Le temps est révolu

A-t-on encore besoin d’une armoire électrique de nos jours? C’est une question que se sont déjà posés plus d’un responsable de la construction de machines et d’équipements. La réponse à cette question est donnée dans cet article qui traite de la technique d’automatisation décentralisée.

Depuis des décennies, l’armoire électrique fait partie intégrante dans la planification de la construction de machines et d’équipements. Comment se fait-il alors que celle-ci perde visiblement de son importance dans les réflexions de nombreux départements de construction?

Pour comprendre cela, il faut faire un bond en arrière de près de trente ans. Jusqu’à peu de temps avant le changement de millénaire, le monde était encore « normal » – du moins du point de vue du constructeur d’armoires électriques ! Jusqu’alors, les capteurs et les actionneurs étaient réalisés en technologie passive et il fallait un câble avec 2 ou 3 conducteurs pour chaque signal. Les blocs de jonction installés dans l’armoire électrique permettaient alors d’évaluer très facilement la complexité d’une application, même à des personnes extérieures à l’entreprise.

Cette approche était toutefois liée à un effort considérable ainsi qu’à des processus complexes – et pas seulement pour le constructeur de machines et d’équipements. Il en était de même pour ses clients. Lors d’une acquisition, ils devaient réfléchir précisément à la manière de maîtriser les faisceaux de câbles entre les armoires électriques et les machines. Ceux-ci disparaissaient en partie dans des conduits dans le sol, d’autres étaient posés sur d’imposants chemins de câbles. Cela s’est répercuté sur le temps de planification et de mise en service et a entraîné des coûts considérables.

Les modules d’E/S décentralisés réduisent les coûts d’installation

Des concepts de machines et d’équipements de plus en plus complexes ont fini par attirer l’attention de divers fabricants de techniques d’automatisation. Ils ont réfléchi à la manière de réduire les coûts d’installation et les faisceaux de câbles. Leur réponse : des modules d’E/S décentralisés. La société Murrelektronik GmbH à Oppenweiler (Allemagne), par exemple, a lancé dès le début des années 1990 les premiers modules de bus de terrain d’E/S munis de bornes enfichables. Ils portaient le nom énigmatique de MSAB, étaient gros comme des briquettes et, grâce à leur indice de protection élevé IP65, collectaient les signaux des capteurs et des actionneurs de manière fiable directement sur le site.

Alors que la construction de machines ne savait initialement pas vraiment quoi faire de cette nouvelle technologie, l’industrie automobile a rapidement reconnu ses avantages. Grâce à cette nouvelle technologie, elle a pu économiser des kilomètres de câbles et de chemins de câbles dans ses vastes ateliers de production. De plus, ils facilitent le service et l’entretien grâce à une recherche des défauts simplifiée et à des connexions électriques enfichables.

Cela a marqué le début de la migration des composants hors de l’armoire électrique. Il est vrai que celle-ci était encore bien remplie, mais la voie vers la décentralisation était ouverte. Les plus téméraires rêvaient déjà de la machine à branchement unique. Leur idée : livrer une machine entièrement prête à l’emploi. D’après eux, il suffirait de brancher les câbles d’alimentation électrique et de données sur le lieu d’installation pour pouvoir lancer la production. Mais cela devait d’abord rester dans le domaine du rêve.

La désactivation individuelle des canaux augmente la disponibilité

Le souhait d’une plus grande disponibilité des équipements n’est pas resté un rêve. Il est vrai que les modules d’E/S décentralisés collectaient à présent les signaux des capteurs et des actionneurs dans la périphérie de la machine, mais ils présentaient au début un point faible. En cas de surcharge ou de court-circuit, le module complet passait en mode de défaut. Aucun des huit ports M12 ne pouvait envoyer ou recevoir de signaux.

Grâce à leur participation active aux comités de normalisation, les responsables chez Murrelektronik GmbH connaissaient ce problème. Mais comment contourner ce comportement perturbateur de l’électronique des E/S ? L’expert en automatisation de Stuttgart a prouvé une fois de plus que les Souabes n’ont pas usurpé leur surnom international de « bricoleurs inventeurs » et a présenté le MVK (Murrelektronik Verteiler Kompakt) en 2001. Le distributeur compact Murrelektronik était le premier module à disposer d’une fonction innovante de désactivation individuelle des canaux en cas de court-circuit ou de surcharge. Comme les sept autres canaux restaient opérationnels dans le cas d’une déconnexion, cette approche a augmenté la disponibilité de l’équipement à un excellent niveau de 87,5 %. En même temps, une LED rouge au niveau de l’emplacement permettait à l’équipe de service de voir d’un coup d’œil où se situait le problème.

Un module d’E/S pour tous les cas

Avec le succès croissant des concepts d’E/S décentralisées dans la construction de machines, le nombre de modules d’E/S disponibles s’est soudainement accru. Toutes les éventualités et tous les besoins devraient finalement être couverts.

Mais cette multitude de modules d’E/S décentralisés a rapidement posé un autre défi. Chez plus d’un constructeur de machines, les coûts de stockage ont soudainement crevé le plafond, car les constructeurs devaient planifier de nombreux ports de réserve inutilisés en raison des modules d’E/S courants comme DI8, DO8 ou DI4/DO4, afin de pouvoir commander tous les signaux sur la machine.

