Ajouter des E/S à un automate existant sans modifier le programme

Une machine en service depuis des années a souvent besoin de quelques signaux supplémentaires : températures moteur pour la maintenance, compteur de cycles pour le TRS, ou capteur pour une nouvelle étape du process. Modifier le programme de l'automate exige le projet d'origine, quelqu'un qui connaît le code, un arrêt de production et parfois un nouvel essai de réception. Cet article explique comment ajouter des E/S à un système d'automatisation existant, dans quels cas le programme peut rester tel quel, et dans quels cas un changement est inévitable.

Commencer par identifier qui utilise le signal

La question déterminante est de savoir qui a besoin de la valeur. Si seuls des utilisateurs et des systèmes informatiques l'exploitent, pour des tableaux de bord, des journaux ou des alarmes de maintenance, l'automate n'a pas besoin de la voir, et les nouvelles E/S peuvent être lues par le SCADA ou un équipement edge.

Si la valeur doit agir sur la machine, comme un verrouillage, une condition de démarrage ou une consigne, la logique de l'automate doit l'utiliser, et l'objectif est de limiter cette modification. Les fonctions de sécurité relèvent du circuit de sécurité de la machine et ne font pas partie du périmètre de cet article.

Quatre façons d'ajouter des E/S à un automate existant

1. E/S Ethernet en parallèle, lues par le SCADA ou un équipement edge

Un module d'E/S Ethernet est câblé sur les nouveaux capteurs et raccordé au réseau de l'usine plutôt qu'à l'automate. Le SCADA le lit en Modbus TCP. La série ET-2200 peut aussi publier des valeurs en MQTT, et les modules d'E/S OPC UA comme l'U-7560M intègrent OPC UA, MQTT et une API RESTful. Le programme de l'automate et la configuration matérielle restent inchangés.

Si les données doivent atteindre un MES ou une plateforme cloud, un serveur de communication UA-5231M lit les équipements Modbus TCP et RTU et convertit les valeurs en OPC UA, MQTT ou SNMP. Pour une logique locale simple, un contrôleur edge WISE-5231M exécute des règles SI-ALORS-SINON configurées depuis un navigateur web et se connecte à jusqu'à 16 modules Modbus TCP et jusqu'à 32 modules DCON ou Modbus RTU.

2. E/S esclaves bus de terrain sur le réseau propre de l'automate

Si l'automate a besoin du signal, la voie directe est un module d'E/S sur son bus de terrain. ICP DAS propose des E/S esclaves pour PROFINET (PFN-2000, avec fichier GSDML), PROFIBUS DP (PROFI-5000, avec fichier GSD), EtherNet/IP (EIP-2000, avec deux ports pour le chaînage en guirlande) et CANopen (CAN-2000C, avec fichier EDS). Le module est ajouté à la configuration matérielle de l'automate à l'aide de son fichier d'équipement.

Il s'agit d'une modification de configuration, qui sur la plupart des automates implique un téléchargement. La logique ne change que si les nouvelles valeurs y sont utilisées.

3. Une passerelle vers des E/S Modbus

Lorsque des E/S Modbus sont déjà installées, ou conviennent mieux aux signaux ou aux distances, une passerelle fait correspondre les données Modbus au bus de terrain de l'automate. Le GW-7662 permet à un contrôleur PROFINET d'accéder à des équipements Modbus RTU/ASCII comme les modules M-7000, et le GW-7663 fait de même pour les équipements Modbus TCP comme les modules ET-7000. Le GW-7553 donne à un maître PROFIBUS accès à des équipements Modbus TCP, le GW-7472 relie un scrutateur EtherNet/IP aux équipements Modbus RTU et TCP, et l'I-7232D connecte jusqu'à 10 modules d'E/S Modbus RTU à un maître CANopen.

Pour l'automate, la passerelle est un seul équipement de bus de terrain, et la même règle s'applique.

4. E/S Modbus TCP interrogées par l'automate

De nombreux automates peuvent jouer le rôle de client Modbus TCP et lire directement n'importe quel module Modbus TCP. L'interrogation doit être paramétrée dans l'automate, donc cette voie implique toujours le projet de l'automate.

Quand le programme de l'automate doit changer

Exemple concret : deux besoins, deux voies

Une machine de remplissage est pilotée par un automate PROFINET. La maintenance souhaite suivre huit températures de paliers et de moteurs avec des tendances, et la production veut que la machine reste à l'arrêt tant qu'un groupe froid récemment installé n'a pas signalé qu'il est prêt.

• Les températures sont destinées aux personnes, pas à la logique de commande. Un ET-2215H avec huit entrées RTD, compensation de la résistance des fils à 3 fils et détection de rupture de fil est raccordé au réseau de l'usine. Le SCADA l'interroge en Modbus TCP, et l'automate n'est pas modifié.
• Le signal du groupe froid est une condition de démarrage, donc l'automate doit le voir. Un PFN-2051 avec 16 entrées numériques isolées est ajouté au réseau PROFINET avec son fichier GSDML, et une condition est ajoutée à la logique de démarrage.

Le résultat est une petite modification du programme, avec un essai clair.

Vérifications pratiques avant l'installation

• Garder les E/S Ethernet en parallèle sur le réseau de l'usine ou du SCADA, à l'écart si possible du trafic temps réel du bus de terrain de l'automate.
• Planifier les adresses IP et restreindre les accès. La série ET-2200 prend en charge un mot de passe et un filtre d'adresses IP.
• Définir les valeurs à la mise sous tension et les valeurs de repli des sorties, afin qu'elles passent dans un état connu en cas de perte de communication. L'ET-2242, par exemple, prend en charge les deux, ainsi qu'un double chien de garde.
• Vérifier l'isolation entre le câblage terrain et le réseau. Les modules ET-2200 cités ici offrent une isolation E/S de 3000 VDC.
• Protéger l'alimentation du module par un fusible dédié et mettre à jour les schémas de câblage.

Quelles familles de produits ICP DAS conviennent

• Modules d'E/S Ethernet (ET-2200, ET-7200, E/S OPC UA) pour une supervision en parallèle sans modification de l'automate.
• Modules d'E/S bus de terrain (PFN-2000, PROFI-5000, EIP-2000, CAN-2000C) lorsque l'automate doit lire le signal.
• Passerelles bus de terrain (GW-7662, GW-7663, GW-7553, GW-7472, I-7232D) pour intégrer des E/S Modbus au réseau de l'automate.
• Serveurs de communication IIoT et contrôleurs edge (UA-5231M, WISE-5231M) pour transmettre les données à un MES ou à une plateforme cloud.

Indiquez au service commercial technique le type d'automate, son bus de terrain et votre liste de signaux, et nous proposerons la voie et les modules adaptés.