Les technologies de détection sont essentielles aux applications IIoT (Internet industriel des objets) pour la capture de données en temps réel des conditions environnementales et/ou de fonctionnement d’équipements afin de les transmettre à des ordinateurs sur site ou des plateformes déportées dans le cloud. Cliff Ortmeyer, responsable marketing chez Farnell, rappelle que la mise en place d’une architecture informatique distribuée, associant des solutions de détection et des algorithmes de traitements sophistiqués, permet de transformer les process et de mettre en œuvre de nouveaux concepts d’automatisation et de contrôle. Les analyses d’importantes quantités de données exécutées sur des plateformes cloud peuvent délivrer des informations permettant notamment de déployer des applications de maintenance prédictive, de réduire les consommations d’énergie et d’améliorer la qualité de fabrication.
L’IIoT n’est pas réservé aux organisations qui disposent d’importantes ressources techniques et financières. Une nouvelle génération de capteurs, conçus pour faciliter leur installation et leur gestion, permet désormais aux petites et moyennes entreprises de tirer parti du potentiel de l’IIoT. Les capteurs sont déjà répandus en production, car de nombreuses machines-outils intègrent souvent leurs propres capteurs pour garantir leur fonctionnement dans les tolérances acceptées. Cependant, ces capteurs font généralement partie d’un système fermé. Ce qui ne permet pas un accès aisé aux données. Cette situation évolue.
Il est très courant que des capteurs doivent être installés ultérieurement aux côtés de capteurs déjà en place sur des machines-outils. Ce qui fait de la facilité d’installation une exigence absolue. Les technologies de communication sans fil permettent d’y répondre. Les standards tels que Bluetooth, LoRaWan et Sigfox facilitent le déploiement de capteurs là où ils sont nécessaires, comme par exemple des barrières photoélectriques séparant différentes cellules de production robotisées. La connexion des capteurs à un réseau de transmission filaire est problématique. Lorsque la configuration des cellules doit être modifiée ultérieurement, il est nécessaire de déplacer ou de réaligner les barrières photoélectriques. Grâce aux capacités de connexion sans fil, seule une source d’alimentation est nécessaire. Les capteurs de faible consommation peuvent même être alimentés par batteries.
Passerelles prêtes à l’emploi
Les protocoles standards de communication sans fil assurent la compatibilité d’une variété de passerelles de communication prêtes à l’emploi disponibles sur le marché. Ces passerelles garantissent que les paquets de données sont correctement formatés en trames IP pour être transmis à une plateforme cloud ou des ordinateurs périphériques. En s’appuyant sur des protocoles standards, les mises à niveau des fonctionnalités peuvent être effectuées via des mises à jour logicielles réalisées par voie hertzienne.
De nombreux capteurs sans fil présentent l’avantage d’intégrer leurs propres microcontrôleurs qui peuvent gérer le traitement et le formatage des données avant la transmission. Cette intelligence embarquée peut être utilisée pour filtrer les données peu pertinentes. Par exemple, un capteur de position n’a besoin de se déclencher que s’il détecte un objet. Il n’a pas à envoyer des détections négatives à une passerelle de transmission sans fil. Cela permet de minimiser le trafic superflu et d’alléger la charge de calcul sur les serveurs en aval. Les traitements embarqués peuvent être plus sophistiqués. Par exemple, un groupe de capteurs photoélectriques peut détecter la forme d’un objet, déclencher une alerte si elle n’est pas conforme à celle attendue, et activer un capteur d’image. Ce dernier contrôlera plus précisément l’objet et déclenchera d’autres alertes en aval si nécessaire. Cependant, le processus de détection est pris en charge de manière autonome par le capteur, et non pas par le processeur d’un automate dont la charge de traitement est ainsi réduite. Ce qui permet d’utiliser les automates de moindre performance déjà en place dans l’atelier sans devoir rehausser leurs capacités de traitement.
Ces détecteurs et capteurs d’images peuvent également améliorer la flexibilité d’un processus de fabrication car ils peuvent être programmés à distance avec des paramètres appropriés à chaque changement de série. Les phases de production, d’inspection, d’emballage et d’expédition peuvent être même adaptées à des tailles de lots unitaires. Ce qui permet de prendre en charge la personnalisation des produits à des prix de production de produits fabriqués en volume.