Les ingénieurs chez Murrelektronik ont une nouvelle fois fait preuve de créativité en étant le premier fabricant à lancer des modules d’E/S multifonctionnels. Le révolutionnaire : grâce à des broches standardisées et à la configuration logicielle, l’utilisateur pouvait décider librement d’utiliser un port de signal comme entrée pour des capteurs ou comme sortie pour des actionneurs. Il était donc sans aucune importance qu’il ait maintenant besoin de deux entrées et six sorties ou de cinq entrées et trois sorties. Cette multifonctionnalité a permis de libérer de l’espace dans le stock, car toutes les exigences pouvaient à présent être couvertes par un seul module d’E/S.

Zéro armoire avec Vario-X

Avec une miniaturisation croissante et une électronique de puissance qui s’améliore constamment, des solutions techniques qui semblaient auparavant impensables sont soudainement devenues possibles à partir de 2005. Les modules Safety, qui permettent de collecter des signaux relatifs à la sécurité sur le terrain, en sont un exemple. Des alimentations électriques décentralisées à haut rendement et à haut degré de protection sont ensuite venues s’y ajouter, alimentées en monophasé ou en triphasé selon les besoins et délivrant 24 VCC en sortie.

La voie de la décentralisation, empruntée il y a plus de trois décennies, et les possibilités offertes par des appareils de plus en plus efficaces sur le plan énergétique ont permis à Murrelektronik de frapper un nouveau grand coup en 2022. Avec Vario-X, ils ont présenté la solution pour l’automatisation des machines sans armoire électrique. Ils ont intégré les composants qui restaient jusqu’à présent dans l’armoire électrique dans leur plateforme IP67 flexible et évolutive.

Ceux-ci incluent un PC industriel performant équipé d’un processeur à quatre cœurs. Celui-ci permet, sans PC ou passerelle supplémentaire, de distribuer les composantes d’une application nécessitant une grande puissance de calcul entre les cœurs et de maintenir ainsi des temps de cycle courts. Il est ainsi possible de distribuer entre les cœurs le traitement des images, un jumeau numérique pour la prévention des collisions ou des applications de mesure spéciales, pour ne citer que quelques exemples.

Et deux puissantes alimentations électriques offrent en plus la flexibilité nécessaire sur le terrain pour réaliser différentes applications en toute simplicité. Tandis que du 24 VCC est disponible pour les modules d’E/S externes et des périphériques supplémentaires, une connexion 48 VCC alimente la technique d’entraînement en énergie. Le point fort ici : possibilité d’utiliser des câbles de moteur non blindés lors de l’utilisation de moteurs avec électronique de régulation intégrée. Le raccordement laborieux, par exemple avec application du blindage, devient inutile, tout comme les coûts d’acquisition plus élevés des câbles blindés.

Vario-X est une plateforme d’automatisation modulaire et hautement flexible qui permet pour la première fois de réaliser toutes les fonctions d’automatisation de manière entièrement décentralisée. (Illustration : Murrelektronik GmbH)

Un module d’alimentation avec interrupteur principal intégré, une batterie qui assure la sauvegarde du PC industriel, un module IO-Link maître à 8 voies, un commutateur Ethernet ainsi qu’un API Safety avec les E/S Safety correspondantes complètent la solution et constituent la condition préalable à des concepts d’automatisation décentralisés.

C’est d’ailleurs ce que confirment les organisateurs du salon industriel suisse Sindex, qui ont décerné le Swiss Dinno Award à Murrelektronik en 2023. Ils ont notamment justifié leur décision par l’approche innovante de l’automatisation, qu’ils ont explicitement qualifiée de durable.

Adieu l’armoire électrique

Donc un prix pour la construction durable de machines ! Le bruit court que le jury a ainsi voulu donner un signal contre la vague persistante d’externalisation des armoires électriques. Il est impossible de prouver que c’est effectivement le cas. Mais le fait est que, ces dernières années, les entreprises établies choisissaient de plus en plus souvent la voie la plus économique pour construire leurs armoires dans des pays où les coûts salariaux sont moins élevés. Mais ce tourisme de l’armoire électrique a pour conséquence que des milliers de camions font chaque année la navette entre l’Est et l’Ouest.

De nombreux services d’achat ne sont même pas conscients des inconvénients de cette voie. Non seulement ils abandonnent leur savoir-faire volontairement et à grande échelle, mais ils perdent aussi en flexibilité. Les modifications de la conception deviennent ensuite très difficiles.

Mais ce n’est pas tout. La solution primée remet l’accent au niveau du terrain, qui était jusqu’à présent ignoré par la grande majorité des programmes de réduction des coûts. Et pourtant, c’est celle-ci qui recèle ici un potentiel énorme pour les constructeurs de machines, qui peuvent ainsi réduire leurs coûts et augmenter leurs marges. L’installation est plus rapide de 40 % qu’avec des systèmes d’armoires électriques classiques, le câblage est même réduit de 75 %.

La machine à branchement unique n’est donc plus un rêve. Murrelektronik rend cela possible grâce à ses solutions innovantes qui marquent le marché.