IO-Link : Lestandard de communication industrielle · 2018-10-24 · Introduction : Evolution des...

IO-Link : Le standard de communicationindustrielle

Collectif IO-Link France

Le consortium IO-Link

• Le consortium IO-Link inclut des dizaines de sociétés

• Le consortium IO-Link travaille sur les extensions futures, la stratégie marketing, l‘intégration terrain…

• IO-Link est désormais un standard international : IEC 61131-9

• www.io-link.fr

Le collectif IO-Link France

• Un collectif né sous l’égide du Gimelec

• Compétition et coopération : La « coopétition »

• Un objectif commun :

Promouvoir la technologie IO-Link vers l’ensemble des industries françaises.


• L’objectif de cette journée :

- Accompagner les industriels dans cette technologie,

- Démystifier cette technologie en la rendant accessible,

- Présenter les solutions de chacun des constructeurs.


• Programme de la journée :

- 10H : Conférences

- 11H30 : Libre accès au salon

- 13H : Buffet

- 14H : Ateliers

- 16H : Conclusion


• Les ateliers de l’après-midi :

- Projet sur Automate Siemens

- Projet sur Automate Schneider

- Projet sur Automate B&R Automation

- Projet sur Automate Omron

- Maintenance / Analyse prédictive

- Remplacement capteur/actionneur

- Solution de câblage par multiplexage

- Valeur ajoutée d’un appareil IO-Link

Avant IO-Link…

Bus de terrain

Informations

Com

mun

icat

ion

PLC

IHM, Scada, Serveur

Poste de contrôle

• Avec l’équipement associé (capteurs, connecteurs, câbles), ils représentent• ~60% de coûts « matériels »• ~65% de coûts d’intégration (câblage, réglage, tests)

• ~48% d’interventions concernent les problèmes de composants d’Entrées/Sorties (une panne, le remplacement, le réglage/paramétrage, l’extension)

• Pour 70% d’utilisateurs, la réduction des coûts et l’amélioration de la productivité est déterminée par le choix des systèmes E/S (la fonctionnalité, la disponibilité, la facilité d’intégration, les prix)

Introduction : Les Entrées/Sorties dans les systèmes automatisés

Introduction : Evolution des architectures

1. La percée en matière de communicationsur toutes les couches (niveaux) du système de Contrôle-Commande (réseaux industriels)

2. Une généralisation des composants intelligent (capteurs/actionneurs), avec un µprocesseur et un certain nombre de données à exploiter

3. Une réduction du nombre des variantes et d’interfaces grâce à la standardisation de la connectique

4. Diagnostic centralisé pour la globalité de l’installation et de l’équipement

Mais :

a) Les réseaux n’atteignent pas le niveau des capteurs/actionneurs dit « simples ». Donc les données embarquées restent souvent inexploitables

b) Certains problèmes « physiques » restent : - E/S TOR PNP/NPN, 2/3 fils (?), - E/S analogiques 0-10V/(0)4-20mA, 3/4/5 fils,- Le fonctionnement « mixte » (A/D) sur la même interface physique …

Donc, les coûts d’intégration (et d’exploitation) restent élevés, même pour des technologies d’E/S simples.

IO-Link : quelques détails techniques

- Qu’est-ce que c’est IO-Link ?- Comment fonctionne-t-il ?

Qu’est-ce que c’est IO-Link ?

IO-Link : est une interface communicante pour les capteurs/actionneurs:

1. IO-Link est normalisé : IEC-61131-9

2. IO-Link permet d’échanger :- des données de process (les mesures),- des données de service

- diagnostic (l’état du device),- les paramètres (configuration), etc.

