels. Alors qu'un concentrateur IO-Link classique recueille exclusivement des signaux binaires (entrées et sorties numériques standard) provenant de plusieurs ports pour les acheminer vers un port maître unique sous forme de données agrégées, un multiplicateur ou concentrateur maître-esclave IO-Link maintient la communication série bidirectionnelle complète (modes COM1, COM2 ou COM3) sur chacun des ports dérivés.

Du point de vue des limites de performance du protocole, le partage d'un port maître unique doté de 32 octets de données de processus entre quatre ports secondaires nécessite une vérification lors de la phase de conception : la somme des octets d'entrée et de sortie générés par les quatre appareils connectés ne doit pas dépasser le budget total de 32 octets du port primaire. De plus, comme le multiplicateur agrège et achemine les paquets de données de quatre canaux sur une seule ligne physique vers le maître, le temps de cycle global du port maître sera supérieur par rapport à une connexion directe unique. Par conséquent, cette solution technique est optimisée pour les capteurs de processus, les transducteurs de mesure, les indicateurs LED, les têtes de lecture RFID ou les actionneurs pneumatiques ayant des exigences de temps de réponse standard (de l'ordre de quelques millisecondes), tandis que pour les applications de contrôle de mouvement à très haute vitesse, la connexion directe à des ports maîtres dédiés reste préférable.

Dans le paysage de l'automatisation industrielle, le problème de l'extension des canaux sur le terrain est abordé par les fabricants de composants à travers différentes solutions architecturales. Les modules maîtres IO-Link à 4 ou 8 ports avec interface de bus de terrain intégrée (telle que PROFINET, EtherNet/IP ou EtherCAT), produits par des entreprises du secteur telles que Balluff, IFM Electronic, Turck, Pepperl+Fuchs et Murrelektronik elle-même, offrent 32 octets de données pour chaque port individuel et des temps de cycle indépendants, mais nécessitent un nœud de réseau dédié, des câbles de bus et un adressage IP ou de terrain. À l'inverse, les multiplicateurs ou prolongateurs passifs et actifs de port IO-Link opèrent à un niveau hiérarchique inférieur : ils renoncent à l'interface de bus de terrain pour limiter les dimensions mécaniques et le coût par canal individuel, tout en offrant l'avantage technique d'agir comme un répéteur de signal pour étendre la portée physique de la connexion de 20 à 40 mètres sans l'aide de commutateurs Ethernet industriels.

Édité par Sucithra Mani, rédactrice en chef chez Induportals – adapté par l'IA.

www.murrelektronik.com