Plates-formes de connectivité pour applications industrielles

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1 Câblage et connecteurs Plates-formes de connectivité pour applications industrielles Les environnements industriels peuvent être sales, chauds, froids, humides et potentiellement dangereux de diverses autres manières. Le déploiement réussi d'une application industrielle passe par la protection des équipements électroniques sensibles contre les détériorations, la conception de solutions d'acquisition de données et d'interconnexion de réseaux qui soient simples et robustes, et l'utilisation de composants qui puissent être intégrés rapidement et facilement. Les plans de câblage et de connectivité industriels doivent être capables de résister aux extrêmes environnementaux de chaleur, de froid et d'humidité, et ils doivent être suffisamment sécurisés pour ne pas être déconnectés ou endommagés par inadvertance au cours des activités quotidiennes. La norme sectorielle actuelle de connectivité est un connecteur circulaire étanche comme le M12. La norme CEI (Commission internationale d'électrotechnique) pour les connecteurs M12 les décrit comme des connecteurs fixes à verrouillage sans vis. Ce type de connecteurs est disponible dans le commerce auprès de fabricants comme Turck, Lumberg, Phoenix Contact, Molex ou Binder. Des fournisseurs de solutions d'automatisation industrielle proposent une diversité d'options de câblage et de connecteurs, dont certaines sont parfaitement adaptées à des applications industrielles alors que d'autres le sont beaucoup moins. Les produits industriels de Microscan comportent traditionnellement des câbles et des connecteurs D-subminiature (D-sub). Mais avec l'introduction de la plate-forme de connectivité industrielle Quick- Connect, Microscan est passé à une plate-forme qui utilise des connecteurs circulaires étanches dotés de la technologie Ultra-Lock sur tous les nouveaux produits industriels. Passé : les connecteurs D- sub sont mieux adaptés aux matériels informatiques et aux périphériques correspondants qu'aux environnements industriels difficiles. Présent : la connectivité Ultra -Lock est non seulement plus résistante aux dures conditions industrielles mais elle est également rapide et facile à assembler. Connecteurs D-sub Microscan QX-830 avec connecteur M12 Ultra-Lock Comparaison entre les connecteurs Ultra-Lock et les connecteurs vissés Il existe de multiples types de connecteurs circulaires, dont un grand nombre d'entre eux sont identifiés par le préfixe «M» suivi du diamètre du connecteur en millimètres (M8, M12, M23). Ces types de connecteurs peuvent être utilisés pour l'alimentation électrique ou pour le transport de communication et d'énergie entre des dispositifs. Microscan a choisi le type de connecteurs Ultra-Lock dans le cadre de sa plate-forme Quick Connect en raison de sa vitesse, de sa facilité d'utilisation et de sa protection contre les pénétrations. Les connecteurs Ultra-Lock peuvent résister à des conditions de «lavage» à haute pression et à haute température. Les connecteurs sont constitués d'inox de qualité supérieure avec un porte-contact en plastique capable de résister à de hautes températures. Le principal avantage du système Ultra-Lock est qu'il suffit de deux étapes à chaque point de connexion : (1.) Aligner les clés de connecteur et d embase ; (2.) Enfoncer le connecteur. (Ne pas tordre le connecteur car cela risque de plier les broches.) Les connecteurs Ultra-Lock sont «indépendants de l'opérateur». Cela signifie qu'ils ne sont pas sujets aux problèmes habituels de serrage insuffisant ou excessif dont pâtissent les connecteurs vissés et qui nuisent à l'étanchéité. Connecteur Ultra-Lock Connecteurs filetés traditionnels «Ultra-Lock» est une marque de fabrique de Woodhead (Molex). Copyright 2008 Microscan Systems, Inc. Rev A 9/08 1

2 Un autre avantage du commutateur Microscan par rapport à un plan de connectivité Ultra-Lock est que les embases Ultra-Lock (sur les scanners et les dispositifs de connectivité) acceptent également des connecteurs vissés, ce qui permet aux utilisateurs d'utiliser des connecteurs Ultra-Lock ou des connecteurs vissés en toute polyvalence. Cordons et câbles Les termes «cordon» et «câble» sont tous les deux applicables à la connectivité industrielle, mais ils ne sont pas synonymes. Les cordons permettent les communications et l'alimentation entre des dispositifs dans la plateforme Quick Connect de Microscan. Les cordons ont un connecteur M12 Ultra-Lock à une ou deux extrémités. Des exemples de cordons sont représentés ci-dessous. Cordon de M12 Ultra-Lock à M12 Ultra-Lock Cordon de M12 Ultra-Lock à RJ45 (Ethernet) Cordon de M12 Ultra-Lock à photodétecteur Les câbles n'ont pas de connecteurs M12 Ultra-Lock à leurs extrémités. Un exemple d'un câble est représenté ci-dessous Câble avec conducteurs volants Scanners et accessoires d'interface Lors du déploiement d'un réseau de scanners et de dispositifs d'interface dans un environnement industriel, il est important d'utiliser des composants dont les affectations de broches sont agencées de manière à éviter des erreurs de communication et des dégradations d'équipement. La tâche de conception de réseau de l'ingénieur d'automatisation est considérablement simplifiée lorsque les composants sont conçus d'une manière logique, cohérente et facile à mettre en œuvre. Le scanner industriel compact QX-830 de Microscan constitue un exemple d'un scanner doté d'une méthodologie d'affectation de broches très simple. Les connecteurs clairement identifiés au dos de l'unité peuvent être utilisés pour recevoir et transporter l'alimentation, ainsi que pour envoyer et recevoir des données et des commandes. Le connecteur A au dos du QX-830 est une fiche à 12 broches sur les modèles en série et Ethernet. Connecteurs QX-830 Le connecteur B est une prise à 12 broches sur les modèles de scanners RS-232, et une prise à 8 broches sur les modèles Ethernet. 2 Copyright 2008 Microscan Systems, Inc.