Power 24 V DC

IO-Master �� IO-Slaves (device) ->

Automates

Introduction : IO-Link – l’information du capteur jusqu’au plus haut niveau

Power 24 V DC

IO-Link : est une interface communicante pour les capteurs/actionneurs:

1. Les modules, distribués sur le réseau, contiennent le dispositif de communications, du type «Maître/Esclave» avec les E/S

2. « L’esclave » réalise une fonction simple d’E/S (analogique ou numérique) et communique ses données au « Maître »

3. La connexion se fait via un simple câble à 3(5) fils, de la longueur max. de 20m ,

IO-Master �� IO-Slaves (device) ->

Main Controller

Les composants du système IO-Link

Ethernet

FIELDBUS

IO-Link connections

IO-Link Devices (Slaves)

IO-Link Masters (Ports)

IO-Link est indépendant

du bus de terrain utilisé

Les composants IO-Link:

• IO-Link Device (Esclave)(capteur/actionneur ou un autre dispositif défini dans la spécification IEC 61131-9)

• IO-Link Connection(un câble de communication 3/4/5 fils, non blindé, max 20m, avec connecteurs M12/M8/M5 selon la norme IEC 60947-5-2)

• IO-Link Master (maitre)(p.ex. un module E/S sur l’automate ou déporté, une passerelle type ProfiNet-IO-Link,…)

*Voir atelier Projets sur Automates

Les composants du système IO-Link : le Master

1. Les produits du type IO-Link Master sont proposés par plusieurs fournisseurs

2. Le Master IO-Link peut avoir 1 à N ports de communication

3. Pour le Master, la spécification défini deux classes de ports:

- Port classe A, où l’affectation de la broche 2 n'est pas détaillée,et peut être librement définie par le constructeur,

- Port classe B pour les appareils nécessitant une alimentation spéciale.

Port A Port B

*Voir atelier câblage par multiplexage

IO-Link, les fonctions de base :

Chaque port peut être une entrée, une sortie TOR ou analogique

Capteur

3-4 fils

14

32

L-

C/Q

L+IO-Link

Données Process

Nbe de seuils > 2

Evènements

Paramètres

Identification

Option : Une seconde entrée

14

32

L-

C/Q

L+IO-Link Données Process

Nbe de seuils > 2

Paramètres

bi-directionel

Capteur +

Actionneur5

Option : Alimentation 24V pour les actionneursUA+

UA-

Les composants du système IO-Link : IO-Link Device (Esclave)

IO-Link Master

IO-Link Device

1. Un esclave IO-Link met à la disposition du maitre un certain nombre de données:

- Données de process (les valeurs mesurées),- Données de services (paramètres, données

diagnostic)- Données d’identification de l’appareil

2. Ces données sont rangées dans les endroits (adresses) bien précises et sont accessibles via le protocole IO-Link.

3. Chaque fabricant d’un appareil doit organiser la mémoire et créer les variables dans ces zones définies.

4. Toute cette information est décrite dans le fichier IODD fournis par le fabricant .

(IODD = Input Output Device Description)

IO-Link : les bases du fonctionnement

1. Les connections sont «point-à-point» : UN port du Master = UN seul IO-Link Device (Esclave);

2. IO-Link peut fonctionner : en mode SIO de commutation 24V; comme avec un capteur « classique », et en mode COM1/2/3 de communication sérielle (pulse modulation, std UART, 1/8/E/1)

3. Vitesses de communication possibles (kBit/s) :4.8 (COM1), 38.4 (COM2), 230.4 (COM3)

4. Au niveau applicatif, IO-Link réalise 2 formes de transmission:

a) Transmission cyclique (par défaut) des données process(les valeurs analogiques sont numérisées et transmises en continu)

a) Transmission acyclique (à la demande du Maître):- Paramètres de configuration (Service Data)- Données diagnostiques- Evénements (erreurs, avertissements, notifications)

IO-Link : Les modes d‘utilisation évolués

� Les capteurs et les actionneurs peuvent délivrer leurs sortie de commutation et communiquer en même temps !

� Le mode de communication peut être utilisé pour le paramètrage pendant le fonctionnement ou pendant l‘arrêt de la machine

3-wire

14

32

L-

C/Q

L+IO-Link

SIO

� Diagnostic pendant le fonctionnement de la machine.

