Capteurs intelligents : comment utiliser IO-Link pour la surveillance à distance et l'OEE

Cet article décrit une technologie clé -IO-Link communication- qui offre aux utilisateurs des capacités de surveillance à distance au niveau des appareils de terrain.  Cet article explique également comment les données à distance rendues accessibles par cette technologie peuvent contribuer à augmenter le temps de fonctionnement, la productivité et le débit des machines, autant d'éléments qui ont un impact sur les résultats de l'entreprise. 

Les données provenant de capteurs et d'autres appareils de terrain étaient autrefois difficiles d'accès, voire totalement indisponibles. Pour de nombreux fabricants, ces appareils offrent un potentiel inexploité pour une meilleure visibilité de leurs opérations et une prise de décision plus avancée, fondée sur des données. 

Avec l'essor de l'Internet industriel des objets (IIoT), les données au niveau des appareils peuvent désormais être rendues accessibles aux opérateurs et aux directeurs d'usine, ce qui permet d'obtenir des informations précieuses sur les performances des machines, les inefficacités des processus, et bien plus encore. La surveillance à distance en temps réel de l'état des capteurs permet aux opérateurs de traiter les problèmes dès qu'ils surviennent, et souvent de les résoudre avant qu'ils n'entraînent l'arrêt de la ligne.  

La communication IO-Link est une technologie qui offre aux utilisateurs des capacités de surveillance à distance au niveau des appareils de terrain.

IO-Link (IEC61131-9) est un protocole de communication série standard ouvert qui permet l'échange bidirectionnel de données provenant de capteurs et d'appareils compatibles avec IO-Link et connectés à un maître. Le maître IO-Link transmet les données des dispositifs IO-Link tels que les capteurs et les indicateurs sur divers réseaux, bus de terrain ou bus de fond de panier.  Les données de l'appareil sont donc accessibles pour une action immédiate ou une analyse à long terme par l'intermédiaire d'un contrôleur tel qu'un PLC ou une IHM. Ainsi, les utilisateurs disposent de plus d'informations sur les dispositifs et les performances des machines peuvent être surveillées à distance.

La possibilité de surveiller les sorties des capteurs, de recevoir des alertes d'état en temps réel et d'ajuster les paramètres depuis pratiquement n'importe quel endroit permet aux utilisateurs d'identifier et de résoudre rapidement les problèmes qui surviennent au niveau des capteurs.  Cela signifie également que les utilisateurs peuvent prendre des décisions sur la base de données fournies en temps réel par les composants de la machine, ce qui réduit les temps d'arrêt coûteux et améliore l'efficacité globale des processus.  

Pour plus d'informations sur la technologie IO-Link, lire Qu'est-ce que IO-Link et 5 avantages clés. 

Avec IO-Link, les utilisateurs peuvent lire et modifier les paramètres des dispositifs via le logiciel du système de contrôle, ce qui permet d'accélérer la configuration et la mise en service, mais aussi d'économiser du temps et des ressources.  En outre, les capteurs IO-Link peuvent prendre en charge plusieurs formules, ou configurations, qui peuvent être rapidement modifiées de façon dynamique à partir du système de commande en fonction des besoins, par exemple un changement de produit.   Ainsi, dans le cas d'une chaîne fabriquant des produits de différentes tailles à différents moments, il sera nécessaire de modifier les seuils de distance des capteurs.

Lors de la commutation, le maître IO-Link écrit simplement le nouveau seuil dans les capteurs, et les capteurs n'ont pas besoin d'être présents pour l'apprentissage.  Cela permet de gagner beaucoup de temps sur la configuration des capteurs pour le changement, ce qui réduit les temps d'arrêt, augmente la productivité et le débit, et permet aux machines de s'adapter à une plus grande diversité de produits.  

La communication IO-Link permet également d'établir des alarmes et des tâches de maintenance prédictive basées sur des données de capteurs en temps réel.  Par exemple, des capteurs tels que le capteur de distance laser Q4X avec IO-Link fournissent des données sur le gain excédentaire via IO-Link, qui peuvent être utilisées pour identifier le moment où un capteur doit être nettoyé (lorsque la poussière et d'autres particules s'accumulent sur la lentille du capteur, le gain excédentaire diminue).   Des alertes peuvent être définies afin que les capteurs soient nettoyés avant que l'accumulation de débris n'affecte leur fonction de détection.   Les problèmes de connexion des appareils sont également signalés en temps réel, ce qui permet de les résoudre rapidement.

En plus de fournir des données de santé précieuses, IO-Link permet également aux utilisateurs de suivre les données relatives à la durée totale d'utilisation afin de prévoir le moment où il faudra remplacer un appareil.  Grâce à ces informations, les capteurs peuvent être remplacés lors de la maintenance programmée, ce qui évite les temps d'arrêt inutiles.  Les données relatives à la durée d'exécution peuvent également être utilisées pour les calculs de l'OEE (voir le point 3 ci-dessous).

En outre, la fonction de découverte avec IO-Link indique quel capteur nécessite une attention particulière, en particulier lorsque de nombreux capteurs sont regroupés.   Dans l'exemple de l'image ci-dessous, il y a plusieurs capteurs Q4X dans un espace confiné, ce qui rend difficile de déterminer quel capteur doit être nettoyé.  La fonction de découverte permet de faire clignoter le capteur qui pose problème, ce qui facilite l'identification et la résolution rapide du problème.  

Les dispositifs IO-Link contribuent également à fournir des données pour les calculs OEE. L'efficacité globale de l'équipement (OEE) est un calcul de l'efficacité des processus de fabrication qui prend en compte trois principaux facteurs : la disponibilité, la performance et la qualité. 

Le facteur de disponibilité prend en compte les événements qui réduisent la durée totale d'exécution, y compris les arrêts planifiés (par exemple pour le changement de produit) et les arrêts non planifiés. Le facteur performance tient compte de tout ce qui réduit la vitesse du processus de fabrication en cours d'exécution.   Le facteur qualité tient compte des pièces ou des produits qui ne répondent pas aux normes de qualité (pièces qui doivent être mises au rebut ou retravaillées, ce qui entraîne une perte de temps). 

Le calcul de l'OEE évalue ces facteurs et exprime le résultat sous la forme d'un pourcentage, 100 % signifiant que seules de bonnes pièces sont fabriquées (qualité), le plus rapidement possible (performance) et sans aucun arrêt (disponibilité).   Le résultat de ce calcul offre des informations précieuses et exploitables sur les principales sources de gaspillage sur une ligne de production.  

Pour réduire les gaspillages et améliorer l'OEE, il est essentiel de savoir où et quand se produisent les inefficacités, même au niveau des capteurs.  L'accès aux données de performance et de temps de fonctionnement des capteurs et indicateurs IO-Link est donc essentiel pour calculer l'OEE et identifier les mesures à prendre pour améliorer l'efficacité de vos machines, de vos processus et de votre personnel.