3 Affectations de broches de connecteurs de scanners Comme cela est représenté sur les schémas et les tableaux d'affectation de broches ci-dessous, les connecteurs QX-830 sont conçus pour faciliter la transmission d'énergie et de signaux de données le plus proprement possible. En pratique, cela signifie que le plan de connexion élimine la possibilité de courts-circuits entre des fils, et la diaphonie de signaux est évitée. L'homogénéité de la conception de fiche et de prise (le connecteur A est toujours une fiche et le connecteur B est toujours une prise) et des affectations de broches permet aux ingénieurs d'automatisation d'éviter de tels problèmes de réseau. Connecteur QX-830 A Fiche M12 à 12 broches Connecteur QX-830 B (série) Prise M12 à 12 broches Connecteur QX-830 B (Ethernet) Prise M12 à 8 broches Broche Affectation 9 RxD hôte 10 TxD hôte 2 Alimentation 7 Masse 1 Déclenchement 8 Entrée commune 3 Par défault 4 Nouveau maître 5 Sortie 1 11 Sortie 2 6 Sortie 3 12 Sortie commune Accessoires d'interface 1, 3 1, 2, 3 PWR TRIG 1, 3, 1, 2, T 3, T Dispositif d'interface QX-1 Broche Affectation V Déclenchement/NM/ 2 Input 1 commune 3 Masse 4 Déclenchement Broche Affectation Broche Affectation 9 Port 2 TxD/Port 1 RTS 10 Port 2 RxD/Port 1 CTS 2 Alimentation 7 Masse 1 Déclenchement 8 Entrée commune 3 Terminée 4 Entrée 1 5 Port 3 422/485 TxD (+) 11 Port 3 422/485 TxD ( ) 6 Port 3 422/485 RxD (+) 12 Port 3 422/485 RxD ( ) Fiche à quatre broches de connecteur de déclenchement QX-1 1 Terminée 2 Terminée 3 Terminée 4 Port 4 TX ( ) 5 Port 4 RX (+) 6 Port 4 TX (+) 7 Terminée 8 Port 4 RX ( ) Important : la version Ethernet à 8 broches du connecteur B n'a pas de broches RS-422/485, Entrée 1 et RTS/CTS. La simplicité de la conception des connecteurs et des broches dans la plate-forme Quick Connect de Microscan est complétée par la flexibilité du dispositif d'interface d'accompagnement. Bien que les embases M12 sur le dispositif d'interface QX-1 correspondent physiquement en miroir à celles du scanner QX-830, elles n'ont pas d'attributions de broches explicites. Le QX-1 permet aux utilisateurs de transporter l'énergie et les communications selon les besoins de l'application Les connecteurs 1 et 3 sont des fiches à 12 broches, et le connecteur 2 est une prise à 12 broches. Les trois connecteurs peuvent être affectés au transport d'énergie et de données selon les besoins de l'application. Les deux commutateurs au centre du dispositif permettent à l'utilisateur d'acheminer des signaux selon les besoins. Le schéma simplifié de droite (également représenté sur la base du QX-1) illustre comment l'énergie, les communications, les entrées/sorties, et le signal de déclenchement peuvent être acheminés à travers le dispositif QX-1 selon les besoins de l'application. Les commutateurs augmentent considérablement la flexibilité d'acheminement de signal. Communications QX-1 entrées/sorties énergie - déclenchement Copyright 2008 Microscan Systems, Inc. 3