IO-Link: Wake-Up (le réveil)

• Pendant le REVEIL (Wake-Up), le Master commence par l’envoi d’une télégramme spécifique WURQ et attend la réponse de « Device » (Esclave)

• Il commence par le baud-rate le plus élevé (COM3 ou COM2)

• En cas d’échec, il essaie avec le baud-rate plus petit (COM2 ou COM1)

• Chaque fois, il y a trois tentatives de la part du Master

• Si l’Esclave répond, les deux partenaires entre en communication

• D’abord ils échangent les paramètres, et puis c’est l’échange cyclique qui démarre

1. Master telegram in COM3 (230.4 kbit/s) (optional)

2. Master telegram in COM2 (38.4 kbit/s)3. Master telegram in COM1 (4.8 kbit/s)4. Response from device in COM1

Avec IO-Link !!!

Fieldbus/ Sensor-actuator bus

Information

Com

mun

icat

ionPLC

HMI, Scada, Server

Salle de contrôle

IO-Link � � USB de l’automatisme ?

Communication Standard USB IO-Link

Realm of Technology Personal Computers Industrial Automation

Parameter Data of Device Device Driver IODD File

Communication Signal 5V DC Serial 24V DC Serial

Connector Standards Type, Mini, Micro M12 5pin

Communication Design Slave & Host Device & Master

Cable Media 9wire Shielded 4wire unshielded

Plug & Work YesYes (for the same type of

device)

• USB a été conçu pour normaliser les interfaces de périphériques et leur installation sur les PC.• USB a révolutionné l'informatique personnelle en fournissant une interface standard pour les appareils périphériques simples : du disque dur au clavier.• USB est basé sur un pilote (Device Driver) qui assure la fonctionnalité Plug & Work . • Et si l'appareil tombe en panne, vous achetez un nouveau, vous le branchez et …. il fonctionne.

Pour commencer ….

*Voir atelier Remplacement capteur/actionneur

• IO-Link fait partie de l’industrie du futur

Qu'est-ce qu'IO-Link?

Remonte les informations des capteurs/actionneurs

est un moyen de communicationBidirectionnel maitre-esclave

garde l'avantage d'uneinterface d’E/S classique

utilise des câbles standards3 fils comme les capteurs

est indépendant desbus de terrain

Les bénéfices en 4 thèmes

Enhanced Sensing

Intelligence augmentée

Efficient Communication

Communication évoluée vers l’automatisme

Et Gains de câblage

Diagnostics

Diagnostique avancé du

process

Smart Tasks

Intelligence déportée

Enhanced Sensing

Enhanced Sensing

Intelligence décuplée

• Potentialité augmentée

• Captation d’information évoluée

*Voir atelier Valeur ajoutée d’un appareil IO-Link



Communication évoluée vers l’automatisme

Et Gains de câblage

• Paramétrage à distance

• Gain de câblage avec l’utilisation de hub et switch

• Câblage standard (M12, M8)

Exemples – Gain de câblage

Sans IO-Link Avec IO-Link Port A Avec IO-Link Port B

Dimension --- +++ +++

Poids --- ++ +++

Câbles --- ++ +++

Coût de câblage 100 % 12 % 6 %

Nombre de ports connectés6 Ports 2 Ports 1 Port

Coût total d’integration d’un générateurde vide X-Pump 100 % 23,5 % 12 %

Diagnostics

Diagnostics

Diagnostique avancé du

process

• Maintenance prédictive de la machine ou de l’élément IO-Link

• Surveillance du process via la surveillance de l’élément IO-Link

*Voir atelier Maintenance/Analyse prédictive

Smart Tasks

• Possibilité de déporter l’intelligence des fonctions d’automatisme directement dans l’élément IO-Link

Smart Tasks

Intelligence déportée

IO-Link dans l’Industrie 4.0

IO-Link est la base de la pyramide

� L’industrie 4.0 se base sur la collecte et le partage d’information de haute valeur pour les process.