Capteurs multi-fonctions
La solution Layer N de Omega permet par exemple de déployer un réseau de capteurs communiquant sans fil afin de surveiller leurs données à distance sur une plateforme Cloud centralisée. Ces capteurs se couplent à une passerelle Layer N par la simple pression sur un bouton. Ce qui permet de les connecter automatiquement à la plate-forme cloud de supervision des données. Dans le même temps, les appareils existants peuvent être connectés au réseau de communication sans fil via des modules d’interface Modbus. Omega a intégré nativement des fonctions de sécurité protégeant la transmission des données entre les capteurs, les passerelles et la plateforme cloud. Ce qui permet d’assurer la sécurité des communications sur de longues portées sur des sites étendus qui sont particulièrement vulnérables à l’espionnage des transmissions sans fil. Grâce à la mis en oeuvre de la technologie FHSS (étalement de spectre avec sauts de fréquence), la solution Layer N peut assurer des liaisons sans fil allant jusqu’à 1,2 km avec des capteurs alimentés par des piles AA standard et jusqu’à 3,2 km avec des capteurs connectés au secteur via un câble micro-USB. Les technologies LoRaWAN et Sigfox offrent la possibilité de transmettre des données sur des distances encore plus importantes. LoRaWAN met également en œuvre une technique de chiffrement protégeant la transmission des données.
Autre exemple : le capteur de surveillance communicant sans fil de la gamme WISE-2410 LoRaWAN d’Advantech intègre un processeur ARM Cortex-M4, un émetteur-récepteur LoRa, un accéléromètre triaxial et un capteur de température. Il utilise une topologie de réseau en étoile et dispose d’une fonction de relais de données de passerelle entre les capteurs et le serveur d’applications. Ce capteur sans fil est capable de calculer des valeurs propres plus complexes comme les VRMS, les ARMS, les pics, le kurtosis, le facteur de crête, la déviation et les valeurs de déviation standard. Ce qui permet notamment de surveiller à distance l’état de fonctionnement de machines par la mesure de vibrations et de températures en surface. Le capteur peut diagnostiquer les anomalies conformément à des critères définis par la norme ISO 10816 relative à surveillance des vibrations. Ce qui évite aux utilisateurs de concevoir leurs propres outils d’analyse. Protégé dans un boîtier répondant aux exigences de l’indice d’étanchéité IP66, ce capteur est adapté à une utilisation en milieu industriel.
Les technologies MEMS permettent par ailleurs d’intégrer à des capteurs plusieurs fonctions de mesure sans qu’ils ne perdent en compacité. Le capteur d’environnement de la gamme 2JCIE-BU d’Omron Electronics réunit par exemple des capacités de mesure d’humidité, de lumière, de pression barométrique, de bruit et d’accélération sur trois axes. Doté d’interfaces USB et Bluetooth, il peut également assurer la surveillance en continu de la qualité de l’air ambiant lorsqu’il est associé à un capteur de COV (composés organiques volatils). Ce qui permet de garantir des conditions de travail saines au personnel d’un atelier.
Enfin, le module SmartEdge Agile d’Avnet peut quant à lui être personnalisé pour constituer une solution IoT adaptée à une application industrielle. Ce module n’est pas seulement une passerelle de communication sans fil (Bluetooth Low Energy 5, LoRaWAN), il embarque également neuf capteurs : deux accéléromètres 3D, un gyroscope 3D, un magnétomètre 3D, un capteur de pression, un capteur de température et d’humidité, un microphone, un capteur de lumière ambiante et un capteur de proximité. Il offre notamment la possibilité de mettre en œuvre une application de traitement de données à base de techniques d’intelligence artificielle (IA) en périphérie via une interface logicielle ne nécessitant pas de programmation. Il est ainsi possible de déployer des applications de maintenance prédictive et de surveillance de process en temps réel. La plateforme est optimisée pour Microsoft Azure Cloud mais peut fonctionner sur n’importe quel service de cloud public ou privé.