4 Acheminement de port Les avantages physiques découlant de la flexibilité d'acheminement et de commutation de signaux sont renforcés par l'acheminement de port, qui peut être configuré dans le logiciel ESP de Microscan. L'acheminement de port élimine le besoin d'avoir des ports dédiés «Hôte» et «Aux» au sens traditionnel du terme. Grâce à l'acheminement de port, n'importe quel port peut être défini comme un port Hôte ou Aux. L'acheminement de port permet également aux utilisateurs de définir les types de données qui sont accessibles à partir de ports spécifiques. L'avantage principal de l'acheminement de port est que n'importe quel type de données peut être acheminé vers n'importe quel port et qu'il peut être envoyé simultanément à travers de multiples ports. De multiples types de données peuvent également être annexés aux données de symboles qui sont délivrées du scanner à l'hôte. Les données de commandes, les données de symboles, les informations de symboles supplémentaires et les données de diagnostics sont activées par défaut dans le QX-830. Le tableau ci-dessous répertorie les différents types de données, avec des exemples pour chaque type de données. Type de données Données de commandes Données de symboles Informations de symboles supplém. Données de diagnostics Exemple Commandes en série; réponses de scanner à des commandes en série N importe quelle chaîne de données codées dans un symbole. Décodage par déclenchement, décodage de direction, numéro d'indice de base de données de configuration. Statut de laser, température, message de service. L'image d'écran ci-dessous (du logiciel ESP) représente les quatre ports de communication du QX-830 et les paramètres de chacun d'eux. Les ports 1, 2 et 3 sont des ports série (RS-232 et RS-422). Le port 1 est toujours activé. Les ports 2 et 3 peuvent être activés ou désactivés selon les besoins physiques de l'application. Le port 4 est un port Ethernet qui peut être activé ou désactivé selon les besoins. Chacun des trois ports série peut être configuré pour le débit en bauds, la parité, les bits d'arrêt, les bits de données, la sortie de données de symboles, les informations de symboles supplémentaires (décodage avant sortie, sortie de position de symbole, etc.), la sortie de diagnostics et le mode de traitement de source externe (commande ou données). Le port Ethernet peut être configuré pour l'adresse IP, le masque de sous-réseau, la passerelle, le mode d'adresse IP (port TCP primaire ou secondaire), la sortie de données de symboles, les informations de symboles supplémentaires, la sortie de diagnostics et le mode de traitement de source externe. 4 Copyright 2008 Microscan Systems, Inc.

5 Solutions d'application Les exemples suivants indiquent comment les composants décrits dans les pages précédentes peuvent être déployés dans des applications industrielles. Connexion en boucle Les configurations de connexion en boucle sont utilisées dans des applications comme l'emballage de produits, où des articles uniques ont de multiples symboles. Par exemple, une boîte avec un symbole sur le dessus et des symboles de chaque côté nécessite au moins trois scanners pour s'assurer que tous les symboles sont décodés. Les zones en surbrillance ci-dessous indiquent comment une connexion en boucle peut être agencée. Un scanner est placé au-dessus du tapis roulant et un scanner est placé de chaque côté de la chaîne. Les trois scanners fonctionnent essentiellement comme un seul et même scanner, et les données sont envoyées du scanner principal à l'hôte ou à l'automate. Accès multiples Les réseaux d'accès multiples sont utilisés dans des applications où il est nécessaire de décoder des symboles à de multiples emplacements à l'intérieur d'un processus industriel. Des scanners sont placés à des postes situés entre les étapes de fabrication, et les données provenant de ces scanners sont dirigées vers un concentrateur d'accès multiples avant d'être envoyées à l'hôte. Un exemple de ce type d'application est le conditionnement alimentaire, dans lequel des données de numéro de pièce sont recueillies et suivies à travers tout le processus de conditionnement. Les zones en surbrillance ci - dessous indiquent comment un réseau d'accès multiples peut être agencé. Copyright 2008 Microscan Systems, Inc. 5

6 Ethernet TCP/IP et EtherNet/IP Ethernet TCP/IP est l'interface Ethernet standard utilisée pour connecter de multiples emplacements dans un réseau, comme des ordinateurs dans un réseau de bureau. Elle peut également être utilisée pour interconnecter en réseau d'autres dispositifs de communication, comme des scanners et des automates dans une usine. EtherNet/IP est un protocole développé et régi par ODVA (Open DeviceNet Vendors Association). Il est basé sur le Common Industrial Protocol (CIP ). La couche CIP est une couche supplémentaire à l'intérieur de l'interface Ethernet standard (Ethernet TCP/IP). EtherNet/IP est courant dans les systèmes de commande et les automates, particulièrement aux Etats-Unis. Les zones en surveillance ci-dessous indiquent comment une connexion en boucle Ethernet peut être agencée. Des scanners Ethernet peuvent également être configurés de manière autonome, ou de multiples scanners Ethernet le long d'une chaîne de production ou de conditionnement peuvent être connectés à Ethernet. Commutation d'énergie et de déclenchement 1, 3 1, 2, 3 PWR TRIG 1, 3, 1, 2, T 3, T L'énergie peut être transportée par bus entre des scanners et des dispositifs d'interface. A chaque emplacement d'un réseau où une nouvelle alimentation électrique est ajoutée, le commutateur d'énergie sur le QX-1 peut être utilisé pour répartir l'énergie entre le connecteur 2 et les connecteurs 1, 3 et T. Le signal de déclenchement entre le connecteur 2 et les connecteurs 1, 3 et T peut être réparti en utilisant le commutateur de déclenchement. Cela isole le signal de déclenchement selon les besoins de l'application. «EtherNet/IP» et «CIP» sont des marques de fabrique d Open DeviceNet Vendors Association 6 Copyright 2008 Microscan Systems, Inc.