IO-Link dans la brique numérique

Ecosystèmes IIoT (Internet Industriel des Objets)

Automation

ERP/MES

Supervision

IO-Link permet l’intégration verticale “Sensor-to-Cloud”

Passerelle IT/OT (Edge device)

Cloud privé/public

Standard complémentaire de l’ethernet industriel

Intégration dans la brique numérique grâce aux framework IIoT : OPC UA ou API REST

IO-Link dans la brique numérique – OPC UA

• Norme en phase finale

• Intégration direct d’IO-Link

• Topologie complète structurée

• Mise en œuvre dans les hardwares en cours

• Chiffrement intégré directement dans les masters

IO-Link dans la brique numérique - Implémentation

1 carte réseau avec 2 ports (10BaseT ou 100BaseTx)

1 seule adresse IP paramétrableCommunication en protocole ethernet industriel (PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT ou ModbusTCP)

+ Communication IoT sur le même média

2 cartes réseaux (10BaseT ou 100BaseTx)

Communication en protocole industriel (PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT ou ModbusTCP)

Communication IoT sur le port spécifique dédié dénommé IoT Port

2 cartes réseaux indépendantes (= 2 adresses IP dis tinctes)Cybersécurité plus performante

IO-Link dans la brique numérique - IIoT

• HTTP ou HyperText Transfert Protocole

• Protocole applicatif (couche 7 du modèle OSI)• Recommandations RFC (Request For Comment = Normes) • HTTP assure le transport de données sur TCP dans une communication

Client-Serveur

• Methode

• GET : Accès à un service : lecture (sans passage de paramètres)• POST : Accès à un service avec passage de paramètres (Lecture / Ecriture)

Dans le cas d’un accès web :

URL (Uniform Resource Locators) = accès à une ressource sur un réseauStructure d’appel (RFC) : <sheme>://<user>:<password>@<host>:<port>/<path>;<params>.<query>#<fragment>.

http://www.exemple.com:80/chemin/vers/monfichier.html?clé1=valeur1&clé2=valeur2#QuelquePartDansLeDocument1

Protocole

Nom de domaine

Port TCP(serveur HTTP)

Nom de la ressource

Paramètres

Données supplémentaires(ancre)

JSON REST

Que va apporter la donnée ?

• Gestion du cycle de vie• Vue d’ensemble du parc

équipement• Gestion criticité et

obsolescence • Gestion de la

documentation• Standardisation références

Amélioration de la disponibilité des équipements de terrain

Que va apporter la donnée ?

• Maintenance predictive• Surveillance de

condition• État de santé

• Auto-diagnostique des équipements industriels pour test de bon conformité

Augmentation de l’efficacité globale et de la fiabilité des installations

L‘offre IO-Link !!!

Fieldbus/ Sensor-actuator bus

Information

Com

mun

icat

ionPLC

HMI, Scada, Server

Salle de contrôle

Les Masters

• Le master IO Link fait le lien entre le réseau de terrain utilisé et les différents capteurs et actionneurs.

• Les masters sont déclinés sous les différents formats standards du marché tel que Modulaire IP20 ou IP67, ainsi que des versions blocs en IP67.

• Il existe des versions 4 ou 8 ports IO Link décliné sur les différents protocoles et même des versions Multi-protocoles Ethernet (3 Protocoles dans un même produits).

Les Masters

Modulaire IP20 Modulaire

IP67Blocs IP67

Les Hubs

• Le Hub IO Link permet le raccordement de capteur standard (Tout Ou Rien) sur un Master IO Link via un câble M12 3 pôles standard.

• Il existe différents modèles avec 8 ou 16 entrées TOR, 8 Sorties TOR et jusqu’à des versions à 16 Entrées ou Sorties paramétrables.

Les capteurs

LES CAPTEURS

- Inductifs- Optiques- Laser- Ultrasoniques- Codeurs- Règle linéaires- Inclinomètres- Température- Pression- Débit- …

Actionneurs & indicateurs

Autres produits

• Il existe également des convertisseurs Analogique / IO Link, qui permettent de raccorder un équipement standard sur un master IO Link.

Autres produits

• Il existe également des coupleurs inductifs qui permettent de transmettre et alimenter sans contacts des capteurs ou hubs IO Link

Pour tous ces produits…

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